第6章網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)進(jìn)階

1、6.16.26.3移動(dòng)移動(dòng)IP協(xié)議協(xié)議IPv6ICMPv61改變地址改變地址讓移動(dòng)主機(jī)在移動(dòng)到新的網(wǎng)絡(luò)時(shí)改變它的地址。主機(jī)可以通過動(dòng)態(tài)獲得一個(gè)新的IP地址。但需要重新配置和更新許多信息，原來的數(shù)據(jù)交換會(huì)中斷。2兩個(gè)地址兩個(gè)地址主機(jī)原來所屬的網(wǎng)絡(luò)的原始IP地址稱為歸屬地址，它是永久的，它使得主機(jī)和它的歸屬網(wǎng)絡(luò)相關(guān)聯(lián)。當(dāng)主機(jī)從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)（稱為外地網(wǎng)絡(luò)）時(shí)，需要一個(gè)轉(zhuǎn)交地址，使之與外地網(wǎng)絡(luò)相關(guān)聯(lián)。 移動(dòng)IP主機(jī)簡(jiǎn)稱為“移動(dòng)主機(jī)”。當(dāng)移動(dòng)主機(jī)在不同的網(wǎng)絡(luò)之間移動(dòng)時(shí)，接入點(diǎn)會(huì)不斷改變。分配給它的IP地址已不能表示它目前所在的網(wǎng)絡(luò)位置，它不能接入網(wǎng)絡(luò)，別人也找不到它。 為此，在現(xiàn)有IPv4協(xié)

2、議的條件下，人們提出了下列兩種基本的方案。1歸屬代理歸屬代理歸屬代理通常是連接在移動(dòng)主機(jī)的歸屬網(wǎng)絡(luò)上的路由器。當(dāng)遠(yuǎn)程主機(jī)向移動(dòng)主機(jī)發(fā)送分組時(shí)，歸屬代理就充當(dāng)該移動(dòng)主機(jī)。先由歸屬代理接收分組，然后再把分組發(fā)送給外地代理。2外地代理外地代理外地代理通常是連接在外地網(wǎng)絡(luò)上的路由器。外地代理接收歸屬代理發(fā)送過來的分組，并把這些分組交付給移動(dòng)主機(jī)。移動(dòng)主機(jī)要與遠(yuǎn)程主機(jī)通信，需經(jīng)過代理發(fā)現(xiàn)、注冊(cè)和數(shù)據(jù)傳送3個(gè)階段，如圖6.2所示。1代理通告代理通告如果一個(gè)路由器充當(dāng)了代理的角色，那么在路由器使用ICMP路由器通告報(bào)文宣布自己連接到某個(gè)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，同時(shí)捎帶一個(gè)代理通告。如圖6.3所示。其中，類型（8位）：設(shè)置為

3、16。長(zhǎng)度（8位）：定義了擴(kuò)充報(bào)文的總長(zhǎng)度（不是ICMP通告報(bào)文的長(zhǎng)度）。序號(hào)（16位）：接收者使用這個(gè)編號(hào)確定是否有報(bào)文丟失。生存時(shí)間：定義了代理接受請(qǐng)求的時(shí)間長(zhǎng)度，以秒為單位。如果為全1，那么生存時(shí)間就是無窮大。代碼（8位）：是一個(gè)標(biāo)志，它的每一位都可以置1或置0。每一位的含義如表6.1所示。位意 義位意 義0123需要注冊(cè)。沒有同址轉(zhuǎn)交地址代理忙，現(xiàn)在不接受注冊(cè)代理充當(dāng)歸屬代理代理充當(dāng)外地代理4567代理使用最小的封裝代理使用通用路由選擇封裝（GRE）代理支持首部壓縮未使用（0）2代理詢問代理詢問當(dāng)移動(dòng)主機(jī)已經(jīng)移動(dòng)到新的網(wǎng)絡(luò)而沒有收到代理通告時(shí)，它可以使用ICMP詢問報(bào)文通知代理，讓代理

4、知道它需要幫助。移動(dòng)主機(jī)使用注冊(cè)請(qǐng)求和注冊(cè)回答報(bào)文向外地代理和歸屬代理注冊(cè)。（1）注冊(cè)請(qǐng)求。圖6.4給出了注冊(cè)請(qǐng)求的格式。其中，類型：這個(gè)8位字段定義了報(bào)文的類型。對(duì)于請(qǐng)求報(bào)文，這個(gè)字段的值是1。標(biāo)志：這個(gè)8位字段定義了轉(zhuǎn)發(fā)信息。每一位都可以置1或置0。每一位的意義如表6.2所示。位意 義位意 義012移動(dòng)主機(jī)請(qǐng)求歸屬代理保留它以前的轉(zhuǎn)交地址移動(dòng)主機(jī)請(qǐng)求歸屬代理把任何廣播報(bào)文用隧道技術(shù)發(fā)送出去移動(dòng)主機(jī)使用同址轉(zhuǎn)交地址34567移動(dòng)主機(jī)請(qǐng)求歸屬代理使用最小封裝移動(dòng)主機(jī)請(qǐng)求使用通用路由選擇封裝（GRE）移動(dòng)主機(jī)請(qǐng)求首部壓縮保留位（2）注冊(cè)回答。注冊(cè)回答由歸屬代理發(fā)送給外地代理，然后再被轉(zhuǎn)發(fā)給移動(dòng)主

5、機(jī)。這個(gè)回答用于確認(rèn)或拒絕注冊(cè)請(qǐng)求。圖6.5給出了注冊(cè)回答的格式。在代理發(fā)現(xiàn)和注冊(cè)后，移動(dòng)主機(jī)就能夠和遠(yuǎn)程主機(jī)進(jìn)行通信了。如圖6.6所示。1遠(yuǎn)程主機(jī)發(fā)送分組給移動(dòng)主機(jī)遠(yuǎn)程主機(jī)發(fā)送分組給移動(dòng)主機(jī)（1）從遠(yuǎn)程主機(jī)到歸屬代理。（2）從歸屬代理到外地代理。（3）從外地代理到移動(dòng)主機(jī)。2從移動(dòng)主機(jī)到遠(yuǎn)程主機(jī)從移動(dòng)主機(jī)到遠(yuǎn)程主機(jī)當(dāng)移動(dòng)主機(jī)要發(fā)送分組給遠(yuǎn)程主機(jī)時(shí)，它就像在正常情況下一樣發(fā)送。用它的歸屬地址作為源地址，用遠(yuǎn)程主機(jī)的地址作為目的地址。IPv6的主要特征如下：（1）新的協(xié)議頭格式。（2）巨大的地址空間。（3）有效的分級(jí)尋址和路由結(jié)構(gòu)。（4）有狀態(tài)和無狀態(tài)的地址自動(dòng)配置。（5）內(nèi)置的安全機(jī)制。（6）

6、更好地支持QoS。（7）用新協(xié)議處理鄰結(jié)點(diǎn)的交互。（8）可擴(kuò)展性。1IPv6地址表示方法地址表示方法（1）用128位二進(jìn)制格式表示一個(gè)IPv6地址，例如：00100001110110100000000000000000000000000000000000000000000000000000001010101010000000000000111111111110000010001001110001011010（2）將這個(gè)128位的地址按每16位劃分為8個(gè)位段：0010000111011010，0000000000000000，0000000000000000，000000000000000000

7、00001010101010，0000000000001111，1111111000001000，1001110001011010（3）將每個(gè)位段轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)，并用冒號(hào)隔開，結(jié)果是：21DA:0000:0000:0000:02AA:000F:FE08:9C5A2零壓縮法零壓縮法【例如】“00D3”可以簡(jiǎn)寫為“D3”；“02AA”可以簡(jiǎn)寫為“2AA”?！纠纭康刂?1DA:0000:0000:0000:02AA:000F:FE08:9C5A可簡(jiǎn)化為：21DA:0:0:0:2AA:F:FE08:9C5A還可簡(jiǎn)化為：21DA:2AA:F:FE08:9C5A。3混合表示法混合表示法混合表示的IPv

8、6地址就是十六進(jìn)制冒號(hào)記法加上點(diǎn)分十進(jìn)制記法。這種表示方法適用于將一個(gè)IPv4地址嵌入到一個(gè)IPv6地址中的過渡時(shí)期?！纠纭縁DEC:14AB:2311:BBFE:AAAA:BBBB:130.24.24.184CIDR記法記法IPv6前綴可以用“地址前綴長(zhǎng)度”來表示?！纠纭?1DA:D3:/48是一個(gè)路由前綴；21DA:D3:0:2F3B:/64是一個(gè)子網(wǎng)前綴。1單播單播單播地址定義了一個(gè)計(jì)算機(jī)或路由器。發(fā)送到單播地址的分組僅僅交付給它。2任播任播任播地址定義了一組共享一個(gè)地址的計(jì)算機(jī)。發(fā)送到任播地址的分組會(huì)被交付給這個(gè)組的成員之一，而它是最容易到達(dá)的那一個(gè)。3多播多播多播地址定義的也是一

9、組計(jì)算機(jī)，但多播組的每個(gè)成員都會(huì)接收到一個(gè)副本。IPv6為多播通信設(shè)計(jì)了一個(gè)地址塊，從這個(gè)地址塊中可以向一個(gè)組的所有成員指派相同的地址。4廣播廣播IPv6沒有定義廣播通信，IPv6認(rèn)為廣播就是多播的一種特殊情況。表6.3給出了每種類型的地址的前綴。其中，5/8的地址空間還沒有被指派。只有1/8的地址空間用于用戶之間的單播通信。區(qū)地址塊前綴CIDR地址塊分配占據(jù)整個(gè)地址空間比例123456780000 00000000 00010000 0010000 010000 1000100101001110010111011101111 01111 101111 1101111 1110 01111 1

10、110 101111 1110 111111 11110000:/80000:/80200:/70400:/60800:/51000:/42000:/34000:/36000:/38000:/3A000:/3C000:/3E000:/4F000:/5F800:/6FC00:/7FE00:/8FE80:/10FECO:/10FF00:/8保留（IPv4兼容）保留保留保留保留保留全球單播保留保留保留保留保留保留保留保留唯一的本地單播保留本地鏈路地址保留多播地址1/2561/2561/1281/641/321/161/81/81/81/81/81/81/161/321/641/1281/5121/1

11、0241/10241/2561全球單播地址塊全球單播地址塊這是因特網(wǎng)上主機(jī)與主機(jī)之間的單播通信所使用的主要地址塊。2IPv4兼容地址兼容地址這個(gè)地址塊進(jìn)一步被劃分為若干個(gè)子塊。（1）未指明地址。（2）環(huán)回地址。（3）嵌入的IPv4地址。為此而設(shè)計(jì)了兩種格式：兼容的和映射的。兼容地址：映射地址：3唯一的本地單播地址塊唯一的本地單播地址塊（1）本地站點(diǎn)級(jí)地址塊。（2）本地鏈路地址塊。4多播地址塊多播地址塊在IPv6中為多播通信指派了一個(gè)很大的地址塊。5全球單播地址全球單播地址在IPv6地址空間中，用于因特網(wǎng)上兩個(gè)主機(jī)之間的單播（一對(duì)一）通信的地址塊稱為全球單播地址塊。這個(gè)地址塊最左邊的3位為（00

12、1），CIDR記法是2000:/3。劃分為3個(gè)部分：全球路由選擇前綴、子網(wǎng)標(biāo)識(shí)和接口標(biāo)識(shí)。（1）EUI-64的映射。為了映射64位的物理地址，該格式中的全球/本地控制位需要從0變?yōu)?（從本地的變?yōu)槿虻模┮远x一個(gè)接口地址，如圖6.13所示。（2）以太網(wǎng)MAC地址的映射。將一個(gè)48位的以太網(wǎng)地址映射為一個(gè)64位的接口地址要更復(fù)雜一些。我們需要把全球/本地控制位變?yōu)?，還要另外插入16位。這個(gè)附加的16位被定義為15個(gè)1后面跟著1個(gè)0（即0 xFFFE）?！纠?.1】 一個(gè)單位得到了地址塊2000:1456:2474/48。如果在它的第3個(gè)子網(wǎng)中有一臺(tái)計(jì)算機(jī)的以太網(wǎng)物理地址為（F5-A9-23

13、-14-7A-D2）16，求該接口的IPv6地址。以太網(wǎng)物理地址：F5-A9-23-14-7A-D2對(duì)應(yīng)接口標(biāo)識(shí)：F7A9:23FF:FE14:7AD2對(duì)應(yīng)IPv6地址：2000:1456:2474:0003:F7A9:23FF:FE14:7AD2/1281自動(dòng)配置自動(dòng)配置當(dāng)IPv6中的一個(gè)主機(jī)加入到網(wǎng)絡(luò)上時(shí)，配置IPv6地址的過程如下：（1）主機(jī)首先為自己創(chuàng)建一個(gè)本地鏈路地址。10位本地鏈路前綴（1111 1110 10）+54個(gè)0+64位接口標(biāo)識(shí)（2）主機(jī)測(cè)試這個(gè)本地鏈路地址是否唯一或者在用。為了確保它的唯一性，主機(jī)要發(fā)送一個(gè)鄰站詢問報(bào)文并等待鄰站通告報(bào)文。（3）如果這個(gè)本地鏈路地址通過了

14、唯一性測(cè)試，那么主機(jī)把這個(gè)地址作為它的本地鏈路地址保存起來（用于專用通信）。再需要配置一個(gè)全球單播地址?！纠?.2】 如果一個(gè)單位全球單播前綴是3A21:1216:2165，子網(wǎng)標(biāo)識(shí)為A245:1232。該單位以太網(wǎng)的一臺(tái)主機(jī)地址為（F5-A9-23-11-9B-E2）16，說明該接口獲得全球單播地址的過程。（a）以太網(wǎng)物理地址：F5-A9-23-11-9B-E2，對(duì)應(yīng)接口標(biāo)識(shí)：F5A9:23FF:FE11:9BE2（b）主機(jī)創(chuàng)建的自己本地鏈路地址：FE80:F5A9:23FF:FE11:9BE2（c）確認(rèn)這個(gè)地址是唯一的（d）主機(jī)向路由器發(fā)送一個(gè)詢問報(bào)文（e）主機(jī)收到路由器通告報(bào)文，宣布全

15、球單播前綴和子網(wǎng)標(biāo)識(shí)：3A21:1216:2165:A245:1232（f）主機(jī)把自己的接口標(biāo)識(shí)附加在這個(gè)前綴后面，得到全球單播地址：3A21:1216:2165:A245:1232:F5A9:23FF:FE11:9BE22重新編號(hào)重新編號(hào)IPv6允許站點(diǎn)更換自己的服務(wù)提供者。在IPv6編址中，內(nèi)建了對(duì)地址前綴（n）的重新編號(hào)。每個(gè)站點(diǎn)都由它所連接的服務(wù)提供者指定一個(gè)前綴。如果站點(diǎn)要更換服務(wù)提供者，那么地址前綴也必須被更換。IPv6的分組格式如圖6.15所示。有效載荷包括可選的擴(kuò)展首部和從上層傳來的數(shù)據(jù)，如圖6.16所示。1基本首部基本首部每個(gè)IPv6分組都有一個(gè)基本報(bào)頭。圖6.17給出了具有

16、8個(gè)字段的基本首部。其中，版本：版本字段值為6，表示使用IPv6協(xié)議。流標(biāo)號(hào)（20位）：流標(biāo)號(hào)用于非默認(rèn)的QoS連接，需要由中間IPv6路由器進(jìn)行特殊處理。有效載荷長(zhǎng)度（16位）：有效載荷的長(zhǎng)度包括擴(kuò)展首部和數(shù)據(jù)（即高層PDU）。下一個(gè)首部（8位）：如果存在擴(kuò)展首部，“下一個(gè)首部”值表示下一個(gè)擴(kuò)展首部的類型。表6.4給出了IPv6基本首部中的“下一個(gè)首部”字段值與協(xié)議類型。值協(xié) 議 類 型值協(xié) 議 類 型6817TCPEGPUDP4658RSVPICMPv6跳數(shù)限制（8位）：表示IPv6分組可以通過的最大路由器轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)。源地址（128位）：表示源主機(jī)的IPv6地址。目的地址（128位）：一般目的

17、地址字段值為最終目的結(jié)點(diǎn)地址?！纠?.3】 圖6.18給出了用Network Monitor截獲一個(gè)IPv6分組的例子，其中給出的是簡(jiǎn)化的IPv6基本首部結(jié)構(gòu)。2擴(kuò)展報(bào)頭擴(kuò)展報(bào)頭IPv6基本報(bào)頭中的“下一個(gè)報(bào)頭”字段指向第一個(gè)擴(kuò)展報(bào)頭。每個(gè)擴(kuò)展報(bào)頭中都包含“下一個(gè)報(bào)頭”字段，它指向再下一個(gè)擴(kuò)展報(bào)頭。最后一個(gè)擴(kuò)展報(bào)頭指示出高層協(xié)議數(shù)據(jù)單元中的上層協(xié)議的報(bào)頭。如圖6.19所示。已經(jīng)定義的擴(kuò)展首部有6種。如圖6.20所示。（1）逐跳選項(xiàng)。到目前為止只定義了3種逐跳選項(xiàng)：Pad1、PadN和特大有效載荷。選項(xiàng)的一般格式如圖6.21所示。其中，動(dòng)作：若選項(xiàng)未被識(shí)別則應(yīng)采取的動(dòng)作。00：跳過這個(gè)選項(xiàng)01

18、：丟棄這個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)，無更多的動(dòng)作10：丟棄這個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)并發(fā)送差錯(cuò)報(bào)文11與10同：不同的是若目的地址不是多播地址C：改變選項(xiàng)的值0：在通過時(shí)不改變1：在通過時(shí)可以改變類型：00000：Pad100001：PadN00010：特大有效載荷Pad1：這個(gè)選項(xiàng)是1字節(jié)長(zhǎng)，其作用是為了對(duì)齊。見圖6.22。PadN：PadN與Pad1相似。不同的地方是當(dāng)兩個(gè)或更多字節(jié)需要對(duì)齊時(shí)就要使用PadN。見圖6.23。特大有效載荷：超過IP數(shù)據(jù)報(bào)的最大有效載荷（65 535字節(jié)。特大有效載荷選項(xiàng)從擴(kuò)展首部的最前端算起的4字節(jié)的倍數(shù)再加上兩個(gè)字節(jié)（4n+2）的地方開始。如圖6.24所示。（2）終點(diǎn)選項(xiàng)。終點(diǎn)選項(xiàng)用于當(dāng)源

19、點(diǎn)需要將信息僅傳遞給終點(diǎn)時(shí)。中間的各路由器不允許讀取這些信息。（3）源路由選擇。它把IPv4的嚴(yán)格源路由和不嚴(yán)格源路由的概念合并在一起。源路由選擇擴(kuò)展首部至少包含7個(gè)字段，如圖6.25所示。使用源路由選擇時(shí)，它要從一個(gè)路由器到另一個(gè)路由器地發(fā)生變化。例如，主機(jī)A希望以特定的路由把數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)送給主機(jī)B：從A到R1到R2到R3到B。（4）分片。若源點(diǎn)不使用路徑MTU發(fā)現(xiàn)技術(shù)，它就必須把數(shù)據(jù)報(bào)分片為1280字節(jié)或更短的長(zhǎng)度。這是連接到因特網(wǎng)的每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)必須支持的MTU的最小值。圖6.27給出了分片擴(kuò)展首部的格式。（5）鑒別。鑒別擴(kuò)展首部有雙重作用：它證實(shí)報(bào)文的發(fā)送方并保證數(shù)據(jù)的完整性。鑒別可使用多種不

20、同的算法。圖6.28概述了計(jì)算鑒別數(shù)據(jù)字段的方法。（6）加密的安全有效載荷（ESP）。ESP是提供了保密性并能防止竊聽的一種擴(kuò)展。ESP擴(kuò)展首部包括安全參數(shù)索引和加密數(shù)據(jù)。安全參數(shù)索引字段是一個(gè)32位字，它定義所使用的加密解密類型。IETF已經(jīng)設(shè)計(jì)了3種策略來幫助從IPv4到IPv6的過渡，如圖6.29所示。1雙雙IP層或雙協(xié)議棧層或雙協(xié)議棧圖6.30（a）給出了雙協(xié)議層結(jié)構(gòu)。圖6.33（b）給出了雙協(xié)議棧結(jié)構(gòu)。(a) (b)2隧道技術(shù)隧道技術(shù)圖6.31給出了通過IPv4隧道傳輸IPv6分組的機(jī)制。（1）路由器路由器隧道。圖6.32給出了路由器路由器隧道結(jié)構(gòu)。（2）主機(jī)路由器隧道。圖6.33給

21、出了主機(jī)路由器隧道結(jié)構(gòu)。（3）主機(jī)主機(jī)隧道。 圖6.34給出了主機(jī)主機(jī)隧道結(jié)構(gòu)。圖6.35比較了網(wǎng)絡(luò)層的版本4和版本6。版本4中的ICMP、ARP、RARP和IGMP協(xié)議被合并成了一個(gè)協(xié)議，就是ICMPv6。但是根據(jù)這些報(bào)文的功能和作用的不同，我們把這些報(bào)文劃分為不同的類別。如圖6.36所示。1終點(diǎn)不可達(dá)報(bào)文終點(diǎn)不可達(dá)報(bào)文當(dāng)路由器無法轉(zhuǎn)發(fā)一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)，或者一個(gè)主機(jī)無法將數(shù)據(jù)報(bào)的內(nèi)容交付給上層協(xié)議時(shí)，該路由器或主機(jī)就丟棄數(shù)據(jù)報(bào)并向源主機(jī)發(fā)送一個(gè)終點(diǎn)不可達(dá)差錯(cuò)報(bào)文。2分組太大報(bào)文分組太大報(bào)文因?yàn)镮Pv6不允許在路由器上進(jìn)行分片，如果路由器收到的數(shù)據(jù)報(bào)大于其網(wǎng)絡(luò)的最大傳輸單元（MTU），那么路由器丟棄

22、這個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)，同時(shí)向源點(diǎn)發(fā)送一個(gè)ICMP差錯(cuò)分組分組太大報(bào)文。圖6.37給出了這個(gè)分組的格式。 3超時(shí)報(bào)文超時(shí)報(bào)文當(dāng)數(shù)據(jù)報(bào)由于跳數(shù)限制字段的值為0而被路由器丟棄時(shí)，就使用代碼0。當(dāng)在限期內(nèi)還有其他的分片沒有到達(dá)而將數(shù)據(jù)報(bào)的分片丟棄時(shí)，就用代碼1。4參數(shù)問題報(bào)文參數(shù)問題報(bào)文當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)在因特網(wǎng)中傳輸時(shí)，如果路由器或終點(diǎn)主機(jī)發(fā)現(xiàn)有任何字段含糊不清或者缺少必要的值，那么它就會(huì)丟棄該數(shù)據(jù)報(bào)，并向源點(diǎn)發(fā)送一個(gè)參數(shù)問題差錯(cuò)報(bào)文。代碼字段指明丟棄數(shù)據(jù)報(bào)的原因和傳送失敗的原因：代碼0：有出錯(cuò)的首部字段。 代碼1：不能識(shí)別的下一個(gè)首部類型。代碼2：不能識(shí)別的IPv6選項(xiàng)。1回送請(qǐng)求報(bào)文回送請(qǐng)求報(bào)文回送請(qǐng)求報(bào)文的格式和思路與版本4中的一樣。唯一的區(qū)別就是類型為128，如圖6.39所示。2回送回答報(bào)文回送回答報(bào)文回送回答報(bào)文的格式和思路也與版本4中的一樣，唯一的區(qū)別就是類型為129。1路由器詢問和通告路由器詢問和通告（1）路由器詢問報(bào)