計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第2講2

1、IPv6技術(shù)(1)1IP(Internet Protocol)是TCP/IP協(xié)議集的核心協(xié)議之一, 主要提供無連接的數(shù)據(jù)報傳輸和互連網(wǎng)的路由服務(wù)IP的基本任務(wù)是通過互連網(wǎng)將IP數(shù)據(jù)報從源主機(jī)傳輸?shù)侥康闹鳈C(jī), 各個IP數(shù)據(jù)報將獨立傳輸1. IP協(xié)議概述2在IP網(wǎng)絡(luò)中, 每個節(jié)點都要預(yù)先分配一個惟一的邏輯地址(IP地址)作為網(wǎng)絡(luò)和節(jié)點的標(biāo)識符IP不保證傳送可靠性和正確性, 在網(wǎng)絡(luò)資源不足情況下, 可能丟棄某些數(shù)據(jù)報, 同時IP也不檢查被數(shù)據(jù)鏈路層丟棄的報文在傳送時, 高層協(xié)議將數(shù)據(jù)傳給IP, IP將數(shù)據(jù)封裝為IP數(shù)據(jù)報后通過網(wǎng)絡(luò)接口發(fā)送出去3如果目的主機(jī)直接連在本地網(wǎng)中, IP直接將數(shù)據(jù)報傳送給本

2、地網(wǎng)中目的主機(jī)如果目的主機(jī)是在遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)上, IP將數(shù)據(jù)報傳送給本地路由器, 由本地路由器再傳送給下一個路由器或目的主機(jī)目前，IP協(xié)議有兩個版本：IP v4和IP v6， IP v4是現(xiàn)在使用的版本，IP v6是將要使用的版本4由于IPv4存在著地址空間匱乏、安全性差、不支持QoS等一系列缺陷，使IP v4難以擔(dān)當(dāng)下一代Internet核心協(xié)議的重任為此，IETF提出了下一代IP協(xié)議:IP v6，在IP地址空間、路由協(xié)議、安全性、移動性以及QoS支持等方面作了較大的改進(jìn)，增強(qiáng)了IP協(xié)議的功能52. IPv6 協(xié)議的新特性大型地址空間：IPv6地址是128位，完全可以解決當(dāng)前IPv4地址匱乏問題可

3、以實現(xiàn)真正的端到端通信機(jī)制，不再需要網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換(NAT)之類的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，大大減少了網(wǎng)絡(luò)瓶頸為將來互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展留有充足的地址空間 6新的報頭格式：IPv6采用新的報頭格式，將不重要的字段和可選的字段放在擴(kuò)展報頭中, 使報頭開銷減少到最小程度, 有利于路由器處理IPv6報頭只比IPv4報頭大兩倍，但I(xiàn)Pv6 地址比 IPv4 地址大 4 倍IPv4報頭和IPv6報頭不能混合使用, 如果要同時處理IPv4和IPv6報文，必須同時使用IPv4和IPv6協(xié)議(雙協(xié)議)7有效和分級的路由基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)：在基于IPv6的互聯(lián)網(wǎng)上，IPv6全局地址可以用來構(gòu)架有效的、分級的、簡要的路由基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，能夠滿足互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提

4、供商(ISP)多層次的應(yīng)用需要IPv6主干網(wǎng)路由器的路由表變得非常小，能夠大大提高路由選擇效率8無狀態(tài)和有狀態(tài)地址配置：為了簡化主機(jī)配置，IPv6同時支持有狀態(tài)地址配置(有DHCP服務(wù)器時的地址配置)和無狀態(tài)地址配置(無DHCP服務(wù)器時的地址配置)在使用無狀態(tài)地址配置的情況下, 主機(jī)自動使用同一鏈路的IPv6地址和本地路由器通告的前綴地址來配置自己9內(nèi)置安全協(xié)議：IPv6協(xié)議的安全機(jī)制是基于IP安全(IP Security，IPSec)協(xié)議提供的，并且由內(nèi)部組件來實現(xiàn)，而不是一個可選項這種內(nèi)置的安全特性建立一個統(tǒng)一和一致的安全協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，大大提高了不同IPv6 實現(xiàn)之間的互操作性10支持服務(wù)質(zhì)量

5、 (QoS)：IPv6 報頭中的“流類別”字段標(biāo)識了數(shù)據(jù)報所屬的數(shù)據(jù)流，路由器將根據(jù)數(shù)據(jù)流類別和優(yōu)先級進(jìn)行特殊處理，進(jìn)而實現(xiàn)對QoS的支持功能 QoS控制是一種端到端的全局性網(wǎng)絡(luò)控制行為，在數(shù)據(jù)流經(jīng)過的各個路由器上都要支持QoS功能，才能實現(xiàn)端到端的QoS控制11用于相鄰節(jié)點互操作的新協(xié)議：IPv6定義了一個稱為鄰居發(fā)現(xiàn)(ND)的新協(xié)議，取代了ARP協(xié)議及ICMPv4中的“路由器發(fā)現(xiàn)”消息和“重定向”消息可擴(kuò)展性：IPv6允許在報頭后增加擴(kuò)展報頭，以便擴(kuò)展新的功能IPv4報頭只支持40字節(jié)的選項，而IPv6 擴(kuò)展報頭只受 IPv6 數(shù)據(jù)報大小的限制 123. IPv6地址IPv4地址為32位，

6、以8位邊界劃分，每8位轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制，用“.”號分隔IPv4將IP地址分成網(wǎng)絡(luò)地址和主機(jī)地址兩部分，根據(jù)不同地址類別，網(wǎng)絡(luò)地址和主機(jī)地址的位數(shù)不同這種地址分配方法的缺陷是不夠靈活13IPv6地址為128 位，以16位邊界劃分，每16位轉(zhuǎn)換成4位十六進(jìn)制數(shù)字，用冒號(:)分隔, 稱為冒號十六進(jìn)制IPv6對128位地址沒有作類別限制，允許服務(wù)提供商根據(jù)實際需要進(jìn)行地址劃分。IP v6的標(biāo)準(zhǔn)地址格式為： X:X:X:X:X:X:X:X，每個X為16位 14下面是二進(jìn)制格式的IPv6地址(128位): 11010 10011 00000 1101101010 11111 1111111000101000

7、 11010 以16位邊界劃分，每16位轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制，用冒號分隔，其結(jié)果是： 21DA:00D3:0000:2F3B:02AA:00FF: FE28:9C5A 15IP v6地址的基本規(guī)則：為了簡化IPv6地址表示，可以刪除每個16位塊中起始的0，但每個16位塊至少要保留1位例如： 21DA:00D3:0000:2F3B:02AA:00FF: FE28:9C5A(原始地址) 21DA:D3:0:2F3B:2AA:FF:FE28:9C5A (簡化后) 16 如果地址中出現(xiàn)連續(xù)的0，則可以用“:”號來壓縮(稱為零壓縮)，進(jìn)一步簡化IPv6地址表示。例如： FE80:0:0:0:2AA:FF:FE

8、9A:4CA2 FE80:2AA:FF:FE9A:4CA2(壓縮后) FF02:0:0:0:0:0:0:2 FF02:2 (壓縮后) 17 零壓縮只能用于壓縮冒號十六進(jìn)制地址中一個連續(xù)的16位塊，不能壓縮部分16位信息塊，例如不能將FF02:30:0:0:0:0:0:5 表示成 FF02:3:5 用:表示0位的數(shù)量用(8-n)16公式來計算, 其中n為地址中的16位塊的數(shù)量，例如在地址FF02:2中，被壓縮了 (8-2)16= 96個0 零壓縮只能在給定地址中使用一次,否則將無法確定每個:所表示的0個數(shù)18 IPv6地址使用地址前綴(FP)概念來表示該地址的前幾位或者網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識符，并用X/Y形式

9、來表示，其中X是地址前綴，Y是地址前綴的位數(shù) 例如： 5D4C:D3:/16的地址前綴為5D4C 21DA:D3:/48 是路由前綴 21DA:D3:0:2F3B:/64是子網(wǎng)前綴19 IPv6是根據(jù)地址前綴來劃分IPv6地址空間的。IP v6地址可以分為單播(Unicast)、多播(Multicast)和任播(Anycast)等3種地址，各種地址類型用地址格式前綴來表示有關(guān)國際組織定義了一些特殊用途的IPv6地址，用特定的地址前綴來表示, 占整個IPv6地址空間的1520單播地址單播地址惟一地標(biāo)識一個網(wǎng)絡(luò)接口，以該類地址傳送的IP數(shù)據(jù)報將交付給該地址對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)接口IPv6定義了多種單播地址格

10、式1) 可聚集全局單播地址以前綴FP001為標(biāo)識，可聚集全局單播地址等價于公用IPv4地址, 稱為全局地址21在IPv4 Internet中，采用的是平面路由和分層路由的混合結(jié)構(gòu)在IPv6 Internet中，采用的是更加有效的分層尋址和路由結(jié)構(gòu)可聚集全局單播地址通過聚集可以產(chǎn)生分層路由結(jié)構(gòu), 其作用域是整個IPv6 Internet22可聚集全局單播地址采用三層結(jié)構(gòu)： 公用拓?fù)涫翘峁㊣Pv6 Internet 服務(wù)的各種ISP的集合 站點拓?fù)涫且粋€組織中子網(wǎng)的集合 接口標(biāo)識符標(biāo)識了一個組織中某一子網(wǎng)上的特定接口 232) 鏈路本地地址 以FP 1111 1110 10 為標(biāo)識，用于同一鏈路上

11、相鄰節(jié)點之間的通信，例如在沒有路由器的單個鏈路上，主機(jī)之間要使用鏈路本地地址進(jìn)行通信鏈路本地地址的作用域是本地鏈路，IPv6 路由器不會轉(zhuǎn)發(fā)鏈路本地通信鏈路本地地址是鄰居發(fā)現(xiàn)(ND)協(xié)議所需要的，且是自動配置的 243) 站點本地地址 以FP 1111111011為標(biāo)識，一般在專用內(nèi)部網(wǎng)中使用，且不會與可聚集全局單播地址發(fā)生沖突站點本地地址的作用域是站點(內(nèi)部網(wǎng)絡(luò))，路由器不會轉(zhuǎn)發(fā)站點本地通信站點本地地址不會自動地配置，必須通過無狀態(tài)或有狀態(tài)地址配置過程來分配 25站點本地地址以FEC0:/48開始，前面48位字段是固定的隨后的16 位是子網(wǎng)標(biāo)識符，用于在一個組織中創(chuàng)建和標(biāo)識子網(wǎng)，在平面子網(wǎng)結(jié)

12、構(gòu)中，可標(biāo)識最多65536個子網(wǎng)，也可使用子網(wǎng)標(biāo)識符的最高位來建立一個分層和可聚集的路由結(jié)構(gòu)最后的64位是接口標(biāo)識符，用來標(biāo)識子網(wǎng)上的特定接口26可聚集全局單播地址和站點本地地址共享除開始48位以外的相同地址結(jié)構(gòu)在可聚集全局單播地址中, 站點拓?fù)錁?biāo)識了一個組織中的子網(wǎng), 站點本地地址中的子網(wǎng)標(biāo)識符具有同樣的功能使用特定子網(wǎng)編號的子網(wǎng)可以支持站點本地地址和可聚集全局單播地址 27 4) IP v4兼容性地址 IPv4兼容地址：地址格式為:w.x.y.z (w.x.y.z 為 IPv4 地址)，雙協(xié)議棧節(jié)點(同時使用 IPv4 和IPv6 協(xié)議的節(jié)點)使用這種地址可以通過IPv4網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行IPv6通

13、信，當(dāng)目的地址為IPv4兼容地址時, IPv6將自動用 IPv4報頭來封裝數(shù)據(jù)報, 并通過IPv4網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給目標(biāo)。28 IPv4映射地址：地址格式為:FFFF: w.x.y.z，用于將IPv6節(jié)點表示成IPv4節(jié)點，且只用于內(nèi)部表示，一般不作為IPv6 數(shù)據(jù)報的源地址或目的地址 6to4地址：兩個同時運行IPv4和IPv6的節(jié)點之間通過IPv4網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信時，可以使用6to4地址，6to4地址由前綴2002:/16和節(jié)點的IPv4地址組合而成，形成一個 48 位前綴295) 兩個特殊地址未指定地址(0:0:0:0:0:0:0:0或:)：用于指出某個地址不存在，等價于 IPv4的未指定地址0.0

14、.0.0，未指定地址通常作為源地址來驗證暫定地址的惟一性，但不能用作目的地址 環(huán)回地址(0:0:0:0:0:0:0:1或:1)：用來標(biāo)識環(huán)回接口，允許節(jié)點自發(fā)自收，等價于 IPv4 的環(huán)回地址 127.0.0.1 30多播地址 多播地址標(biāo)識了一組接口，以該地址類型發(fā)送的數(shù)據(jù)報將傳送給該地址對應(yīng)的所有接口 多播地址格式：標(biāo)識 標(biāo)志 作用域 組ID31標(biāo)識: 多播地址以FP1111 1111為標(biāo)識標(biāo)志: 標(biāo)志為0時，表示多播地址是永久性的；當(dāng)標(biāo)志為1時，表示多播地址是臨時性的作用域: 指出多播通信的范圍，路由器使用作用域來確定是否轉(zhuǎn)發(fā)多播通信, 作用域可以是鏈路本地、站點本地、本地/全局等地址32 組ID：惟一標(biāo)識一個多播組, 永久性組ID獨立于作用域，臨時性組ID與特定的作用域有關(guān), 從FF01:到 FF0F:是保留的周知多播地址當(dāng)IPv6多播地址映射到以太網(wǎng)多播 MAC地址時，一般從 IPv6 多播地址的低32位分配組 ID，其它位設(shè)置為0這樣, 每個組 ID就可以映射到惟一的以太網(wǎng)多播 MAC 地址上 33在地址解析過程中，