_4.8__________下一代的网际协议 IPv6(IPng)

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二层,第三层,第四层,第五层,*,4.8,下一代网际协议,IPv6,从计算机本身发展以及从因特网规模和网络传输速率来看，现在,IPv4,已很不适用。,最主要的问题就是 32,bit,的,IP,地址不够用。,要解决,IP,地址耗尽的问题的措施：,采用无类别编址,CIDR，,使,IP,地址的分配更加合理。,采用网络地址转换,NAT,方法以节省全球,IP,地址。,采用具有更大地址空间的新版本的,IP,协议,IPv6。,4.8.1,解决,IP,地址耗尽的措施,4.8.2 IPv6,的基本首部,IPv6,所引进的主要变化如下,更大的地址空间。,IPv6,将地址从,IPv4,的 32,bit,增大到了 128,bit，,扩展的地址层次结构。,灵活的首部格式。,改进的选项。,允许协议继续扩充。,支持即插即用（即自动配置）,支持资源的预分配。,IPv6,数据报的首部,IPv6,将首部长度变为固定的 40 字节，称为,基本首部,(,base header)。,将不必要的功能取消了，首部的字段数减少到只有 8 个。,取消了首部的检验和字段，加快了路由器处理数据报的速度。,在基本首部的后面允许有零个或多个扩展首部。,所有的扩展首部和数据合起来叫做数据报的,有效载荷,(,payload),或,净负荷,。,IPv6,数据报的一般形式,基本,首部,扩展,首部 1,扩展,首部,N,数 据 部 分,选项,IPv6,数据报,有效载荷,IPv6,数据报首部与,IPv4,数据报首部的对比,取消,有变化,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,服 务 类 型,总 长 度,片 偏 移,填 充,首 部 检 验 和,源 地 址,目 的 地 址,可 选 字 段 （长 度 可 变）,比特,首部长度,固,定,部,分,20,字节,可变,部分,IPv4,首部,上面是,IPv4,数据报的首部,0,4,16,31,版 本,比特,目 的,地 址,源 地 址,下 一 个 首 部,流 标 号,12,通 信 量 类,（128 bit）,（128 bit）,有 效 载 荷 长 度,跳 数 限 制,24,扩展首部/数据,IPv6,的,基本首部,（40,B）,IPv6,的,有效载荷,（至 64,KB）,扩展首部/数据,IPv6,的,有效载荷,（至 64,KB）,0,4,16,31,版 本,比特,目 的,地 址,源 地 址,下 一 个 首 部,流 标 号,12,通 信 量 类,（128 bit）,（128 bit）,有 效 载 荷 长 度,跳 数 限 制,24,IPv6,的,基本首部,（40,B）,版本(,version)4 bit。,它指明了协议的版本，对,IPv6,该字段总是 6。,0,4,16,31,版 本,比特,目 的,地 址,源 地 址,下 一 个 首 部,流 标 号,12,通 信 量 类,（128 bit）,（128 bit）,有 效 载 荷 长 度,跳 数 限 制,24,IPv6,的,基本首部,（40,B）,通信量类(,traffic class)8 bit。,这是为了区分不同的,IPv6,数据报的类别或优先级。目前正在进行不同的通信量类性能的实验。,0,4,16,31,版 本,比特,目 的,地 址,源 地 址,下 一 个 首 部,流 标 号,12,通 信 量 类,（128 bit）,（128 bit）,有 效 载 荷 长 度,跳 数 限 制,24,IPv6,的,基本首部,（40,B）,流标号(,flow label)20 bit。“,流”是互联网络上从特定源点到特定终点的一系列数据报，“流”所经过的路径上的路由器都保证指明的服务质量。,所有属于同一个流的数据报都具有同样的流标号。,0,4,16,31,版 本,比特,目 的,地 址,源 地 址,下 一 个 首 部,流 标 号,12,通 信 量 类,（128 bit）,（128 bit）,有 效 载 荷 长 度,跳 数 限 制,24,IPv6,的,基本首部,（40,B）,有效载荷长度(,payload length)16 bit。,它指明,IPv6,数据报除基本首部以外的字节数（所有扩展首部都算在有效载荷之内），其最大值是 64,KB。,0,4,16,31,版 本,比特,目 的,地 址,源 地 址,下 一 个 首 部,流 标 号,12,通 信 量 类,（128 bit）,（128 bit）,有 效 载 荷 长 度,跳 数 限 制,24,IPv6,的,基本首部,（40,B）,下一个首部(,next header)8 bit。,它相当于,IPv4,的协议字段或可选字段。,0,4,16,31,版 本,比特,目 的,地 址,源 地 址,下 一 个 首 部,流 标 号,12,通 信 量 类,（128 bit）,（128 bit）,有 效 载 荷 长 度,跳 数 限 制,24,IPv6,的,基本首部,（40,B）,跳数限制(,hop limit)8 bit。,源站在数据报发出时即设定跳数限制。路由器在转发数据报时将跳数限制字段中的值减1。,当跳数限制的值为零时，就要将此数据报丢弃。,0,4,16,31,版 本,比特,目 的,地 址,源 地 址,下 一 个 首 部,流 标 号,12,通 信 量 类,（128 bit）,（128 bit）,有 效 载 荷 长 度,跳 数 限 制,24,IPv6,的,基本首部,（40,B）,源地址 128,bit。,是数据报的发送站的,IP,地址。,0,4,16,31,版 本,比特,目 的,地 址,源 地 址,下 一 个 首 部,流 标 号,12,通 信 量 类,（128 bit）,（128 bit）,有 效 载 荷 长 度,跳 数 限 制,24,IPv6,的,基本首部,（40,B）,目的地址 128,bit。,是数据报的接收站的,IP,地址。,0,4,16,31,版 本,比特,目 的,地 址,源 地 址,下 一 个 首 部,流 标 号,12,通 信 量 类,（128 bit）,（128 bit）,有 效 载 荷 长 度,跳 数 限 制,24,IPv6,的,基本首部,（40,B）,4.8.3 IPv6,的扩展首部,IPv6,将原来,IPv4,首部中选项的功能都放在扩展首部中，并将扩展首部留给路径两端的源站和目的站的主机来处理。,数据报途中经过的路由器都不处理这些扩展首部（只有一个首部例外，即逐跳选项扩展首部）。,这样就大大提高了路由器的处理效率。,1.,扩展首部及下一个首部字段,六种扩展首部,在,RFC 2460,中定义了六种扩展首部：,逐跳选项,路由选择,分片,鉴别,封装安全有效载荷,目的站选项,IPv6,的扩展首部,基本首部,下一个首部,=,TCP/UDP,基本首部,下一个首部,=路由选择,路由选择首部,下一个首部,=分片,分片首部,下一个首部,=,TCP/UDP,TCP/UDP,首部,和数据,(,TCP/UDP,报文段）,有效载荷,有效载荷,TCP/UDP,首部,和数据,(,TCP/UDP,报文段）,无扩展首部,有扩展首部,2.,扩展首部举例,*,IPv6,将分片限制为由源站来完成。源站可以采用保证的最小,MTU（1280,字节），或者在发送数据前完成,路径最大传送单元发现,(,Path MTU Discovery)，,以确定沿着该路径到目的站的最小,MTU。,分片扩展首部的格式如下：,0,29,16,31,比特,下 一 个 首 部,片 偏 移,8,标 识 符,保 留,保 留,M,扩展首部举例,*,IPv6,数据报的有效载荷长度为 3000 字节。下层的以太网的最大传送单元,MTU,是 1500 字节。,分成三个数据报片，两个 1400 字节长，最后一个是 200 字节长。,IPv6,基本首部,分片首部 1,第 一 个 分 片,1400,字节,IPv6,基本首部,分片首部 2,第 二 个 分 片,1400,字节,IPv6,基本首部,分片首部 3,第三个分片,200,字节,扩展首部,用隧道技术来传送长数据报,*,当路径途中的路由器需要对数据报进行分片时，就创建一个全新的数据报，然后将这个新的数据报分片，并在各个数据报片中插入扩展首部和新的基本首部。,路由器将每个数据报片发送给最终的目的站，而在目的站将收到的各个数据报片收集起来，组装成原来的数据报，再从中抽取出数据部分。,用隧道技术将一个,IPv6,数据报分成 3 个数据报片,*,基本首部,有 效 载 荷,F,1,F,2,F,3,新的,基本首部,F,1,分片 1,扩展首部,新的,基本首部,F,3,分片 3,扩展首部,新的,基本首部,分片 2,扩展首部,F,2,4.8.4 IPv6,的地址空间,1.128 bit,的地址空间,IPv6,数据报的目的地址可以是以下三种基本类型地址之一：,(1),单播,(,unicast,),单播就是传统的点对点通信。,(2),多播,(,multicast),多播是一点对多点的通信。,(3),任播,(,anycast,),这是,IPv6,增加的一种类型。任播的目的站是,一组计算机,，但数据报在交付时只交付给其中的一个，通常是,距离最近的一个,。,结点与接口,IPv6,将实现,IPv6,的主机和路由器均称为,结点,。,IPv6,地址是分配给结点上面的,接口,。,一个接口,可以有多个单播地址,。,一个结点接口的单播地址可用来惟一地标志该结点。,每个 16,bit,的值用十六进制值表示，各值之间用冒号分隔。,68,E6:8C64:FFFF:FFFF:0:1180:960A:FFFF,零压缩(,zero compression)，,即一连串连续的零可以为一对冒号所取代。,FF05:0:0:0:0:0:0:B3,可以写成：,FF05:B3,冒号十六进制记法,(,colon hexadecimal notation),点分十进制记法的后缀,0:0:0:0:0:0:128.10.2.1,再使用零压缩即可得出：:128.10.2.1,CIDR,的斜线表示法仍然可用。,60,bit,的前缀 12,AB00000000CD3,可记为：,12,AB:0000:0000:CD30:0000:0000:0000:0000/60,或12,AB:CD30:0:0:0:0/60,或12,AB:0:0:CD30:/60,2.,地址空间的分配,*,IPv6,将 128,bit,地址空间分为两大部分。,第一部分是可变长度的类型前缀，它定义了地址的目的。,第二部分是地址的其余部分，其长度也是可变的。,类型前缀,地址的其他部分,长度可变,长度可变,128 bit,前缀为 0000 0000 的地址,*,前缀为 0000 0000 是保留一小部分地址与,IPv4,兼容的，这是因为必须要考虑到在比较长的时期,IPv,4,和,IPv6,将会同时存在，而有的结点不支持,IPv6。,因此数据报在这两类结点之间转发时，就必须进行地址的转换。,IPv4,兼容的,IPv6,地址,0000.0000 0000,IPv4,地址,IPv4,映射的,IPv6,地址,0000.0000,FFFF,IPv4,地址,80 16 32,比特数,IPv6,单播地址的等级结构,IPv6,扩展了地址的分级概念，使用以下三个等级：,(1)第一级（,顶级,），指明全球都知道的公共拓扑。,(2)第二级（,地点级,），指明单个的地点。,(3)第三级，指明单个的,网络接口,。,3 13 8 24 16 64,P,保留,TLA,标识符,接口标识符,NLA,标识符,SLA,标识符,顶级,第三级,地点级,比特数,第三级地址,IPv6,地址的最低的,第三级,对应于计算机和网络的,单个接口,。,IPv6,地址的后缀有 64,bi t,之多，它足够大，因而可以将各种接口的硬件地址直接进行编码。,IPv6,使用邻站发现协议使结点能够确定哪些计算机是和它相邻接的。,3 13 8 24 16 64,P,保留,TLA,标识符,接口标识符,