371计算机网络第5版

计算机网络（第 5 版）第 10 章 下一代因特网 第 10 章 下一代因特网10.1 下一代网际协议 IPv6 10.1.1 解决 IP 地址耗尽的措施 10.1.2 IPv6 的基本首部 10.1.3 IPv6 的扩展首部 10.1.4 IPv6 的地址空间 10.1.5 从 IPv6 向 IPv4 过渡 10.1 下一代的网际协议 IPv6 (IPng)10.1.1 解决 IP 地址耗尽的措施n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。n最主要的问题就是 32 位的 IP 地址不够用。n要解决 IP 地址耗尽的问题的措施：n采用无类别编址 CIDR，使 IP 地址的分配更加合理。n采用网络地址转换 NAT 方法以节省全球 IP 地址。n采用具有更大地址空间的新版本的 IP 协议 IPv6。 10.1.2 IPv6 的基本首部 nIPv6 仍支持无连接的传送所引进的主要变化如下n更大的地址空间。IPv6 将地址从 IPv4 的 32 位 增大到了 128 位。 n扩展的地址层次结构。 n灵活的首部格式。 n改进的选项。 n允许协议继续扩充。 n支持即插即用（即自动配置） n支持资源的预分配。 IPv6 数据报的首部nIPv6 将首部长度变为固定的 40 字节，称为基本首部(base header)。n将不必要的功能取消了，首部的字段数减少到只有 8 个。n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。n在基本首部的后面允许有零个或多个扩展首部。n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041631版 本位目 的 地 址源 地 址下 一 个 首 部流 标 号12通 信 量 类（128 位）（128 位）有 效 载 荷 长 度跳 数 限 制24有效载荷（扩展首部 / 数据）IPv6 的基本首部（40 B）IPv6 的有效载荷（至 64 KB） 10.1.3 IPv6 的扩展首部1. 扩展首部及下一个首部字段 nIPv6 把原来 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。n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）。n这样就大大提高了路由器的处理效率。 六种扩展首部 在 RFC 2460 中定义了六种扩展首部：n 逐跳选项n 路由选择n 分片n 鉴别n 封装安全有效载荷n 目的站选项 有效载荷有效载荷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/UDPTCP/UDP 首部和数据 (TCP/UDP 报文段）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nIPv6 把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），或者在发送数据前确定沿着该路径到目的站的最小 MTU。n分片扩展首部的格式如下： 0291631位下 一 个 首 部片 偏 移8标 识 符保 留保 留 M 扩展首部举例nIPv6 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。n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 n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。n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。 10.1.4 IPv6 的地址空间1. 地址的类型与地址空间 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其中的一个，通常是距离最近的一个。 结点与接口nIPv6 将实现 IPv6 的主机和路由器均称为结点。n一个结点可能有多个IP V6地址。 冒号十六进制记法(colon hexadecimal notation) n每个 16 位的值用十六进制值表示，各值之间用冒号分隔。68E6:8C64:FFFF:FFFF:0:1180:960A:FFFFn零压缩(zero compression)，即一连串连续的零可以为一对冒号所取代。 nFF05:0:0:0:0:0:0:B3 可以写成：nFF05:B3 2. 地址空间的分配nIPv6 将 128 位地址空间分为两大部分。n第一部分是可变长度的类型前缀，它定义了地址的目的。n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 位 前缀为 0000 0000 的地址 n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。n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。 0000.0000 FFFF IPv4 地址80 位16 位32 位IPv4 映射的IPv6 地址 4. 全球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) 全球路由选择前缀，占 48 位。 (2) 子网标识符，占16 位。 (3) 接口标识符，占 64 位。 第一级第三级接口标识符（64 位）子网标识符（16 位）第二级全球路由选择前缀（48 位）位 0 48 64 127 10.1.5 从 IPv4 向 IPv6 过渡 n向 IPv6 过渡只能采用逐步演进的办法，同时，还必须使新安装的 IPv6 系统能够向后兼容。nIPv6 系统必须能够接收和转发 IPv4 分组，并且能够为 IPv4 分组选择路由。n双协议栈(dual stack)是指在完全过渡到 IPv6 之前，使一部分主机（或路由器）装有两个协议栈，一个 IPv4 和一个 IPv6。 用双协议栈进行从 IPv4 到 IPv6 的过渡 双协议栈IPv6/IPv4IPv6IPv6IPv4 网络ABCDEF流标号：X源地址：A目的地址：F 数据部分流标号：无源地址：A目的地址：F 数据部分双协议栈IPv6/IPv4IPv6 数据报IPv6 数据报源地址：A目的地址：F数据部分源地址：A目的地址：F数据部分IPv4 数据报IPv4 网络IPv6IPv6ABCDEFIPv4 数据报IPv4 数据报IPv4网络 IPv6IPv6ABEF隧道源地址：B目的地址：EIPv6数据报双协议栈IPv6/IPv4双协议栈IPv6/IPv4双协议栈IPv6/IPv4双协议栈IPv6/IPv4IPv4 网络流标号：X源地址：A目的地址：F 数据部分IPv6 数据报流标号：X源地址：A目的地址：F 数据部分IPv6 数据报源地址：B目的地址：EIPv6数据报使用隧道技术从 IPv4 到 IPv6 过渡