computer-network-note-7

IPv6协议

概 述

• 随着Internet的快速发展，现在IPv4已很不适用
  • IP地址空间耗尽问题
  • 安全性问题
  • 服务质量问题
• 解决IP地址耗尽问题的措施：
  • 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
• IETF于1992年提出推出下一代IP，即IPng(IP Next Generation)
• IPv6于1998年成为标准草案
  • RFC 2460—2463
• IPv6引入的主要变化：
  • 更大的地址空间
    • IPv6将地址从IPv4的32位增大到了128位
  • 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地址

• IPv6数据报的目的地址可以是三种基本类型地址之一

  • 单播(unicast)：传统的点对点通信
  • 组播/多播(multicast)：一点对多点的通信
  • 任意播(anycast)：IPv6增加的类型，任意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

• IPv6地址为128位

• IPv6地址采用冒号十六进制记法(colon hexadecimal notation)

  • 每个 16 位的值用十六进制值表示，各值之间用冒号分隔

• 冒号十六进制记法

  • 零压缩(zero compression)，即一连串连续的零可以为一对冒号所取代(一个地址只能用一次)
  • 冒号十六进制记法可结合点分十进制的后缀

• CIDR的斜线表示法仍然可用

IPv6首部

IPv6数据报结构

• 首部长度固定40字节，称为基本首部(base header)
• 取消了不必要的功能，首部字段数减少到 8 个
• 取消了首部的校验和字段，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)

基本首部

• 版本(version)：4 位，协议版本，对IPv6该字段为6

• 流量类别(traffic class)：8位，用于区分IPv6数据报的类别或优先级

• 流标号(flow label)：20位，“流”是从特定源点到特定终点的一系 列数据报，“流”所经过路径上的路由器都保证指定的服务质量， 所有属于同一个流的数据报具有相同的流标号

• 有效载荷长度(payload length)：16 位，表示数据报除基本首部以外的长度(字节数)，最大值为64KB

• 下一个首部(next header)：8位，相当于IPv4的协议字段或可选字段

• 跳数限制(hop limit)：8 位，数据报发出时设定跳数限制，路由器在转发数据报时将该字段值减1，当其为零时，将此数据报丢弃

• 源地址：128位，数据报的发送方的IP地址

• 目的地址：128位，数据报的接收方的IP地址

扩展首部

• 简介
  • 原IPv4首部中的选项功能都放在IPv6扩展首部中
  • 数据报途中经过的路由器不处理扩展首部(除逐跳选项扩展首部以外)，扩展首部由源和目的站的主机处理，路由器的处理 效率大大提高

IPv4向IPv6过渡

简介

• 向IPv6过渡只能采用逐步演进的办法，还必须使新安装的IPv6系统能够向后兼容
• IPv6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
• 目前实现IPv4/IPv6互操作的技术主要有两种:
  • 双协议栈(dual stack):主机(或路由器)装有两个协议栈，一个IPv4和一个IPv6，根据需要使用不同的协议栈进行通信
  • 隧道技术(tunneling):将IPv6数据报重新封装后通过IPv4网络传输，即IPv6数据报作为IPv4数据报的数据部分(重新封装为IPv4数据报后，IPv4包头中协议类型字段为41)