TCP/IP协议族（第4版） 第26章 试读

 

 

 

 

 

 

第五部分

下　一　代

第26章　IPv6编址　

第27章　IPv6协议　

第28章　ICMPv6　

 

 

 

 

 

 

 

 

第26章　IPv6编址

 

 

 

 

在

本书第五部分的第一章，我们要介绍的是IPv6中的编址。IPv4协议的地址耗尽问题是开发IPv6协议的一个主要原因。正如我们将在本章看到的，IPv6地址的结构与IPv4地址的结构有着一些本质上的不同。在IPv6中再也不用担心地址耗尽问题了。

目标

本章有以下几个目标：

q介绍IPv6的编址机制以及这一版所使用的几种表示地址的不同记法。

q解释IPv6中使用的三类编址类型：单播、任播和多播。

q说明IPv6的地址空间，以及它是如何被划分为若干个地址块的。

q讨论地址空间中的一些被保留的地址块以及它们的应用。

q定义全球单播地址块以及它如何被应用于单播通信。

q讨论在IPv6布署全球单播地址块时，如何应用了分为三级的分级编址技术。

q讨论IPv6地址的自动配置和重新编号问题。

26.1 引言

IPv6地址的长度是128 位或者说16个字节（八位组），如图26.1所示。IPv6地址的长度是IPv4地址长度的四倍。

图26.1 IPv6地址

26.1.1 记法

在计算机中，地址通常以二进制保存，但是很显然，128位的长度对人类来说不是那么容易掌握的。为了让人类能够处理这些地址，已经建议了多种用来表示IPv6地址的记法。

点分十进制记法

为了与IPv4地址兼容，我们会很自然地想到要使用点分十进制记法，就像表示IPv4地址那样（第5章）。虽然这种记法对于4字节的IPv4地址很方便，但是对于16字节的IPv6地址来说，这种记法显得有点太长，如下所示：

221.14.65.11.105.45.170.34.12.234.18.0.14.0.115.255

这种记法很少被使用，除了有些情况可能会使用其中的某一部分，稍后将会看到。

十六进制冒号记法

为了使地址的可读性更好，IPv6地址协议指明了十六进制冒号记法（colon hexadecimal notation）。在这种记法中，128位被划分为八区，每个区的长度为两字节。在十六进制记法中，两个字节需要4个十六进制数字，因此，IPv6地址由32个十六进制数字组成，每4个数字用一个冒号分隔开。图26.2所示为用十六进制冒号记法表示的一个IPv6地址。

图26.2   十六进制冒号记法

这个IP地址即使用十六进制格式表示起来也很长，不过其中有许多数字都是零。在这种情况下，我们可以对这个地址进行简写。一个区（即两个冒号之间的4个数字）开头的几个零可以忽略。使用这种简写方式，0074可以写为74，000F可以写为F，而0000则写为0。请注意，3210不能被简写。

如果连续几个区都只包含了0，那么这个十六进制冒号记法还可以更进一步简写，通常称为零压缩（zero compression）。我们可以把这些零全部去掉，取而代之的是一个双冒号。图26.3描绘了这个概念。

图26.3 零压缩

请注意，这种类型的简写对一个地址仅能使用一次。若有两串零段，则只能将其中之一进行压缩。

混合表示法

有时候我们会看到一种混合表示的IPv6地址：十六进制冒号记法加上点分十进制记法。这种表示方法适用于将一个IPv4地址嵌入到一个IPv6地址中的过渡时期（作为最左边的32 位）。我们可以对地址最左边的6个区使用十六进制冒号记法，而最靠右的两个区则以4个字节的点分十进制记法取代，如下所示：

FDEC:14AB:2311:BBFE:AAAA:BBBB:130.24.24.18

但是，通常只在这个IPv6地址最右边的区全部或大部分为零时才会这样写。例如，下面所示为一个合法的IPv6地址，其中的零压缩表示这个地址最左边的96位全部是零：

::130.24.24.18

CIDR记法

稍后我们会看到，IPv6使用了分级的编址技术。正是因为这个原因，IPv6允许无分类编址和CIDR记法。例如，图26.4所示为我们如何使用CIDR定义一个60 位的前缀。在后面我们将会说明一个IPv6地址是如何划分前缀和后缀的。

 

图26.4 CIDR地址

 

例26.1

 

给出以下IPv6地址的未经简写的十六进制冒号记法表示：

a．64个0之后跟着64个1的地址。

b．128个0组成的地址。

c．128个1组成的地址。

d．128个1和0交替组成的地址。

解

a．0000:0000:0000:0000:FFFF:FFFF:FFFF:FFFF

b．0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000

c．FFFF:FFFF:FFFF:FFFF:FFFF:FFFF:FFFF:FFFF

d．AAAA:AAAA:AAAA:AAAA:AAAA:AAAA:AAAA:AAAA

例26.2

下面所示为例26.1中的地址经过零压缩后（c和d部分不能被简写）的形式：

a．::FFFF:FFFF:FFFF:FFFF

b．::

c．FFFF:FFFF:FFFF:FFFF:FFFF:FFFF:FFFF:FFFF

d．AAAA:AAAA:AAAA:AAAA:AAAA:AAAA:AAAA:AAAA

例26.3

给出以下地址的简写表示：

a．0000:0000:FFFF:0000:0000:0000:0000:0000

b．1234:2346:0000:0000:0000:0000:0000:1111

c．0000:0001:0000:0000:0000:0000:1200:1000

d．0000:0000:0000:0000:0000:FFFF:24.123.12.6

解

a．0:0:FFFF::

b．1234:2346::1111

c．0:1::1200:1000

d．::FFFF:24.123.12.6

例26.4

对以下地址进行解压缩，给出对应的未经简写的IPv6地址的完整表示：

a．1111::2222

b．::

c．0:1::

d．AAAA:A:AA::1234

解

a．1111:0000:0000:0000:0000:0000:0000:2222

b．0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000

c．0000:0001:0000:0000:0000:0000:0000:0000

d．AAAA:000A:00AA:0000:0000:0000:0000:1234

26.1.2 地址空间

IPv6的地址空间包含了2¹²⁸个地址，如下所示。这个地址空间是IPv4地址数量的2⁹⁶倍，肯定不会存在地址耗尽的问题了。

2¹²⁸=340 282 366 920 938 463 374 607 431 768 211 456

例26.5

为了对这个地址数量有一个直观的印象，让我们假设地球上的总人口数量即将达到2³⁴（超过160亿）。那么每个人仍然有2⁹⁴个地址可供使用。

例26.6

如果我们每年向用户指派2⁶⁰（几乎每秒10亿）个地址，那么需要花2⁶⁸年才能让地址耗尽。

例26.7

如果在地球的整个表面上，不管是陆地还是海洋，建造一座高耸入云的大楼，使得每一平方米的地面上都能容纳2⁶⁸台计算机，还是有足够的地址可以把所有的计算机都连接到因特网上（地球的表面面积大约为2⁶⁰平方米）。

26.1.3 三种地址类型

在IPv6中，一个目的地址可以属于以下三种类型之一：单播的、任播的和多播的。

单播地址

单播地址定义了一个接口（计算机或路由器）。发送到单播地址的分组必须交付给这个指定的计算机。我们将在稍后会看到，IPv6为单播通信设计了一个很大的地址块，其中的单播地址都可以指派给接口使用。

任播地址

任播地址定义了一组共享一个地址的计算机。发送到任播地址的分组会被交付给这个组的成员之一，也就是最容易到达的那一个。例如，当多台服务器都能响应某个查询时，就可以使用任播通信。这个查询请求被发送到最容易到达的那台服务器。产生请求的硬件和软件只生成了一份请求的副本，而该副本也仅到达其中的一台服务器。IPv6没有为任播设计专门的地址块，这些任播地址是从单播地址块中指派的。

多播地址

多播地址定义的也是一组计算机，但是任播和多播是有区别的。在多播通信中，多播组的每个成员都会接收到一个副本。稍后我们将会看到，IPv6发送到多播地址的分组必须交付给该组中的每一个成员。IPv6为多播通信设计了一个地址块，从这个地址块中可以向一个组的所有成员指派相同的地址。

26.1.4 广播和多播

有趣的是IPv6没有定义广播通信，哪怕是在有限范围内的广播，这一点不像IPv4。在第5章中，我们讨论了在一个地址块中的某些地址能够被用于有限的广播。我们将会看到，IPv6认为广播就是多播的一种特殊情况。

26.2 地址空间分配

像IPv4的地址空间一样，IPv6的地址空间被划分为若干个大小不同的地址块，并为每种特定的任务分配一个地址块。这些地址块中的绝大部分尚未指派，被留作将来使用。为了更好地理解地址空间中每个地址块的分配及其所处的位置，我们首先将完整的地址空间划分为八个大小相等的区。这种划分并不表示地址块的分配，只是我们认为这样做可以更好地说明每个实际的地址块所处的位置（图26.5）。

图26.5 地址空间的分配

每一个区是整个地址空间的1/8（即2¹²⁵个地址）。第一个区包含了六个长度不等的地址块，其中三个地址块是保留的，另外三个地址块是未指派的。第二个区被认为就是一个地址块，用于全球单播地址，我们在本章的后面将会进一步讨论。接下来的五个区都是未指派的地址。最后一个区划分为八个地址块，其中有些地址块属于尚未指派的地址，另一些则被保留作特殊用途。从图中可以看出有5/8的地址空间还没有被指派。只有1/8的地址空间用于用户之间的单播通信。

表26.1给出了每种类型的地址的前缀。第五列表示每一种地址类型相对于整个地址空间所占据的份额。最左边一列不是标准中的一部分，它只是显示了图26.5所描绘的地址区。

表26.1 IPv6地址的类型前缀

 

地址块前缀

CIDR

地址块分配

份  额

1

0000 0000

0000::/8

保留（IPv4兼容）

1/256

0000 0001

0100::/8

保留

1/256

0000 001

0200::/7

保留

1/128

续表

 

地址块前缀

CIDR

地址块分配

份  额

 

0000 01

0400::/6

保留

1/64

0000 1

0800::/5

保留

1/32

0001

1000::/4

保留

1/16

2

001

2000::/3

全球单播

1/8

3

010

4000::/3

保留

1/8

4

011

6000::/3

保留

1/8

5

100

8000::/3

保留

1/8

6

101

A000::/3

保留

1/8

7

110

C000::/3

保留

1/8

8

1110

E000::/4

保留

1/16

1111 0

F000::/5

保留

1/32

1111 10

F800::/6

保留

1/64

1111 110

FC00::/7

唯一的本地单播

1/128

1111 1110 0

FE00::/8

保留

1/512

1111 1110 10

FE80::/10

本地链路地址

1/1024

1111 1110 11

FEC0::/10

保留

1/1024

1111 1111

FF00::/8

多播地址

1/256

 

例26.8

图26.5仅显示出了用于全球单播通信的地址在地址空间中是哪一部分，那么在这个地址块中一共有多少个地址？

解

这个地址块仅占地址空间的1/8。为了计算这些地址的数量，我们可以用完整的地址空间除以8或2³。结果是，很大的一个地址块。

算法

为了说明根据表26.1中列出的那些前缀，能够为一个IPv6地址无二义性地找到其相应的地址块，我们构造了如图26.6所示的算法流程图。这个算法可用于编写一段程序，以找出一个给定的地址所属的地址块。这个算法最多只需检查10位就能找出该地址所属的地址块。请注意，为了保持该图的简洁性，图中没有显示保留的地址块（除了与IPv4兼容的地址）。

图26.6 查找所分配的地址块的算法

26.2.1 指派的和保留的地址块

这一小节要讨论各个已指派的和被保留的地址块的特点和作用，让我们从表26.1的第一行开始。

IPv4兼容地址

使用前缀（00000000）的地址是保留的，但是其中有部分用来定义了一些IPv4兼容地址。这个地址块占据整个地址空间的1/256，也就是说在这个地址块中一共有2¹²⁰个地址。用CIDR记法时，这个地址块可定义为0000::/8。这个地址块进一步被划分为若干个子块，下面将具体讨论。

未指明地址 未指明地址是只包含了一个地址的子地址块，它定义的这个地址的所有后缀部分也都是零。换言之，整个的地址都是由零组成。这个地址用于主机引导期间，当主机不知道自己的地址而需要发送查询以便找出自己的地址时。因为任何IPv6分组都需要一个源地址，所以该主机就使用这个地址来完成此任务。请注意，未指明地址不能用做目的地址。这个单地址子块的CIDR记法是::/128。图26.7所示为未指明地址的格式。

图26.7 未指明地址

IPv6中的未指明地址是::/128。

它永远也不应当被用做目的地址。

例26.9

试比较IPv4中的未指明地址和IPv6中的未指明地址。

解

在这两种体系结构中，未指明地址都是一个全零的地址。在IPv4中，这个地址是属于A类地址的一部分。在IPv6中，这个地址是保留地址块中的一部分。

环回地址 这个子块同样也只包含了一个地址。我们在第5章中讨论过环回地址。这个地址是主机在不需要连接到网络的情况下用来测试它自己的。在这种情况下，由应用层产生一个报文，发送到运输层，再传递到网络层。但是，这个报文并没有传送到物理网络中，而是返回到运输层，再传递到应用层。在把计算机连接到网络上之前，可以用这个地址来测试上面几层的软件包的功能。图26.8描绘了环回地址，它由前缀00000000和后面跟着119个0和一个1组成。这个单地址子块的CIDR记法是::1/128。

图26.8 环回地址

例26.10

试比较IPv4中的环回地址和IPv6中的环回地址。

解

它们之间有两点不同。在分类编址中分配给环回地址的是一个完整的地址块，而在IPv6中只有一个地址被作为环回地址分配。另外，分类编址中的环回地址块是A类地址块的一部分，而在IPv6中，它只是保留地址块中的一个地址。

嵌入的IPv4地址 我们将在第27章中看到，从IPv4到IPv6的过渡期间，主机可以在IPv6中嵌入它们的IPv4地址。为此而设计了两种格式：兼容的和映射的。兼容地址（compatible address）是在96位0之后紧跟32位的IPv4地址。当使用IPv6的计算机要把报文发送给另一个使用IPv6的计算机，但是，分组又必须要通过仍然使用了IPv4网络的区域时，就要使用这种地址。发送方必须使用与IPv4兼容的地址，使得分组能够通过IPv4的网络区域。例如，IPv4地址2.13.17.14（点分十进制格式表示）被转换为0::2.13.17.14（混合格式表示）。在这个IPv4地址前面加上96个0产生了一个128 位的IPv6地址（见图26.9）。这个子地址块是能够包含2³²个地址的保留区，它的CIDR记法是::/96。我们将在第27章更详细地讨论此类地址。

图26.9 兼容地址

一个映射地址（mapped address）由80位0之后紧跟着16位1，再后面跟着的就是32位的IPv4地址。当某个计算机已经过渡到IPv6而打算把分组发送给一个仍然使用IPv4的计算机时，就要使用这种地址。这个分组所经过的大部分网络是IPv6的，但最后要交付到使用IPv4的主机。例如，IPv4地址2.13.17.14（点分十进制格式）被转换为0::FFFF:2.13.17.14（十六进制冒号格式）。IPv4地址的前面加上80个0和16个1，得到一个128位的IPv6地址（见第27.3节有关过渡策略的介绍）。图26.10所示为一个映射地址。

图26.10 映射地址

关于映射地址和兼容地址有一个非常有意思的地方，它们的设计使得在计算检验和时，可以使用嵌入的地址，也可以使用完整的地址，因为额外的0或1，只要其个数是16的倍数，对检验和的计算来说就没有任何影响。这一点对于使用了需要计算检验和的伪首部的UDP和TCP来说很重要，因为若分组的地址被某个路由器从IPv6地址变为IPv4地址后，检验和的计算不受影响。

全球单播地址块

这是因特网上主机与主机之间的单播通信所使用的主要地址块。我们将在后面全面而详细地讨论这个地址块，以说明它是如何在因特网中被用来提供分级编址的。

唯一的本地单播地址块

我们在第5章介绍IPv4协议时讨论过专用地址。我们说在IPv4地址空间中有一些地址块被保留做专用地址。IPv6为专用地址分配了两个地址块：一个是站点级的，一个是链路级的。在这一小节我们先讨论前一个地址块，下一小节再讨论后一个地址块。

在唯一的本地单播地址块（unique local unicast block）中有一个子块可被站点以个人行为进行创建和使用。这类地址作为目的地址的分组是不会被路由器转发的。这类地址的块标识是1111 110，紧接着的一位可以是0或者1，它们定义了这个地址是如何被选择的（本地选择的，还是管理机构选择的）。接下来的40 位是由站点选择的，它使用了一个长度为40 位的随机生成数。也就是说这整个48 位定义了一个看起来很像全球单播地址的子地址块。40 位的随机数使得地址重复的可能性极小，参见图26.11。请注意，这些地址在格式上和全球单播地址（本章后面讨论）有着相似之处。

图26.11 唯一的本地单播地址块

本地链路地址块

设计给专用地址的第二个地址块是本地链路地址块（link local block）。在这个地址块中有一个子块可用做网络中的专用地址。这类地址的块标识是1111111010。接下来的54 位都被设置为0。最后的64 位是可变的，以定义每个计算机的接口（参见图26.12）。请注意，这些地址在格式上与全球单播地址（本章后面讨论）有着相似之处。

图26.12 本地链路地址

多播地址块

我们在第5章介绍IPv4协议时讨论过多播地址。多播地址用于定义了一组主机而不是仅仅一个主机。在IPv6中为多播通信指派了一个很大的地址块。所有多播地址都使用前缀11111111。第二个字段是定义组地址为永久的或暂时的一个标志。永久组地址由因特网管理机构定义，并可在任何时间进行访问。另一方面，暂时组地址只是临时使用。例如，加入到远程会议中的各个系统就可以使用一个暂时的组地址。第三个字段定义组地址的范围。现在已经定义了许多不同的范围，如图26.13所示。

图26.13 多播地址

26.3 全球单播地址

在IPv6地址空间中，用于因特网上两个主机之间的单播（一对一）通信的地址块称为全球单播地址块。这个地址块的CIDR记法是2000::/3，也就是说，对这个地址块中的所有地址来说最左边的三位都相同（001）。这个地址块的大小是2¹²⁵，就因特网的发展速度来看，它在未来很多年以后都足够用了。

26.3.1 三级结构

这个地址块中的地址被划分为三个部分：全球路由选择前缀、子网标识和接口标识，如图26.14所示。

图26.14 全球单播地址

这三个部分的推荐长度如表26.2所示。

表26.2  单播地址中各部分的推荐长度

块 的 指 派

长 度

全球路由选择前缀（n）

48 位

子网标识（128 − n − m）

16 位

接口标识（m）

64 位

 

全球路由选择前缀

全球单播地址的最前面48 位称为全球路由选择前缀。这48 位用来为分组选择路由以通过因特网到达某个组织的站点，比如说拥有这个地址块的ISP。因为在这个部分中的最前面三位是固定的（001），所以剩下的45 位就可以定义高达2⁴⁵个站点（个体组织或ISP）。全球因特网上的路由器都会根据n的值来转发分组以到达它的目的站点。

子网标识

接下来的16 位定义了组织中的一个子网。这就意味着一个组织可以拥有高达2¹⁶ = 65536个子网，这个数量显然是足够用了。

接口标识

最后64位定义了接口标识。这个接口标识类似于IPv4的主机标识，只不过用接口标识这个术语会更加确切一些，因为正如我们在第5章中所讨论的，实际上主机标识定义的也是一个接口，而非一个主机。如果主机从一个接口移动到另一个接口，它的IP地址也要随之改变。

在IPv4编址中，在主机标识（IP层的）和物理或MAC地址（数据链路层的）之间是没有特殊关联的，因为通常物理地址的长度要远远超出主机标识的长度。例如，在使用以太网技术时，物理地址的长度是48位，而主机标识的长度小于32位。但是IPv6编址就允许这种可能性的存在。只要长度小于64位的物理地址都可以被嵌入到接口标识中，作为该接口标识的一部分或者全部，从而消除了地址映射过程。对此可以考虑两种常见的物理编址机制：由IEEE定义的64 位的扩展唯一标识（EUI-64）和由以太网定义的48 位的物理地址。

EUI-64的映射 为了映射64 位的物理地址，该格式中的全球/本地控制位需要从0变为1（从本地的变为全球的）以定义一个接口地址，如图26.15所示。

图26.15 EUI-64的映射

以太网MAC地址的映射 将一个48 位的以太网地址映射为一个64 位的接口地址要更复杂一些。我们需要把全球/本地控制位变为1，还要另外插入16 位。这个附加的16 位被定义为15个1后面跟着1个0，或FFFE₁₆。图26.16描绘了此映射。

图26.16 以太网MAC地址的映射

例26.11

如果一个EUI物理地址是(F5-A9-23-EF-07-14-7A-D2)₁₆，试用我们为EUI地址定义的格式来给出这个接口标识。

解

我们只需要将第一个八位组的第七位从0变为1，然后再转换成十六进制冒号记法。其结果是F7A9:23EF:0714:7AD2。

例26.12

如果一个以太网地址为(F5-A9-23-14-7A-D2)₁₆，试用我们为以太网地址定义的格式来给出这个接口标识。

解

我们只需要将第一个八位组的第七位从0变为1，然后插入两个八位组FFFE₁₆，再将其转换成十六进制冒号记法。结果是F7A9:23FF:FE14:7AD2。

例26.13

一个组织经指派得到了地址块2000:1456:2474/48。这个组织的第一个和第二个子网的地址块的CIDR记法是什么？

解

从理论上说，第一个和第二个子网应当分别使用子网标识为0001₁₆和0002₁₆的地址块。也就是说这两个地址块是2000:1456:2474:0000/64和2000:1456:2474:0001/64。

例26.14

一个组织经指派得到了地址块2000:1456:2474/48。如果在它的第三个子网中有一台计算机的以太网物理地址为(F5-A9-23-14-7A-D2)₁₆，那么这个接口的IPv6地址是什么？

解

这个接口的接口标识是F7A9:23FF:FE14:7AD2（参见例26.12）。如果我们在这个接口标识上再添加它的全球前缀和子网标识后，得到：

2000:1456:2474:0003: F7A9:23FF:FE14:7AD2/128

26.4 自动配置

IPv6的一个很有意思的地方是主机的自动配置（autoconfiguration）。如我们在讨论IPv4时提到的，主机和路由器最初是由网络管理员手工配置的。不过，动态主机配置协议DHCP可以为加入网络中的主机分配一个IPv4地址。在IPv6中，仍然可以使用DHCP来为主机分配一个IPv6地址，但是主机也可以自己进行配置。

当IPv6中的一个主机加入到网络上时，它可以按照以下过程对自己进行配置：

1．主机首先为自己创建一个本地链路地址。具体做法是，先在10 位的本地链路前缀（1111 1110 10）后添加54个0，再加上64 位的接口标识，所有主机都知道应该如何从它的接口卡上得到一个接口标识。最后的结果是128 位的本地链路地址。

2．主机测试这个本地链路地址是否唯一，是否没有被其他主机使用。因为64 位的接口标识应当是唯一的，所以生成的这个本地链路地址是唯一的可能性很高。但是为了确保它的唯一性，主机要发送一个邻站询问报文（参见第28章）并等待邻站通告报文。如果该子网中有任何主机正在使用这个本地链路地址，那么这个过程就失败了，主机不能自动配置自己，它需要换别的方法，如DHCP协议。

3．如果这个本地链路地址通过了唯一性测试，那么主机把这个地址作为它的本地链路地址保存起来（用于专用通信），但是它还需要一个全球单播地址。于是该主机向一个本地路由器发送路由器询问报文（参见第28章）。如果在这个网络上运行着一台路由器，那么主机就会收到一个路由器通告报文，其中包括了全球单播前缀和子网前缀，这正是主机需要用来添加到接口标识上的，从而产生该主机的全球单播地址。如果路由器不能帮助主机进行配置，那么该路由器就要在路由器通告报文中将这一情况如实相告（通过设置一个标志位），于是主机就需要用其他方法进行配置。

例26.15

假设以太网地址为(F5-A9-23-11-9B-E2)₁₆的一台主机加入到网络中。如果该组织的全球单播前缀是3A21:1216:2165且子网标识为A245:1232，那么它的全球单播地址应该是什么？

解

主机首先从接口卡上读出以太网地址，以生成自己的接口标识F7A9:23FF:FE11:9BE2。然后这个主机创建自己的本地链路地址为

FE80::F7A9:23FF:FE11:9BE2

假定这个地址是唯一的，主机发送了一个路由器询问报文并收到路由器通告报文，路由器在报文中宣布全球单播前缀和子网标识的组合为3A21:1216:2165:A245:1232。于是主机把自己的接口标识附加在这个前缀后面，就可以得到如下的全球单播地址并保存起来：

3A21:1216:2165:A245:1232:F7A9:23FF:FE11:9BE2

26.5 重新编号

为了允许站点更换自己的服务提供者，在IPv6编址中内建了对地址前缀（n）的重新编号（renumbering）。正如我们在前面所讨论的，每个站点都由它所连接的服务提供者指定一个前缀。如果站点要更换服务提供者，那么地址前缀也必须被更换。这个站点所连接的路由器可以通告一个新的前缀，同时也让站点在完全废除旧前缀之前，还可以短期内继续使用旧的前缀。换言之，在过渡期内一个站点有两个前缀。使用这种重新编号机制带来的最主要的问题是DNS的支持，DNS需要传播与域名相关联的新地址。称为下一代DNS的一个新的DNS协议正在研究中，以提供对重新编号机制的支持。

26.6 深入阅读

要更细致地了解本章所讨论的内容，我们推荐以下书籍和RFC。用方括号括起来的书目可以在本书末尾的参考书目清单中找到。

26.6.1 参考书

有不少书籍全面地介绍了IPv6。我们推荐[Com 06]和[Los 04]。

26.6.2 RFC

通过一些RFC可以看出IPv6地址的不断更新过程，包括RFC 2375、RFC 2526、RFC 3513、RFC 3587、RFC 3789和RFC 4291。

26.7 重要术语

任播地址

自动配置

十六进制冒号记法

兼容地址

本地链路地址

本地链路地址块

映射的地址

重新编号

唯一的本地单播地址块

零压缩

 

26.8 本章小结

q IPv6是网际协议的最新版本，它有128 位的地址空间。IPv6使用十六进制冒号记法，对其还可使用简写。有三种类型的地址：单播、任播和组播。变长的类型前缀字段定义了地址的类型或作用。

q 为了使地址的可读性更好，IPv6地址协议指明了十六进制冒号记法。在这种记法中，128 位被划分为八个区，每个区的长度为2字节（四个十六进制数字）。为了简写地址，一个区的开头几个零可以忽略，还可以使用零压缩。IPv6也允许CIDR记法。

q 在IPv6中，一个目的地址可以属于以下三种类型之一：单播的、任播的和多播的。单播地址定义了一个接口。任播地址定义了一组计算机，但是分组只有一个副本被发送到这个组中的某一台计算机上。多播地址也定义了一组计算机，这个组的每一个成员都会收到该分组的一个副本。

q IPv6的地址空间被划分为若干个大小不同的地址块，并为每种特定的任务分配一个地址块。这些地址块中的绝大部分尚未被指派，留作将来使用。有些地址块用于保留的地址。最重要的地址块是前缀为001的块，它用于全球单播地址（类似于IPv4中的A类、B类和C类地址）。

q 在IPv6编址中，有两个很有意思的特色是自动配置和重新编号。在IPv6中，除了使用DHCP外，主机还能自动地对自己进行配置。重新编号则允许一个站点把自己的连接更换到另一个提供者，并自动地接收一个新的前缀。

26.9 实践安排

26.9.1 习题

1．试给出以下IPv6地址的未经简写的十六进制冒号记法：

a．64个0之后跟着32个两位的01

b．64个0之后跟着32个两位的10

c．连续64个两位的01

d．连续32个四位的0111

2．试给出习题1中的地址经过零压缩后的写法。

3．试给出以下地址的简写。

a．0000:FFFF:FFFF:0000:0000:0000:0000:0000

b．1234:2346:3456:0000:0000:0000:0000:FFFF

c．0000:0001:0000:0000:0000:FFFF:1200:1000

d．0000:0000:0000:0000:FFFF:FFFF:24.123.12.6

4．对以下地址解压缩，给出对应的完整未经简写的IPv6地址：

a．::2222

b．1111::

c．0:1:2::

d．B:A:CC::1234:A

5．给出以下地址的原始（未经简写）形式：

a．0::2

b．0:23::0

c．0:A::3

d．123::12:23

6．根据表26.1，与以下每个地址相应的地址块或子块分别是什么？

a．FE80::12

b．FEC0::24A2

c．FF02::0

d．0::01

7．根据表26.1，与以下每个地址相应的地址块或子块分别是什么？

a．0::0

b．0::FFFF:0:0

c．582F:1234::2222

d．4821::14:22

8．如果一个接口的EUI物理地址是(F5-A9-23-AA-07-14-7A-23)₁₆，用我们为IEEE EUI地址定义的格式给出这个接口的标识。

9．如果一个接口的以太网物理地址是(F5-A9-23-12-7A-B2)₁₆，用我们为以太网地址定义的格式给出这个接口的标识。

10．某个组织被指派得到一个地址块为2000:1234:1423/48。这个组织的第一个和第二个子网的地址块CIDR记法分别是什么？

11．某个组织被指派得到一个地址块为2000:1110:1287/48。如果它的第三个子网中有一台计算机的以太网物理地址为(F5-A9-23-14-7A-D2)₁₆，那么这个接口的IPv6地址是什么？

12．使用CIDR记法，请给出IPv4地址129.6.12.34的IPv6兼容地址。

13．使用CIDR记法，请给出IPv4地址129.6.12.34的IPv6映射地址。

14．使用CIDR记法，请给出IPv6的环回地址。

15．使用CIDR记法，请给出结点标识为0::123/48的本地链路地址。

16．使用CIDR记法，请给出结点标识为0::123/48的本地站点地址。