《计算机网络原理（谢希仁）》 笔记[9]——第 10 章 下一代因特网

 

第 10 章  下一代因特网

下一代的网际协议 Ipv6 (Ipng)

要解决 IP 地址耗尽的问题的措施：

1.采用无类别编址 CIDR，使 IP 地址的分配更加合理。

2.采用网络地址转换 NAT 方法以节省全球 IP 地址。

3.采用具有更大地址空间的新版本的 IP 协议 IPv6。 

 

IPv6 的基本首部

IPv6 数据报的首部

1.IPv6 将首部长度变为固定的 40 字节，称为基本首部(base header)。

2.将不必要的功能取消了，首部的字段数减少到只有 8 个。

3.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。

4.在基本首部的后面允许有零个或多个扩展首部。

5.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

1.版本(version)—— 4 位。它指明了协议的版本，对 IPv6 该字段总是 6。

2.通信量类(traffic class)—— 8 位。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。

3.流标号(flow label)—— 20 位。 “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。

4.有效载荷长度(payload length)—— 16 位。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。

5.下一个首部(next header)—— 8 位。它相当于 IPv4 的协议字段或可选字段。

6.跳数限制(hop limit)—— 8 位。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。

7.源地址—— 128 位。是数据报的发送站的 IP 地址。

8.目的地址—— 128 位。是数据报的接收站的 IP 地址。

 

IPv6 的扩展首部

IPv6 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。

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。

 

六种扩展首部

1.逐跳选项

2.路由选择

3.分片

4.鉴别

5.封装安全有效载荷

6.目的站选项

 

无扩展首部

 

有扩展首部

 

扩展首部举例

IPv6 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：

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。 

 

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。

 

IPv6 的地址空间

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

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唯一地标志该结点。

 

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。

68E6:8C64: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

 

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 位的前缀 12AB00000000CD3 可记为：

   12AB:0000:0000:CD30:0000:0000:0000:0000/60

或12AB::CD30:0:0:0:0/60

或12AB:0:0:CD30::/60  

 

地址空间的分配

IPv6 将 128 位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。

 

特殊地址

未指明地址这是 16 字节的全 0 地址，可缩写为两个冒号“::”。这个地址只能为还没有配置到一个标准的 IP 地址的主机当作源地址使用。

环回地址即 0:0:0:0:0:0:0:1（记为 ::1）。

基于 IPv4 的地址前缀为 0000 0000 保留一小部分地址作为与 IPv4 兼容的。

本地链路单播地址  

 

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。

 

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。

 

EUI-64

IEEE定 义了一个标准的 64 位全球唯一地址格式 EUI-64。

EUI-64 前三个字节（24 位）仍为公司标识符，但后面的扩展标识符是五个字节（40 位）。

较为复杂的是当需要将 48 位的以太网硬件地址转换为 IPv6 地址。  

 

把以太网地址转换为 IPv6 地址

 

从 IPv4 向 IPv6 过渡

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。

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。

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。 

使用隧道技术从 IPv4 到 IPv6 过渡

 

多协议标记交换 MPLS (MultiProtocol Label Switching)

MPLS 的产生背景

在 20 世纪 80 年代，出现了一种思路：用面向连接的方式取代 IP 的无连接分组交换方式，这样就可以利用更快捷的查找算法，而不必使用最长前缀匹配的方法来查找路由表。

这种基本概念就叫做交换(switching)。

人们经常把这种交换概念与异步传递方式 ATM (Asynchronous Transfer Mode)联系起来，

在传统的路由器上也可以实现这种交换

 

MPLS 的特点

(1) 支持面向连接的服务质量。

(2) 支持流量工程，平衡网络负载。

(3) 有效地支持虚拟专用网 VPN。

 

基本工作过程

MPLS 对打上固定长度“标记”的分组用硬件进行转发，使分组转发过程中省去了每到达一个结点都要查找路由表的过程，因而分组转发的速率大大加快。

采用硬件技术对打上标记的分组进行转发称为标记交换。“交换”也表示在转发分组时不再上升到第三层用软件分析 IP 首部和查找转发表，而是根据第二层的标记用硬件进行转发。