IPv6

篇北京邮电大学继续教育学院授课教师:孙斌[e-mail]2003年潜伏的三大危机•地址枯竭：IPv4的地址域为32比特，可提供232（约40亿）个IP地址。但因将IP地址按网络规模划分成A、B、C三类后，用户可用地址总数显著减少。根据预测，到2003年~2005年IPv4地址将被用尽。•网络号码匮乏：在IPv4中，A类网络只有126个，每个能容纳1亿多个主机；B类网络也仅有16,382个，每个能容纳6万多个主机；C类网络虽多达209万余个，但每个只能容纳254个主机。•路由表急剧膨胀：IPv4的地址体系结构是非层次化的，每增加一个子网路由器就增加一个表项，使路由器不堪重负。解决措施•暂时缓解三大危机的措施–利用内部地址弥补IP地址的不足–用CIDR扩大网络号码–地址层次化可抑制路径数•彻底消除三大危机的措施—导入IPv6–1990年，IETF开始开发新的IP版本。–1995年12月以RFC1883文件公布了建议标准(proposalstandard)，1996年7月和1997年11月先后发布了版本2和2.1的草案标准(draftstandard)，1998年7月以RFC2374进一步定义了可聚类的全局单目地址。协议的设计目标•支持更多的主机•减小路由表的长度•简化协议，以加快包处理•提供更好的安全性•通过指定范围来改进组播•重视服务类型•主机可不必改变地址而漫游•协议可以继续发展•允许新旧协议共存（简单因特网协议增强）——IPv6的特性•地址长度增加（128位），IPv6具有与网络适配的层次地址：IPv6的目标是:通过1012个网络连接1015台计算机。•简化包头:仅包含7个字段，提高路由器处理效率。•更好地支持选项•提供安全性：IPv6规定了“认证头标(authenticationheader)”和“封装安全净荷(ESP:EncapsulationSecurityPayload)”来保证信息在传输中的安全。•QoS：利用IPv6头标中的8比特业务量等级域和20比特的流标记域可以确保带宽，实现可靠的实时通信。优先级流标记净荷长度（包头后面的数据长度）下一包头跳限制23源IP地址（128位）目的IP地址（128位）头部长度固定，使用扩展头标来处理特殊分组；删除头标校验和功能；删除各路由器的分拆成报片的处理功能。增加了业务量等级和流标记。•优先级：定义IP分组的类型或某个IP分组相对于进入同一网络的其他IP分组的重要程度。•流标记：由产生流的源来指定，它是从1~FFFFF的伪随机数。一个是在资源预留协议（RSVP）中用来标识特定的流；另一个是在标记交换（TagSwitch）中用流标记查找路由，加快路由器转发速度。•净荷长度：指示IP基本头标以后的IP分组剩余部分的长度，单位是字节。•跳限制（hoplimit）：所有的路由器只对TTL作减1的处理。跳限制不是秒数而是中继点的数目。用来防止寻路发生闭环，可以搜索到离它最近的服务器。•下一包头类型（nextheadertype）：标识IP分组中的基本IP头标的下一个头标。地址•IPv6地址扩展到128比特，为便于理解协议，设计者用冒号将其分割成8个16比特的数组，每个数组表示成4位的16进数。例如：FECD:BA98:7654:3210:FEDC:BA98:7654:3210•表示方法的优化：–其高位为0，则可省略。例如将0800写成800，–用重叠冒号置换地址中的连续16比特的0。例如，地址0:0:0:BA98:7654:0:0:0可缩写成::BA98:7654:0:0:0或0:0:0:BA98:7654::。–涉及到IPv4和IPv6节点的混合环境时，有时使用X:X:X:X:X:X:d.d.d.d这种替代形式更为便利，其中X是地址中6个16比特的最高位的16进制值，d是4个8比特的最低位碎片的十进制值（标准IPv4表示法）。例如，0:0:0:0:0:0:13.1.68.3或用压缩形式：::13.1.68.3地址前缀的表示方法•IPv6地址/前缀长度•例如，对60比特的前缀12AB00000000CD3（十六进制），如下表示都是合法的:12AB:0000:0000:CD30:0000:0000:0000:0000/6012AB::CD30:0:0:0:0/6012AB:0:0:CD30::/60•当需要同时写出该节点的节点地址和前缀（例如:节点的子网前缀）时，可以通过如下方式将二者合一:节点地址:12AB:0:0:CD30:123:4567:89AB:CDEF子网号:12AB:0:0:CD30::/60可以简写成:12AB:0:0:CD30:123:4567:89AB:CDEF/60为NSAP分配而保留为IPX分配而保留000000100000101/1281/128未分配未分配未分配00000110000100011/1281/321/16可聚类全局单目地址未分配未分配未分配未分配未分配0010100111001011101/81/81/81/81/81/8未分配未分配未分配未分配未分配11101111011111011111101111111001/161/321/641/1281/512链路局域单目地址网点局域单目地址111111101011111110111/10241/1024组播地址111111111/256可聚类全局单目地址•FP（001）:用于可聚类全局单目地址的格式前缀（FP:FormatPrefix）（3比特）；•TLAID:顶级聚类标识符（Top-LevelAggregationIdentifier）；•RES:为将来使用而保留；•NLAID:次级聚类标识符（Next-LevelAggregationIdentifier）；•SLAID:网点级聚类标识符（Site-LevelAggregationIdentifier）；•INTERFACEID:接口标识符；3138241664比特FPTLAIDRESNLAIDSLAIDInterfaceID•局域使用的IPv6单目地址–链路局域地址（Link-Localaddress）10比特54比特64比特11111110100InterfaceID–网点局域地址10比特38比特16比特64比特11111110110子网IDInterfaceID•其他单目接口–未指明地址(unspecifiedaddress)：由16字节的0构成，可缩写成0:0:0:0:0:0:0:0或只用二个冒号表示。–环回地址（loopbackaddress）：代码为0:0:0:0:0:0:0:1。•内嵌IPv4地址的IPv6地址–兼容IPv4的IPv6地址：将96比特0的前缀加在32比特的IPv4地址前就构成了IPv4兼容地址。通常将二个冒号和IPv4的点分十进制记法结合，将地址表示成::1.2.3.4的形式。–映射IPv4的IPv6地址：将80比特的0和紧接其后的16比特的1组成前缀置于IPv4地址之前就够成了映射IPv4的IPv6地址。例如记作::FFFF:4.3.2.1。主机左路由器右路由器IPv4网目的地址::0102:0304目的地址1.2.3.4目的地址1.2.3.4123映射IPv4的IPv6地址的应用实例兼容IPv4的IPv6地址的应用实例IPv6主机IPv4主机左路由器右路由器IPv6网目的地址::FFFF:0403:0201123目的地址::FFFF:0403:0201目的地址4.3.2.1组播地址•IPv6的组播地址格式：844112比特11111111标志区域(SCOPE)GroupID–标志域的格式:000T。如果T值为1，该地址是非永久的–区域(scope)被用来标识组播地址的有效范围，它是基于网络层次结构的。组织局域范围（限制在单一组织范围）1节点局域范围（限制在单一系统范围内）9未分配2链路局域范围（限制在单一链路范围内）A未分配3未分配B未分配4未分配C未分配5网点局域范围（限制在单一网点范围内）D未分配6未分配E全局范围7未分配F保留组播地址scope的代码值预定义的组播地址•保留的组播地址（ReservedMulticastAddresses）：FF00:0:0:0:0:0:0:0FF01:0:0:0:0:0:0:0FF02:0:0:0:0:0:0:0FF03:0:0:0:0:0:0:0FF04:0:0:0:0:0:0:0FF05:0:0:0:0:0:0:0FF06:0:0:0:0:0:0:0FF07:0:0:0:0:0:0:0FF08:0:0:0:0:0:0:0FF09:0:0:0:0:0:0:0FF0A:0:0:0:0:0:0:0FF0B:0:0:0:0:0:0:0FF0C:0:0:0:0:0:0:0FF0D:0:0:0:0:0:0:0FF0E:0:0:0:0:0:0:0FF0F:0:0:0:0:0:0:0•全节点地址（AllNodesAddresses）:组标志1定义了“所有IPv6节点”的地址。如和scope1组合，记作FF01::1，就能标识此系统的所有节点；如和scope2组合，就能标识此链路上的所有节点FF02:0:0:0:0:0:0:1•全路由器地址（AllRoutersAddresses）：组标志2定义了“所有IPv6路由器”的地址。如和scope1组合，记作FF01::2，就能标识此节点上的所有路由器；如和scope2或scope5组合，就能标识链路上或网点上所有的路由器。•被请求的节点地址（Solicited-NodeAddress）:•取（单目或任播）地址的低24比特，再加上前缀FF02:0:0:0:0:1:FF00::/104。这样就生成了这个范围内的一个组播地址。地址范围:从FF02:0:0:0:0:1:FF00:0000到FF02:0:0:0:0:1:FFFF:FFFF•ICMP协议为进行邻机发现和重复地址检测要利用被请求的节点地址任播地址•IPv6任播地址是分配给多于一个接口（通常属于不同的节点）的地址。•特点:发往一个任播地址的分组通过寻路被发往一个具有该地址的“最近”接口。这里的“最近”指的是寻路协议意义上的最近。•限制：–在IPv6分组中，任播地址绝不可以用作信源地址；–任播地址绝不可以分配给IPv6主机。换句话说，它也许只能分配给IPv6路由器。•子网路由器(Subnet-Router)任播地址是必需的任播地址(ReguierdAnycastAddress)，它是预先定义的：n比特128-n比特子网前缀00000000000000000000http:/