NET21第6章：网络层.ppt

复习上次课内容,1、数据流动过程中的IP地址和MAC地址是如何变化的？IP数据包在转发过程中的源和目的IP地址，始终不变。帧在转发过程中的源和目的MAC地址，是变化的。2、地址解析协议ARP和RARP的含义？ARP：从已知的IP地址找出对应物理地址的映射过程；以广播方式进行解析RARP：从已知的物理地址找出对应IP地址的映射过程。3、因特网控制报文协议ICMP的用途？为了提高IP数据报交付成功的机会，在网际层使用了因特网控制报文协议ICMP(InternetControlMessageProtocol)。IP层协议、ICMP允许主机或路由器报告差错情况和提供有关异常情况的报告。应用：ping,复习上次课内容,4、路由器的特征路由器是局域网互联的主要网络设备、处于ISO/OSI模型的网络层。路由器通过路由选择协议动态建立维护路由表、数据转发时根据路由表信息进行转发。路由器作用与交换机和网桥非常相似。但是与工作在数据链路层上划分网段的交换机不同，路由器使用专门的软件协议从逻辑上对整个网络进行划分。5、路由器的主要工作过程(1)、利用路由选择协议(算法)动态维护一个路由表。(2)、当路由器接收到一个IP分组时，取出目标IP地址，并与路由器的子网掩码进行相与，得出目标IP地址的目标网络ID。若目标网络ID与源IP属于同一网络，则不转发。(3)、在(2)步的基础上，路由器根据目标网络ID，若目标网络ID与源IP属于不同网络，则检索路由表，重新将IP分组送到合适的路由器端口，或缺省路由器，或放弃。,复习上次课内容,6、路由器与三层交换机的区别？具有“路由器的功能、交换机的性能”的三层交换机，虽然同时具有二层交换和三层路由的特性，但是三层交换机与路由器在结构和性能上还是存在很大区别的。结构方面：三层交换机更接近于二层交换机，只是针对三层路由进行了专门设计。之所以称为“三层交换机”而不称为“交换路由器”，原因就在于此；交换性能方面：路由器比三层交换机的交换性能要弱很多。路由器是通过软件交换数据包，用软件实现包交换；而第三层交换机是一个基于硬件的设备，数据包交换速度通常要比路由器快得多。配置管理及安全性方面：鉴于三层交换机与路由器的特点不一样，三层交换机的配置和管理要比路由器复杂，安全性没有路由器好。,6.9IP组播与Internet组管理协议,6.9.1IP组播的基本概念,6.9.2Internet组管理协议,Internet组管理协议（Internetgroupmanagementprotocol，IGMP）是在组播环境下使用的协议；IGMP用来帮助组播路由器识别加入到一个组播组的成员主机；IGMP使用IP数据报传递其报文，它是IP协议的一个组成部分，协议号是2；主机加入新的组播组需要向组播组的组播地址发送一个IGMP报文，本地的组播路由器收到IGMP报文后，将组成员关系转发给Internet上的其他组播路由器；组成员关系是动态的，本地组播路由器要周期性地探询本地局域网上的主机，以便知道这些主机是否还继续是组的成员。组播地址：224.0.0.0239.255.255.255224.0.0.11移动代理、224.0.1.1224.0.1.18视频会议224.0.0.1特指组播中所有主机、224.0.0.2特指组播中所有路由器224.0.0.9所有RIPv2协议路由器、224.0.0.5所有OSPF协议路由器,6.9.3组播路由器与IP组播中的隧道技术,组播路由器的作用是完成组播数据报的转发工作；实现方法：一种是专用组播路由器，一种是在传统路由器上实现组播路由的功能；当IP组播分组在传输的过程中遇到有不支持组播协议的路由器或网络时，就要采用隧道（tunneling）技术。,6.10IPv6与IPSec,6.10.1IPv6的主要特点IPv4的局限性地址数量的不足复杂的报头，难以实现扩充或选择机制对报头服务数量的限制缺少安全与保密方法,IPv6的主要特征,新的协议报头头部长度变为固定，增加了可选的扩展头部，取消了头部的检验和字段，加快了路由器处理速度；更大的地址空间地址长度从32位增大到128位，使地址空间增大了296倍；有效的分级路由结构地址划分为适应路由的层次结构，适应了现代Internet网络结构的特点；支持地址自动配置简化了使用，提高了效率；,IPv6的主要特征(续),内置安全性IPv6支持IPSec协议，为网络安全性提供了一种标准的解决方案；更好地支持QoS协议头定义了通信流类型字段来区分其优先级，可以更好地支持QoS；协议更加简洁ICMPv6具备了ICMPv4的所有基本功能，合并了ICMP、IGMP与ARP等多个协议的功能，使协议体系变得更加简洁；可扩展性协议添加新的扩展协议头，可以很方便地实现功能的扩展。,IPv6地址表示方法,RFC2373对IPv6地址空间结构与地址基本表示方法进行了定义；IPv6的128位地址冒号十六进制（colonhexadecimal）表示法按每16位划分为一个位段每个位段被转换为一个4位的十六进制数，并用冒号“:”隔开,冒号十六进制IPv6地址,用二进制格式表示128位的一个IPv6地址：00100001110110100000000000000000000000000000000000101111001110110000001010101010000000000000111111111110000010001001110001011010将128位的地址按每16位划分为8个位段:00100001110110100000000000000000000000000000000000000000000000000000001010101010000000000000111111111110000010001001110001011010将每个位段转换成十六进制数，并用冒号隔开:21DA:0000:0000:0000:02AA:000F:FE08:9C5A,根据前导零压缩法可以进一步简化为：21DA:0:0:0:2AA:F:FE08:9C5A双冒号表示法(doublecolon)：如果几个连续位段的值都为0，那么这些0就可以简写为:前面的结果可以进一步简化为：21DA:2AA:F:FE08:9C5A链路本地地址：FE80:0:0:0:0:FE:FE9A:4CA2可以简写为FE80:FE:FE9A:4CA2组播地址：FF02:0:0:0:0:0:0:2可以简写为FF02:2,IPv6地址表示时需要注意的几个问题,使用零压缩法时，不能把一个位段内部的有效0也压缩掉。例如：不能将FF02:30:0:0:0:0:0:5简写为FF2:3:5。:双冒号在一个地址中只能出现一次。例如：地址0:0:0:2AA:12:0:0:0，不能把它表示为:2AA:12:。计算被压缩的二进制数0的个数确定:之间代表了被压缩的多少位0，可以数一下地址中还有多少个位段，然后用8减去这个数，再将结果乘以16。例如：在地址FF02:3:5中有3个位段(FF02、3和5)，可以根据公式计算：(8-3)16=80则:之间表示有80位的0被压缩。,IPv6前缀（formatprefix）,IPv4子网掩码用来表示网络和子网地址的长度。例如：192.1.29.7/24表示子网掩码长度为24位，子网掩码为255.255.255.0。IPv6不支持子网掩码，它只支持前缀长度表示法。前缀是IPv6地址的一部分，用作IPv6路由或子网标识；前缀的表示方法与IPv4中的无类域间路由CIDR表示方法基本类似；IPv6前缀可以用“地址/前缀长度”来表示，例如：21DA:D3:2:0/4821DA:D3:0:2F3B:/64,IPv6与IPv4报头的比较,IPv6报头结构,IPv6报头结构的优化,IPv6报头字段数量从IPv4中的12个减少到8个；IPv4报头长度是可变的，而IPv6报头长度是固定的；IPv6报头取消了“报头长度”字段；IPv6有效载荷长度字段取代了IPv4总长度字段；IPv4的总长度包括报头长度，而IPv6只表示有效载荷的长度；IPv6地址长度是IPv4地址长度的4倍，而IPv6报头的长度是IPv4最小报头长度的2倍；,IPv6报头结构的优化(续),IPv6通信类型字段取代了IPv4服务类型字段；IPv6跳步限制字段取代了IPv4生存时间字段；IPv6的下一个报头字段取代IPv4报头中的协议字段；IPv6取消了报头校验和字段，相应的功能由数据链路层承担；IPv6取消了报头选项字段，用扩展报头中取代IPv4报头中的选项字段。,IPv6补充知识,InternetProtocolVersion6现有的互联网是在IPv4协议的基础上运行。IPv6是下一版本的互联网协议，它的提出最初是因为随着互联网的迅速发展，IPv4定义的有限地址空间将被耗尽，地址空间的不足必将影响互联网的进一步发展。为了扩大地址空间，拟通过IPv6重新定义地址空间。IPv4采用32位地址长度，只有大约43亿个地址，现已被分配完毕，而IPv6采用128位地址长度，几乎可以不受限制地提供地址。按保守方法估算IPv6实际可分配的地址。地球表面每平方米可分配IPv6地址数:6.65*1023个,IPv6的技术特点,地址空间巨大IPv6地址空间由IPv4的32位扩大到128位，2的128次方形成了一个巨大的地址空间。采用IPV6地址后，未来的移动电话、冰箱等信息家电都可以拥有自己的IP地址。地址层次丰富分配合理IPv6的管理机构将某一确定的TLA分配给某些骨干网的ISP，然后骨干网ISP再灵活地为各个中小ISP分配NLA，而用户从中小ISP获得IP地址。实现IP层网络安全IPv6要求强制实施因特网安全协议IPSec，并已将其标准化。IPSec支持验证头协议、封装安全性载荷协议和密钥交换IKE协议，这3种协议将是未来Internet的安全标准。无状态自动配置IPv6通过邻居发现机制能为主机自动配置接口地址和缺省路由器信息，使得从互联网到最终用户之间的连接不经过用户干预就能够快速建立起来。,IPv6链路本地地址和站点本地地址,一台典型的IPv6主机至少有两个地址：1、接收本地链路信息的链路本地地址2、不可路由的站点本地地址或可路由的全球地址SiteLocaladdress相当于v4的192.168.xxx.xxx，172.16.xxx.xxx，10.xxx.xxx.xxx，等私有地址，不在互联网上路由，其它没差别，只是一个约定。linklocaladdressipv6中，有种地址类型叫做linklocal地址，是在单一链路上使用的地址。自动配置，邻居发现。,IPv4的寻址概念以及在IPv6中的的对应概念,IPv6在中国的应用,2004-08-21IPv6城域网在重庆试运营成功。由中国科学院声学所、计算所专家与重庆网通、重庆大学紧密合作，历时3年，建成Ipv6城域示范系统。目前，Ipv6城域网络在重庆市已有龙湖花园、重庆大学等1000户注册用户。2005-01-16全国第一个地区性的IPV6互联网新一代上海教育与科研计算机网成功开通运行，速率可达2500兆。IPV6上海科教网将首先应用于高校的科研、网上远程教育、高速计算、远程医学和网络图书馆建设等，同时也将通过新的网络技术，培养和造就一大批新型网络技术和信息人才。,全球IPv6高峰会议,2006年:2006.4.124.13北京国际会议中心2007年:2007.4.124.13北京国际会议中心发展（4.12）邬贺铨，CNGI专家组组长，中国工程院副院长：“下一代互联网发展策略”LatifLadid，全球IPv6论坛主席：“以人为本的互联网”UlfDahlsten，欧盟信息社会和媒体总局局长：“欧洲IPv6研究与发展”SandeepSinghal，微软Windows部门核心网络和协作总经理：“微软与IPv6”吴建平,清华大学教授，CERNET主任：”中国下一代互联网的研发进展”,2008年全球IPv6高峰会议,时间：2008年4月15-17日；地点：北京国宾酒店欧盟官员：坦承全球IP地址缺失，中国印度最惨IPv6论坛主席LatifLadid：中国公司不要只模仿思科中科院网络中心研究员、中国互联网信息中心(CNNIC)主任毛伟：我国IPv6地址数量严重落后：仅为德国1/330在IPv6地址申请方面，截至2007年11月，中国大陆IPv6地址拥有量排名世界第16(27块)。德国最多，接近10000块，前16排名依次为德国、日本、法国、澳大利亚、韩国、意大利、台湾、波兰、英国、荷兰、美国、挪威、瑞士、加拿大、阿根廷和中国大陆。,IPv6是下一代网络(NGN/NGI)的关键性支撑技术,IPv6是下一代网络（NGN/NGI）的关键性支撑技术，已经成为业界的共识。IPv6的发展已经经历了很长时间，但是对IPv6发展过程中出现的相关问题的探讨却从未中断。围绕IPv6网络资源的管理分配、标准发展、设备就绪情况、国外发展情况、国内CNGI项目特色、IPv6特色应用等等热点问题进行深入分析，可以得出如下结论：未来关于IPv6网上的基本网络资源如地址等的管理分配问题将会是一个长期探讨和争论的问题，联合国和ITU的参与将会带来新的思路，引发互联网界的反思；未来IPv6国际标准和国内标准仍然稳步发展，IPv6设备的就绪情况也逐渐发展良好；国外IPv6的发展有进展，但仍然限于局部范围或者试验网，如美国是国防部先行，欧洲是一些试验网，只有日本运营商积极推出各种商用IPv6业务，并且朝着家电进入IPv6网络应用的方向发展；我国的CNGI项目虽然是政府引导搭建的试验性项目，但是由于有运营商的积极参与，目标是朝着推动整个产业发展的方向进行的，CNGI项目是我国下一代网络和应用的孵化器；未来IPv6将会与IPv4长期共存，因此，寻找IPv6的特色应用将是未来的发展方向。,2009年全球IPv6新一代互联网暨移动互联网高峰会议,时间：4月15-16日在北京香格里拉饭店召开会议亮点：大会由业界鼎负盛誉的第8届全球IPv6峰会和第2届宽带无线移动互联网论坛合并而成在IP网架构全面升级至IPv6，业务全面转型移动互联网的关键时期，探讨运营商关于IPv6和移动互联网的运营模式、技术路线、发展计划、下一代产品标准、采购需求以及其他业务需求以及投资界的大力支持得到中国政府、产业界、中外运营商、国际组织的大力支持谷歌、苹果等互联网和终端企业如何进入移动互联网领域，与中国电信业如何开展竞争与合作全球顶级咨询公司推出关于2009年新一代互联网发展报告、2009年移动互联网报告白皮书是中国及世界范围内最具影响力的新一代互联网盛会，历届参会人数总计超过7000人。,参会重量级人员,中国互联网协会理事长胡启恒CNGI专家委员会主任、中国工程院副院长邬贺铨全球IPv6论坛主席LatifLadid国际电联副秘书长赵厚麟英特尔中国政府事务、电信和标准政策董事总经理黄节博士亚太互联网络信息中心（APNIC）总裁PaulWilson中国CERNET专家委员会主任，清华大学教授吴建平日本IPv6高度化推进委员会主席HiroshiEsaki百度网络首席技术官李一男等等以及德国、日本的高层专家等在互联网领域的全球一流专家和重要人士,2009中国互联网重大项目及事件,国内100所大学实施IPv6升级项目总投资8亿元2月20日，“教育科研基础设施IPv6技术升级和应用示范项目”正式启动。该项目由国内清华大学、北京大学等100个所大学共同实施，中国教育和科研计算机网网络中心具体承担协调工作，招标项目总投资82609万元人民币移动互联网与无线城市专业委员会成立2月27日，中国互联网协会移动互联网和无线城市专业委员会在北京召开成立大会，成为我国第一个专门研究和推动移动互联网发展的专业组织机构。4月份研讨了未来互联网革命的四大技术基石：移动、宽带、IP、云计算,2010年全球IPv6下一代互联网高峰会议,在国家工业和信息化部、CNGI专家委员会、中国互联网协会的指导和产业界的支持下4月7-8日在北京亮马河饭店顺利召开！大会历时两天，日程丰富充实，演讲场次达60余次，涵盖话题全面、研讨深刻；演讲嘉宾65位，特邀列席嘉宾超过50位，专业观众超过900人，全部为对基于IPv6的下一代互联网建设和运营管理的专业实践人群。大会邀请到工业和信息化部通信发展司司长张峰、中国互联网协会理事长胡启恒院士、CNGI专家委员会主任邬贺铨院士、联合国国际电信联盟副秘书长赵厚麟，高级专员杨晓雅、中关村管理委员会领导、中国电信集团领导、全球IPv6论坛主席LatifLadid、欧盟社会信息总司高级专员JacquesBabot、日本IPv6推进委员会主席江崎浩，北美IPv6推动工作组主席BruceSinclair等在下一代互联网领域的全球一流专家和重要人士。,国内IPv6现状,二十一世纪新的十年已经到来，从“物联网”、“云计算”、“移动互联网”到“三网融合”再到“战略性新兴产业”，这些颇具革命性的“新兴产业”，彷佛一夜之间拉近了普通人与科技之间的距离，其中IPv6均被认为是最重要的基石，IPv6在中国进入商用元年。目前摆在我国业界的任务是，抢占IPv6下一代国际标准和地址拥有量两个“制高点”，经过十年的磨砺，我国正在积极摆脱IPv4时代的落后局面，积极抢占IPv6技术、标准及产业部署方面的话语权。下一代互联网的建设得到从国家到产业的高度重视，国家将从战略高度重视下一代互联网和IPv6建设。在解决地址资源共享和网络安全的基础上，稳步推进IPv6的商用进程，逐步实现向IPv6的全面过渡。,会上中国电信表示2015年商用IPv6网络,中国电信集团北京研究院副院长赵慧玲：截止2010.03，全球剩余IPv4地址为3.5亿个，仅占总量8%。而互联网还在飞速发展，新兴的移动互联网、物联网的地址要求更高，因此会消耗更多的地址，同时对网络安全的管理要求也高。有统计表明IPv4地址到2011.09就会耗尽。地址问题极为迫切，这也是推动网络向IPv6演进重要的推动力。中国电信为建设一个开放、安全、可扩展、广覆盖网络，来满足下一代业务促进三网融合，拓展互联网新兴的应用和支持国家信息化、可持续发展目标，规划分三个阶段来发展IPv6网络。第一个阶段是试商用，从2009年到2011年，主要以IPv4的业务为主，启动相应的网络和业务平台的改造和试商用；第二个阶段是规模商用，从2012年到2015年，IPv4、IPv6网络业务共存，网络平台进行规模改造和逐步迁移。第三个阶段，即到2015年以后全面商用IPv6网络。,中国的IP地址资源?,IPv4地址资源：中国目前拥有2.3亿个，仅次于美国（92亿），是美国的1/40。中国互联网发展迅速，2000年时候，中国还仅有8000万个IP地址，目前中国每年的IP地址新需求在4000万个左右。但中国已没有CleanAddress（安全的IP地址）可供使用。目前全球仅有4000万个安全可用的“CleanAddress”可供使用。IPv6地址资源：美国约15亿个，中国约2.2亿个，是美1/7。物联网、智能电网和云计算的发展需要更多、更安全的IP地址资源。IPv6网络的建设迫在眉睫。中国电信已经成为全球首家通过IPv6EnabledISP认证，2010年内在湖南、江苏、广东、浙江四省部署一定的IPv6宽带用户，进行试用。目前全球22万个ISP中有1/10在使用IPv6技术，中国预计能够申请到的IPv6地址块大约为13块20块。,2011年全球IPv6峰会（4.0708）主题:“国家战略型新兴产业引领IPv6部署应用：世界与中国”地点：北京新世纪日航饭店,IPv4地址告罄2011年2月3日，ICANN官方宣布：全球最后一批IPv4地址分配完毕。这标志着：第一代互联网地址的“池子”已经全空了，互联网向IPv6过渡已经开始进入了实施阶段。IPv6市场全球商用启动美国:IPv6是40年来互联网历史上最大的进步，2010年9月，美国发布IPv6行动计划，颁布实施IPv6的时间表，2014年完成全国性IPv6升级改造。中国:正在积极摆脱IPv4时代落后局面，抢占IPv6技术、标准及产业部署方面的话语权，与世界同步，以中国电信为首的运营商，以百度、腾讯为代表的中国互联网企业在积极部署IPv6应用，天地互连IPv6认证测试与服务中心也将在“IPv6日”面向全球提供全面服务，以期共同见证这互联网史上的重要里程碑。,国家战略型新兴产业引领IPv6部署应用：世界与中国,温家宝在今年的两院院士大会上指出：“互联网、云计算、物联网、知识服务、智能服务的快速发展为个性化制造和服务创新提供了有力工具和环境”。IPv6作为提供IP地址的重中之根本，为中国的互联网产业保持着强劲的发展势头提供了根本保证。,IPv6的发展，世界正在看北京！,近百位领导、专家和代表与会，分享各自观点：工信部、发改委的主管领导、中国互联网协会的理事长胡启恒院士、高卢麟副理事长院士、CNGI专家委员会主任邬贺铨院士、中国通信标准化协会领导、互联网之父VentCerf；欧盟、美国、日本、产业和学术界的专家代表中国电信集团、中国移动、中国联通、Cernet、Verizon；英特尔、瞻博Juniper、华为、中兴、华三、思科、百度、腾讯等企业代表；特别是来自CNGI专家委员会、电信研究院、清华、北邮、北交大等诸多研究机构。多年以来在世界各地推动IPv6发展的老朋友，包括：APNIC主席PaulWilson、全球IPv6论坛主席LatifLadid、欧盟社会信息总司高级专员JacquesBabot、日本IPv6推进委员会主席江崎浩等，来自全球下一代互联网领域的一流专家和重要人士，都聚集在北京,APNIC主席发布IPv6地址最新归属,APNIC主席PaulWilion：中国网民发展十分迅速，已达到全球网民总数的20%，IPv6的发展将进一步促进中国互联网发展。发布会同时发布了2011年中国IPv6产业十大关键词，包括“地址枯竭、CNGI、IPv6日、IPv6测试、试商用、CERNET、战略性新兴产业、共存、过渡、地址块。”十个词浓缩了2011年中国IPv6产业发展的重大事件和技术热点，从不同方面诠释了中国今年在IPv6发展历程中的重要作用。,6.10.4IPv4到IPv6的过渡,双协议栈在完全过渡到IPv6之前，使一部分主机和路由器装有两个协议，一个IPv4协议和一个IPv6协议；隧道技术在IPv4区域中打通了一个IPv6隧道来传输IPv6数