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基于i p v 6 的下一代校碗网设计研究 附件一： 东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论 文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中 已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发 表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内 容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 匆 7 丧 日期：上聃s 年弓月f 日 基于i p v 6 的下一代校园网设计研究 附件二： 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或部分内容 编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存 和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本版权书。 本学位论文属于 不保密留。 学位论文作者签名：多 ，j 莨 指导教师签名 学位论文作者签名：7 乃艮 指导教师签名 厮殁 日期：1 护心珲? 月f 日 目期： 岍吝月j 日 基于i p v 6 的下一代校园网设计研究 摘要 i p v 6 协议，作为下一代的因特网协议，已在因特稠中得到一定程度的应用， 但仍然存在着很多有待改进和完善的地方，而且实现从i p v 4 到i p v 6 的完全过渡 还需要很长时间，不同的网络结构也会有其各自不同的过渡策略。同时，纯i p v 6 网络商业化应用进程势在必行，亟需相关的测试实验数据进行科学论证，各种基 于l p v 6 网络技术的研发工作既具有创新性又存在相当的挑战性。 本文从i p v 6 的技术理论分析入手，以东华松江校园网建设为应用背景，规 划设计了基于i p v 6 技术的下一代校园网，综合应用了i p v 6 组网技术。在对i p v 6 组网相关技术原理分析以及下一代校园网组网建设原则和设计需求全面分析的 基础上，确定了设备选型方案，采用美国极进公司的b l a c k d i a m o n d 和s u m m i t 系列产品完成了部署核心层、汇聚层、接入层的三层网络架构。 部署基于i p v 6 的下一代校园网网络拓扑，在核心层和汇聚层的b d 6 8 0 8 之 间实现i p v 6 动态路由机制o s p f v 6 ；在核心层b d 上利用t u n n e l 技术配置 i p v 6 i p v 4 隧道，与校本部的i p v 6 试验网联通，进而通过富士通r 9 2 0 与交大 r 9 8 0 实现了纯i p v 6 网络的联通；在松江校园网内部采用i p v 6 i p v 4 双栈组网技 术，其中核心层和汇聚层使用b d 6 8 0 8 ，可实现i p v 6 双栈和隧道功能；接入层 使用s u m m i t 4 8 i ，全面支持i p v 6 ，i p v 4 双栈技术。在核心层部署i p v 6 i p v 4 双栈 d n s 域名解析服务器和i p v 6 组播源m u l t i c a s t 服务器，满足校内用户访问 i p v 6 i p v 4 网络资源和未来i p v 6 远程教学服务的需求。在对松江i p v 6 下一代校 园网组网设计中，网络安全自始至终都是我们网络研究的第一技术要素，我们通 过对i p s e c 的深入研究，确定实施i p s e co v e ri p v 6 的网络安全方案，并在实际 应用环境中测试通过。 其中，客户端协议配置根据实验室现有设备系统大多采用w i n d o w s 或者 l i n u x 的情况主要研究了这两种环境下的i p v 6 协议配置，特别分析了常见的命 令格式和使用方法；过渡策略重点研究在e x t r e m e 上配置目前最成熟的t u n n e l 隧道技术，包括6 t 0 4 等，具有一定的独特性；路由协议主要将已被业界普遍认 可的域内路由协议o s p f v 6 加以研究，同样在e x t r e m e 上部署实施；域名解析 是组网应用必不可少的环节，鉴于现今系统的支持程度，详细配置了w i n d o w s 2 0 0 0 和l i n u x9 0 ( b i n d ) 环境下的两种d n s ，同时作了a a a a & 6 a 和系统比 4 基于i p v 6 的下一代校园网设计研究 较；组播选用目前技术支持度最稳定的w i n d o w s2 0 0 3e n t e r p r i s es e r v e re d i t i o n 作为服务器和客户端平台，e x t r e m e 6 8 0 8 上作组播配置测试通过；网络安全作 为整个组网的重要内容，详细分析了i p s e c 体系结构、协议算法、实现模式、安 全关联和策略，在此基础上实施了在w i n d o w s2 0 0 3 环境下i p s e c 部署。 在规划整套基于i p v 6 网络协议的下一代校园网组网设计过程中，注意整理 测试数据，解析研究内容，归纳总结研究结果，并在实际组建进程中综合应用了 研究技术验证了研究效果。 关键宇：i p v 4 ，i p v 6 ，e x t r e m e ，i p s e c ，协议，组网 基于i p v 6 的下一代校园网设计研究 t h ed e s i g na n dr e s e a r c ho f n e x tg e n e r a t i o nc a m p u sn e t w o r k b a s e do ni p v 6 a b s t r a c t a san e x tg e n e r a t i o ni n t e r n e tp r o t o c o l ，i p v 6h a sb e e na p p l i e di na c e r t a i ne x t e n t ，h o w e v e r ，t h e r ea r es t i l l m a n yf a c t o r sw h i c hs h o u l db e m o d i f i e da n di m p r o v e d i tw i l lt a k eal o n gt i m et oc o m p l e t et h ew h o l e c o n v e r s a t i o nf r o mi p v 4t ol p v 6 d i f f e r e n tk i n do fn e t w o r ka l s oh a s d i f f e r e n tt r a n s i t i o n s t r a t e g y i n t h em e a nt i m et h e p u r e i p v 6b i z a p p l i c a t i o n i san e c e s s a r yt r e n d ，w h i c hn e e d sm o r ee x p e r i m e n t sa n d r e l a t e dd a t at o t e s t i f yb y s c i e n t i f i cm e t h o d s b o t hi n n o v a t i o na n d c h a l l e n g ee x i s ti nt h er e s e a r c hb a s e do nt h ei p v 6t e c h n o l o g y i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，a f t e r a n a l y z i n g i p v 6f u n d a m e n t a li n d e t a i l s ， u s i n gd o n g h u as o n g j i a n gc a m p u s n e t w o r k sa st h e a p p l i c a t i o n b a c k g r o u n d ，w ed e s i g n e dan e x tg e n e r a t i o nn e t w o r kb a s e do ni p v 6 ， w h i c hu s e d m a n y k i n d so fi p v 6n e t w o r k t e c h n o l o g y w i t h t h en e x t g e n e r a t i o nc a m p u sn e t w o r kp o l i c ya n dr e q u i r e m e n ta n a l y s i s ，w em a d e s u r et h en e t w o r kd e v i c e ：a d o p tt h eb l a c kd i a m o n da n ds u m m i ts e r i e s m a d e b y e x t r e m e u s ，a n dc o m p l e t e d t h et h r e e l a y e r n e t w o r k d e s i g n ( c o r e ，p 0 0 1 c o n n e c t ) w ed e s i g n e dt h ew h o l ec a m p u sn e t w o r kb a s e do n i p v 6 ，e n a b l e o s p f v 6i nt h eb d 6 8 0 8b e t w e e nc o r el a y e ra n dp o o ll a y e r ；u s et h ei p v 6 t e c h n o l o g yt oc r e a t eat u n n e lc o n n e c t e dt os c h o o lc a d r ea tc o r el a y e r a n dc o n n e c t e dt ot h ep u r ei p v 6n e t w o r kt h r o u g hr 9 2 0 ，r 9 8 0 ；i n s i d et h e c a m p u sn e t w o r k ，w ea d o p t e dt h ei p v 6 i p v 4d u a l s t a c k ，i n c l u d i n g c o r e a n dp o o l l a y e r s d e v i c e - b d 6 8 0 8w h i c h t u n n e l ，c o n n e c tl a y e r sd e v i c e s u m m i t 4 8 6 c a n s u p p o r td u a l s t a c k a n d w h i c hc a ns u p p o r ti p v 6 i p v 4 苎! ! ：! 盐工二垡丝垦塑堡堡笪窒 d u a ls t a c k w ed e p l o y e di p v 6 i p v 4d n sa n di p v 6m u l t i c a s ts e r v e r a t t h ec o r el a y e rt o o ，i no r d e rt ot h ed e m a n do fc a m p u s u s e rv i s i t i n gi p v 6 o ri p v 4w e b s i t e sa tt h es a m et i m ea n dt h ed e m a n do fr e m o t et e a c h i n g s e r v i c ei nt h ef u t ur e d ur i n gt h ed e s i g na c c e s s ，n e t w o r ks e c ur i t y i st h e m o s ti m p o r t a n tt e c h n o l o g ym a t t e ra l l t h et i m e ，w e a p p l i e d t h ei p s e c o v e ri p v 6a n dt e s t e ds u c c e s s f u l l y i nd e t a i l s ，w ec h o s ew i n d o w s a n dl i n u xt oi n t r o d u c ei p v 6 c o n f i g u r a t i o ni u d g e db yt h eu s a g e r a t ea n de x p l a i n e dt h ec o m m o n c o m m a n d sa n dm e t h o d ss p e c i a l l y ；t u n n e li n c l u d i n g 6 t 0 4e t ci st h e m o s tp o p , t a rt r a n s i t i o nt e c h r 、i c ，t h ec o r 、f i g u r a t i o nf o rt h ee x t r e m e 6 8 0 8 i su n i q u e ；a st h er e c o g n i z e dr o u t e rp r o t o c o l ，o s p f v 6w a s a l s ot e s t i f i e d i ne x t r e m e ；h o wt oc o n f i gd n s i nw i n d o w sa n dl i n u xi st h en e c e s s a r y s t e pd u r i n gn e t w o r kb u i l d u p ，s ow ep a r t i c u l a r i z e dt h a ta n di l l u m i n a t e d a a a a ，6 aa n dt h et w oo sc o m p a r a t i v e l y ；t h em u l t i c a s te x p e r i m e n t w a s a l s ot e s t e d i n e x t r e m e ，w i t h t h ew i n d o w s2 0 0 3 e n t e r p r i s e s e r v e r e d i t i o na st h es e r v e ra n dc l i e n t so p e r a t i n gs y s t e m ：n e t w o r ks e c ur i t y i st h em o s t i m p o r t a n tp a r t o ft h i s p a p e r w ea n a l y z e d t h ei p s e c s t r u c t u r e ，p r o t o c o l a r i t h m e t i c ，r e a l i z e dp a t t e r n s e c u r i t ya s s o c i a t i o n a n dp o l i c y ，t h e np u ti p s e co v e ri p v 6i n t op r a c t i c ei nw i n d o w s 2 0 0 3t o o d u r i n g t h ew h o l ec o u r s eo fb u i l d i n gt h en e x tg e n e r a t i o nc a m p u s n e t w o r kb a s e do ni p v 6 ，w ea l w a y sp a i da t t e n t i o nt oc l e a nu pt e s td a t a ， a n a l y z ep r o o fm a t t e r ，s u mu p f i n a lr e s u l t s a l lo ft h a ta l s o w e r e e m b o d i e de v e r y w h e r ei nt h i sd i s s e r t a t i o n l i u z h e n ( p a t t e r nr e c o g n i t i o n i n t e l l i g e n ts y s t e m ) s u p e r v i s e db yg u o f a n g ，s h i j i n h u a k e y w o r d s ：i p v 4 i p v 6 ，e x t r e m e ，i p s e c ，p r o t o c o l ，n e t w o r kd e s i g n 7 基于i p v 6 的下一代校园网设计研究 第一章绪论 1 1 技术发展背景 i n t e r n e t 的迅速发展，极大地推动了我国的网络建设。我国先后建立了中科 院互联网( n c f c ) 、中国教育科研网( c e r n e t ) 、中国公用计算机互联刚 ( c h i n a n e t ) 、中国金桥信，g 厩j ( c h i n a g b n ) 等四大网络。特别是中国教育科研 网( c e r n e t ) 的发展，极大地促进了学校校园网的建设。 同时，互联网的成功发展给人民的生活带来了重大的变化，互联网的影响已 经渗透到社会的各个方面。与此同时，互联网的发展也成为国家信息化和现代化 建设的重要部分，并产生了巨大的经济效益和社会效益。但随着互联网应用的发 展，目前基于i p v 4 的互联网在实际应用中越来越暴露出其不足之处。这些问题 已经成为制约互联网发展的重要障碍，只有通过下一代互联网的建设才能彻底、 有效地解决上述问题，于是i p v 6 技术应运而生了。 c e r n e t 是中国开展下一代互联网研究的试验网络，它以现有的网络设施 和技术力量为依托，建立了全国规模的i p v 6 试验床。1 9 9 8 年c e r n e t 正式参 加下一代i p 协议( i p v 6 ) 试验网6 b o n e ，同年1 1 月成为其骨干网成员。c e r n e t 在全国第一个实现了与国际下一代高速网i n t e r n e t 2 的互联，目前国内仅有 c e r n e t 的用户可以顺利地赢接访问i n t e r n e t 2 。 从1 9 9 7 年开始，美国着手研究发展下一代的i n t e r n e t 。有两个论坛：一个 是面向今后3 至5 年内的下一代的大学网，即i n t e r n e t i i ：另一个是面向2 i 世纪 的全面的下一代i n t e r n e t ，即n g l ( n e x tg e n e r a t i o ni n t e r n e t ) 。i n t e r n e ti i 的基本 目的是更广泛、深入地发展学术教育界的i n t e r n e t ，在10 0 所大学和研究机构之 间构筑比现在的带宽高1 0 0 倍的新的主干传输系统，力求建成媒体集成、可交 互和实时合作的宽带网络，支持声音传输的远程教育。它的动机在于改善现有 i n t e r n e t 的服务质量( q o s ) 。 国内校园网经过这么多年的发展，国内校园网络采用g e 为主干1 0 0 m 交换 到桌面的建网方案已成为校园网建设的事实标准，特别是校园网络具有的特征决 定了该项技术是普遍采用的最佳技术。目前，下一代互联网基于l p v 6 协议的网 络是校园网研究的热点领域。 各国学术研究性网络已开展研究试验。我国对i p v 6 的研究始于1 9 9 8 年， 基于i p v 6 的下一代校园嗣设计研究 主要参与者是一些高等院校和研究机构，也建设了相关的实验网，比如：中国教 育和科研计算机网i p v 6 试验床、6 t n e t ( i p v 6r e l e c o mt r i a ln e t w o r k ) 下一代 i p 电信实验网、中国电信集团i p v 6 实验网、湖南j p v 6 实验网等。 在国家自然基金委的支持下，于2 0 0 1 年7 月建设了中国高速互联研究试验 网络( n s f c n e t ) ，还有“九五”8 6 3 计划建成了“中国高速信息示范 网”( c a i n o n e t ) ，但是，对于i p v 6 的推进还停留在实验室的阶段。 2 0 0 3 年中，政府主管部门支持和指导下的以i p v 6 协议为核心的大规模下一 代网络建设项目启动，i p v 6 研究和商业化进程在中国开始加速。“下一代互联网 中曰i p v 6 合作项目( i p v 6 一c j ) ”，是在中国国家发展改革委员会( 原国家发展 计划委员会) 和日本经济产业的指导下，由中方实施机构( 中国教育和科研计算 机网c e r n e t ) 和疆方实施机构( e l 本信息通信网络产业协会c i a j ) 共同合作 的研究开发项目。项目分为系统、应用、试验网和标准化四个专题。试验网专 题内容是建立连接北京、上海、广州三个城市的高速i p v 6 试验网，实现与日本 i p v 6 试验网的高速互联，研究网络关键技术，并为其他专题的研发工作提供测 试和实验环境。 上海教育系统对下一代互联网的建设也十分重视。目前，c n g i 建设资金落 实已经启动全国主干网建设。上海高校在2 0 0 0 年共同建设教育系统高速城域网 中，已留下光缆资源用于n g n 建设。近几年来，上海高校在i p v 6 领域多年的 研究和实践中也积累的科研成果和宝贵经验，各校之间都愿意积极参与n g n 建 设示范工程。中日i p v 6 合作项目为上海高校提供部分设备用于n g n 建设。在 我国下一代互联网示范工程( c n g l ) 建设中，上海教育系统充分发挥自身的优 势，已建设好一个有规模有影响的城域网和约3 0 个接入用户网。为我国下一代 互联网络技术研究和应用开发提供试验平台和经验。 1 1 1 2 课题研究意义及研究内容 从宏观经济角度上讲，对政府、运营商的发展思路、标准制定情况、实验网 现状、产品支持情况、业务应用情况等进行深入分析，揭示中国i p v 6 的发展对 策，把握中国i p v 6 的发展脉搏，将给业界带来全面的资讯和深刻的启示。 从技术应用角度上总结，目前国际上进行的i p v 6 实验主要集中在以下几个 关键技术上： 【1 l p v 6 基本功能的实现：地址和路由机制，i c m p v 6 ，主机自动配置，各种 基于l p v 6 的下一代校园网设计研究 平台的i p v 6 代码和应用程序接口( a p i ) 已经实现，c i s c o 和b a y 已经制造出支 持i p v 6 的路由器，主要应用向支持i p v 6 的升级也正在进行。 【2 】从i p v 4 向i p v 6 过渡的技术：i p v 6 和i p v 4 必然有一段较长的共存时间， 在此期间，i p v 4 和i p v 6 的互通主要采用以下技术：双协议栈，隧道( t u n n e l ) 及隧道代理( t u n n e lb r o k e r ) ，n a t - p t ，无状态i p v 4 i p v 6 翻译( s t a t e l e s s i p v 4 i p v 6t r a n s l a t o r ，s l i t ) ，其中隧道技术和双协议栈技术已经得到广泛的使 用。 【3 l p v 6 的安全性：不少研究开发项目是将i p v 6 同i p s e c ( i ps e c u r i t y ) 结 合起来的，典型的，如k a m e 和n r l 开发的i p v 6 协议栈，都包含i p s e c 的代 码。 【4 i p v 6 对服务质量( q u a i l t yo fs e r v i c e ，q o s ) 的支持：包括对“综合服务” ( i n t e s e r v ) 特别是“区分服务”( d i f f s e r v ) 的支持。 【5 l p v 6 支持移动性的能力：这一方面的研究同i p v 4 移动性的研究并列进行。 然而，初步的研究和实践倾向于选择i p v 6 作为支撑移动计算的平台：移动性的 实现同安全、服务质量等方面的技术密切相关。【2 】 在当今信息产业蓬勃发展的今天，信息已经成为一种关键性的战略资源，计 算机技术在人们的生活中已经起到了越来越重要的作用。校园作为知识基地和人 才基地，它理应成为代表信息产业应用最成功的典范。 综合上述分析，可以看出i p v 6 发展将是全方位的网络技术升级，本文不仅 对i p v 6 组网技术以及基于i p v 6 技术的下一代校园网系统平台建设、安全管理方 案进行了较深入的研究，而且结合我校松江校医下一代校园网的建设对如何将 i p v 6 下代校园网理论用于高校校园网建设进行了研究与探讨。组建东华松江 i p v 6 下一代校园网对今后大规模商业网络部署实施具有积极的参考价值。 对于中国来说，i p v 6 不仅有利于我国互联网的持续长久发展，而且可以为 我国在下一代互联网标准和资源的分配中力争更大的发言权，i p v 6 还将使我国 形成新的产业。中国已经在i p v 4 的发展中错过了机遇，而世界现在给了我们一 个新的机会，我们不应再与i p v 6 擦肩而过了。 基于i p v 6 的下一代授园网设计研究 第二章下一代校园网i p v 6 网络协议研究 下一代校园网是建立在对网络层协议全面升级的前提上进行的，首先对下一 代网络协议l p v 6 全方位技术分析是深入研究的坚实基础。 2 1 i p v 6 报头格式 i p v 6 数据包由i p v 6 包头、扩展包头和上层协议数据单元三部分组成。 i 茗萎i 扩展包头j 上层协议数据单元 | 圈2 1f p v 6 包结构 一、 p v 6 包头 v e r b | o r l t r i b m cc ；i a s s f i o wl a b l p a y l o dl e n g t h n e x tp l e a d o r h o pl i m n 8 0 u f c oa d c l r o s s d e s t i n l i l t l o na d d r q 8 8 图2 - 2i p v 6 包头格式 l p v 6 包头长度固定为4 0 字节，去掉了i p v 4 中一切可选项，只包括8 个必 要的字段，因此尽管i p v 6 地址长度为i p v 4 的四倍，i p v 6 包头长度仅为i p v 4 包 头长度的两倍。 v e r s i o n ( 版本号) ：4 位，l p 协议版本号，值= 6 。 t r a f f i c ec l a s s ( 通信类别) ：8 位，指示i p v 6 数据流通信类别或优先级。功 能类似于i p v 4 的服务类型( t o s ) 字段。 f l o wl a b e l ( 流标记) ：2 0 位，i p v 6 新增字段，标记需要l p v 6 路由器特殊 处理的数据流。该字段用于某些对连接的服务质量有特殊要求的通信，诸如音频 或视频等实时数据传输。在i p v 6 中，同一信源和信宿之间可以有多种不同的数 据流，彼此之间以非“0 ”流标记区分。如果不要求路由器做特殊处理，则该字段 值曼为0 。 p a y l o a dl e n g t h ( 负载长度) ：1 6 位负载长度。负载长度包括扩展头和上层 p d u ，1 6 位最多可表示6 5 ，5 3 5 字节负载长度。超过这一字节数的负载，该字 段值置为“0 ”，使用扩展头逐个跳段( h o p b y h o p ) 选项中的巨量负载( j u m b o 3二 基于i p v 6 的下一代校园网、谊计研究 p a y l o a d ) 选项。 n e x th e a d e r ( 下一包头) ：8 位，识别紧跟i p v 6 头后的包头类型，如扩展 头( 有的话) 或某个传输层协议头( 诸如t c p ，u d p 或者l c m p v 6 ) 。 h o pl i m i l ( 跳段数限制) ：8 位，类似于i p v 4 的t t l ( 生命期) 字段。与 i p v 4 用时间来限定包的生命期不同，i p v 6 用包在路由器之间的转发次数来限定 包的生命期。包每经过一次转发，该字段减1 ，减到o 时就把这个包丢弃。 s o u r c e a d d r e s s ( 源地址) ：1 2 8 位，发送方主机地址。 d e s t i n a t i o na d d r e s s ( 目的地址) ：1 2 8 位，在大多数情况下，目的地址即 信宿地址。但如果存在路由扩展头的话，目的地址可能是发送方路由表中下一个 路f h 器接i ：1 。附：常用的n e x th e a d e r 字段值表和i p v 4 与i p v 6 包头格式对比图。 值( 十斑$ u )包 头 o h 。p b r m 。p 进琅( 扩晨包头) t c p 1 tv 卫p 4 i 凝摄量r 鞭瞩旧工p v 6 但璺： 4 3搿由【犷腌包头) 分战( 犷腿包头) 4 6赍龌姐鳘司t 毋议 5 0e s p 四议【扩展包受) 认证( 扩晨雹头) i c ”p v 6 s 0 尢下一包头 目日g 地进现( 扩展包头) 表2 - 1 常用的n e x th e a d e r 字段值 mh e a d e r m j 姆j 喘掣 憎仳姆聊l 计醉口刊1 h e 。瞻r c h 氍 咖m l m 话 删醐h 嘣啡黼糊嶙 q m 帮rm 忡g 1 p v 6h e a d e r p a 删b 啪i n e x t h e e | n d p “m h 幽2 3 i p v 4 与i p v 6 包头格式对比 二、扩展包头 i p v 6 将所有的可选项都移出i p v 6 包头，置予扩展头中。由于除h o p - b y - h o p 选项扩展头外，其他扩展头不受中转路由器检查或处理，这样就能提高路由器处 理包含选项的i p v 6 分组的性能。 通常，一个典型的i p v 6 包，没有扩展头。仅当需要路由器或目的节点做某 些特殊处理时，才由发送方添加一个或多个扩展头。与i p v 4 不同，i p v 6 扩展头 基于 p v 6 的下代校园网设计研究 长度任意，不受4 0 字节限制，但是为了提高处理选项头和传输层协议的性能， 扩展头总是8 字节长度的艇数倍。 目前，r f c2 4 6 0 中定义了以下6 个i p v 6 扩展头：h o p b y h o p ( 逐个跳段) 选项包头、目的地选项包头、路由包头、分段包头、认证包头和e s p 协议包头。 1 ) h o p b y h o p 选项包头 包含分组传送过程中，每个路由器都必须检查和处理特殊参数选项。 h o p b y h o p 选项包头中的选项描述一个分组的某些特性或用于提供填充。这些 选项有： p a d l 选项( 选项类型为0 ) ，填充单字节。 p a d n 选项( 选项类型为1 ) ，填充2 个以上字节。 j u m b op a y l o a d 选项( 选项类型为1 9 4 ) ，用于传送超大分组。使用j u m b o p a y l o a d 选项，分组有效载荷长度最大可达4 2 9 4 ，9 6 7 ，2 9 5 字节。负载长度超过 6 5 ，5 3 5 字节的i p v 6 包称为“超大包”。 路由器警告选项( 选项类型为5 ) 提醒路由器分组内容需要做特殊处理。 路由器警告选项用于组播收听者发现和r s v p ( 资源预定) 协议。 2 ) 目的地选项包头 需要被中间目的地或最终目的地检查的信息。有两种用法： 如果存在路由扩展头，则每一个中转路由器都要处理这些选项。 如果没有路由扩展头，则只有最终目的节点需要处理这些选项。 3 ) 路由包头 类似于i p v 4 的松散源路由。i p v 6 的源节点可以利用路由扩展包头指定一个 松散源路由，即分组从信源到信宿需要经过的中转路由器列表。 4 ) 分段包头 提供分段和重装服务。当分组大于链路最大传输单元( m t u ) 时，源节点 负责对分组进行分段，并在分段扩展包头中提供重装信息。 i p v 6 包的不可分段部分包括：i p v 6 包头、h o p b y - h o p 选项包头、目的地 选项包头( 适用于中转路由器) 和路由包头。i p v 6 包的可分段部分包括：认证 包头、e s p 协议包头、目的地选项包头( 适用于最终目的地) 和上层协议数据 单元p d u 。 注：a 、在i p v 6 中，只有源节点才能对负载进行分段。b 、i p v 6 超大包不 基于i p v 6 的下一代校园网设计研究 能使用该项服务。 5 ) 认证包头 提供数据源认证、数据完整性检查和反重播保护。认证包头不提供数据加密 服务，需要加密服务的数据包，可以结合使用e s p 协议。 6 ) e s p 协议包头 提供加密服务。 三、上层协议数据单元( p d u ) p d u 由传输头及其负载( 如i c m p v 6 消息、或u d p 消息等) 组成。而i p v 6 包有效负载则包括i p v 6 扩展头和p d u ，通常所能允许的最大字节数为6 5 ，5 3 5 字节，大于该字节数的负载可通过使用扩展头中的j u m b op a y l o a d 选项进行发 送。 2 2i p v 6 地址方案 i p v 4 与t p v 6 地址之间最明显的差别在于长度：i p v 4 地址长度为32 位， 而l p v 6 地址长度为128 位。 一、i p v 6 地址表示方式 i p v 4 地址一般以4 部分间点分的方法来表示，即4 个数字用点分隔。例如， 下面是一些合法的i p v 4 地址，都用十进制整数表示： 10 5 3 1 127 0 0 1 201 199 244 101 i p v 4 地址也时常以一组4 个2 位的十六进制整数或4 个8 位的二进制整数 表示，但后一种情况较少见。i p v 6 地址长度4 倍于i p v 4 地址，表达起来的复杂 程度也是i p v 4 地址的4 倍。i p v 6 地址的基本表达方式是x ：x ：x ：x ：x ：x ：x ： x ，其中x 是一个4 位十六进制整数( 16 位) 。每一个数字包含4 位，每个整数 包含4 个数字，每个地址包括8 个整数，共计128 位( 4 x 4 x 8 = 128 ) 。例如， 下面是一些合法的i p v 6 地址： c dcd ：910 a ：2222 ：5498 ：8 475 ：1 1 1 1 ：3900 ：2020 1o30 ：0 ：0 ：0 ：c9b4 ：ff12 ：48 a a ：1a 2b 2000 ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 ：1 6 基于i p v 6 的下一代校网网设计研究 请注意这些整数是十六进制整数，其中a 到f 表示的是1o 到15 。地址中 的每个整数都必须表示出来，但起始的o 可以不必表示。这是一种比较标准的 i p v 6 地址表达方式，此外还有另外两种更加清楚和易于使用的方式。 某些t p v 6 地址中可能包含一长串的0 ( 就像上面的第二和第三个例子一样) 。 当出现这种情况时，标准中允许用“空隙”来表示这一长串的0 。换句话说，地址 2000 ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 ：1 可以被表示为； 2000 ：1 这两个冒号表示该地址可以扩展到一个完整的128 位地址。在这种方法 中，只有当16 位组全部为0 时才会被两个冒号取代，且两个冒号在地址中只能 出现一次。 在i p v 4 和i p v 6 的混合环境中可能有第三种方法。i p v 6 地址中的最低32 位可以用于表示i p v 4 地址，该地址可以按照一种混合方式表达，即x ：x ：x ：x ： x ：x ：d d d d ，其中x 表示一个16 位整数，而d 表示一个8 位十进制整数。 例如，地址0 ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 ：1o 0 0 就是一个合法的i p v 4 地址。把两种 可能的表达方式组合在一起，该地址也可以表示为： ：1o 0 0 1 由于i p v 6 地址被分成两个部分一子网前缀和接口标识符，因此人们期待一 个lp 节点地址可以按照类似ci dr 地址的方式被表示为一个携带额外数值的 地址，其中指出了地址中有多少位是掩码。即，i p v 6 节点地址中指出了前缀长 度，该长度与i p v 6 地址间以斜杠区分，例如： 1030 ：0 ：0 ：0 ：c9b4 ：ff12 ：48 a a ：1a 2b ，60 这个地址中用于选路的前缀长度为60 位。 二、i p v 6 寻址模型 i p v 6 寻址模型与i p v 4 很相似。每个单播地址标识一个单独的网络接1 ：3 。lp 地址被指定给网络接口而不是节点，因此一个拥有多个网络接口的节点可以具备 多个i p v 6 地址其中任何一个i p v 6 地址都可以代表该节点。尽管一个网络接口 能与多个单播地址相关联，但一个单播地址只能与一个网络接口相关联。每个网 络接口必须至少具备一个单播地址。 这里有一个非常重要的声明和一个非常重要的例外。这个声明与点到点链 基十i p v 6 的下一代校同刚设计研究 路的使用有关。在i p v 4 中，所有的网络接r ，其中包括连接个节点与路由器 的点到点链路( 用许多拨号lnter net 连接中) ，都需要个专用的ip 地址。 随着许多机构开始使用点到点链路来连接其分支机构，每条链路均需要其自己的 子网，这样一束消耗了许多地址空阃。在i p v 6 中，如果点到点链路的任何一个端 点部不需要从非邻居节点接受和发送数据的话，它们就可以不需要特殊的地址。 即，如果两个节点主要是传递业务流，则它们并不需要具备i p v 6 地址。 为每个网络接口分配一个全球唯的单播地址的要求阻碍了i p v 4 地址的扩 展。一个提供通用服务的服务器在高需求量的情况下可能会崩溃。因此，i p v 6 地址模型中又提出了一个重要的例外：如果硬件有能力在多个网络接口上正确地 共享其网络负载的话，那么多个网络接口可以共享一个i p v 6 地址。这使得从服 务器扩展至负载分担的服务器群成为可能，而不再需要在服务器的需求量上升时 必须进行硬件升级。【3 l 三、i p v 6 地址类型 i p v 6 中地址有三种类型：单点传送( u n i c a s t ) 、多点传送( m u l t i c a s t ) 、任意点 传送( a n y c a s t ) 。也有文献称之为单播、组播、泛播( 任播) 地址。i p v 6 中不再 有象i p v 4 中那样的广播( b r o a d c a s t ) 地址，它的功能由多点传送地址来实现。 1 、单播( u n i c a s t ) ：这种类型的地址是单个接口的地址。发送到一个单点 传送地址的信息包只会送到地址为这个地址的接口。用于确认单独接口的一个地 址。发往单播地址的数据包被发送到该地址所确认的接口。按照数据包的可到 达性，单播支持以下类型的地址： 全球单播地址：能够全球到达和确认的地址。全球单播地址由一个全球选 路前缀、一个子网i d 和一个接口i d 组成( 如图所示) 。当前全球单播地址分 配使用的地址范围从二进制值0 0 1 ( 2 0 0 0 ：3 ) 开始，即全部i p v 6 地址空间的 八分之一。 站点本地单播地址：只能在客户站点内到达和确认的地址，类似于i p v 4 专 用地址1 0 0 0 0 8 和1 9 2 1 6 8 0 0 1 6 。站点本地单播地址包含一个f e c 0 ：1 0 前缀、子网l d 以及接口l d ( 如图所示) 。 链路本地单播地址：只能由与同本地链路相连的节点到达和确认的地址。 链路本地单播地址使用f e 8 0 ：1 0 前缀和一个接口i d ( 如图所示) 。 基于l p v 6 的下一代校园网设计研究 l 1 2 8b n s 一j f 一p r o v i d e c 1 一e e - i h o s | 一- 一 1 3 卜一4 5 b l t s+ 1 6 b l t 3 卜一6 4 捌【s 一b l t s 压西巫五歪e 亟亟互二二j 画童三亘二 圈 图2 _ 4 全球单播地址格式 p 一2 eb t t s l 一6 4b l t s _ 一 厂i 商菇i 羽卜_ 一1 6b l t s _ | l 1 0b i t s 一 图2 - 5 站点本地单播地址格式 12 8b i l s 一 卜一6 d m t s 一 一1 0b i t s - - i 图2 6 链路本地单播地址格式 2 、组播( m u l t i c a s t ) ：这种类型的地址是一组接口的地址，发送到一个多 点传送地址的信息包