（计算机应用技术专业论文）ipv6单播数据转发技术分析与研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 互联网的成功发展给人们的生活带来了重大的变化，原来的i p v 4 协议已 经不能满足应用的需要，2 0 世纪9 0 年代初，i e ，r f 在比较多种i p n g ( 口n e x t g e n e r a t i o n ) 方案的基础上，改进形成了i p v 6 协议。单播地址作为i i l t e m e t 中 应用最广泛的地址，无论通信发生在多大的范围内，其数据报文的转发平面 和控制平面总是最重要的关注点。基于l p v 6 的重要性，即便是目前较为成熟 的单播领域仍然需要不断的探索。 本文结合一系列相应的r f c 标准文档，分析了i p v 6 单播数据转发技术相 关协议的内容、报文格式和处理规则。重点分析了l c m p v 6 协议、邻居发现 协议、i p v 6 路由协议r i p n g ，所具有的功能，以及它们对单播数据转发的支 持作用。 由于i p v 6 单播数据转发技术涉及到多个i p v 6 协议以及路由协议，目前还 很少有对该技术的系统研究，更没有机构明确地分析和研究各协议对单播的 支持。此外，在w j n d o w s 和u 那x 两种操作系统混合的异构网络的条件下进 行分析研究的工作目前几乎没有。 为了验证异构环境下i p v 6 单播数据转发相关协议中的各个报文及其选 项，以及各协议的主要工作过程是否与r f c 文档相一致，我们设计了源主机 和目的主机在同一链路，以及源主机和目的主机在不同链路的两类测试环境。 其中一台主机运行r e d h a t 工j n 职9 0 操作系统，另一台运行w i n d o w sx p 操作 系统，通过一台以太网交换机和两台c i s c o2 8 1 1 型球v 6 路由器进行不同拓扑 结构的连接，其中w i n d o w sx p 主机同时用作路由器的配置和路由表的查看。 各主机上安装网络通信协议抓包工具e t h e r e a l ，利用此工具对d v 6 单播数据 转发过程中的数据包进行捕获观察，完成了对支持口v 6 单播数据转发技术的 i c m p v 6 协议、邻居发现协议、地址自动配置以及路由协议r i p n g 的验证。测 试表明它们分别满足r f c 2 4 6 1 、r f c 2 4 6 2 、r f c 2 4 6 3 和r f c 2 0 8 0 的规定。同 时发现，在r f c 2 0 8 0 中并未提及可以将一个路由器接口同时加入两个r i p 域 的情况，实验证明这是可以实现的。 关键词：i p v 6 ；i c m p v 6 ；邻居发现；砒p 吣；单播数据转发；测试 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 t h es u c c c s s f i l ld c v e l o p m c n to fi n t e m e tc h a n g e sp e o p l e sl i f cg r e a n y _ b u tt h e i p v 4p r o t o c o lc a n tm e e tt h ed e m a n d so fi n t c m c ta p p l i c a t i o n i ns u c hac 懿e ，i e t f i s s u e dt h ei p v 6a & r 伽p a r i n gd i f & r e n tk i n d so fi p n g ( i pn e x tg e n e r a t i o n ) i nt h e 1 9 9 0 s a st h em o s tw i l d l yu s e da d d r e s sf 0 皿a t ，t h cp a c 蠹e tf o r w a r d i n gp l a n ca n d t h ec o n t r o lp l a eo ft 量l cu n i c a s ta d d r e s sa r ea l w a y st l l em o s ti m p o n 蛐tf o c u s e si n a n yc o m m u i c a t i r 锄g e f o rt l l ei m p o r t 蛆c e0 f 驴v 6 ，t h eu i c 懿ta r c as t i l ln e e d s c o n t i n u o u ss t u d i e sa l t h o u g l lnh a sb e e nd c v c l o p c dal o t s t a n i n gw i u lt h e 锄a l y s i so fas e f i e so fr c l c v a d tr f c e q u c s tf o rc o m m e n t ) s t a l l d a r d s ，t h i st h e s i sp r e s t st h ec o n t t s ，t l l em e s s a g ef b m a t s 柚dt h eh 壮d l i n g r u l e so fi p v 6m d c a s td a t af o 州盯d i n g 姐di t sc o r l a t i v cp r o t o o o l s t h ee m p h a 瞄 o f 扯a l y s j sa r ei c m p 、，6 ，n e i g l l b o rd i s c o v e r yp m t o l ，r e l e v 蛐t 球v 6r o l l l i n g p m t o l 柚dt h ew a yt h e ys u p p o ni p v 6u n i c a s td a t af 0 刑盯d i n g b e c a u s et h ei p v 6u n i c a s td a t af o r w a r d i n gi n v o l v e sm 锄vi p v 6p r o t o c o l s 趾d m u t i n gp r o t o c o l s ，a tp r e s e tt h e r ei sf b ws y s t e m a t i cs t u d i e so ni t ，n o ra l l ya n a l y s i s o nh o wt h e s ep r o t o c o l ss u p p o nt h i st c c h n o l o g yd e f i n i t e l y h la d d i t i o n ，t h e r ei sn o s t u d ye i t h e r o ni p v 6u n i c 髂td a t af o 聊a r d i n gu d c f h e t e m g e c o u sn e t w o r ko f w i n d o w sx pa n dr c d h a tl m u x9 0 t 0v a l i d a t et h ec o n s i s t e n c yo f t h ep a c k e t s ，t h e0 p t i o n s ，锄dt l l em a i nw o r ko f t h er e l e v 锄tp r o t o c o l so fi p 、，6u n i c a s td a t af b r w a r d i n gw n hr f ( ：s t 蛆d a r d su d c r h e n e m g c o u se n v i r o n m e n t ，t w ot y p e so ft c s te n v i m 姗e t 盯ed e s i g n c d o n ei sf o r t h ec a s ew h e f et h es o u r c ch o s ta n dt h ed e s t i n a t i o nh o s t 盯eo nt h es a m cl i n k ：姐d t h e0 t h c ri sf o r t h ed i f f e r c n tl i n k s i nb o t hc 嬲e s ，o n eh o s ti sm 尬i n gr e d h a tl i n u x 9 0 ，a n dt h eo t h e rm 如i gw i n d o w sx p t i oh o s t sa r cc o 蚰e c t e di n t ot h ed i 由陌r e n t t o p o l o g i e sw h i c ha r ec 0 璐t m c t e dw i t ha ni m h e m e ts w i t c _ ha n dt w oc i s c oi p v 6 r o u t e 墙t h eh o s tr i l n l l i n gw i n d o w s i sa l s 0 啪e dt od or o u t e rc f i g u r a t i o n 蛐d t oe x 锄i n em u t i n gt a b l e i no r d c rt o0 b s e r v et h ed a t ap a c k c t si nt h ei p v 6d a t a f o n a r d i n g ，e t h e r c a li su s e dt oc a p t u r ct h cp a c l 【e t s0 nh o s t s a l lt h e s e 盯eu s e dt 0 c o m p l e t et h ev a l i d a t i o o fc o r r e l a t i v ep r o t o c o l so fi p v 6u n i c a s td a t af o r w a r d i n g t h et e s t sd o n es h o wt h a t i c m p v 6 n e i g l l b o rd i s c o v e r yp r o t o c o l ，a d d r e s s a u t o c o n f i g i l r a t i o na n dr i p n gp r o t o c o la r ea 伽r d 锄c ew i 也r f c 2 4 6 1 ，r f c 2 4 6 2 ， 谣南交通大学硕士研究生学位论文第1 i i 页 r f c 2 4 6 3 锄dr f c 2 0 8 0 ，托s p e c t i v e ly w h i l ct e s t i n g ，w ca l s o 五叫n d 跚dp r 0 v e d s o m e t l l i n gn o tm e n t i e di nr f c2 0 8 叭h a t 蛐i n t c 吡c eo fam u t e rc a i lb cp u ti i l t o t w or i pl d u t e rd o m a h sa t l es 锄et i l e k e y w o r d s ：l p v 6 ；i c m p v 6 ；n e i g h b o rd i s v e r y ；i p n g ；u n i s t d a 细 f b r w a r d i g ；t e s t 西南交通大学硕士研究生学位论文箍! 里 第一章绪论 1 1 课题的国内外研究现状和课题意义 互联网的成功发展给人们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，成为国家信息化和现代化建设的重要部分。但是随 着互联网络应用的发展，目前基于i p v 4 的互联网络已经面临地址耗尽的危机， 带宽瓶颈、网络安全、数据保密、服务质量、对移动特性的支持等问题也变 得越来越突出。这些问题已经成为制约互联网络发展的重要障碍，只有通过 下一代互联网的建设才能彻底、有效地解决这些问题。 在这样的情况下，2 0 世纪9 0 年代初，m t f 在比较多种m 嚷( 坤n c x t g e n e r a t i o n ) 方案的基础上，最后以“简单互联网络协议增强( s 卿) ”为基 础加以改进而形成了、r 6 协议。从1 9 9 5 年起， v 6 协议及其标准陆续由璩， 的相关工作组制定出来，完成了6 协议草案( 即r f c l 8 8 3 【1 1 ) 。到1 9 9 8 年 夏末为止，新的v 6 砒获准发表( r f c 2 4 6 0 【2 j ) ，其中尤其值得注意的是， r f c 2 3 7 3 1 3 j ( 6 寻址体系结构) 替换了耻1 c 1 8 8 3 ，r f c 2 3 7 4 【4 】( 一种可集聚 的全球单播地址格式的i p v 6 ) 替换了早期基于供应商的，、r 6 单播地址格式。 可见，i p v 6 单播数据转发技术，是，v 6 改进的一个重要内容。6 单播数据 转发技术其它相关协议如i c m p v 6 协议( r f ( x 弭6 3 【5 】) 、邻居发现协议 ( r f c 2 4 6 1 1 6 j ) 、i p v 6 无状态地址自动配置协议( 1 疆c 2 4 6 2 同) 、逆向邻居发现 协议( r f ( 3 1 2 2 l m ) 、r 肌gf 0 ii p v 6 ( 砒1 c 2 0 8 0 【蛳) 等也先后制定出来。而关 于单播地址的研究也在不断的发展中，关于脚6 的地址结构( r f c 3 5 1 3 【1 0 1 ) 、 关于i p v 6 单播地址结构( r f c ：4 1 9 3 1 1 l j ) 等的文档也相继被制定出来。 全球r r 业正在将越来越多的目光投向了6 。国际上研究6 试验网 及其相关技术，提供6 地址服务的组织有6 b e 和6 r 等，并成立了全 球性技术论坛“ 、，6f o 咖”。6 技术特点包括大的地址空间、自动配置、 安全性、移动性和服务质量。到2 0 0 1 年多数主机操作系统都已经支持口v 6 ， 例如w i i l d o w s ) 四，u 加x ，s o l a r i s 等等；到2 0 0 3 年，r r 业各主流厂家基本都 已经推出m v 6 网络产品。 日本于2 0 0 0 年9 月开始推广，、r 6 ，并于2 0 0 2 年4 月宣布开始提供，v 6 商业服务。韩国和欧盟也相继宣布启动6 推广计划。国外对 v 6 的研究 从来没有停止过，其中由于，、r 6 单播的特殊性和重要性。更是没有放松过对 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 它的探索，例如k 锄e 主要从事b s d 操作系统下6 协议的研究、u s a g i 从事u n u x 操作系统下口v 6 协议的研究。 中国对i p v 6 的研究始于1 9 9 8 年，主要参与者是一些高等院校和研究机 构。在相关部委科技计划支持下，一批脚6 关键技术研究课题作为国家重大 专项立项，并陆续取得了突破性成果，为我国开展以6 为基础核心协议的 下一代互联网的研究奠定了较好的基础。我国相关研究机构、高校、厂商及 运营商也陆续开始跟踪与关注玎6 技术的发展，投入6 技术研发，并相 继建成i p v 6 试验床及试验网络，如6 t e t 凹v 61 1 e l e c o mt r i a ln e m o r k ) 下一代 i p 电信试验网、潮南脚6 试验网、中国电信集团，v 6 试验网、中国高性能 宽带信息网、中国教育与科研q m n l 玎 v 6 试验网和中科院6 城域网等， 在i p v 6 核心技术研发、协议标准制定、组网、过渡镱略、测试、应用示范和 商业模式探讨等方面积累了宝贵的知识与经验。 单播地址是i n t e m e t 中应用最广泛的地址，无论通信发生在多大的范围 内，其数据报文的转发平面和控南8 平面总是最重要的关注点。6 单播数据 转发技术涵盖了6 地址解析技术与邻居维护技术等重要内容，作为，、r 6 协议的一项基础技术，对其相关控制平面的信息以及数据转发的流程的关注 和研究，都对，、r 6 协议的发展有不可忽略的作用。根据r f ( = ：b 7 3 ，已分配的 口v 6 地址类型有：单播地址( u n i c 雎t ) 、泛播地址( 髓v c 硝t ) 、组播地址 ( m u l t i c 船t ) 。其中单播地址是一个单接口的标识符，是主机之间“一对一” 的通讯模式，即送往一个单播地址的包将被传送至该地址标示的接口上，它 表示了一个终端节点或主机。单播协议使服务器能够针对每个客户及时响应， 针对每个客户不同的请求发送不同的数据，实现个性化服务。例如现在的网 页浏览全部都是采用口单播协议。所以，v 6 单播技术是i n t e m e t 中应用最广 泛的技术，对该技术的研究也有着不可忽略的重要作用。 由于i p v 6 单播数据转发技术涉及到多个i v 6 协议以及路由协议，目前还 很少有对该技术的系统研究，更没有机构明确地分析和研究各协议对单播的 支持。此外，在w i l l d o w s 和i j 肌x 两种操作系统混合的异构网络的条件下进 行分析研究的工作目前几乎没有。基于以上情况，本文将结合一系列础标 准文档，对口v 6 单播数据转发技术及其相关协议进行分析，并完成在w i n d o w s 和u n l l 】【两种操作系统异构条件下的协议一致性测试和验证。 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 1 2 论文主要研究内容 论文研究工作如下： 对i p v 6 单播数据转发技术的介绍，v 6 单播的三种地址结构的介绍； 对i p v 6 单播数据转发技术所涉及到的主要i p 、，6 相关协议的介绍，主 要有：i c m p v 6 协议、邻居发现协议、，、r 6 路由协议r j p n g ，介绍了 这些协议的主要功能以及他们对脚6 单播数据转发技术的支持： 在w i d o 孵x p 和n 加x 两种操作系统异构的环境下，对源主机和目 的主机在同一链路、源主机和目的主机在不同链路上的、r 6 单播数 据转发的测试； 分析测试结果，将测试结果与相关r f c 文档作对比，验证6 单播 数据转发技术所涉及到的协议的功能，以及它们在不同操作系统下的 具体情况。 1 3 论文结构安排 论文共分5 章。 第一章绪论讲述了，v 6 单播数据转发技术及其相关协议的产生背景以及 国内外研究情况，本论文的研究意义及本论文的研究内容安排。 第二章对6 单播数据转发技术进行简要介绍，包括v 6 报文格式以及 单播数据转发的三种地址类型。 第三章简要介绍口v 6 单播数据转发技术所涉及到的主要协议i c m p v 6 、 邻居发现协议和路由协议l 四n g 的报文格式、主要功能及其对6 单播数据 转发技术的支持。 第四章和第五章分别就源主机和目的主机在同一链路和不同链路情况 下，对i p v 6 单播数据转发技术进行在异构环境中的测试，并将测试结果与 r f c 标准文档进行对比分析，验证i p v 6 单播数据转发技术所涉及到的协议的 功能，以及它们在不同操作系统下的具体情况。 结束语部分对本论文的主要工作做出总结，对试验结果进行分析，并提 出对该课题进行进一步研究的个人见解。 本论文研究过程中所参考的r f c 文档以及其他资料均列于参考文献，本 文对文中部分内容的注释见附录1 ，对协议描述时引用的缩略词以及专用术 语等见附录2 。 堕壹窒适盔堂堡主受塞生堂垡堡塞 笪! ；叵二 第二章i p v 6 单播数据转发技术分析 2 。1 i p v 6 报文格式 脚6 网络中包含两个主要角色：主机和路由器。当源主机要将一个数据 包送到目的主机时，首先将这个包发送到链路上的一个路由器，路由器读取 该数据包报头中的相关内容，然后查找自己的路由表，决定下一跳地址，并 转发出去，中间的每一台路由器都执行同样的操作，直到目的主机收到这个 数据包。从数据发送过程可见，路由器是利用报头中的信息将数据包从发送 方一步一步发送到接收方的。v 6 报文格式如图2 - 1 所示： ii 有效载荷1 卜一州蝴包叫 图2 - 1 6 报文格式 i p v 6 报头是i p v 6 报文中不可缺少的部分，长度固定为4 0 字节( 3 2 0 b 招) 。 v 6 基本报头后面跟有1 个或多个扩展报头( 也可以没有扩展报头) ，这些扩 展报头有不同的长度。i v 6 扩展报头没有最大长度限制，可以容纳6 通信 所需要的所有扩展数据。6 报头和扩展报头代替了，v 4 报头及其选项。上 层协议数据单元一般由上层协议报头和它的有效载荷构成，有效载荷可以是 一个i c m p v 6 报文、一个t c p 报文或者一个u d p 报文。 其中，l p v 6 基本报头格式如图2 2 所示。 i p v 6 基本报头格式中，版本字段值为6 ，表示口协议的版本，长度为4 b i t 。 通信流类别字段表示6 数据包的类或优先级。流标签字段表示这个数据包 属于源节点和目标节点之间的一个特定数据包序列，它需要由中间叶6 路由 器进行特殊处理。有效载荷长度字段表示m 晒数据包有效载荷的长度，有效 载荷是指紧跟6 报头的数据包的其他部分，即扩展报头和上层协议数据单 元。下一个报头字段定义了紧跟在球v 6 报头后面的第一个扩展报头( 如果扩 展报头数不为0 ) 的类型，或者上层协议数据单元中的协议类型。跳数限制 展报头数不为o ) 的类型，或者上层协议数据单元中的协议类型。跳数限制 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 字段类似于i p v 4 中的生存周期字段，它定义了6 数据包在被丢弃前所能 经过的最大链路数，每经过一个路由器，该值减1 ，当该字段值为0 时，数 据包被丢弃，并发送i c m p v 6 超时报文。源地址表示发送方的地址，目的地 址表示接收方的地址，均为1 2 8 b i t 的脚6 地址。目的地址字段在大多数情况 下表示最终目标地址，但是如果存在路由扩展报头，则该字段值有可能为下 一个中间目标的地址。 一3 2 b i t s + 版本通信流类别( 8 b i t s )流标签( 2 0 b i 扭) 有效载荷长度( 1 6 b 妇)i 下一个报头( 8 b i 协)跳数限制( 8 b n s ) 源地址 ( 1 2 8 b i 协) 目的地址 ( 1 2 8 b i 协) 图2 _ 2 脚6 基本报头格式 下一个报头字段的常用值如表2 1 所示，在此将不再对每一个口v 6 扩展 报头进行分析，仅将常用值列出，便于试验数据的对比分析。 表2 - 1 下一个报头字段常见值 值( 十进制)报头 0 逐跳选项报头 6珊 1 7u d p 4 1 已封装的i v 6 报头 4 3 路由报头 4 4 片段报头 5 0 封装安全有效载荷报头 5 1 身份验证报头 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 表2 1 下一个报头字段常见值( 附表1 ) 值( 十进制) 报头 5 8i c h 6 5 9 没有下一个报头 6 0 目标选项报头 2 2i p 、，6 单播地址 6 地址有三种类型，分别是单播地址、组播地址和泛播( 任播) 地址。 单播地址标识了这种类型地址的作用域内的单个接口。地址的作用域是 指i p v 6 网络的一个区域，在这个区域中，此地址是唯一的。在适当的单播路 由拓扑结构中，寻址到单播地址的数据包最终会被发送给一个唯一的接口【1 2 】。 r f c 2 3 7 3 中将6 单播地址分为可聚集全球单播地址、链路本地地址、 站点本地地址、特殊地址、兼容地址和n s a _ p 地址。本文仅对前三种h 6 单 播地址格式进行分析。 2 2 1 可聚集全球单播地址 可聚集全球单播地址，也称为全球地址，用格式前缀0 0 1 ( 长度3 b i t ) 来标 识，在l i l t e m e t 的6 部分，它们是可在全球范围内路由和到达的。可聚集 全球单播地址结构如图2 - 3 所示： 0 0 1 n a l 保留in l a ms l a d ( 1 3 b i 担) l ( 8 b 砥) l ( 2 4 b 迅) i ( 1 6 b i 忸) 接口d ( 6 4 b 赴s ) 图2 - 3 可聚集全球单播地址结构 a i d 顶级集聚标识符：标识了路由层次结构的最高层，由h t c m e t 地 址授权机构i a n a 来管理的。1 3 位的字段最多可以容纳8 1 9 2 个不同的 t i a m 。对于处于i p 、r 6i n t 啪e t 路由结构最高层的路由器( 默认路由器) ， 其路由表中是没有默认路由的。它的路由表中，只有那些带有与所分配 的1 r i am 相一致的1 6 位前缀的路由，以及那些基于分配给路由器所在 区域的1 1 a m 的路由附加项。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 保留字段：为未来扩展n a 或n l a m 的长度而保留的位。 m a 下一级集聚标识符：格式前缀0 0 1 、1 r i a m 、保留字段和n l a i d 构成了一个4 8 位的前缀，此前缀会被分配给连接在m 蛐l c t 的h 6 部分 的一个机构的站点。 s l a d 站点级集聚标识符：该标识符被一个单独的机构用于标识自己站 点中的子网，一共可标识6 5 5 3 6 个子网。 接口d ：标识特定子网上的接口。、r 6 中的接口m 相当、，4 中的节点 i d 或主机。 2 2 2 链路本地地址 本地使用的单播地址有两种： 链路本地地址：用于同一链路上的邻节点之间和邻居发现过程。 站点本地地址：用于同一机构中的节点之间的通信。 本小节将介绍链路本地地址，在2 2 3 小节中介绍站点本地地址。 链路本地地址是6 中的应用范围受限制的地址类型，只能在连接到同 一本地链路的节点之间使用。邻居发现等i p v 6 机制中使用了该地址。链路本 地地址有固定的格式，如图2 4 所示： 图2 - 4 链路本地地址结构 链路本地地址总是以f e 8 0 开始，并有6 4 位接口标识符，即其前缀总是 f e 8 0 ：6 4 。链路本地地址对于邻居发现过程是必须的，并且总是自动配置 的，甚至没有其他任何单播地址时也是如此。 2 2 3 站点本地地址 站点本地地址是i p v 6 中另一种应用范围受限制的地址，它仅能在一个站 点内使用，相当于i p v 4 私有地址( 1 0 0 0 o ，8 、1 7 2 1 6 0 0 1 2 和1 9 2 1 6 8 o 0 1 6 ) 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 没有申请到i s p 分配的可聚集全球单播地址的组织机构和没有直接连接到 口v 6i n t e m e t 的路由的私有内部网络就可以使用站点本地地址，而不会与全球 地址发生冲突。站点本地地址对于外部站点是不可达的，并且路由器不能把 本地站点的通信流转发到此站点外。站点本地地址的作用范围是该站点。站 点本地地址结构如图2 5 所示： 卜，。斗。s e ；t 4z 曲祗+ 卜m 沁一 图2 - 5 站点本地地址结构 站点本地地址总是以f e c d ：4 8 开始，可利用1 6 位子网d 创建内部子 网。与链路本地地址不同，站点本地地址不是自动配置的，它必须通过无状 态或有状态的地址自动配置方法来进行指派。一个本地站点前缀和地址可以 分配给站点内的任何节点，包括路由器。 2 3 设备的l p v 6 地址 一台6 主机通常给每块网卡分配多个，、r 6 地址，典型的、，6 主机上 的接口都有如下单播地址： 每个接口的链路本地地址 每个接口的附加单播地址( 可能是站点本地地址和一个或多个全球地址) 回环接口的回环地址( ：1 ) 典型的、，6 主机在逻辑上总是多宿主的，因为它们总是至少拥有两个地 址，一个用于本地链路通信流的链路本地地址，和一个可路由的站点本地地 址或全球地址，它们可以通过这些地址接收数据包。 i p v 6 主机上的每个接口随时在侦听一下组播地址上的数据： 节点本地范围内所有节点组播地址( 聊1 ：1 ) 链路本地范围内所有节点组播地址( 脚2 ：；1 ) 每个单播地址的请求节点地址 同组的组播地址 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 口v 6 路由器上的接口具有以下的单播地址： 每个接口的链路本地地址 每个接口的附加单播地址( 可能是站点本地地址和一个或多个全球地 址) 回环接口的回环地址( ：1 ) i p v 6 路由器的接口随时侦听以下组播地址上的数据： 节点本地范围内所有节点组播地址( 聊1 ：1 ) 节点本地范围内所有路由器组播地址( 聊1 ：2 ) 链路本地范围内所有节点组播地址( f f 0 2 ：1 ) 链路本地范围内所有路由器组播地址( f f 0 2 ：2 ) 站点本地范围内所有路由器组播地址( f 间5 ：2 ) 每个单播地址的请求节点地址 同组的组播地址 主机必须分配到以上地址来标识其本身，而路由器必须识别上述所有地 址来转发数据。 2 4i p v 6 单播地址前缀表示 在碑v 4 中，用来表示网络结构的是子网掩码。在6 中已经没有了子 网掩码这个概念，而是用前缀来标识脚6 子网或路由。6 前缀是地址的一 部分，所有子网都有相应的6 4 位前缀。任何少于6 4 位的前缀，可能是一个 路由前缀，或者是包含了部分p v 6 地址空间的一个地址范围。v 6 前缀只与 路由及地址范围相关，与单个的单播地址无关。 在当前已定义的l v 6 单播地址中。用于标识子网的位数总是6 4 ，用于标 识子网内主机的数也总是6 4 。尽管在r f ( = 2 3 7 3 中允许在6 单播地址中写 明它的前缀长度，但在实际中由于前缀长度总是“，因此根本不需要标识出 来。例如，不需要把6 单播地址f e c l ：2 f b l ：2 3 c c ：8 2 d 4 ：e f 0 8 ：6 表示成f e c l ：f b l ：2 3 c c ：8 2 d 4 ：e f d 8 ：6 6 4 ，根据予网和接口标识平分 地址的原则，该单播地址就表明其子网标识是f e c l ：0 ：o ：2 f b l ：6 4 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 2 5i p 、，6 单播数据转发 单播地址是i n t e m c t 中应用最广泛的地址，单播数据转发也必然是网络数 据转发中最基础和最重要的技术。单播是主机之间“一对一”的通信模式， 其传输示意图如图2 6 所示。 图2 6 单播数据流传输示意图 单播的优点：1 1 3 】 服务器及时响应客户机的请求 夺服务器针对每个客户不同的请求发送不同的数据，容易实现个性化服 务。 单播的缺点： 令服务器针对每个客户机发送数据流，服务器流量= 客户机数量客户 机流量；在客户数量大、每个客户机流量大的流媒体应用中服务器不 堪重负。 现有的网络带宽是金字塔结构，如果全部使用单播协议，将造成网络 主干不堪重负。 i p v 6 单播数据转发技术所表示的并不是单一的协议，而是表示了6 网 络中一种数据转发过程。在这个端到端的数据转发过程中，涉及到多个i p v 6 协议，主机和路由器通过这些协议产生的数据结构和数据发送算法，从而实 现对v 6 单播数据转发的支持。 亘童銮亟盔堂堡主塑塞生堂堡迨塞 釜! ! 夏 第三章口v 6 单播数据转发的相关协议分析 3 1l c m p 、，6 协议分析 3 1 1i c m p v 6 协议简介 口协议是一个不可靠的协议，它仅负责把数据报从一个主机传输到另一 个主机上，或者从一个网络传输到另一个网络上，但不能保证网络传送的安 全性，它遵循“尽力而为”的原则。这个原则实施的结果就是：当网络出现 问题时，可以返回报错或反馈消息等控制信息，由信源地址重新发送或改变 报文的结构再重新发送：也不保证口数据报文一定正确到达，很可能一些m 数据报文在没有任何控制信息报告的情况下丢失。在这种状况下，上层协议 只有使用固有的差错控制应用程序来加以判断。1 1 4 j i c m p 协议报文就是这样的控制信息，在原有的p v 4 结构体系中它的主 要功能就是进行错误报告和网络诊断等。i c m p 是h i t e m e t 控制报文协议的简 称，它使用球作为底层支持，是p 的一部分，必须由其他p 模块实现。 与4 一样，i p v 6 也需要使用i c m p 。但旧版本的i c m p 不能满足i 、，6 全部的要求，因此i c m p 的新版本i c m ：p v 6 也问世了( r f c 2 4 6 3 ) 。i c m p v 6 比i c m p v 4 强大得多，它具备了口v 4 中的i c m p 所有基本功能，例如通告网 络错误、通告网络拥塞、协助解决故障、通告超时等，并且抛弃了一些不再 使用的过时消息类型，提供一个简单的故障排除回应服务。此外，i c m p v 6 还综合了一些在原脚4 中分属不同协议完成的功能，例如邻居发现协议 ( r f c 2 4 6 1 ) 、逆向邻居发现协议( r f c 3 1 2 2 ) 、组播侦听发现协议( 砌1 c 2 7 1 0 ) 。 其中邻居发现协议( n d p ) 取代了4 所用的地址解析协议( a r p ) 、i c m p v 4 路由器发现协议和i c m p v 4 重定向报文；逆向邻居发现协议取代了、，4 所用 的逆向地址解析协议( r a i 啦) ：组播侦听发现协议( m i _ d ) 用i c m p v 6 报文 取代了4 所用的i n t 啪e t 组成员协议( i g m p ) 。换句话说，i c m p v 6 合并了 i p v 4 中h i t e m e t 控制报文协议i c m p 、m t e m e t 组成员协议i g m p 和a r p 地址 解析协议等协议的功能。 目前，i c m p v 6 实现并提供了多种网络功能，例如错误报告、网络诊断、 邻居发现等。l c m p 一直对网络数据报传输起着不可或缺的重要作用，在本 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 文所研究的6 单播数据转发技术中，同样是不能缺少的角色。本章将通过 对i c m p 、r 6 协议的报文格式、报文处理规则等方面的分析，说明它对，v 6 单 播数据转发技术的支持作用。 3 1 2i c m p v 6 协议报文格式 一般而言，i c m p v 6 的控制信息类型可主要划分为两种，分别为差错报文 和信息报文，但是无论哪一种报文都依赖于6 报文的传送，也即l c m p v 6 报文是在，v 6 中一起传送的。每一个i c m p v 6 报文在传送时都是附加在一个 i p v 6 基本报头和若干( 也可以没有) 6 扩展报头之后。i c m p v 6 报头通过 在它之前并且离它最近的报头中的下一报头字段n e 瓣h e a d c r 的标识值来加 以识别的。 i c m p v 6 在下一报头字段n 懿th e a d c r 所对应的值为5 8 。o i c m p v 6 报文与 i p v 6 报文的相互关系如图3 1 所示： 图3 - 1 封装在脚6 数据报文中的i a 口p 1r 6 报文 其中，i c m p v 6 报文是被球v 6 报文当作通常所传送的一般数据来正常传 送的。邛v 6 报文并不要求对其所封装的i c m p v 6 报文有所了解，只需要将 i c m p v 6 报文的前一报头中的下一报头字段值设置为5 8 来加以表明。i c m p v 6 报文格式如图3 2 所示： 类型 类型字段标识了i c m p v 6 报文的类型为8 位字节。它的值决定了后面数 据的格式。若最高位为o ，即取值范围为0 1 2 7 ，则该i c m p v 6 报文属于差 错报文类型；若最高位为1 ，即取值范围为1 2 8 2 5 5 ，则该i c m p 、r 6 报文属 于信息报文类型。具体对应情况如表3 1 ： 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 表3 1 l c m p v 6 报文的报文类型 类型字段值所对应的类型 l 目的不可达报文 2 数据包过大报文 3 超时报文 4 参数错误报文 1 2 8 回应请求报文 1 2 9回应应答报文 1 3 0组播侦听查询( 组成员资格查询) 报文 1 3 1 组播侦听报告( 组成员资格报告) 报文 1 3 2 组播侦听已完成( 组成员资格减少) 报文 1 3 3 路由器请求报文 1 3 4 路由器宣告报文 1 3 5 邻居请求报文 1 3 6 邻居宣告报文 1 3 7 重定向报文 代码 代码字段是从属于类型字段的，为8 位字节。它的作用在于以报文类型 字段为基础，可以在这些最基本的类型上再细分出新的类型。 校验和 校验和字段用于在l c m p v 6 报文和部分6 报头中检验错误，比如数据 的完整性等，长度为1 6 位字节。 报文内容 i c m p v 6 报文消息的正文。 3 1 3i c m p v 6 报文处理规范 当一个节点接收到某个i c m p v 6 报文信息，该节点必须根据这个i c m p v 6 报文的消息类型进行相应的应答。 一般来说，节点对待i c m p v 6 报文信息，应遵循以下基本规范： 对于无法判别其类型的i c m p v 6 差错报文，直接转送高层协议处理。 对于无法判别其类型的i c m p v 6 信息报文，直接丢弃并不发送任何报文。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 在不超过最小，、，6m r 【7 的情况下，i c m p v 6 差错报文应包含尽可能大的 差错数据报文。 当网络层将i c ，、r 6 差错报文转送高层协议的进程时，差错报文中原始数 据报文中的上层协议类型字段会被取出，由适当的高层协议相关进程来 处理差错。当原始数据报文中包含很多的扩展报头时，高层协议类型字 段很有可能没有被包含在i c m p v 6 差错报文中，因为为了符合口v 6m r u 的长度限制，原始数据报文在分段过程中被分离了。在这种情况下， i c m p v 6 差错报文在口v 6 层处理后就被抛弃且不发任何报文。 在网络节点接收到以下报文情况时，节点将不会发送i c m p v 6 差错报文： 接收到的是一个i c m p v 6 差错报文。 接收到的是一个发送到组播地址的数据报文。但这种情况下有两种例外： 路径删发现无法为6 组播工作，数据报文过大；代码为4 的参数 出错报文，这是为了报告一个不认识的 v 6 选项。 接收到的是一个作为链路层组播的数据报文。两种例外情况同上。 接收到的是一个作为链路层广播的数据报文。两种例外情况同上。 接收到的是一个源地址不能唯一标识某节点的数据报文，比如：未指定 地址，6 组播地址，或一个i c m p 、，6 报文发送者知道的v 6 任播地址。 为了节约网络带宽，每个网络节点都应该限制发送i c m p v 6 差错报文的 频率。限制方式有2 种，一是基于定时器的限制，一是基于带宽的限制，例 如每隔1 0 0 0 m s 发送一个差错报文或发送给每个接口的差错报文控制在占链 路带宽的2 左右等。 3 1 4i c m p v 6 差错报文 i c m p v 6 的控制信息类型主要划分为差错报文和信息报文，而这两种类型 又可细分为不同的类别。 根据i c m p v 6 报文处理规范中节约网络带宽的规定，i c m p v 6 差错报文能 有效节约网络带宽。 在i c m p 、r 6 差错报文中，对于6 报文而言，信源地址字段就是所发 i c m p v 6 报文的接口v 6 地址，信宿地址字段就是被抛弃的v 6 报文的信源 地址。有四种i c p v 6 差错报文类型： 目的不可达报文 西南交通大学硕士研究生学位论文篁! ! 夏 数据包过大报文 超时报文 参数错误报文 3 1 5l 洲p v 6 信息报文 i c m p v 6 信息报文是i c m p v 6 的第二种类型，它提供诸如m l d 和邻居发 现等诊断功能和附加主机功能。i c m p v 6 信息报文可分为3 类：诊断报文、 多点传送组管理报文和邻居发现报文。本节将重点介绍诊断报文类型，邻居 发现报文将在3 2 节邻居发现协议中作介绍。由于本文研究重点在、r 6 单播 数据转发技术，故本文将略去对多点传送组管理报文的介绍。 诊断报文分为两种，一是回应请求，二是回应答复。这两种报文对目的 可达性问题和路由故障提供一个简单的诊断功能。任何一个，v 6 网络节点必 须能够实现i c m p v 6 回应答复方的功能，即在收到i c m p v 6 回应请求时必须 发出相应的i c m p v 6 回应答复。 1 、回应请求报文 回应请求报文在很多情况下，是用来实现类似m v 4 中的p i n g 功能，即检 测目的地址是否可达，其报文格式如图3 3 ： 类型= 1 2 8 ( 8 b i 扭)l 代码= o ( 8 b i t s ) 校验和( 1 6 b i 协) 标识( 1 6 b i 忸) 序列号( 1 6 b 妇) 图3 - 3 回应请求报文格式 对于i p v 6 报文而言，信源地址字段就是所发的i c m p 、r 6 报文的接口v 6 地址，信宿地址字段可以为任何i p v 6 地址。 回应请求报文中，类型字段值为1 2 8 ，代码字段值为o ，校验和字段用来 在i c m p v 6 报文和部分6 报头中检验错误，比如数据的完整性等。一般情 况下，校验和字段被设置为0 ，以此来计算校验和。