（计算机应用技术专业论文）ipv6环境中组播技术的研究与应用.pdf

摘要 随着互联网的不断发展，网络用户的不断增加，原有的i p 地址资源显得越来 越稀少，无法满足今后网络继续发展的需要。为了解决这个日益突出的问题，i p v 6 协议应运而生。i p v 6 协议采用1 2 8 位的地址方案，能够提供海量的i p 地址，彻 底解决了i p 地址资源不足的问题。 现有的i p v 4 网络经过十几年的发展，很多方面均己达到很完善的程度。尤其 是其经过近几年的飞速发展和大规模的商用，设备制造商、电信运营商、最终用 户都已经接受了i p v 4 网络。i p v 6 经过几年的飞速发展，发展速度已经放缓，咎 其原因在于目前所有在i p v 6 上的应用都可以在i p v 4 中实现，没有出现一种新的 i p v 6 杀手级应用。因此为了推动i p v 6 的进一步发展，必须加大对i p v 6 应用的研 究。 组播技术比单播技术具有不可比拟的优势。大规模的组播应用需要大量的i p 地址，在目前i p v 4 网络中发展受到制约，在地址空间巨大的i p v 6 网络中有很大 的发展前景。 本文把组播技术做为i p v 6 的一个重要的应用点，由浅入深，从基本的原理、 技术开始分析，接着阐述操作系统编程接口支持，开发了基于i p v 6 组播的应用 软件原型，基本实现i p v 6 的实际应用。并结合x m l 技术、i p v 6 组播增强技术提 出来一种改进可靠性组播协议r i m p 的方法，实现图片文件的可靠性组播传输。 通过对该方法的性能分析，得出结论一i p v 6 组播在性能上优于i p v 4 。最后分析 i p v 6 尚未大规模商用的原因，并对未来i p v 6 的发展前景进行了展望。 关键词：i p v 6 组播技术n e t 网络开发 a b s t r a c t w i t hd e v e l o p i n go ft h ei n t e m e t ，m o r ea n dm o r ep e o p l el o go nt h ew e b ，o r i g i n a l i pa d d r e s s e sa r en o te n o u g hf o rt h ed e m a n do f d e v e l o p m e n t t os o l v et h ei n c r e a s i n g l y s e v e r i t yp r o b l e m ，t h en e wi p v 6p r o t o c o le m e r g ea st h et i m e sr e q u i r e i pv e r s i o n6 ( i p v 6 ) i san e wv e r s i o no f t h ei n t e r a c tp r o t o c o l ，d e s i g n e da st h es u c c e s s o rt oi pv e r s i o n 4 ( i e v 4 ) i p v 6i n c r e a s e st h ei pa d d r e s ss i z ef r o m3 2b i t st o1 2 8b i t s ，t os u p p o r tm o r e l e v e l so fa d d r e s s i n g1 l i e r a r c h y , am u c hg r e a t e rn u m b e ro fa d d r e s s a b l en o d e s a n d s i m p l e ra u t o c o n f i g u r a t i o no f a d d r e s s e s t h ei p v 4n e t w o r kh a sb e e nr n nf o rn e a r l y2 0y e a r s ，s oi t sv e r yd i f f i c u l tt h a tt h e i p v 6w i l lr e p l a c et h ei p v 4 t h er e s e a r c hs h o , v vm a tt h ea p p l i c a t i o n0 1 1i p v 6i s n tm o r e h i 曲一q u a l i t yt h a ni p v 4 s ot h a tt h e r ei sal a c ko fa p p l i c a t i o ni sat e r r i b l ep r o b l e mt h a t i p v 6c a l l tm a s sb u s i n e s sa p p l i p v 6m u l t i c a s ti sm o r eh i g h - q u a l i t yt h a no t h e r s i tn e e d sg r e a td e a lo fi p a d d r e s s s oi p v 6m u l t i c a s tm a y b eb e c o m ei p v 6k i l l e ra p p l i c a t i o n t h i sd i s s e r t a t i o ni n t r o d u c et h ei p v 6p r o t o c o la n dm u t i c a s tb a s i ck n o w l e d g e ，a n d t h e na n a l y s eb e r k e l e ys o c k e t ，w i n d o w ss o c k e ta n d n e tf r a m e w o r ks o c k e t t h ec o r e p o i n to ft h ed i s s e r t a t i o ni n t r o d u c et w oi p v 6m u l t i c a s tp r o j e c t _ 廿v 6m u l f i c a s tc h a t a n di p v 6m u i t i c a s tf i l et r a n s f e rs y s t e m i nt h ec o n c l u s i o np a r t , t h ed i s s e r t a t i o nr e v i e w sa n dt a k e sp r o s p e c to i lt h ef u t u r e r e s e a r c h g r a d u a t ec a n d i d a t e ：x i a om i n j i e ( c o m p u t e rn e t w o r k ) d i r e c t e db y ：p r o f l ij i a n m i n k e yw o r d ：i p v 6 m u l t i c a s td o t n e t f r a m e w o r kn e t w o r kd e v e l o p 独创性声明 功8 9 9 1 2 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南昌大学或其他教育机 构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献 均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：黄彩 签字日期：耐年月肛日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 壹垦点堂 有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和 借阅。本人授权南昌大学可以将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、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：誊隗 签字目期：矽旷年月j 乒日 学位论文作者毕业后去向 工作单位： 通讯地址： 导师签名：孝芭吕 签字日期：孙年占月z 同 电话： 邮编： i p v 6 环境中组播技术的研究与应用 引言 i 论文选题和研究意义以及存在的问题 随着i n t e r n e t 的不断发展，原有i p v 4 的许多不足逐渐暴露出来，其中最严 重、也是最迫切需要解决的就是i p v 4 地址空间耗尽和骨干路由器中路由表过于 庞大的问题，这两个问题直接导致了下一代因特网协议i p v 6 的诞生。i p v 6 除能 很好地解决上述问题外。与i p v 4 相比，其还具有地址空间编址管理、分组处理 效率、对移动性、安全性和q o s 的支持等诸多明显的优势。随着i n t e r n e t 的发 展，i p v 6 终将取代i p v 4 ，这一点已经在业界达成共识。目前i p v 6 的标准已经成 型，技术方面的问题基本解决。 经过几年的研究和试验，i p v 6 协议已经逐渐成熟，将成为下一代互联网的 核心，i p v 6 网络的研究已经成为当前网络领域研究的热点。i p v 6 的发展势在必 行。与i p v 4 的3 2 地址相比，i p v 6 的地址要长的多。i p v 6 共有1 2 8 位地址，是 i p v 4 的整整四倍。1 2 8 位地址所形成的地址空间在可预见的很长时期内，它能够 为所有可以想象出的网络设备提供一个全球唯一的地址。在i p v 6 的设计过程中 除了一劳永逸地解决地址短缺闻题以外，还考虑了提高网络的整体吞吐量、改善 服务质量、安全性有更好的保证、支持即插即用和移动性、更好实现多播功能。 宽带网络技术、通讯技术以及多媒体技术的日益成熟，极大的推动了宽带网 络通讯以及多媒体通信业务的发展。i p v 6 经过多年的发展已经逐渐成熟，从试 验床阶段逐步向大规模商用过渡。因此在i p v 6 商用网的应用研究成为当前和今 后一段时间研究的重点。组播技术的简单易用、高效传输的特性使基于宽带i p v 6 组播的实时通信研究成为i p v 6 应用研究领域中一个重要的组成部分。许多专家 都断言：i p 组播技术将成为w w w 技术推广以后出现的最重要的网络技术之一， 尤其是将i p v 6 和i p 组播这两项最激动人心技术的结合无疑将对下一代互联网的 产生巨大的变革和深远的影响。 以i p v 6 为核心的下一代互联网具有足够的地址空间，极高的网络传输速度 和高品质的服务质量，宽带多点通讯和多媒体的应用特别是和未来3 g 手机技术 i p v 6 环境中组播技术的研究与应用 结合的移动多媒体的应用将成为下一代互联网发展的重点。而i p v 6 组播技术是 这些应用的基石。互联网之父v i n t o nc e r f 指出：“i p v 6 给我们提供了一个杀 手级的技术，杀手级的平台”。“1 i p 组播技术由于它所具有的独特优越性一在i p 组播网络中，即使用户数量 成倍增加，主干网络带宽不需要随之增加，加之i p v 6 对组播提供了更多的优化 支持，在高清晰度数字电视、网络会议、视频点播、网络视频监控领域中具有广 阔的应用前景，因而“最有可能成为i p v 6 的一个杀手级的应用”( 互联网之父 v i n t o nc e r f ) 。“ 尽管如此，i p v 6 到底何时能在网络中得以大规模的应用，目前的形势很不 明朗。原因有多方面： 应用相对缺乏，没有具有足够吸引力的业务； 大部分原有的运营商没有从i p v 4 向i p v 6 过渡的压力，因为目前看来，i p v 6 的最吸引人之处在于它的庞大的地址空间，而在i p v 4 中，地址空间不足 的问题可以通过使用n a t 来解决，尽管n a t 有很多的缺陷，但作为权宜 之计仍然可用；新兴的运营商可以把i p v 6 作为一个卖点，但没有业务就 意味着无法赢利； 设备生产厂商得不到运营商的明确的需求信息，不会投入太多的力量。 用户、应用程序提供商、电信运营商以及设备制造商构成了一条制约i p v 技术应用推广的供应链，目前，四者处于一种互相观望、互相依赖的状态， 这必然会障碍i p v 6 技术的应用推广。如何平衡这四者的关系，使他们互 相得利，共同推动i p v 6 技术的市场发展，这是个亟待解决的课题。 国内外的研究重点在于i p v 6 标准的统一、i p v 4 6 网络的互连互通、支持 i p v 6 的硬件设备的研发和骨干网络建设，将i p v 6 和组播技术相结合的应 用研究还不多见。特别是目前的研究成果大多是将i p v 4 中的应用简单的 移植，完全没有利用到i p v 6 不同于i p v 4 的独特的功能。一一目前还没有 一个运行在i p v 6 这个杀手级网络平台上的杀手级的应用。“1 i p 组播技术由于实现了一个发送者对多个接收者，大大节省了网络传输量， 提高数据传输效率，但是i p v 6 协议对原有i p 协议进行了较大幅度的改动，增强 了对组播技术的支持，i p 组播技术能否在i p v 6 环境中体现原有i p 汾议下的性 能乃至有更大的性能提升都是一个未知数。 i p v 6 环境中组播技术的研究与应用 此外，原有i p 组播技术体现出种种缺陷和不足。比如组播技术使用的是u d p 传输方式，设计之时就是为了满足非实时、不可靠数据传输的需要，对于实时性、 可靠性要求高的业务显得有所不足。在i p v 6 的环境下能否改善也不得而已。 因此，无论中推广i p v 6 应用业务的需要，还是测试组播技术在i p v 6 平台上 运行的可靠性、稳定性乃至改善组播技术的需要，本课题的研究都具有一定的理 论意义和现实意义。 本课题所做的工作 在指导老师李建民教授以及南昌大学网络中心其他老师的指导之下，本课题 主要做了以下工作： 阅读相关文献、学术论文、资料，参加有关学术会议，掌握本课题所涉 及的相关领域研究最新动态以及发展方向。 搭建适合本课题研究所需的i p v 6 网络实验平台。 在w i n d o w s 平台上，将i p v 4 组播技术移植到i p v 6 环境中，开发完成i p v 6 实时聊天室一一i p v 6m u l t i c a s tc h a tv 1 0 。在i p v 6 环境中基本实现组 播技术。 迸一步对i p v 6 组播技术进行分析研究。针对组播技术在可靠性传输上的 不足，结合x m l 和i p v 6 组播增强技术提出一种改进组播可靠性传输协议 的方法，并在在i p v 6 环境中具体实现，开发出i p v 6 组播图片文件传输 工具一- - i p v 6f i l e t r a n ，并分析其性能，验证了i p v 6 组播性能优于i p v 4 。 通过对i p v 6 组播技术的理论与实际应用的研究，分析了影响i p v 6 大规 模商用的主要原因，并对i p v 6 未来发展提出自己的一些观点。 本论文的主要内容 本文共分为三部分。第一部分介绍了i p v 6 基础知识和组播的基础知识，第 二部分介绍组播编程技术，并用i p v 6 组播编程技术开发了一个i p v 6 环境中多人 在线即时通信系统和i p v 6 图片文件传输器。第三部分分析了i p v 6 尚未大规模商 业的原因以及未来发展方向。最后结束语总结全文。 第一章从i p v 6 产生的背景开始谈起，介绍了i p v 6 产生的原因，i p v 6 较之 i p v 4 的优越性，i p v 6 的地址分配、地址表示以及i p v 6 组播。 3 i p v 6 环境中组播技术的研究与应用 第二章介绍了组播的工作原理、组播地址分配、组播树算法、组管理协议， 最后分析了常用的组播路由协议。 第三章介绍了常用的i p v 6 组播编程技术。并以b e r k e l e y s o c k e t 、 w i n d o w s s o c k e t 和n e ts o c k e t 为例分别介绍了i p v 6 组播应用开发的方法。 第四章以上一章介绍的技术为基础，在w i n d o w s 环境下开发了一套基于 i p v 6 组播技术的网上多人即时聊天软件。基本实现了i p v 6 组播技术，详细阐述 了实现方法，并总结了一些有待于继续改进的不足。 图ii p v 6 组播聊天室 第五章在基本实现i p v 6 组播的基础上，作了进一步的研究。提出将组播技 术应用于文件传输，并针对现有可靠性组播协议的不足，结合x m l 技术和i p v 6 组播增强技术，提出了一种改进可靠性组播传输协议的方法，并在i p v 6 环境下 具体实现，最后分析它的性能，i p v 6 组播性能有较大提高。 图i ii p v 6 组播图片文件传输系统服务器端( 发送) i p v 6 环境中组播技术的研究与应用 图i i li p v 6 组播图片文件传输系统客户端( 接收) 第六章根据i p v 6 实际应用中反映出来的问题，从运营商、用户和设备制造 商三个方面分析了i p v 6 目前还没有大规模商用的原因。 第七章针对目前i p v 6 发展的现状，提出i p v 6 发展的一些建议。最后对未来 发展提出一些展望。 结束语中总结全文，分析实验结果，得出结论。 i p v 6 环境中组播技术的研究与应用 第一部分i p v 6 组播原理和技术 本部分主要介绍i p v 6 和组播的基本原理和相关技术，对下文涉及到的一些技 术进行解释说明。 第一章i p v 6 技术简介 1 1 i p v 6 产生的背景 1 1 1i p v 4 潜伏的三大危机 1 9 6 9 年美国国防部为适应核战争的通信需要建立了a r p a n e t 实验网，1 9 7 3 年开发出基于t c p i p 协议的i p v 4 原型，其后经三次修订，于1 9 8 1 年9 月i e t f 公布了i p v 4 标准规范r f c 7 9 1 文件。i p v 4 取得了巨大的成功，但早在1 9 9 0 年 t c p i p 专家们就己察觉出它潜伏着下y , j - _ - 大危机。 1 地址枯竭 在i p 头标中能够处理的地址数由i p 地址域的长度决定。i p v 4 的地址域为 3 2 比特，可提供2 “( 约4 0 亿) 个i p 地址。但因将i p 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，i p v 4 地址即将被用尽。 2 网络号码匮乏 在i p v 4 中，a 类网络只有1 2 6 个，每个能容纳1 亿多个主机；b 类网络也仅 有1 6 ，3 8 2 个，每个能容纳6 万多个主机；c 类网络虽多达2 0 9 万余个，但每个 只能容纳2 5 4 个主机。随着i s p 的激增，这三类地址很快被占满，新出现的网络 难以加入i n t e r n e t 。 3 路由表急剧膨胀 随着i s p 数目的增长，已经出现路由表占满路由器内存，导致网络异常的恶 性故障。如不采取措施，i n t e r n e t 可能在地址枯竭之前就会瘫痪。这是由于i p v 4 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 p v 6 环境中组播技术的研究与应用 器不堪重负。 1 1 2 暂时缓解三大危机的措旌 雕卜1 暂时延长i p v 4 寿命的策略 i p v 6 就是为了解决这三个根本缺陷而设计的，然而，未及等到i p v 6 正式推 出，就己找到解决上述危机的暂时性对策。换句话说，暂时不用i p v 6 ，采用内 部地址( p r i v a t ea d d r e s s ) 、无类别域问路由( c i d r ：c l a s s l e s si n t e r d o m a i n r o u t i n g ) 可延长i p v 4 的使用寿命( 参阅图卜1 ) 。 1 利用内部地址弥补i p 地址的不足 1 9 9 4 年i e t f 以r f c l 5 9 7 文件发布了面向内部网( i n t r a n e t ) 的i p 地址用法。 具体地说，内部地址不作连接i n t e r n e t 的地址使用，因此，即使一个地址被多 个组织重复使用也不会发生问题。 使用内部地址的组织和r n t e r n e t 相连时，只需在i n t r a n e t 和i n t e r n e t 的 连接点上进行地址变换即可。这样一来，一个组织只要得到几个i n t e r n e t 用的 i p 地址就能将成千上万的内部网终端连到i n t e r n e t 上。另一方面，由于使用内 部地址的l a n 大量增加，使地址重复的危险增大。 2 用c i d r 扩大网络号码 1 9 9 3 年推出了c i d r 技术。它可以用比c 类网络更小的地址块来划分i p 地址。 虽然这样一来分配给一个组织的i p 地址减少了，但能获得i p 地址的组织却增加 了。 3 地址层次化可抑制路径数 c i d r 也具有抑制路由表增长的作用。 c i d e 将地址块作父、子、孙的分层。用户使用的i p 地址必然包含在其所属 的i s p 地址块中。因此，用i s p 的地址块可代表其下属的网络及用户，减少了路 由表项。 i p v 6 环境中组播技术的研究与应用 1 1 3 彻底消除三大危机的措施一引入i p v 6 为了克服i p v 4 的三大缺陷，i e t f 于1 9 9 2 年开始开发i p v 6 协议，1 9 9 5 年1 2 月以r f c l 8 8 3 文件公布了建议标准，1 9 9 6 年7 月和1 9 9 7 年1 1 月先后发布了版 本2 和2 i 的草案标准( d r a f ts t a n d a r d ) ，1 9 9 8 年7 月以r f c 2 3 7 4 进一步定义 了可聚类的全局单目地址。i p v 6 继承了i p v 4 的优点，并根据i p v 41 0 年来运用 的经验进行了大幅度的修改和功能扩充。i p 协议的变化对t c p i p 协议栈的许多 协议发生影响。i p v 6 比i p v 4 处理性能更加强大、高效。 1 i p v 6 提供巨大的地址空间 i p v 6 的i p 地址域为1 2 8 比特，拥有2 “8 巨大的地址空间。理论上这一规模 能够对地球表面的每一平方米提供6 6 5 x t 0 2 3 个网络地址。和i p v 4 相同，因地址 分层运用，实际可用的总数要小得多。但保守的估计每平方米也有1 6 0 0 个i p 地址。i p v 6 的目标是：通过1 0 ”个网络连接1 0 “台计算机。1 i e t f 认为采用内部地址和c i d r 缓解i p v 4 地址空间的不足是暂时的，到2 0 0 8 年左右地址将被分光用尽，估计到2 0 1 0 年i p v 4 将停止使用。在人口众多的中国 和印度等i n t e r n e t 尚不普及的国家中，这一日程还会提前。 采用i p v 6 地址后，不仅每个人拥有个i p 地址，就连未来的电话、冰箱等每 一台信息家电设备都能分到一个i p 地址。一个人拥有i 0 0 个i p 地址也并非梦想。 2 。i p v 6 具有与网络适配的层次地址 和i p v 4 一样，i p v 6 的i p 地址分成表示特定网络的网络前缀和表示主机或服 务器的主机地址二部分。如图卜2 所示，在1 2 8 位中高6 4 比特表示网络前缀， 低6 4 比特表示主机。 为将网络前缀分成多个层次的网络，又将其分成1 3 比特的顶级聚类标识符 t l a ( t o p l e v e la g g r e g a t i o n ) 一i d ，2 4 比特的次级聚类标识符n l a ( n e x t l e v e l a g g r e g a t i o n ) 一i d 和1 6 比特的网点级聚类标识符s l a ( s i t e l e v e l a g g r e g a t i o n ) 一i d 。首先，由管理i p v 6 的组织将某一确定的t l a 值分配给某个骨 干网的i s p 。它拥有1 0 4 比特这样巨大的地址块。骨干网的i s p 再将地址块细分， 分配给各个地区中小i s p 。用户从地区中小i s p 分到地址块。 3 i p v 6 寻路效率比c i d r 高 8 1 p v 6 环境中组播技术的研究与应用 层次化分配i p 地址可减小路由器中路由表的规模，从而减少了存储器的容 ”8 翟麟= ：n 8 的地址块 圜 e 5 1 b ：6 8 3 7 ：a c a c ：1 3 3 1 ：6 4 的地址块 影 ： 、 竺竺，一竺竺，竺2 ， 回。i 连点 f p 。f i xt l a 。州1 。g a t 1 毒黜 r e s 8 洲df o rf u r u s en l a ：l e v1a g g t e g a t i o ns l a ：s i t e l e v e la g g r e g a t i o n 量和c p u 的开销，提高了查表和转发i p 分组的速度。 图卜2i p v 6 按网络结构层次化地分配地址 1 1 4i p v 6 的优越性能 下面通过比较i p v 4 和i p v 6 头标的结构可以看出i p v 6 的优越性能( 参阅图 卜3 ) 。虽然i p v 6 头标占4 0 字节，是2 4 字节( 计及选项及填充) i p v 4 头标的i 6 倍，但因其长度固定( i p v 4 头标是变长的) ，故不需要消耗过多的内存容量。又 因其要处理的域由i p v 4 的1 2 个减少到8 个，从而大大减少了路由器上的软件处 理内容。“1 据c i s c os y s t e m s 资料表明，i p v 6 版的路由器软件内核( k e r n e l ) 实际上比 i p v 4 还小。在c i s c o2 5 0 0 系列中配置的i p v 4 内核为2 1 7 m b ，如加入存放路由 表的工作区( w o r ka r e a ) 则升至3 2 m b ，而配置i p v 6 的内核时，其内核仅为 1 6 9 m b ，加上工作区也不过2 7 m b 。 如图卜3 所示，在i p v 6 报头中删除了一些不必要的i p v 4 功能，加强了某些 功能，并且还增加了许多新功能。这些新增的功能是： 1 任意播功能( a n y c a s t ) a n y c a s t 是指向提供同一服务的所有服务器都能识别的通用地址( a n y c a s t 地 址) 发送i p 分组，路由控制系统将该分组送至最近的服务器。例如，利用a n y c a s t 9 西一 i p v 6 环境中组播技术的研究与应用 可以访问离用户最近的d n s 服务器和文件服务器等。 2 即插即用功能 它是指计算机接入i n t e r n e t 时可自动获取、登录必要的参数的自动配置功 能、地址检索等功能。 3 安全功能 i p v 6 规定了“认证头标( a u t h e n t i c a t i o nh e a d e r ) ”和“封装安全净荷 ( e s p ：e n c a p s u l a t i o ns e c u r i t yp a y l o a d ) ”来保证信息在传输中的安全。 4 q o s 功能 利用i p v 6 头标中的8 比特业务量等级域和2 0 比特的流标记域可以确保带宽， 实现可靠的实时通信。 其中第( 1 ) 、( 2 ) 项只需利用i p v 6 头标中的目的i p 地址；第( 3 ) 项要利用i p v 6 基本头标和扩展头标实现。扩展头标是为了简化基本头标而导入的规范。它被用 柬实现i p v 4 中的选项( o p t i o n ) 功能、i p v 6 中新增的功能以及高层协议。第( 4 ) 项只利用基本头标即可实现。 版本 头标长1 t o s 报文总长“ 标识。标志。报片偏移1 生存时间。协议头标校验和。 源i p 地址“ 目的i p 地址“” o p t i o nd a t a 1 p a d 。 ( a )i p v 4 头标格式 版本 业务量等级“ 流标记 净荷长度“i 下一个头标“”ih o p 限制。 一 源地址“一 一 目的地址“ 一 ( b )i p v 6 头标格式 x ：在i p v 6 头标中被删除的域 ( i ) ：在i pv 6 头标中功能被加强的对应域 ( x ) ：在i p v 6 头标中功能被保留的对应域 图卜3i p v 4 与i p v 6 的报头比较 i p v 6 环境中组播技术的研究与应用 1 2i p v 6 地址体系结构 1 2 1i p v 6 网络地址的分配 如何识别系统是网络体系结构必须解决的重大问题。i p 地址标识的是接口而 不是系统设备。在绝大多数情况下主机只有一个接口，系统和接口是等同的。因 此人们往往把网络地址( i p 地址) 看作是主机地址。 路由器和主机不同，它通常具有多个接口，这些接口分别对应不同的网络地 址。图卜4 示出了同时连接了以太网和令牌环这二个l a n 的路由器。此路由器的 以太接口的i p 地址是1 2 8 1 0 2 3 ，令牌环接口的i p 地址是1 9 2 5 4 8 3 。具有 1 2 8 1 0 2 3 的报文从以太网发往路由器，具有1 9 2 5 4 8 3 的报文从令牌环到达 路由器。 禽芹址鞠垣圜八雷骥r 。产 2 2 6 i 、1 2 8m 2 3 1、尸 1 2 2 地址类型 以太两 嗣络地址 图卜4i p 的网络地址标识接口 t c p i p 支持三种不同类型的网络地址，即单播( u n i c a s t ) 、组播( m u l t i c a s t ) 和任播( a n y c a s t ) 。 单播地址是点对点通信时使用的地址。此地址仅标识一个接口。网络负责把 对单播地址发送的分组送到该接口上。 组播地址表示主机组( h o s tg r o u p ) 。严格地说，它标识一组接口( i n t e r f a c e g r o u p ) 。该组包括属于不同系统的多个接口。当分组的目的地址是组播地址时， 网络尽力将分组发到该组的所有接口上。信源利用组播功能只须生成次报文即 可将其分发给多个接收者。 任播地址也标识接口组，它与组播的区别在于发送分组的方法。向任播地址 发送的分组并未被分发给组内的所有成员，而只发往由该地址标识的“最近的” 那个接口。它是i p v 6 中新导入的功能。 应当注意，与i p v 4 不同的是i p v 6 不采用广播地址( b r o a d c a s ta d d r e s s ) 。 i p v 6 环境中组播技术的研究与应用 为了达到广播效果，i p v 6 可以使用能够发往所有接口组的组播地址。 1 i2 3i p v 6 地址表示法 i p v 6 地址扩展到1 2 8 比特，为便于理解协议，设计者用冒号将其分割成8 个 1 6 比特的数组，每个数组表示成4 位的1 6 进数。1 例如 f e c d ：b a 9 8 ：7 6 5 4 ：3 2 1 0 ：f e d c ：b a 9 8 ：7 6 5 4 ：3 2 1 0 在每个4 位一组的十六进数中，如其高位为0 ，则可省略。例如将0 8 0 0 写成8 0 0 ， 0 0 0 8 写成8 ，0 0 0 0 写成0 。于是 1 0 8 0 ：0 0 0 0 ：0 0 0 0 ：0 0 0 0 ：0 0 0 8 ：0 8 0 0 ：2 0 0 c ：4 1 7 a 可缩写成 1 0 8 0 ：0 ：0 ：0 ：8 ：8 0 0 ：2 0 0 c ：4 1 7 a 为了进一步简化，规范中导入了重叠冒号的规则，即用重叠冒号置换地址中的连 续1 6 比特的0 。例如，将上例中的连续3 个0 置换后，可以表示成如下的缩写 形式。 1 0 8 0 ：8 ：8 0 0 ：2 0 0 c ：4 1 7 a 重叠冒号的规则在一个地址中只能使用一次。例如，地址 0 ：0 ：0 ：b a 9 8 ：7 6 5 4 ：0 ：0 ：0 可缩写成：b a 9 8 ：7 6 5 4 ：0 ：0 ：0 或0 ：0 ：0 ：b a 9 8 ：7 6 5 4 ：， 不能记成：b a 9 8 ：7 6 5 4 ：。 当涉及到i p v 4 和i p v 6 节点的混合环境时，有时使用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1 6 比特的最高位的1 6 进制值，d 是4 个8 比特的最低位碎片的十进制值( 标准i p v 4 表示法) 。例如， 0 ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 ：1 3 1 6 8 3 0 ：0 ：0 ：0 ：0 ：f f f f ：1 2 9 1 4 4 5 2 3 8 或用压缩形式： ：1 3 1 6 8 3 ：f f f f ：1 2 9 1 4 4 5 2 3 8 i p v 6 地址前缀的表示方法类似于c i d r 中i p v 4 的地址前缀表示法。t p v 6 的 地址前缀可以利用如下符号表示： i p v 6 地址前缀长度i 这里i p 花蕊面趸j 丽石j 哥莘摹凉法所表示的i p v 6 地址，前缀长度是一个十 i p v 6 环境中组播技术的研究与应用 进制值，指定该地址中最左边的用于组成前缀的比特数。 例如，对6 0 比特的前缀1 2 a b o o o o o o o o c d 3 ( 十六进制) ，如下表示都是合法 的： 1 2 a b ：0 0 0 0 ：0 0 0 0 ：c d 3 0 ：0 0 0 0 ：0 0 0 0 ：0 0 0 0 ：0 0 0 0 6 0 1 2 a b ：c d 3 0 ：0 ：0 ：0 ：0 6 0 1 2 a b ：0 ：0 ：c d 3 0 ：6 0 1 2 4i p v 6 地址的初始分配 i p v 6 的设计者清楚地认识到现在设计的l p v 6 地址将来可能会有变动，因此 赋予了i p v 6 地址很大的灵活性。地址中开始几个比特显示了该地址的确切类型。 组成这些前导比特的可变长度域称为格式前缀( f o r m a tp r e f i x ) 。表卜1 显示 出了这些前缀的初始分配。第3 列表示分配给各项地址空间的大小。可聚类全局 单目地址虽然占据了最大的空间，也不过才占据整个地址空间的1 8 。 这种分配方案支持聚类地址、局部使用地址以及组播地址的直接分配。同时， 也为n s a p 地址及i p x 地址保留了空间。为了将来的使用而没有分配剩余的地址。 这些地址可以用于对现存的用途的扩展( 比如：附加的可聚类地址等) ，或者用 于新的用途。最初的分配使用了地址空间的1 5 ，剩余的8 5 都留作未来使用。 表卜1i p v 6 地址的初始分配 分配用途 前缀 比率 保留 0 0 0 00 0 0 0 1 2 5 6 未分配 0 0 0 0 0 0 0 11 2 5 6 为n s a p 分配而保留 0 0 0 00 0 1 1 1 2 8 为i p x 分配而保留 0 0 0 00 1 01 1 2 8 未分配 0 0 0 0o l l1 1 2 8 未分配 0 0 0 011 3 2 未分配 0 0 0 l 1 1 6 可聚类全局单目地址 0 0 11 8 未分配 0 1 01 8 未分配 0 1 11 8 未分配 1 0 01 8 未分配 1 0 li 8 未分配 1 1 0 1 8 i p v 6 环境中组播技术的研究与应用 未分配 1 1 1 01 1 6 未分配 1 1 1 l01 3 2 未分配 1 11 01 6 4 未分配 1 1 1 l1 1 0 1 1 2 8 未分配 1 1 1 11 1 1 001 5 1 2 链路局域单目地址 1 1 1 1 1 1 1 01 0l 1 0 2 4 网点局域单目地址 1 1 1 11 1 1 0l ll 1 0 2 4 组播地址 1 1 1 l 1 1 1 11 2 5 6 单播地址与组播地址的区别体现在地址的最高字节上：值为f f ( 1 1 1 11 1 1 1 ) 的就是一个组播地址，任何其它的值都是单目地址。任播地址取自单目地址空间， 并且从语法上与单目地址没有区别。 1 2 5i p v 6 组播地址 i p v 6 的组播地址具有图卜5 所示的格式。开始的8 比特的“l ”表示该地址 是一个组播地址。接在其后的依次是4 比特标志( f l a g s ) 、4 比特区域( s c o p e ) ， 最后是1 1 2 比特的组标志( g r o u pi d ) 。 【8 441 1 2 比特 1 1 1 1 1 1 1 1标志区域g r o u pi d i p v 6 规范对标志只定义了其中的第4 比特，其余高3 位保留，其值必须为0 ( 参阅图卜6 ) 。 回 图1 - 6 标志域的格式 第4 比特t 是t r a n s i e n t ( 暂时的) 略语。如果该值为0 ，就表示由具有世 界性地址分配权限的组织对特定的组分配的永久性地址。例如，f f 0 2 ：1 这种地 址标识了某一链路上所有节点( 即系统) 构成的组，并且该地址是永久性的。所有 的i p 主机和路由器知道该地址。 如果t 值为1 ，该地址是非永久的，也就是说该地址只能暂时使用a 例如， 在电视会议中对所有的参加者暂时分配一个组播地址。会议结束后，该地址可以 再分配给其他的组使用。现在m b o n e ( m u l t i c a s tb a c k b o n e ) 中常用的地址属于暂 时地址。当某个组开始处理组播通信会话( s e s s i o n ) 时，查询会话数据库即可选 取组播地址，利用冲突检测算法可以确认选出地址的唯一性。会话一结束，地址 1 4 i p v 6 环境中组播技术的研究与应用 就被释放。 4 比特的区域( s c o p e ) 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。例如，确保发往局部地点的电视会议分组报文不会扩散到整个i n t e r n e t 上。表卜2 列出了s c o p e 的代码。 图卜7 示出了s c o p e 将组播分组发送范围限制在单链路上的实例。由于该 s c o p e 将分组的传送范围限制在单一链路上，因此以太网上的路由器不会将这种 分组向局域网外传送。 表卜2 组播地址s c o p e 的代码值 0保留8组织局域范围( 限制在单一组织范 围) l节点局域范围( 限制在单一系统范围9未分配 内) 2链路局域范围( 限制在单一链路范围a未分配 内) 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d未分配 内) 6未分配e全局范围 了 未分配 f保留 组标志( g r o u pi d ) 用于确定组播组，在给定的s c o d e 范围内，可以是永久的 也可以是暂时的。 垦一 芒勘簟睡h 禚) = 竺器 i 虱画 基 甚皇茸苣星蛰 图卜7 链路局域s c o p e 将组播限制在一个以太网内 对于永久分配的组播地址，其意义独立于其s c o p e 值。例如：假设“网络时 钟协议( n t p ：n e t w o r kt i m ep r o t o c 0 1 ) 服务器组”被分配了一个组标志为i 0 1 ( 十六进制) 的永久组播地址，则： f f 0 1 ：o ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 ：i 0 1 是指与发送者在同一节点的所有n t p 服务器： f f 0 2 ：o ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 ：i 0 1 是指与发送者在同一链路的所有n t p 服务器； 1 5 i p v 6 环境中组播技术的研究与应用 f f 0 5 ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 ：1 0 1 是指与发送者在同一网点的所有n t p 服务器； f f o e ：0 ：0 ：0 ：o ：0 ：0 ：i 0 1 是指i n t e r n e t 中的所有n t p 服务器。 对于非永久分配的组播地址，只有在给定s c o p e 范围内才有意义。例如，在 一个网点内的非永久网点局部组播地址为f f l 5 ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 ：1 0 1 ，则该组与不 同网点的相同地址的组无关，与不同s c o p e 中有相同组标志的非永久组无关，与 使用相同组标志的永久组无关。 组播地址绝不可以用作i p v 6 的信源地址，或用作任何寻路头标。 1 预定义的组播地址 如下已知的组播地址是预定义的： ( 1 ) 保留的组播地址( r e s e r v e dm u l t i c a s ta d d r e s s e s ) f f 0 0 ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 f f 0 4 ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 ：0f f 0 8 ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 ：0f f o c ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 f f 0 1 ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 f f 0 5 ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 ：0f f 0 9 ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 ：0f f o d ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 f f 0 2 ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 ：0f f 0 6 ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 ：0f f o a ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 f f o e ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 f f 0 3 ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 ：0f f 0 7 ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 f f o b ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 ：0f f o f ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 以上是保留地址，绝不可以分配给任何组播组。也就是说，组标志0