（计算机应用技术专业论文）园区ipv6组网和过渡策略研究.pdf

摘要 随着信息网络技术的快速发展，作为i n t e m e t 基石的t c p i p 协议族正进行着 一场前所未有的变革。这场变革的起因是i p v 4 协议在面对i n t e m e t 发展时出现越 来越多的不足，人们为解决这些不足提出用i p v 6 协议取代i p v 4 协议。i p v 6 具有 诸如海量地址、组播、邻居发现、自动配置等许多新特性。然而，怎样实现i p v 4 向i p v 6 的平滑过渡，以及怎样在现有口v 4 网络上进行口v 6 组网仍然是目前有 待解决的问题。本文将以此为目的展开研究工作。 本文首先收集并分析国内外关于i p v 6 协议及i p v 6 过渡问题的最新资料，研 究i p v 6 新特性，对目前常用的三种过渡技术双协议栈、隧道和i p v 6 i p v 4 协议与 地址转换进行分析比较。然后，进行异构平台i p v 6 实验研究。在实验中本着从 细微入手、立足实际情况的思想有选择的开展工作；并在实验的基础上，结合南 昌大学1 p v 4 校园网现状，开展南昌大学i p v 6 试验网规划和组建。最后，结合园 区网特点，提出向以i p v 6 为核心的下一代网络过渡的策略；并以南昌大学校园 网为例，探讨在园区网平台上，如何进行i p v 6 下一步部署，分析了哪些应用对 i p v 6 大规模推广最为有利。 希望本课题能对园区网的i p v 6 建设和应用部署起到一定借鉴作用。 关键词：i p v 6过渡组网园区网策略 a b s t r a c t w i t ht h ef a s td e v e l o p m e n to fi n f o r m a t i o n & n e t w o r kt e c h n o l o g y , b e i n gt h e f o o t s t o n eo ft h ei n t e r a c t , t c p pp r o t o c o lf a m i l yi sp r o c e s s i n ga l l u n p r e c e d e n t e d t r a n s f o r m a t i o n t h ec a u s eo ft h et r a n s f o r m a t i o ni st h a ti p v 4p r o t o c o le m e r g i n gm o r e a n dm o r ed e f i c i e n c i e sw h e ni tc o n f r o n t st h ed e v e l o p m e n to ft h ei n t e r a c t t or e s o l v e t h e s ed e f i c i e n c i e s ，p e o p l ep u tf o r w a r dt h a tu s i n gi p v 6t or e p l a c ei p v 4 b u t ，p r o b l e m r e m a i n st ob es o l v e dt h a th o wt oi m p l e m e n ts m o o t ht r a n s i t i o nf r o mi p v 4t oi p v 6 ，a n d h o wt oi m p l e m e n ti p v 6n e t w o r kc o n s t r u c t i n gb a s e du p o ne x i s t i n gi p v 4n e t w o r k t 1 1 i s d i s s e r t a t i o nw i l lf o c u so nu p p e rp r o b l e m st or u nt h er e s e a r c hw o r k f i r s f l 3 ，! 、t h ea u t h o rc o l l e c t e da n da n a l y z e dt h el a t e s ts t u f f sa b o u ti p v 6p r o t o c o la n d i p v 6t r a n s i t i o na th o m ea n da b r o a d ，r e s e a r c h e di t sn e w c h a r a c t e r i s t i c s ，t h e na n a l y z e d a n dc o m p a r e dt h r e ef a m i l i a rt r a n s i t i o nm e t h o d s ，d u a ls t a c k , t u n n e la n di p v 6 i p v 4 p r o t o c o lt r a n s l a t i o n a d d r e s st r a n s l a t i o n s e c o n d l y , a u t h o rr u ni p v 6e x p e r i m e n t r e s e a r c ho nd i f f e r e n tc o m p u t e rp l a t f o r m s o nt h i sc o l g s e ，a u t h o ra d o p tt h ei d e at h a t t a k i n gt h i n gb yt h e i rs m o o t hh a n d l ea n db e i n ge s t a b l i s h e di np r a c t i c et h i n gt om o v e t h ep r o c e s ss e l e c t i v e l y t h e na f t e rc o m p l e t e df o r m e rc o u r s e ，a n dc o m b i n e dw i t ht h e s t a t u so fn a n c h a n gu n i v e r s i t yi p v 4c a m p u sn e t w o r k a u t h o rc a r r i e do nt h ep l a n n i n g a n dc o n s t r u c t i n go fi p v 6e x p e r i m e n t a ln e t w o r ko fn a n c h a n gu n i v e r s i t y ，t h i r d l y , a f t e r a n a l y z e dt h et r a i t so fc a m p u sn e t 、 r o r k a u t h o rp u tf o r w a r dt r a n s i t i o ns t r a t e g yt on e x t g e n e r a t i o nn e t w o r kc e n t e r i n go ni p v 6 t h e n ，t a k e nt h ec a s eo fn a n c h a n gu n i v e r s i t y c a m p u sn e t w o r k ，a u t h o rd i s c u s s e dh o w t of u r t h e rd e p l o yi p v 6o nc a m p u sp l a t f o r m ， a n da n a l y z e dw h i c ha p p l i c a t i o n sw i l lb eo fg r e a ta d v a n t a g et oi p v 6 sl a r g e - s o m e e x t e n d i n g h o p et h ed i s s e r t a t i o nc a np e r f o r ms o m eq u o t a b l ef u n c t i o nt oi p v 6 sc o n s t r u c t i n g a n da p p l i c a t i o n s d e p l o y i n gi nc a m p u sn e t w o r k k e y w o r d s ：i p v 6 t r a n s i t i o nn e t w o r kc o n s t r u c t i n g c a m p u sn e t w o r k s t r a t e g y i i 独创性声明 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 力毋史铲或其他教育机 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：夕影乡几聿签字日期： f 年钿日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 壹墨苤堡 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 壹墨苤堡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：歹娶寸九幸 签字日期：油，年j 月上日 学位论文作者毕业后去向 工作单位 通讯地址 导师签名： 签字日期： 电话 邮编 、 协叮啾哼、 第一章绪论 i n t e m e t 有句名言：“我们不预测未来，我们创造未来”1 1 1i n t e r n e t 及i p v 4 不足 计算机网络是计算机技术和通信技术相结合的产物。1 9 6 9 年1 2 月，美国 a r p a n n e t 网的正式运行标志着分组交换时代的到来。然而，真正把人类带入 网络时代的是i n t e m e t ，这是一个以t c p i p 协议为基础的分组交换网。2 0 世纪 9 0 年代以来，i n t e r n e t 在以万维网( w o r l d w i d e w e b ) 为代表的应用推动下迅速 发展起来。目前，i n t e r n e t 已成为全球最重要的计算机网络。但是，随着i n t e r a c t 的快速发展，作为网络基石的i p 协议已越来越难满足i n t e r n e t 自身的发展。最近 的一组i n t e r a c t 增长数据向我们展示了这种情形： 每分钟联网主机新增6 3 台； 每分钟新增域名1 1 个； i m e m e t 的年增长率5 1 ； 2 0 0 5 年中后期联网主机将达1 0 亿； 全球性的i s p 有8 0 0 0 个( 其中美国4 7 0 0 个) ； 财富前1 0 0 0 名的大公司，7 0 使用n a t ； i n t c m e t 流量年均增长1 0 0 1 0 0 0 ； 虽然i p 协议的当前版本i p v 4 取得了巨大成功，但随着技术和应用的发 展，i p v 4 己面临着越来越多的问题： ( 1 ) i p v 4 地址空间即将耗尽 i p v 4 在表示网络节点地址时采用3 2 位二进制数，它的理论地址超过4 0 亿 ( 2 3 2 = 4 ，2 9 4 ，9 6 7 ，2 9 6 ) 。从1 9 9 5 年开始，全球i p v 4 地址以年均6 0 0 0 万。8 0 0 0 万的速度被分配出去。同时由于历史原因，i p v 4 地址的分配极不均衡，这种情 况使得包括中国在内的许多国家没有足够的i p v 4 地址。2 0 0 4 年年底，我国网民 达到9 0 0 0 万，但中国拥有的i p v 4 地址不到5 0 0 0 万，仅占i p v 4 全部地址的1 的链路上。 i p v 4 遇到种种困难和其在满足越来越旺盛的网络需求方面暴露的不足，呼 唤i n t e m e t 采用新的技术解决这些问题，并且能够满足人类在可预见未来的进一 步需求。 1 2i p v 6 诞生及现状 为解决i n t e m e t 面临的问题，研究人员在2 0 世纪9 0 年代初就开始了新协议 的探索，这一过程叫做i p n g ( i pn e x tg e n e r a t i o n ) 问题。最初，在i p n g 竞争中脱 颖而出的有三个协议：c a t n i p ( c o m m o na r c h i t e c t u r ef o rt h ei n t e r n e t ) 、t u b a ( t c pa n du d pw i t hb i g g e ra d d r e s s e s ) 、s i p p ( s i m p l ei n t e r n e tp r o t o c o lp l u s ) 。19 9 4 年6 月。i p n g 仲裁委员会对这三种提案进行复审，一致认为进行了一些修订的 s i p p 最为合适。此后对s i p p 做出的关键修订，是将其地址长度从6 4 位扩展为 1 2 8 位。从此，s i p p ，改称i p v 6 ( i pv e r s i o n6 ) 。经过几年的完善，i p v 6 在1 9 9 9 年基本成熟。时至今日，i p v 6 的优势己不限于地址空间，i p v 6 对现代网络各种 需求，都做了针对性的设计，包括多播、路由、移动、自动配置、网络安全、资 源预留等诸多方面。 目前，世界范围内的i p v 6 研究和部署正积极展开。 由于缺少地址，亚洲国家尤其是韩国、日本对待i p v 6 的态度更为积极。韩 国在战略、政策、资金、国际合作等方面都有相应措施。韩国还制定了i p v 6 的 演进日程表，准备2 0 1 1 年实现全i p v 6 网。日本从1 9 9 2 年i p n g 问题提出时，就 参加了协议研发和标准化工作。日本在i p v 6 路由器和d n s 研究方面处于领先位 置。目前，日本的主要电信运营商和i s p 多数已提供i p v 6 商业化接入。 欧洲发展i p v 6 的基本战略是“先移动，后固定”，这是因为欧洲在移动通信 方面领先于其它国家。欧洲还希望在所有新的家电装置中引入i p v 6 连接，将基 于i n t e m e t 的系统集成到运输工具及相关的移动业务基础设施中。欧洲已经建立 e u r 0 6 l x 、6 n e t 等i p v 6 试验网络进，做好了部署i p v 6 的准备。 作为i p v 4 的发源地的美国，最初在对待i p v 6 方面没有亚洲和欧洲国家那样 积极，这是因为美国在邛v 4 体系中占据主导地位，而且美国具有亚欧国家无法 比拟i p v 4 地址资源优势。但最近美国的态度开始转变，各主要厂商开始支持 4 i p v 6 ，已经或者准备推出支持i p v 6 的产品。但是，美国在i p v 6 的研究方面还是 世界上最先进的，i p v 6 的标准化组织如i e t f 就在美国。a r p a n n e t 的发源地 美国防部也已规划出了全面部署i p v 6 的日程表，准备到2 0 0 8 年，美国本土全面 i p v 6 化，i p v 4 协议退出。 中国对i p v 6 的整体策略是：政府支持、厂商跟进、结合国情分步骤、分阶 段实施i p v 6 研究和部署。政府对i p v 6 的支持主要体现在资金支持和政策支持上。 在运营商方面，各大集团除了积极进行技术研究外，也都已经或者准备部署i p v 6 试验网络。值得一提的是，2 0 0 4 年年底全面开通的c e m e t 2 ，是目前全球规模最 大的纯i p v 6 网络。c e m e t 2 以2 5 g b p s - 1 0 g b p s 速率连接全国2 0 个主要城市的 c e m e t 2 核心节点，实现全国2 0 0 多所高校下一代i n t e r n e t 的i p v 6 的高速接入。 1 3 关于本课题 然而，从i p v 6 协议基本成熟到现在，向下代网络过渡的问题依然存在， 也没有找到通用的解决办法。本课题是在南昌大学校园网升级改造的背景下提出 的，旨在研究如何在现有园区网络环境下的组建i p v 6 网络，并就过渡策略进行 探讨。 1 3 1 研究内容 i p v 6 协议学习和研究。 i p v 4 f l p v 6 过渡技术研究，实现隧道、双协议栈等过渡技术。 利用p c 路由器，建立以静态路由为主的内部实验环境，开展异构平台i p v 6 网络互连研究，搭建一个基本i p v 6 环境。 申请i p v 6 地址空间。 通过隧道与c e m e t 2 ，进而与国际i p v 6 网连通。 研究校园网i p v 6 过渡，为南昌大学的i p v 6 应用和研究提供可行的物资平台。 结合现有网络的状况，研究向以i p v 6 为核心的下一代网络过渡的过渡策略。 1 3 2 文章结构 本文共分五章。第一章绪论。第一、二节叙述i n t e m e t 发展历程、i p v 4 遇到 的问题、i p v 6 的诞生过程以及国内外i p v 6 的研究情况；第三节叙述本课题的研 究背景、研究内容、达到目标等。第二章i p v 6 协议研究。第一节介绍i p v 6 协议， 包括i p v 6 地址、报头和邻居发现协议( n d p ) ；第二节简单介绍i p v 6 路由。第 三章i p v 6 过渡技术研究，主要包括双协议栈、隧道和协议地址转换技术，比较 三种常见过渡技术的优缺点和适用情况。第四章在前面工作的基础上进行思考， 开展工作，进行i p v 6 实验及南昌大学i p v 6 组网。第一节对组网技术进行说明； 第二节重点说明了如何进行i p v 6 实验，对三种不同的过渡技术进行了研究；第 三节在前面研究的基础上说明i p v 6 试验床的实现；最后进行了小结。第五章园 区网过渡。在研究园区网的特点并对南昌大学校园网进行分析后，探讨基于园区 网的过渡策略，并在总结课题的基础上，给出以过渡代价为度量的过渡策略，描 述过渡的演进过程。最后一章对本课题进行了总结和展望。 6 第二章i p v 6 协议研究 2 。1 l p v 6 协议 i p v 6 在解决i p v 4 遇到的问题方面做了许多改进。本节将对i p v 6 地址、报头、 路由技术、邻居发现机制等进行研究。 2 1 1 i p v 6 地址书写表示 我们知道，i p v 4 地址长度为3 2 比特( 4 字节) 。书写i p v 4 地址时采用点分 十进制，例如：2 1 0 3 5 2 4 3 2 5 4 。为实现i p 协议的平滑过渡，对1 2 8 比特长的i p v 6 地址，定义相似的表示方法十分必要。考虑到l p v 6 地址长度是i p v 4 的四倍， r f c l 8 8 4 规定的标准语法建议把i p v 6 地址的1 2 8 比特( 1 6 字节) 书写成8 个1 6 位的无符号整数，每个整数用四个十六进制位表示，这些数之间用冒号( ：) 分开， 如：2 0 0 1 ：2 5 0 ：6 c 0 1 ：0 2 4 3 ：0 2 f d ：o o f f ：f e o o ：o a 3 9 i p v 6 格式前缀( f p ，f o r m a tp r e f i x ) 的表示和i p v 4 地址前缀在c i d r 中的表 示方法类似。比如2 0 0 1 ：2 5 0 ：6 c 0 1 ：4 8 表示一个前缀为4 8 位的网络地址空间。此 外，与i p v 4 不同，i p v 6 中的全0 和全1 表示都是合法的。 2 1 2 全球i p v 6 地址分配情况 i p v 6 的地址结构体系从被废除的r f c 2 3 7 3 到r f c 3 5 1 3 发生了较大变化。新 的r f c 3 5 1 3 取消了r f c 2 3 7 3 为i p x 等保留的地址，但仍然为n s a p ( n e t w o r k s e r v i c e a c c e s s p o i n t ：网络层服务访问点) 保留。r f c 3 5 1 3 建议将那些保留地址 分配到全球单播地址的范围。并且给出了新的全球单播地址格式。 ( 一) i p v 6 地址类型和所占空间如下所示： 地址类型二进制前缀 不确定型 环回 0 0 0 ( 1 2 8b i t s ) 0 0 1 ( 1 2 8b i t s ) 7 i p v 6 符号占地址空间的比例 ：1 2 8l 2 “1 2 8 ：1 1 2 81 2 “1 2 8 组播1 1 1 1 1 1 1 1 本地链路单播 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 本地站点单播 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 全球单播( 所有其他) ( 二) 详情如下所示： 分配情况 未分配( 请见下面备注1 ) 未分配 为n s a p 保留分配 未分配 未分配 未分配 全球单播( 正在分配) 末分配 未分配 未分配 未分配 未分配 未分配 未分配 未分配 未分配 未分配 本地链路单播地址 本地站点单播地址 组播地址 备注1 ：不确定地址、 f f o o ：8 f e 8 0 ：1 0 f e c 0 ：1 0 1 2 5 6 l 1 0 2 4 1 1 0 2 4 二进制前缀占地址空间的比例 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 l 0 0 0 00 0 1 o o o oo l 0 0 0 01 0 0 0 l 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 l0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 11 1 0 1 1 “1 1 1 0o 1 1 1 11 1 1 01 0 1 2 5 6 1 2 5 6 1 1 2 8 1 6 4 1 3 2 1 1 6 1 8 1 8 1 8 1 8 1 8 1 8 1 1 6 1 3 2 1 6 4 1 1 2 8 1 5 1 2 1 1 0 2 4 1 1 0 2 4 1 2 5 6 回环地址和内嵌i p v 4 地址的i p v 6 地址被分出此前缀空间 8 2 1 3i p v 6 常用前缀和地址 ：1 2 8即0 ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 ，不确定型地址，只能作为尚未获得正式地址 的主机的源地址，不能作为目的地址，不能分配给真实的网络接口。 ：1 1 2 8 即0 ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 ：1 ，环回地址，相当于口v 4 中的l o c a l h o s t1 2 7 0 。0 1 。 2 0 0 1 ：1 6 全球单播地址，由i a n a 按地域和i s p 进行分配，是最常用的 i p v 6 地址。 2 0 0 2 ：1 6 6t o4 单播地址，用于6 t 0 4 自动构造隧道技术的地址。 3 f i e ：1 6早期分配的进行试验的单播地址，6 b o n e 网络项目就使用该类地 址注：6 b o n e 是世界上成立最早也是规模最大的全球范围i p v 6 示范网】。 上面三类单播地址，是目前使用最广的i p v 6 地址。 f e 8 0 ：l o 本地链路单播地址，用于单一链路，适用于链路地址自动配置、 邻居发现等。 f r 0 0 ：8 组播地址，本文后面将对其详细介绍。 ：a b c d 兼容i p v 4 的i p v 6 地址，其中a b c d 代表i p v 4 地址。自动将 i p v 6 包以隧道方式在i p v 4 网络中传送的i p v 4 i p v 6 节点将使用这种形式的地 址。 ：f f f f ：a b c di p v 4 映射过来的i p v 6 地址，是在不支持i p v 6 的网上用于表 示i p v 4 节点。其中a b ，c ，d 代表i p v 4 地址，例如：f f f f ：2 1 0 3 5 2 4 3 2 5 4 。 注：以上两种地址都属于“内嵌i p v 4 地址的i p v 6 地址”。这种地址的目的是 为了i p v 4 和i p v 6 联合应用。 2 1 4 单播、任播、组播 r f c 3 5 1 3 中，仍然建议i p v 6 地址分为单播、任播、组播三种类型。 ( 一) 单播地址。 一个单接口有一个标识符。发送给一个单播地址的包传递到由该地址标识的 接口上。r f c 3 5 1 3 建议了新的i p v 6 全球单播地址通用格式如下所示： i 1 b i t s m b i t s 1 2 8 n - m b i t s + 全球路由前缀i 子网i d l 接口i d i _ 一一一1 一+ 一一一一一一- + 全球路由前缀是分配给站点( 一组子n 链接) 的一个典型层次结构值，子网 i d 是一个站点内子网的标识。i p v 6 单播地址中的接口标识符是用来确定链路上 一个接口的。r f c 3 5 1 3 建议所有的单播地址( 除了以二进制0 0 0 开头的地址外) 都有6 4 位接口i d ，并具有改进e u i 一6 4 格式的结构，即建议n + m = 6 4 ， 为进一步明确i p v 6 全球单播地址格式，r f c 3 5 8 7 在r f c 3 5 1 3 基础上给出了 全球单播地址新的格式。如下所示： nb i t s6 4 一nb i t s i6 4b i t s + 一一+ 一一+ 一一- + 全球路由前缀l 子网i d i 接口 1 3 + 一。h 一 一一- + r f c 3 5 8 7 还建议，目前只有0 0 1 前缀格式( 也就是2 0 0 0 ：1 3 ) 供i a n a 分 配。根据多个关于地址体系结构和地址分配的r f c ，结合目前l i r 的分配情况， i a n a 有权分配的全球单播地址格式表示如下图2 1 所示 3 4 51 66 4 0 0 l 2 9b i t s 1 6b i t s 1 6b i t s6 4b i t s i a n a l i r 3 2 客户站点4 8 子网1 6 4 节点i 2 8 图2 1i a n a 有权分配的全球单播地址格式 r 注：通常，l i r 是一个服务供应商( i s p ) 。l i r 将自己所获得的地址分配给终端 用户组织或其它的i s p 。1 单播地址种类较多，除了全球单播地址、未指定地址、回环地址，还有内嵌 i p v 4 地址的i p v 6 地址、本地用i p v 6 单播地址之分。下面介绍本地用i p v 6 单播 地址。 有两种类型的本地用i p v 6 单播地址：链路本地地址和站点本地地址。链路 本地地址用在单链路上，站点本地地址用在单站点上。 ( 1 ) 链路本地地址 链路本地地址格式表示如下： 1 0 1 0 位5 4 位6 4 位 + 一一一一一一+ 一一一一一一一一一一一一一一十一一一一一一一一一一一一一一一一一一一+ 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0接口号i n t e r f a c ei d + 一一一一一+ 一一一一一一一一一一一一一一+ 一一一一一一一一一一一一+ 设计链路本地地址的目的是为了用于诸如自动地址配置、邻居发现或无路由 器存在的单链路的寻址。路由器不应该将带有链路本地源地址或目的地址的任何 包转发到其它链路上。 如：对应于上例中全球单播i p v 6 地址的链路本地i p v 6 地址为 f e ：8 0 ：0 0 0 0 ：0 0 0 0 ：0 0 0 0 ：2 f d ：f f ：f e 0 0 ：a 3 9 ，可简写为f e 8 0 ：2 f d ：f f ：f e 0 0 ：a 3 9 。 ( 2 ) 站点本地地址 站点本地地址格式表示如下： 1 0 位 5 4 位6 4 位 + 一一一+ 一一一一一一+ 一一一一一一一一+ 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 |子网号接口号 + 一一一一+ 一一一一一一十一一一一一一一一一十 站点本地地址的设计目的是为了用于无需全球前缀的站点内部寻址。站点本 地地址的格式前缀为1 1 1 11 1 1 01 1 ，b p f e c x ：4 0 。这种地址的功能类似于1 0 0 0 0 8 、 1 7 2 1 6 0 0 1 2 和1 9 2 1 6 8 0 0 1 6 等i p v 4 私有地址空间。当组建i p v 6 内部i n t r a n e t 时， 该网络内部站点可以使用站点本地地址。此类地址的有效域仅限于一个站点内 部，这些地址不可被其他站点访问。尽管子网i d 可以长达5 4 位，但最好还是保证 全球链接站点能在站点本地前缀和全球前缀中使用相同的子网i d 。路由器对这种 地址的处理方式和对本地链路地址的处理方式类似，也即不应转发站点外具有站 点本地源地址或目的地址的任何包。 这种地址的例子如下：f e c 0 ：0 0 0 0 ：0 0 0 0 ：0 0 0 0 ：2 f d ：f f ：f e 0 0 ：a 3 9 注：未划分子网 的 ，可简写为f e c 0 ：2 f d ：f f ：f e 0 0 ：a 3 9 。 ( 二) 任播地址 任播地址表示单播地址的集合。属于不同节点的一组接口可以有一个标识 符。发送给一个任播地址的包传送到该地址标识的、根据选路协议距离度量最近 的一个接口上。通常任播地址用于标识提供同样服务的节点集。也就是，将包发 送给一个任播地址的节点并不在意由节点集中的哪一个来响应，因为任播地址的 多个成员都可能响应对其链路层地址的请求。目前，此类地址仅被用做目标地址， 且仅分配给路由器使用。 ( 三) 组播地址 组播地址是一种多点传送地址。i p v 6 协议没有定义广播地址，其功能由组 播地址替代。一般属于不同节点的一组接口有一个标识符。发送给一个组播地址 的包传递到该地址所标识的所有接口上。i p v 6 组播地址是一组节点的标识符， 一个节点可以归属于任意数量的组播组。 组播地址格式如下： 8441 1 2 位 + 一一一一一+ 一+ 一一+ 一一一一一一一一一一一一一一一一一一一十 1 1 1 i 1 1 i ii f l g s i s c o p l组号 + 一一一+ 一+ 一一一一+ 一一一一一一一一一一一一一一一一一+ 格式前缀为1 1 1 ll l i l ( 十六进制表示为f f x x ：3 2 ) 标识这种地址为组播地址。 f l a g s 标志由4 位组成： + 一+ 一+ 一+ 一十 0 l0 10 + 一十一+ 一+ 一+ 前面3 位为保留位，初始设置为0 。 t = 0 指示一个永久分配的组播地址，由全球互联网管理机构进行分配。 t = 1 指示一个临时的组播地址。 s c o p ：( s c o p e ) 4 位组播范围值用来限制组播组的范围。该字段的可能十六进制 值如下所示： 0 保留8 组织本地范围 1 节点本地范围 9 ( 未分配) 2 链路本地范围 a ( 未分配) 3 ( 未分配)b ( 未分配) 4 ( 未分配)c ( 未分配) 5 站点本地范围d ( 未分配) 6 ( 未分配)e 全球范围 7 ( 未分配)f 保留 组标识符字段标识给定范围内的组播组，可以是永久的，也可以是临时的。 组播地址在i p v 6 包中不能用作源地址或出现在任何选路头中。预定义的组播地 址如下： ( 1 ) 保留的组播地址： f 0 0 ：o ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 ：o f f 0 1 ：0 ：o ：0 ：o ：0 ：o ：0 f f 0 2 ：o ：o ：o ：0 ：o ：0 ：0 123456789 1 0 1 11 2 f f 0 3 ：0 、f f 0 4 ：o f f o e ：o 、f f o f ：o 上面列出的是保留的组播地址，且永远不能分配给任何组播组。 ( 2 ) 所有节点地址： f f 0 1 ：o ：o ：o ：o ：o ：o ：l ( 简写为f f 0 1 ：1 ) f f 0 2 ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 ：1 ( 简写为f f 0 2 ：i ) 上面列出的组播地址标识了s c o p 范围1 ( 节点本地) 或s c o p 范围2 ( 链路本地) 内的所有i p v 6 节点的组。 ( 3 ) 所有路由器地址： f f 0 1 ：0 ：0 ：o ：o ：o ：o ：2 ( 简写为f f 0 1 ：2 1 f f 0 2 ：o ：o ：o ：o ：o ：o ：2 f 简写为f f 0 2 ：2 ) f f 0 5 ：o ：o ：o ：0 ：o ：0 ：2 ( 简写为f f 0 5 ：2 ) 以上的组播地址标识了s c o p 范围l ( 节点本地) 、s c o p 范围2 ( 链路本地) 或s c o p 范围5 ( 站点本地) 内的所有i p v 6 路由器的组。 ( 4 ) 请求节点地址：f f 0 2 ：0 ：0 ：0 ：0 ：1 ：f f x x ：) c o 。( 上面的组播地址是从节点的单播和任播地址计算而得的。取单播或任播地址 的低2 4 位，并将其附加到前缀f f 0 2 ：0 ：0 ：0 ：0 ：1 ：f f 0 0 ：1 0 4 上形成一个请求节点组 播地址，其范围在f f 0 2 ：0 ：0 ：0 ：0 ：1 ：f f 0 0 ：0 0 0 0 至f f 0 2 ：0 ：0 ：0 ：0 ：1 ：f f f f ：f f f f 之间。 例如，对本课题中涉及的一个地址进行分析如下： 对应i p v 6 地址2 0 0 1 ：2 5 0 ：6 c 0 1 ：2 4 3 ：2 f d ：f f ：f e 0 0 ：a 3 9 的请求节点组播地址是 f f 0 2 ：l ：f f 0 0 ：a 3 9 。两者之间的差别仅在高位，譬如，由于与不同的集聚相关联的 多个高位前缀，将映射到同一个请求节点地址，因此减少了一个节点必须加入的 组播地址数。 对每个指定的单播和任播地址，一个节点需要计算并加入相关的请求节点组 播地址。 2 1 5i p v 6 基本报头 i p v 6 基本报头如下图所示 v e r s i o nt r a f f i cc l a s sf l o wl a b e l p a y l o a dl e n g t h n e x th e a d e r h o pl i m i t s o u r c ea d d r e s s ( 1 2 8 位) d e s t i n a t i o na d d r e s s ( 1 2 8 位) i p v 4 报头如下图所示 图2 - 2 i p v 6 基本报头 v e r i h l t y p eo fs e r v i c e t o t a ll e n g t h i d e n t i f i c a t i o nf l a g sf r a g m e n t a t i o no f f s e t t i m et ol i r ep r o t o c 0 1h e a d e rc h e c k s u m s o u r c ea d d r e s s d e s t i n a t i o na d d r e s s o p t i o n s 图2 3i p v 4 基本报头 ( 一) 相比i p v 4 ，i p v 6 在报头结构上有如下改变： ( 1 ) 在口v 6 中，i p v 4 报头中的下面五个字段被去除： i h l ：i p h e a d e r l e n g t h ( 头长度) ； i d e n t i f i c a t i o n ( 标识) ； f l a g s ( 标志) ； f r a g m e n t a t i o no f f s e t ( 分片偏移量) ： h e a d e rc h e c k s u m ( 报头校验和) 。 说明：i p v 4 报头中的i d e n t i f i c a t i o n ( 标识) 字段、f l a g s ( 标志) 字段和 f r a g m e n t a t i o no f f s e t ( 分片偏移量) 字段用于处理数据包分片。i p v 4 路由器对数 据报的分片搡作是造成网络传输效率降低的原因之一。在i p v 6 协议中，发送报 文的主机通过个叫做路径m t u 发现( p a t hm t ud i s c o v e r y ) 的机制来了解路 径最大传输单元m t u ( m a x i m u mt r a n s m i s s i o nu n i t ) 的大小，从而尽量避免对 数据报的分片操作。同样，去除h e a d e rc h e c k s u m ( 报头校验和) 字段是也是为 了提高处理效率保证数据报完整性的责任属于i p 的上层协议t c p u d p 。 1 4 ( 2 ) i p v 6 报头长度固定，为4 0 个八比特组； ( 3 ) i p v 6 报头对i p v 4 报头中的下面字段进行了更改： i p v 4 的t t l ( t i m et ol i f e ) 生存时间字段，改为h o pl i m i t 跳数极限字段； i p v 4 的t o s ( t y p eo fs e r v i c e ) 业务类型字段，改为t r a f f i cc l a s s 流量类别字 段： i p v 4 的p r o t o c o l 协议字段，改为n e x th e a d e r 下一个报头字段。 ( 二) i p v 6 数据报头字段详细说明： ( 1 ) t r a f f i cc l a s s ( 流量类别，1 字节) 该字段代替了i p v 4 中的t y p eo fs e r v i c e 字段，它将有助于处理实时数据以 及任何需要特别处理的数据流。发送节点和转发路由器可以通过该字段来识别和 分辨i p v 6 数据包的类别和优先级。 ( 2 ) f l o wl a b e l ( 流标签，2 0 位) 该字段用来区分需要进行不同优先级处理的数据包，以此来促进实时性流量 的处理。发送主机能够用一组选项标记数据包的顺序。路由器跟踪数据流并更有 效地处理属于相同数据流的数据包，因为他们无须重新处理每个数据包的报头。 数据流由流标签和源节点的地址唯一标识。当数据流在网络上传递时，不支持 f l o wl a b e l 字段功能的节点在转发数据包时需要不加改变地传递该包，并在接收 数据包时忽略该字段。属于同一数据流的所有数据包必须具有相同的源i p 地址 和目的i p 地址。f l o wl a b e l 字段的使用现在还是实验性的，i e t f 仍在对此进行 讨论。 ( 3 ) p a y o a dl e n g t h ( 有效载荷长度，2 字节) 因为报头长度固定，所以i p v 6 中的p a y l o a dl e n g t h ( 有效载荷长度) 字段 仅包含i p v 6 报头后的数据。不过扩展报头被认为是有效载荷的一部分，因此也 被计算在内。由于p a y l o a dl e n g t h ( 有效载荷长度) 字段只有2 个字节，因此数 据包的有效载荷最大为6 4 k b 。i p v 6 有一个j u m b o g r a me x t e n s i o n 报头，在需要的 时候，它可以支持更大的数据包。 ( 4 ) n e x th e a d e r ( 下一报头，1 字节) 在i p v 4 中，该字段为p r o t o c o lt y p e ( 协议类型) 字段。在i p v 6 中则被重新 命名。如果下一个报头是u d p 或t c p ，该字段将和i p v 4 中包含的协议号相同。 如，t c p 的协议号为6 ，u d p 为1 7 。但是，如果使用了i p v 6 其它扩展报头，该 字段就包含了下一扩展报头的类型，它位于t c p u d p 报头和i p 报头之间。下表 列举了n e x th e a d e r 字段中可能的值如下表所示： 表2 - 1i p v 6 报头中n e x th e a d e r 可能值 值 说明 i p v 4 报头：保留未使用 o i p v 6 报头：下一报头为h o p b y - h o p 选项报头 l 互联网控制消息协议( i c m p v 4 ) 2 互联网组管理协议( i g m p v 4 ) 4 i p 中包含i p ( 封装) 6t c p 8 外部网关协议( e g p ) 9 i g p 任何私有内部网关 1 7 u d p 4 1i p v 6 4 3 路由报头 4 4 分段报头 4 5 网域间路由协议( i d r p ) 4 6 资源预留协议( r s v p ) 5 0 加密的安全有效载荷报头 5 1认证报头 5 8i c m p v 6 5 9 i p v 6 没有下一报头 6 0 目的选项报头 8 8e i g r p 8 90 s p f 1 0 8 i p 有效载荷压缩协议 1 1 5 第二层隧道传输协议( l 2 t p ) 1 3 2流控制传输协议( s c t p ) 1 3 4 2 5 4未分配 2 5 5 保留 ( 5 ) h o pl i m i t ( 跳数限制，1 字节) 该字段和i p v 4 的t t l 字段功能类似。t t