（计算机系统结构专业论文）网络模拟器中无状态ipicmp翻译算法协议的实现.pdf

重庆大学硕士学位论文 中文摘要 摘要 随着i n t e r n e t 的发展，i p v 4 协议己逐渐显现出其能力上的局限性和缺点，这导 致了i p v 6 协议的产生，i p v 6 以其巨大的地址空间、安全性、较强的移动支持能力 等优势将会逐步取代i p v 4 。但是由于i p v 4 网络已存在了许多年了，不可能在短时 间内被i p v 6 网络所取代，因此这个演化过程将会是长期的、渐进的。为了实现i p v 4 向i p v 6 的平滑过渡，目前已经研究制定出了一系列的i p v 4 向i p v 6 过渡的相关解 决方案，并且还不断有改进草案或新的协议开发出来。另一方面，对于这些新解 决方案需要进行验证、分析和优化以便在实际应用中取得更好的效果。n s 2 网络 模拟器作为种优秀的开源的网络模拟软件是完成这些工作的一个很高效的工 具，能用相对很少的时间和费用了解网络在不同条件下的各种特性，获取网络研 究的丰富有效的数据。 s l i t ( 无状态i p i c m p 翻译算法) 协议是i p v 4 i p v 6 过渡机制中的种协议翻 译方案，它定义了在i p v 4 和i p v 6 的分组报头之间进行翻译的算法，使得i p v 4 节 点和i p v 6 节点可以直接相互通信。该算法也被很多其它的协议翻译过渡方案所采 用。但在目前n s 一2 的最新版本中也还没有实现s i l t 协议，因此研究n s 一2 下s i l t 协议的扩展实现对于借助n s 2 软件进行相关的协议过渡方案的研究具有重要的意 义。 本文的研究内容包括分析和研究s i l t 协议以及相关的i p v 4 i p v 6 协议和 i c m p v 4 i c m p v 6 协议，总结它们之间的关系和相互作用：分析和研究n s 2 网络 模拟器的工作原理以及在其上进行功能扩展的方法；在此基础上进行了s l i t 协议 在n s - 2 下的设计实现，工作分为无线环境和有线环境两部分，在无线环境下，进 行了s i l t 协议在n s 一2 下的设计和实现，为n s 2 的构件库增加了s i l t 代理构件从 而能在n s - 2 中进行相关的模拟研究；在有线环境下，则迸行了s i l t 协议在n s 一2 下的扩展设计。最后，通过两个模拟实验验证了无线环境下的s i 疔功能。 通过对以上内容的研究，扩展了n s 2 的功能，为进行与s i l t 协议相关的研究 提供了一种新的手段，也为s i i t 协议的网络教学提供了一种新的更为直观形象的 方式，对采用了s i l t 协议算法的其它协议翻译机制在n s ，2 下的扩展实现也具有 一定的借鉴作用。 关键词：n s 一2 ，s i i t ，i p v 4 ，1 p v 6 ，过渡 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fi n t e r n e t ，i p v 4h a sg r a d u a l l yr e v e a l e di t sl i m i t a t i o n sa n d d i s a d v a n t a g e s w h i c hl e a dt ot h ea p p e a r a n c eo f i p v 6t h a tw i l lg r a d u a l l yr e p l a c ei p v 4f o r i t sa d v a n t a g e ss u c ha sh u g ea d d r e s ss p a c e ，s u f f i c i e n ts u p p o r tf o rm o b i l i t y , s e c u r i t ya n d s oo n b e i n ge x i s t e df o ry e a r si ni n t e r n e t m v 4n e t w o r kc o u l d n tb er e p l a c e di nas h o r t t i m e a n dt h e r e f o r e , t h ep r o c e s sw i l lb el o n ga n dg r a d u a l i no r d e rt or e a l i z eag r a d u a l t r a n s i t i o nf r o m 口v 4t oi p v 6 as e r i e so fp r o p o s i t i o n sh a v eb e e np u tf o r w a r da n d r e n o v a t e d ，w h i l es o m en e wp r o t o c o l sa r ed e v e l o p e d o nt h eo t h e rs i d e ，w es h o u l d a n a l y z e , p r a c t i s ea n do p t i m i z et h e s en e wp r o t o c o l so rd r a f t si no r d e rt og e tb e t t e re f f e c t s n s 一2i sa l le f f i c i e n tt o o la se x c e l l e n ts i m u l a t i o ns o f t w a r et of u l f i l ls u c ht a s k s ；i na d d i t i o n ， i ti st h eo p e ns o u r c es o f t w a r e i tc a l la c q u i r ep l e n t i f u ld a t aa n df i n do u td i f f e r e n tt r a i t so f i n t e m e tu n d e rd i f f e r e n tc i r c u m s t a n c e sw i mc h e a pf e e si nas h o r tt i m e t 1 1 es i i t ( s t a t e l e s si p i c m pt r a n s l a t i o na l g o r i t h m ) p r o t o c o li sa1 ( i n do fp r o t o c o l t r a n s l a t i o nt r a n s i t i o nm e c h a n i s m so fi p v 4 ，i p v 6 i td e f i n e st h e t r a n s l a t i n gm e t h o d s b e t w e e n 口v 4a n di p v 6p a c k e ts ot h a tt h ec o m m u n i c a t i o nc a nb r i n gt os u c c e s sb e t w e e n i p v 4n o d ea n di p v 6n o d e s i i ta l g o r i t h m ，w h i c hi s a d o p t e db yn a t - p te t c ，i sa n i m p o r t a n tp a r to fs o m ep r o t o c o lt r a n s l a t i o nt r a n s i t i o nm e c h a n i s m s a tp r e s e n t ，t h el a t e s t e d i t i o no f n s 2s t i l lc a n ts u p p o r ts i i tp r o t o c 0 1 r e s e a r c h i n go nt h ee x p a n s i o no fs l i t p r o t o c o li nn s - 2 ，c a np r o v i d eap o w e r f u lt o o lf o rr e s e a r c h i n gt h er e l a t i v em e t h o d so f p r o t o c o lt r a n s l a t i o n i nt h i sd i s s e r t a t i o n s i i tp r o t o c o la n dr e l a t i v ei p v 4 i p v 6a n di c m p v 4 k ；m p v 6a r e a n a l y z e d a n dr e s e a r c h e d ，a n dt h e i r r e l a t i o n s h i p a n dm u t u a lf u n c t i o n sa r ea l s o s u m m a r i z e d a n do nt h eb a s i so fa n a l y z i n gi t sw o r kp r i n c i p l e sa n de x p a n d i n gm e t h o d s o fn s 一2 s l i tp r o t o c o lc a nb ei m p l e m e n t e du n d e rn s 一2 1 1 1 ei m p l e m e n t a t i o nc a nb e d i v i d e di n t ot w op a r t s ，w i r e l e s sa n dw i r e de n v i r o n m e n t f o rt h ew i r e l e s se n v i r o n m e n t ， s l i tp r o t o c o lc a l lb ed e v i s e da n dr e a l i z e du n d e ra s 一2a n dc o m p o n e n to fs l i ta g e n ti s a d d e dt ot h en s 一2c o m p o n e n tl i b r a r y , w h i c hm a k es i m u l a t i o no f s l i tp r o t o c o lf e a s i b l ei n n s - 2 f o rt h ew i r e de n v i r o n m e n t ，s l i tp r o t o c o li sd e v i s e du n d e rn s 一2 b e s i d e s ， f u n c t i o n so fs i i ti nt h ew i r e l e s se n v i r o n m e n tc a l lb et e s t e da n dv e r i f i e dt h r o u g ht w o s i m u l m i v ee x p e r i m e n t s f u n c t i o n so f n s 2c a nb ee x p a n d e dt h r o u g hs t u d y i n ga b o v ec o n t e n t s ，w h i c hp r o v i d e an e wm e t h o df o rr e s e a r c h i n gr e l a t i v ep r o t o c o l sw i t hs i l t i tn o to n l yd e v e l o p sad i r e c t 重庆大学硕七学位论文英文摘要 a n dl i v e l yi n t e r n e tt e a c h i n gm e t h o do fs i l tp r o t o c o l ，b u ta l s op r o v i d e si m p o r t a n t r e f e r e n c e sf o ro t h e rt r a n s l a t i o nm e c h a n i s m so f a d o p t i n gs i l ta l g o r i t h mi nn s 一2 k e yw o r d s ：n s 一2 ，s l i t , i p v 4 , i p v 6 ，t r a n s i t i o n 1 1 1 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，也不包含为获得重迭太堂 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： 石建广 签字日期：砷 年多月箩日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 重庞太堂有关保留、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。本人授权重废太堂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() ，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密( ) 。 ( 请只在上述一个括号内打“”) 学位论文作者签名： 右边于 导师签名： 葱哭 签字日期：刁年月f 日签字日期：办唧年多月j 日 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 1 绪论 1 1 研究背景 根据c n n i c ( 中国互联网信息中心) 在2 0 0 5 年1 月公布的中国互联网发展状 况统计报告【l 】，我国上网计算机数为4 1 6 0 万，上网用户达9 4 0 0 万，并且仍以惊人 的速度在增加。而在上世纪7 0 年代提出来作为i n t e r a c t 最大承载网络协议的 t c p i p v 4 已经逐渐显示出它的缺点和不足。随着i n t e r a c t 的日益膨胀，现有的m v 4 地址已经十分紧缺，虽然使用分配l 临时i p v 4 地址或网络地址翻译( n a t ) 等地址 使用技术，在一定程度上缓解了口v 4 地址不足的状况，但同时也增加了地址解析 和处理方面的开销，导致某些高层应用失效，而且仍然无法回避m v 4 地址即将被 分配殆尽这个问题。采用长度为1 2 8 位i p 地址的i p v 6 协议，彻底解决了l p v 4 地 址不足的难题，并且在地址容量、安全性、网络管理、移动性以及服务质量等方 面有了明显的改进，是下一代互联网络协议采用的核心标准之一【2 】。虽然i p v 6 与 m v 4 不兼容，但它同所有其它的t c p i p 协议族中的协议兼容，所以i p v 6 网络世 界最终将完全可以取代d v 4 网络世界。 但是m v 4 网络世界向i p v 6 网络世界演化不可能是一夜之间就可以完成的，必 须是一个长期的、阶段性的过程。首先，i p v 6 协议基本上是对m v 4 兼容的，也就 是说在大部分网络环境中，两者是可以共存的，在很多网络环境中也是可以通过 某种机制进行互通。另外，m v 4 网络世界已存在了几十年了，各个国家、机构、 组织都在其上投入了大量资金，不可能在短时间内全部更换为i p v 6 设备。所以这 个演化过程将会是长期的、渐进的。 在i p v 6 成为主流协议之前，首先使用i p v 6 协议栈的网络希望能与当前仍被 i p v 4 支撑着的i n t e m e t 进行正常通信，因此必须开发出i p v 4 i p v 6 互通技术以保证 i p v 4 能够平稳过渡到i p v 6 。此外，互通技术应该对信息传递做到高效无缝。国际 上i e t f ( i n t e m e te n g i n e e r i n gt a s kf o r c e ) 组建了专门的n g t r a n s 工作组开展对于 i p v 4 i p v 6 过渡问题和高效无缝互通问题的研究。目前已经出现了多种过渡技术和 互通方案，这些技术各有特点，用于解决不同过渡时期、不同环境的通信问题， 有些已经相当成熟并形成了r f c ( r e q u e s tf o rc o m m e n t s ) ，有些还只是作为 i n t e r n e td r a f t 有待完善。 总体来说，目前解决过渡问题的基本技术主要有3 种：双协议栈方式、隧道 方式、协议翻译。像s l i t t 3 ( s t a t e l e s si p i c m pt r a n s l a t i o na l g o r i t h m ) 、n a t _ p t t 4 1 ( n e t w o r ka d d r e s st r a n s l a t i o n - p r o t o c o lt r a n s l a t i o n ) 都是属于协议翻译的一些具体 的实现技术，它们能使i p v 6 节点和i p v 4 节点在不需要做出任何改变的情况下，相 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 互通信。 对包括这些过渡机制在内的协议和算法的开发和评价要求人们回答很多设计 上的问题。尽管实验室中的小规模评价、 价值的，但是每一种都有很大的局限性。 大范围的实验床和自制的模拟都是很有 这些方法经常欠缺真实网络中所发现的 大量混杂的业务流和拓扑结构，而且它们会带来相当的花费，并且受控条件下的 重复实验会很困难。而模拟方法在很大程度上可以弥补分析方法和实验方法的不 足。模拟方法可以根据需要设计出所需要的网络模型，用相对很少的时间和费用 了解网络在不同条件下的各种特性，获取网络研究的丰富有效的数据。网络模拟 无疑提供了一个方便、高效的验证和分析方法，因此网络模拟技术在现代通信网 络设计和研究中的作用正变得越来越大f 卯。n s 2 作为其中一种优秀的网络模拟软 件也正因此在其中得到了很大范围的应用。 1 2 课题的学术和实用意义 由于i p v 4 向i p v 6 过渡必定是一个渐进的、漫长的过程。因此在i p v 4 和i p v 6 网络长期共存的时期内，必须处理好口v 4 网络和i p v 6 网络之间的相互关系问题， 使i p v 4 向i p v 6 平滑地过渡，现在很多过渡机制正是针对这种需求提出的。s l i t 协议是属于协议翻译过渡机制的一种方案，它负责对i p 报文和i c m p 报文进行翻 译转换，为i p v 4 节点和i p v 6 节点的相互通信提供了可能，它的算法思想也被包括 n a t - p t 在内的很多协议翻译机制所采用。因此对于现在已提出的很多协议翻译方 案或是未来可能会提出的新的协议翻译方案而言，s l i t 都是它们可能无法绕开的 一个基础部分。 而n s ( n e t w o r ks i m u l a t o r ) 网络模拟器可以为低成本的网络模拟实验提供一个 良好的环境，可以为网络学术界的研究提供相当大的便利【5 l 。这些便利包括已有的 协议的行为的验证，可用于开发新协议的丰富的构件平台，在一个受控环境下研 究大规模协议交互的可能性，以及能够更方便地比较不同方法的结果。 因此对于s l i t 协议在n s 一2 中的实现研究不仅扩展了n s 2 网络模拟器的功能， 丰富了n s 一2 的构件库，也开辟了通过n s 2 来进行相关的模拟研究的新途径。另 外对传统的s l i t 协议的网络教学也是一个有益的补充。对其它相关的协议翻译机 制在n s 一2 下的实现并在其中加以研究完善而言，也提供了一些有益的借鉴。由此 可以看出，在n s 2 下进行s l i t 协议扩展实现研究具有重要的学术和实用意义。 1 3 国内外现状综述 在过去几年中，n s 发生了实质性的演进。1 9 9 5 年，n s 的开发获得了美国国 防部高级研究计划署( d a r p a ) 的支持，通过v i n t ( v i r t u a li n t e r n e t t e s t b e d ) 项e t ， 2 重庆大学硕士学位论文1 绪论 由l b l 、x e r o x 队r c 、u c b 和u s c i s i 合作进行。目前n s 的开发由d a r p a 的 s a m a n 项目和n s f 的c o n s e r 项目支持。n s 具有开放的结构和良好的扩充性。 n s 已经从其他研究者那里吸收了很丰富的模块，包括从u c bd a e d e l u s 和c m u m o n a r c h 计划以及s u n 微系统公司获得的无线代码【5 j 。自从u cb e r k e l e y 发布了 n s 的版本2 后，n s 2 不断被改进，发布了很多更新的版本，目前最新的版本是 i l s 2 3 1 ，另外n s 的第3 版本n s 3 的开发也正在进行当中。 目前，n s 还在发展当中，还不是一个完善的产品。虽然n s 所包含的构件已 经相当的丰富，但是还不可能包括所有特定用户所需要的模块。而且，软件中的 b u g 还在不断地被发现和修正。因此，对于从事网络研究的用户来说，在现有n s 版本的基础上，进行源代码的修改和再开发将是不可避免的【6 】。所有这些工作都将 不断地促使n s 2 越来越成熟，功能越来越完善。 1 4 课题研究目的 s i l t 协议作为一种协议翻译过渡机制，实现了i p v 4 节点和i p v 6 节点之间的直 接通信却不需要给两端的节点做任何的升级改造。虽然s l i t 技术并不是协议翻译 过渡机制中的主流方式，但是其i p i c m p 报文翻译的算法思想被包括n a t - p t 技 术在内的众多协议翻译过渡机制所采用，成为协议翻译过渡机制中的一个很重要 的部分。而n s 2 作为一种应用得相当广泛的网络模拟软件，对于新的网络协议和 算法的基础性研究以及如何利用和整合现有的网络资源，使网络达到最高效能的 研究来说，都是一款相当有效的工具。但是在目前最新的n s 2 版本n s 一2 3 1 中也 还没有实现s l i t 协议，本课题的研究目的就是在n s - 2 中实现对s l i t 协议的支持， 从而使通过n s 2 软件平台进行模拟实验来验证和分析相关的网络方案成为可能， 并为以后在n s ，2 中进一步实现更多其它相关的过渡机制打下坚实的基础。 3 重庆大学硕七学位论文2s i i 协议 2s i l t 协议 2 1i p v 4 规范 1 9 8 1 年完成的r f c 7 9 1 7 1 定义了当前使用的i p v 4 协议规范。从那时起又有许多 的r f c 阐明并定义了i p v 4 寻址议题、在某种特定的网络媒体上运行口以及i p v 4 的服务类型等。该协议的工作主要是定义了在处理数据时可以应用的简单规则、 帮助处理数据的一组头以及寻址机制。 2 1 1i p v 4 分组格式 i p v 4 分组格式如图2 1 所示 12 345878g o1 11 2 31 41 5 6 仃1 81 92 02 12 22 32 4 2 52 62 72 82 93 03 13 2 v e 吲o n h e a d e r i e | 肭b p e o fs e r v i c e t 。翻l e r i g m i d e n t a r c a b o n r a g sf r a g m e n to f f s e t 弧t r i o - t 0 4 n ep r o t o c o lh e a d e r c h e c k s u m s o u r c el pa d d r e s s d e s t i r i a b o ni p8 d d f e s s 图2 1 p v 4 分组格式 f z g2 1t h ef o r m a to f i p v 4p a c k e t 其中各字段的长度和含义如表2 1 所示： 表2 1m v 4 分组字段含义 t a b l e2 1t h es i g n i f i c a t i o n so f i f v 4p a c k e t sf i e l d s 字段名 长度( b i t l 说明 v e r s i o n 4 碑协议的版本，为4 h e a d e r l e n g t h 4 首部长度，范围为4 1 5 单位( 2 0 6 0 字节) t y p eo fs e r v i c e 8 服务类型，最后一个比特尚未使用 t d t a ll e n g t h1 6 首部和数据部分的总跃度，单位为字节 l d e n f i f i e a n o n1 6 标识，标识分段后的各数据报片 f l a g s 3 标志，是否允许分段以及是否还有分段数据报 f r a g m e n to f f s e t 1 3 片偏移，以8 字节为单位指示分段在原分组中位置 t i m e - t o 1 i v e8 寿命，又称生存时间，单位为秒 p r o t o c o l8协议，指不廷输层数据使用何种协议 h e a d e rc h e c k s b i l l1 6 首部校验和，只校验数据报的首部 s o u r c ei pa d d r e s s3 2源i p v 4 地址 d e s t i n a t i o ni p a d d r e s s3 2目的i p v 4 地址 4 重庆大学硕士学位论文 2s i i 协议 事实上除了这个2 0 字节的固定部分外，i p v 4 首部还有一个可变部分即选项字 段。顾名思义，口选项是可选的且不经常使用。在i p v 4 中，i p v 4 选项字段主要是用 来支持排错、测量以及安全等措施f 8 】，该字段的长度可变，从1 个字节到4 0 个字节 不等，取决于所选择的项目。当i p 分组的首部长度不是4 字节的整数倍时，必须利 用最后的一个填充字段加以填充。口选项用于指示一些特殊的功能。在最初的规范 中没有定义这些选项，但最终增加了关于安全性和选路功能的选项。选路选项中 包括一个记录路由的功能，让每个处理包的路由器都将自己的地址记录到该包中， 另一个时间戳功能让每个路由器在包中记录自己的地址和处理包的时间。另外还 有源选路选项：“宽松源选路”指明包在发往其目的地的过程中必须经过的一组 路由器，而“严格源选路”则指定了该包只能由列出的路由器处理【2 】。p 选项的问 题在于它们是特例。大多数ip 数据报不包括选项，并且厂商按不包括选项的数据 报来优化路由器。口头如果不包括选项，m j 2 0 字节长，易于处理，尤其是在路由器 设计优化了对这种头的处理之后。对于路由器而言，性能是关键，且由于大部分 数据报不支持i p 选项，因此路由器往往把这种包作为特例，搁置起来，只有在不会 影响路由器总体性能时才加以处理。尽管使用i p v 4 选项有很多好处，但由于它们对 于性能的影响使得它们很少被使用【2 1 。 2 1 2i p v 4 寻址体系 口地址体系结构依靠高度结构化的地址，地址空间由其长度( 3 2 位) 决定。所 有m 地址均包括3 2 位或4 个字节，i p 领域也常使用术语八位组( o c t e t ) 。这些地址 被分为不同类，其中定义了如何对地址进行处理，还有一些地址具有特殊含义。 m 地址结构 伸地址是等级地址，通常从左到右读，高阶, 6 7 9 字节即是最高有效位字节。举 例说明，地址前几位说明地址所属的地址类；前几个字节说明该地址所属的网络。 最低有效字节( 或位) 将地址限定为特定的主机。这种结构意味着向网络外选路时可 以忽略单个主机而只需跟踪整个网络的位置。3 2 位地址被分为两部分：第一部分 是网络地址，第二部分是本地地址。在本地网络外，只有网络地址是重要的；而 在本地网络内，因为所有主机都连接在同一个本地网络上，只有本地地址是重要 的而网络地址则无关紧要。口网络地址分发给多个机构，由机构自己为机构内部主 机分配本地地址。这意味着某个特定网络内的本地地址可能没有全部分配出去。 这样就削减了总数为2 3 2 的地址空间的可用地址数。 i p 地址分类 坪地址的分类如下： a 类地址：第一( 高阶) 位为0 ，网络由后续的七位定义。故第一个八位 组用于网络地址而其余的三个八位组用于每个网络中的主机地址。这 5 重庆大学硕七学位论文 2s i i 协议 意味着最多有27 即1 2 8 个网络地址组合，而地址中剩余的2 4 位可用于主 机地址，这意味着可以有2 2 4 即1 6 7 7 7 2 1 6 个唯一主机标识符( 真正的最大 值会有一点减少) 。这意味着a 类地址可以由第一个八位组的值来确定。 任何一个0 至1 j 1 2 7 间的网络地址均是一个a 类地址。 b 类地址：前两位为l o ，网络由后续1 4 位定义。故前两个八位组用于网 络地址而其余的两个八位组用于每个网络中的主机地址。这意味着最 多有2 “即1 6 3 8 4 个网络地址组合，而每个网络中的主机数不能超过2 埔 e p 6 5 5 3 6 ( 真正的最大值会有一点减少) 。这意味着b 类地址可以由第一 个八位组的值来确定。任何一个1 2 8 至u 1 9 1 间的网络地址是一个b 类地 址。 c 类地址：前三位为1 1 0 ，网络由后面的2 l 位定义。故前三个八位组用 于网络地址而其余的一个八位组用于每个网络中的主机地址。这意味 着最多有2 ”即2 0 9 7 1 5 2 个网络地址组合，而每个网络中的主机数不能超 过2 8 b p 2 5 6 ( 真正的最大值会有一点减少) 。这意味着c 类地址可以由第一 个八位组的值来确定。任何一个1 9 2 到2 2 3 问的网络地址是一个c 类地 址。 d 类地址：前四位为1 1 1 0 。组播中不使用网络地址的概念，因为任何 网络上的主机无论是否在同一网络上均可接收组播。这意味着最多有 2 2 8 即2 6 8 4 3 5 4 5 6 个组播地址组合，而所有组播地址可以由第一个八位组 的值来确定。任何一个第一个八位组在2 2 4 至u 2 3 9 间的网络地址是一个 组播地址。 e 类地址：前五位为1 】1 1 0 。在i p v 4 地址中保留该地址。 特殊地址：由于有一些网络地址有特殊含义，导致可分配的网络地址 的总数进一步减少。它们不能分配给实际的网络。如：1 2 7 0 0 1 为回 返地址，地址中主机部分为全l 的广播地址等等都是特殊地址。 2 2i p v 6 规范 最早描述i p v 6 协议规范的r f c 标准( r f c l 8 8 3 1 8 8 7 t 9 】1 1 0 】【1 l 】【1 2 】【1 3 】) 发表于1 9 9 6 年。经过了几次更新，现在最新的两个r f c 是：r f c 2 4 6 0 t 1 4 】i n t e r n e tp r o t o c o lv e r s i o n 6 ( i p v 6 ) s p e c i f i c a t i o n ( 1 9 9 8 年1 2 月) 和r f c 3 5 1 3 【1 5 1 i n t e m e tp r o t o c o lv e r s i o n6 ( i p v 6 ) a d d r e s s i n g a r c h i t e c t u r e ( 2 0 0 3 年4 月) 。 2 2 ii p v 6 分组格式 i p v 6 分组格式如图2 2 所示： 6 重庆大学硕士学位论文2s i i 协议 12345e7891 01 1 21 31 41 5 61 7i b1 92 02 ，2 22 32 42 5 2 62 72 82 93 03 13 2 v e r s i o n f t r a f f i cc l a s s f f l o wl a b e l p a y l o a dl e n g t hn e x th e a d e rh o p “m d s o u r c e a d d r e s s 1 2 8 b i | ) s 细a 扫o n d d f 8 $ s0 2 8 4 硪) 图2 2 口v 6 分组格式 f i g2 2t h ef o r m a to f i p v 6p a c k e t 与i p v 4 的长度可变报头( 2 0 到6 0 字节) 不同，i p v 6 的报头长度固定为4 0 字 节。各字段长度及含义如表2 2 ： 表2 2 p v 6 分组字段含义 t a b l e2 2t h es i g m f i c a t i o n so f i p v 6p a c k e t sf i e l d s 字段名长度( b i t )说明 v e r s i o n4 i p 协议版本号( 值为6 ) 。 1 r a 币cc l a s s8 业务类型字段，用以区分属于不同业务类型的分组。 f l o wl a b e l2 0 流标签，标识特定的数据流，尚处于实验阶段。 p a y l o a dl e n g t h 1 6 i p 分组所带数据载荷长度( 字节) 。 n e x th e a d e r8 紧跟i p 头后的报头类型。 h o pl i m i t 8 分组能破路由器转发的最大次数。 s o u r c ea d d r e s s1 2 8源i p v 6 地址。 d e s t m a t i o na d d r e s s1 2 8 目的i p v 6 地址。 2 2 2i p v 6 扩展报头 口v 6 取消了i p v 4 报头中的可选项字段，将可选的网络层信息放入单独的扩展 头当中。扩展头位于1 p v 6 报头和上层协议报头之间。一个1 p v 6 分组可能有零个或 多个扩展头。在r f c 2 4 6 0 中定义了如下几种类型的扩展头： 逐跳选项头( h o p b y - h o po p t i o n sh e a d e r ) ；此扩展头必须紧随在i p v 6 头之 后，记录了分组转发路径上每一个节点都必须处理的可选项信息。到目前 为止，只定义了一个选项：巨型净荷选项。该选项指明，此包的净荷长度 超出了i p v 6 的1 6 位净荷长度字段。只要包的净荷( 包括逐跳选项头) 超出 6 5 5 3 5 字节，就必须包含该选项。如果节点不能转发此包，则必须返回 个i c m p v 6 出错报文。 7 重庆大学硕士学位论文 2s i i 协议 路由头( r o u t i n gh e a d e r ) ：此扩展头指明包在到达目的地途中将经过的中 间节点。类似于i p v 4 中松散源路由记录选项。它包含包沿途经过的各节点 的地址列表。i p v 6 头的最初目的地址不是包的最终目的地址，而是选路头 中所列的第一个地址。此地址对应的节点接收到该包后，对i p v 6 头和选路 头进行处理，然后将包发送到选路头列表中的第二个地址。如此继续，直 至该包到达最终目的地。 分段头( f r a g m e n th e a d e r ) ：此扩展头包含一个分段偏移值、一个“更多 段”标志和一个标识字段，用于源节点对长度超出源端和目的端间路径 m t u ( 最大数据单元，即路径能够传送的最大分组长度) 的包进行分段。 当源节点要发送的分组大小超过了到目的节点的路径m t u 时，可以利用 分段头将原分组分割成长度小于路径m t u 的多个单独的分组。注意：与 i p v 4 不同，i p v 6 只能由源节点对分组进行分段，而不能由中间的转发节点 分段。 目的选项头( d e s t i n a t i o no p t i o n sh e a d e r ) ：此扩展头包含只能由最终目的 地节点所处理的选项。目前，只定义了填充选项，将该头填充为6 4 位边 界，以各将来所用。 身份验证头( a u t h e n t i c a t i o nh e a d e r ) 【l6 l ：此扩展头提供了一种机制，对i p v 6 头、扩展头和净荷的某些部分进行加密的较验和计算。 封装安全载荷头( e n c a p s u l a t i n gs e c u r i t yp a y l o a dh e a d e r ) 1 1 7 】：这是最后一 个扩展头，不进行加密，它指明剩余的净荷已经加密，并为已获得授权的 目的节点提供足够的解密信息。 一个i p v 6 包中可以有多个扩展头，但是，只有一种情况允许同一类型的扩展头 在一个包中多次出现，而且各扩展头在链接时有一个首选顺序。r f c l 8 8 3 规定，扩 展头应该依照如下顺序：i p v 6 头、逐跳选项头、目的地选项头( 应用于i p v 6 目的地 址字段的第一个目的地和选路头中所列的附加目的地a e ) 、选路头、分段头、身份 验证头、e s p 头、目的地选项头( 当使用选路头时，仅应用于包的最终目的地) 、上 层头。从以上顺序可知，在同一个m 包中只有目的地选项扩展头可以多次出现，并 且仅限于包中包含选路扩展头的情况【2 1 。上述顺序并不是绝对的。例如，前面已提 及，在包的其余部分要加密时，e s p 头必须是最后一个扩展头。同样，逐跳选项头 优先于所有其它扩展头，因为每个接收i p v 6 包的节点都必须对该选项进行处理。 2 2 3i p v 6 寻址体系 i p v 4 与i p v 6 之间最明显的差别在于地址长度：i p v 4 地址长度为3 2 位，而i p v 6 地 址长度为1 2 8 位，是i p v 4 地址长度的4 倍，最多可提供2 1 2 8 个地址。r f c 2 3 7 3 中不仅 解释了这些地址的表现方式，同时还介绍了不同的地址类型及其结构。m v 4 地址可 重庆大学硕士学位论文2s i i 协议 以被分为2 至3 个不同部分( 网络标识符、节点标识符，有时还有子网标识符) ，i p v 6 地址中拥有更大的地址空间，可以支持更多的字段。i p v 6 一般用用8 组4 位十六进制 数来表示，中间用“：”隔开，例如3 7 8 1 ：0 ：0 ：0 ：0 ：4 l o ：2 f 7 c ：4 c 7 a 。若中间有连续出 现的0 值组，则可以采用简写形式，如上述地址可简写为3 7 8 l ：4 1 0 ：2 f 7 c ：4 c 7 a 。在 i p v 4 和i p v 6 的混合环境中可能还会采用前9 6 位用十六进制书写、后3 2 位用十进制书 写的格式，例如o ：o ：o ：o ：o ：0 ：3 1 2 2 1 1 2 0 6 。 在i p v 6 中有三类地址： 单播地址( u n i c a s t ) ：一个单独接口的标识符。发送到单播地址的分组将 被转发到由该地址标识的接口。单播地址标识了一个单独的i p v 6 接口。一 个节点可以具有多个i p v 6 网络接口。每个接口必须具有个与之相关的单 播地址。单播地址可被认为包含了一段信息，这段信息被包含在1 2 8 位字 段中：该地址可以完整地定义一个特定的接口。此外，地址中数据可以被 解释为多个小段的信息。但无论如何，当所有的信息被放在一起后，将构 成标识一个节点接口的1 2 8 位地址。i p v 6 单播地址包括下面几种类型：可 集聚全球地址、未指定地址或全0 地址、回返地址、嵌有i p v 4 地址的i p v 6 地址、基于供应商和基于地理位置的供应商地址、o s i 网络服务访问点 ( n s a p ) 地址、网络互联包交换( r e x ) 地址。 任播地址( a n y c a s t ) ：一组接口( 通常属于不同的节点) 的标识符。发送 到任播地址的分组将被转发由该地址标识的一组接口中的一个( 根据路由 协议计算距离“最近”的一个) 。任播对提供某些类型的服务特别有用， 尤其是对于客户机和服务器之间不需要有特定关系的一些服务，例如服务 器和时间服务器。域名服务器就是个名字服务器，不论远近都应该工作得 一样好。同样，一个近的时间服务器，从准确性来说，更为可取。因此当 一个主机为了获取信息，发出请求到任播地址，响应的应该是与该任播地 址相关联的最近的服务器。 多播地址( m u l t i c a s t ) ：一组接口( 通常属于不同的节点) 的标识符。发送 到多播地址的分组将被转发到由该地址标识的所有接口。当节点预订多播 地址时，它声明要成为多播的一个成员。于是任何本地路由器将以该节点 的名义预订多播地址。同一网络上的其它节点要发送信息到该多播地址 时，m 多播包将被封装到链路层多播数据传输单元中。在以太网上，封装 的单元指向以太网多播地址；在其它用点对点电路传输的网络上( 如 a n 田，通过其它某些机制将包发送给订户，通常通过某类服务器将包发 送给每个订户。从本地网以外来的多播，用同样方法处理，只是传递给路 由器，由路由器把包转发给预订节点。 9 重庆大学硕士学位论文 2s 1 1 协议 i p v 6 单播地址主要分为三种类型：全球( g l o b a l ) 单播地址、站点局部 ( s i t e - l o c a l ) 单播地址和链路局部( l i n k - l o c a l ) 单播地址。全球单播地址在全局 范围内有效，类似于i p v 4 中的公网( 真实) i p 地址。站点局部( 一组链路) 或链 路局部单播地址只在指定的一个站点或链路上有效，路由器不会向外部转发以其 为源或目的地址的i p 分组，类似于i p v 4 的私有m 地址( 如从1 9 2 1 6 8 0 0 到 1 9 2 1 6 8 2 5 5 2 5 5 ) 。另外全球单播地址中还有一些特殊用途的子类型，例如内嵌i p v 4 地址的