（计算机应用技术专业论文）邻居发现协议一致性测试系统（ndpcts）的研究与实现.pdf

摘要 作为下一代互联网协议，i p v 6 有其自身明显的优势：近乎无限的地址容量， 增强的地址方式，自动配置( “即插即用”) 功能，增强的安全性操作等等。而邻居 发现协议( n e i g h b o rd i s c o v e r yp r o t o c 0 1 ) 是i p v 6 的重要组成部分，它解决了连 接在同一条链路上的所有节点之间的互操作问题。 随着i p v 6 技术的不断发展，越来越多的厂家推出了各自支持i p v 6 的通信设 备。但由于i p v 6 协议是用自然语言描述的，在r f c 中以文本形式给出，各协议 实现厂家对协议会有各自不同的理解，有的甚至是错误的理解，从而使得通信设 备的协议非一致性问题日趋严重。因此，越来越多的研究人员致力于开发出好的 i p v 6 协议一致性测试产品用来检验各生产厂家的实现是否与标准文本相一致， 进而确保各厂家的实现之间能够互操作。 事实上，网络的飞速发展，早已使得协议一致性测试成为计算机网络技术中 热门的话题之一。一方面，从标准化角度看，一致性测试的重要性在于：为了验证 协议实现i u t ( i m p l e m e n t a t i o nu n d e rt e s t ，被测实现) 或s u t ( s y s t e mu n d e r t e s t ，被测系统) 与相关协议标准的致性，必须进行协议致性测试，可以说 不经过一致性钡4 试，就没有实现真正意义上的标准化；另一方面，从协议工程学 角度看，一致性测试也是其中的关键环节，通过形式化描述技术，一致性测试与 协议工程学中的其它领域可以有机地结合起来。 本文首先介绍了i p v 6 及其邻居发现协议，然后详细阐述了协议一致性测试 的相关理论和方法，并针对邻居发现协议提出了一种简化的测试集描述语言，最 后描述了测试系统n e i g h b o rd i s c o v e r yp r o t o c o lc o n f o r m a n c et e s ts y s t e m 的体系结构和具体实现，并以m i c r o s o f tw i n d o w ss e r v e r2 0 0 3e n t e r p r i s e e d i t i o n 为测试对象，给出了一个测试实例。 关键词：邻居发现协议；协议一致性测试；形式化描述：测试集 a b s t r a c t a st h en e x t g 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 si t so w no b v i o u s s u p e r i o r i t i e s ，s u c ha st h ea b u n d a n to ft h ea d d r e s sc a p a c i t y , t h eb e t t e ra d d r e s s s t r u c t u r e ，t h ef u n c t i o no ft h ea u t o c o n f i g u r a t i o n ( n a m e l y p l u ga n dp l a y ) ，t h es t r o n g e r s e c u r i t y , a n ds oo n a n dn e i g h b o rd i s c o v e r yp r o t o c o li st h ei m p o r t a n tc o m p o n e n to f i p v 6 i th a ss o l v e dt h eo p e r a t i o np r o b l e ma m o n ga un o d e so nt h es a m el i n k w i t ht h ec o n s t a n td e v e l o p m e n to fi p v 6t e c h n o l o g y , m o r ea n dm o r ec o m p a n i e s h a v ei s s u e dt h e i ri p v 6p r o d u c t i o n b u ti p v 6p r o t o c o li sd e s c r i b e dw i t ht h en a t u r a l l a n g u a g e ，a n dp r o v i d e di nt h ef o r mo ft e x ti nr f c t h u se v e r yc o m p a n yh a si t so w n c o m p r e h e n s i o nf o ri t ，a n ds o m ee v e nu n d e r s t a n di tw r o n g s ot h ei n c o n s i s t e n c y p r o b l e mo ft h e s ep r o d u c t i o n si sv e r ys e r i o u s m o r ea n dm o r er e s e a r c h e r st r yt h e i r b e s tt od e v e l o pt h ep e r f e c ti p v 6p r o t o c o lc o n f o r m a n c es y s t e m s t h e yc a l lh e l pu st o j u d g ea l lk i n d so fp r o d u c t i o n s c o n f b 玎丑a n c e a n de n s u r et h e mc o m m u n i c a t ee a c h o t h e r i nf a c t ，w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to f t h en e t w o r k , t h ep r o t o c o lc o n f o r m a n c et e s t h a sa l r e a d yb e c o m eo n eo ft h eh o tt o p i c si nt h en e t w o r kt e c h n o l o g yf i e l d o no n e h a n d ，f r o mt h es t a n d a r d i z e da n g l e ，i no r d e rt ov e r i f yt h ec o n s i s t e n c yo ft h e i m p l e m e n t a t i o nu n d e rt e s to rt h es y s t e mu n d e rt e s t ，w em u s tc a r r yo nt h ec o n f o r m a n c e t e s to ft h ep r o t o c 0 1 o t h e r w i s e ，w ec a n tr e a l i z ett h er e a ls t a n d a r d i z a t i o no ft h e p r o t o c 0 1 o nt h eo t h e rh a n d ，f r o mt h ep o i n to fv i e wo ft h ep r o t o c o le n g i n e e r i n g ，t h e c o n f o r m a n c et e s ti sak e yt o o t h r o u g hf o r m a ls p e c i f i c a t i o nt e c h n o l o g y , t h ep r o t o c o l c o n f o r m a n c et e s ta n do t h e rp a r t so fp r o t o c o le n g i n e e r i n gc a l lb ec o m b i n e dt o g e t h e r o r g a n i c a l l y a tf i r s t ，t h i st h e s i se x p o u n d si p v 6a n dn e i g h b o rd i s c o v e r yp r o t o c o l ，a n de x p l a i n s t h er e l e v a n tt h e o r i e sa n dm e t h o d so ft h ep r o t o c o lc o n f o r m a n c et e s ti nd e t a i l t h e ni t p r o p o s e ss i m p l i f yt e s ts u i t el a n g u a g ef o rn e i g h b o rd i s c o v e r yp r o t o c o l ，a tl a s t ，i t d e s c r i b e st h es y s t e ms t r u c t u r ea n dt h ec o n c r e t ei m p l e m e n to fn e i g h b o rd i s c o v e r y p r o t o c o lc o n f o r m a n c et e s ts y s t e m ，a n dp r o v i d e sat e s tc a s et h a tt a k e sm i c r o s o f t w i n d o w ss e r v e r2 0 0 3e n t e r p r i s ee d i t i o na st h et e s t e do b j c o t k e y w o r d s ：n e i g h b o rd i s c o v e r yp r o t o c o l ；p r o t o c o l c o n f o r m a n c e t e s t ；f o r m a l s p e c i f i c a t i o nl a n g u a g e ；t e s ts u i t e 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：京军 签字日期：a 。护孓年6 月l 弓日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解南昌土学有关保留、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。本人授权南昌土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：嗜寻牛 签字日期：i o 芯年b 月j 弓日 学位论文作者毕业后去向 工作单位： 通讯地址： 导师签名 季遣反 签字日期：跏，阵月，日 电话： 邮编： 学位论文 1 1i p v 6 的产生背景 第一章引言 i p v 4 协议是2 0 世纪7 0 年代末期设计的，i n t e r n e t 取得如此飞速的发 展，i p v 4 居功至伟。但是，正因为全球i p 网络规模的不断扩大和用户数的迅速增 长，i p v 4 协议的局限性日益凸现，已经不能适应发展的需要，i p v 6 在这样的背景 下应运而生。 网络地址即将耗尽和路由表的急剧膨胀是促使i p v 6 产生的直接原因。此 外，i p v 6 还实现了i p 应用的扩展。在设计i p v 4 之时，互联网远不及今天的规模， 网络速度十分有限，网络功能也比较单一，主要是用来进行文本数据的传输。但是 随着w w 的出现和互联网曰益商业化的趋势，互联网在规模和应用上发生了革命 性的变化，图片、声音、图像，甚至触觉都已经进入了互联网，人们希望在分组交 换网络中传输这些业务具有实时特性，传统意义上的“尽最大努力”( b e s t e f f o r t ) 的传输已经很难满足要求；其次，随着互联网规模的不断扩大，网络安 全问题成为人们日益关注的焦点，人们希望有更加安全的网络性能来保障自己所 发出的信息不会被误传、截留或者监听；另外，随着移动通信技术的发展，人们希 望能够在任何时间任何地点同任何人进行通信，移动性早已成为人们对未来互联 网的重要期待，尽管i p v 4 还能够提供几亿个i p 地址，但是考虑到移动终端用户 数成指数增长，它绝对不是一个合适的解决方案，而i p v 6 将是实现这一服务的关 键，不久的将来，当每个人都要携带一个或多个移动终端时，i p v 6 将可以为所有 的移动终端提供惟一的i p 地址。为了满足上述要求，设计出一个全新的互连网络 协议来支持i n t e r n e t 的迅猛发展势在必行。 i e t f 的i p n g ( 下一代因特网协议) 工作组从1 9 9 2 年开始工作，接收最早的下 一代互联网协议提案，于1 9 9 4 年9 月提出草案“t h er e c o m m e n d a t i o nf o rt h ei p n e x tg e n e r a t i o np r o t o c o l ”，到1 9 9 5 年底终于正式确定了i p v 6 基础协议，该基 础协议在1 9 9 8 年又作了较大的改动。直到现在，i e t f 仍是i p v 6 标准制定工作的 主体。但是越来越多的国际标准化组织由于i p v 6 的重要性和对下一代网络的巨 大影响而加入i p v 6 标准的制定行列。尤其是第三代移动通讯“全ip i ，解决方案 的提出，i p v 6 已成为互联网和移动通信网的公用基本协议，而且移动通信行业可 邻居发现协议一致性测试系统( n d p c t $ ) 的研究与实现 能最早也是最大的受益方之一。正因为如此，对国际标准化组织而言，除了i e t f 继续完善与i p v 6 有关的标准外，3 g p p 与i t u - t 也成立了相应的工作组来制定与 i p v 6 相关的标准。 1 2 开展邻居发现协议一致性测试研究的意义 测试是一个试图通过验证的方法找出错误的过程。随着计算机网络的发展， 特别是开放型异构网络的迅猛发展，协议测试理论和技术的研究越来越重要，已 经成为国际上计算机网络研究的热点之一。在计算机网络中，每一个计算机系统； 都必须完整正确地实现协议所规定的功能，只有这样才能确保与其它计算机系统 实现正确的、高效的通信。协议测试正是用来对各种协议实现进行判别，其派生 于软件测试，是一种黑盒测试，即功能测试，它依据协议标准来控制观察被测协议 实现的外部行为，对被测协议实现进行测试。协议1 钡4 试主要有四种类型：一致性测 试( c o n f o r m a n c et e s t i n g ) 、互操作性测试( i n t e r o p e r a b i l i t yt e s t i n g ) 、性 能测试( p e r f o r m a n c et e s t i n g ) 和强健性测试( r o b u s t n e s st e s t i n g ) 。其中， 一致性测试主要是测试协议实现是否严格遵循相应的协议标准，它是其它三种测 试的基础；互操作性测试关注的是对同一个协议标准，不同协议实现之间的互连 通问题；性能测试是判别一个协议实现的性能特性是否符合协议说明：而强健 性测试则是检测协议实现在各种恶劣环境下的运行能力。 在i s 0 9 6 4 6 的指导下，许多组织和研究机构在电信协议的一致性测试上进行 了大量的工作，并取得了丰硕的成果。但是，随着互联网技术的崛起，对i n t e r n e t 协议进行一致性测试的需求提上了议事日程，同时也给协议一致性测试工作提出 了新的挑战。在对i n t e r n e t 协议进行一致性测试时，必须针对i n t e r n e t 具体协 议的具体特点，对原有理论和方法进行调整。 作为下一代网络协议的标准，i p v 6 的发展势头如火如茶，对i p v 6 的各项研 究已经在全球范围内广泛开展和实旋。在网络设备方面，国外厂商早已走在前列， 欧美厂商包括思科，j u n i p e r ，在i o s 和硬件上对i p v 6 的支持程度都很高，而 日韩厂商如富士通、日立，因为对i p v 4 的轻车熟路，在对i p v 6 设备的支持方面 相对成熟。国内厂商像中兴，华为，港湾在i p v 6 设备上起步虽然晚，但是却后 发先至，如华为2 0 0 4 年1 0 月份已有终端产品得到信息产业部传输研究所的入网 2 学位论文 测试。在软件方面，微软的各大操作系统( 如w i n d o w sx p ，w i n d o w s2 0 0 3 ) 对i p v 6 都有不同程度的支持。其它i p v 6 的应用软件和接入软件也在不断成熟。这一切 标志着i p v 6 的商用实验正在不断地贴近实用阶段。 i p v 6 为i n t e r n e t 勾勒出了美好的前景。目前已经被i e t f 标准化的i p v 6 协 议包括：i p v 6 基本描述协议( i p v 6s p e c i f i c a t i o np r o t o c 0 1 ) ，i c m p v 6 ，邻居发 现协议( n e i g h b o rd i s c o v e r yp r o t o c o lf o ri p v 6 ) ，自动配置协议 ( a u t o c o n f i g u r a t i o n ) 等等。全部的i p v 6 协议及相关标准均以文本形式给出， 由于其固有的模糊、二义性的缺点，不同的i p v 6 协议生产厂商对于同一标准的理 解会不尽相同，因而生产出的协议实现产品或系统也会有所差别。随着越来越多 的i p v 6 产品面世，i p v 6 实现与协议标准之间的一致性问题目益严重。因此，对 i p v 6 协议的具体实现进行一致性测试势在必行。 邻居发现协议作为i p v 6 大家庭中的一个基本组成部分，在各种i p v 6 的具体实 现上都必须得到支持和实现。因此，对邻居发现协议进行一致性测试的研究意义 深远： 不同的厂家对邻居发现协议可以有不同的实现，但是所有的实现都应该与邻 居发现协议的标准文本( r f c 2 4 6 1 ) 相一致，这样才能保证在使用i p v 6 协议的因 特网上的所有节点之间实现通信。否则，即使是理解上的细微差异以及实现方式 上的不同、实现性能上的差别，都可能导致不同的协议实现互操作的困难。在这 种情况下，一旦应用i p v 6 协议的因特网上的所有节点使用来自不同厂家的系统时 就会出现由于不一致性造成的兼容性问题，这必将制肘i p v 6 的发展。而一致性测 试就是用来检验协议的具体实现是否与协议的标准文本相一致的：一方面，协议 的实现厂家可以用其测试自身的产品，以保证自己的产品与标准文本相一致；另 一方面，用户可以用其测试不同厂家的产品，以期对各种产品有个直观的比较。因 此邻居发现协议一致性测试系统对于规范i p v 6 的发展是有益的，而且是必需的。 此外，如果能实现一个较为完善的邻居发现协议一致性测试系统，可以起到抛砖 引玉的作用，借鉴该系统在研究和开发过程中的一些经验和技术，开发出针对 i p v 6 其它协议的一致性测试系统，甚至可以把这些子系统整合成一个完整的i p v 6 协议一致性测试系统，以实现对i p v 6 的全面测试。 国际上，日本的t a h i 、芬兰的爱立信、美国新罕布什尔大学的i o l ( 互操作 邻居发现协议一致性测试系统( n d p u t $ ) 的研究与实现 性试验室) 等公司或研究机构在i p v 6 协议的一致性测试方面走在了前列，但他们 的测试局限性较大，对协议的具体实现有许多的限制，这些都使得它们开发的测 试平台是一种专用的平台，外人很难用它们来进行测试。在国内，中科院计算技 术研究所与诺基亚公司合作，致力于研究出自己的测试方法，开发出自己的测试 工具，对i p v 6 各标准化协议实现进行一致性测试，并已取得了一定的研究成果，成 功的对u n i xi p v 6 实现( l i n u x ，f r e e b s d ，s o l a r i s ) 进行了测试。因此，结合当前国 内# b i p v 6 协议一致性测试的发展状况，本课题的创新点主要在于将测试对象定位 于w i n d o w s 操作系统( m i c r o s o f tw i n d o w ss e r v e r2 0 0 3e n t e r p r i s ee d i t i o n ) ， 而不是传统的u n i xi p v 6 实现。此外，针对邻居发现协议的特点，本课题将以树表 结合表示法t t c n 为参照，并结合中科院计算技术研究所的t s s ，定义一种简单、高 效的形式化描述语言来描述邻居发现协议的测试集。 1 3 论文结构和章节安排 本文共分六章。第二章首先对i p v 6 协议进行了简单说明，然后重点介绍了邻 居发现协议。第三章阐述了协议工程学，协议一致性测试的基本理论和方法。第 四章介绍了形式化描述语言，重点介绍了树表结合表示法t t c n 及简化的测试集 描述语言s t s l 。第五章介绍了邻居发现协议一致性测试系统n d p c t s 的体系结构 和具体实现，并给出了一个实例加以说明。第六章总结了本课题所完成的工作， 并展望了未来的扩充。 学位论文 第二章i p v 6 及其邻居发现协议 2 1i p v 6 协议的改进 i p v 6 协议设计的重要原则是：推出的新一代i p 协议不应和现在运行的协议 有很大的差别，无法支持反向兼容功能的协议将不能满足产业界的需要。因 此，i p v 6 协议充分考虑到了用户现在和未来的各种应用需求，对i p v 4 采取了批判 吸收的策略。但是，与i p v 4 相比，i p v 6 依然有许多改进之处： 2 1 1 网络地址空间的极大扩展 i p v 6 的地址规模从i p v 4 的3 2 b i t 扩展到1 2 8 b i t ，也就是说，理论上i p v 6 拥 有2 协议地址空间，即： 3 4 0 ，2 8 2 ，2 6 6 ，9 2 0 ，9 3 8 ，4 6 3 ，3 7 4 ，6 0 7 ，4 3 1 ，7 6 8 ，2 1 1 ，4 5 6 这是一个巨大的地址空间。因此，采用i p v 6 地址后，不仅每个人可以拥有一 个i p 地址，而且这个i p v 6 地址很可能就像现在的身份证一样为用户终身使用， 作为个人的标识之一。甚至未来的手机、电视、空调、微波炉等每一台信息家电 设备都能分到一个i p 地址，而一个人拥有成百上千台个人计算终端也是很正常 的一件事。这些未来的美好设想都来源于i p v 6 较之i p v 4 有远为巨大的地址空间1 2 1 2 增强的安全性操作 i p v 4 协议中存在一系列安全性漏洞，应用程序只能通过本身的私有性和认证 性操作机制完成安全性操作。为了加强互联网的安全性，从1 9 9 5 年开始，i e t f 研 究制定了一套用于保护i p 通信的i p 安全( i p s e c u r i t y ，i p s e c ) 协议。i p s e c 是 i p v 6 的一个有机组成部分，是i p v 6 协议族的一个子集，对于所有i p v 6 网络结 点，i p s e c 是强制实现的，不像在i p v 4 中只是一个可选扩展协议。 i p v 6 协议族定义了有关安全性的基本信息，提供了两种安全机制：认证和加 密。认证机制目的在于使i p 通信的数据接受方能够确认数据发送方的真实身份， 以及数据在传送过程中是否遭到改动。加密机制则通过对数据进行编码来保证数 竺壁垄翌堡堡二鍪堡型蔓至竺! ! ! ! ! 至! 塑堡茎兰壅翌 据的机密性，以防数据在传送过程中被他人截获而失密。i p v 6 协议的扩展报头之 一的认证报头( a u t h e n t i c a t i o nh e a d e r ，a h ) 定义了认证的应用方法，另一个扩 展报头封装安全负载( 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 d ，e s p ) 定义了加密和可 选认证的应用方法。在实际进行i p 通信时，可以根据实际的安全需要同时使用这 两种安全协议或选择单独使用其中的一种。a h 扩展报头和e s p 扩展报头都可以 提供认证服务，不过，a h 提供的认证服务要强于e s p 。 所以，一个i p v 6 的端到端传送在理论上至少是安全的，传送过程中对端的验 证、核对，以及数据的加密保护使得敏感数据可以在i p v 6 网络上安全地传递。而 且全球唯一的地址可以清楚地标识每个结点，并避免了n a t ( 网络地址转换) 对 端到端安全性的破坏。 2 1 3 更高的寻径效率 i p v 4 通过无类别域问路由( c l a s s l e s si n t e r d o m a i nr o u t i n g ，c i d r ) 技 术大大减缓了i p 网络地址的消耗速度。同时，对网络路由器中路由表的极度膨胀 进行了很好的抑制，从而使互联网中路由选择表得以大大减小，并直接增强了其 可扩展性。但是，在网络路由的寻径效率方面却不尽人意。 而i p v 6 通过对网络i p 地址的层次化划分，减少了路由器中路由表的规模， 从而减少了路由器中存储器的数据容量和相应的c p u 开销，也必然地提高了查表 和转发i p 分组的速度。 2 1 4o o s 功能 基于i p v 4 的i n t e r n e t 在设计之初，只有一种简单的服务质量，即采用“尽最 大努力”( b e s te f f o r t ) 传输，从原理上讲服务质量q o s 是无保证的。早期的网 络应用，如文本传输，静态图像的传输对q o s 也并无严格要求。但是，随着 i n t e r n e t 的飞速发展，多媒体业务在i p 网上迅速普及，而这类应用( 如i p 电话、 v o d 、电视会议等) 对传输延时、延时抖动等特性非常敏感。 针对上述情况，i p v 6 做出了改进，利用基本报头中的8 b i t 通信流类型 ( t r a f f i cc l a s s e s ) 和2 0 b i t 的流标识( f l o wl a b e l ) 来确保所必需的带宽， 以保证可靠的实时报文传递。由通信流类型字段，首先区分两大通信流类型，即受 6 学位论文 拥塞控制的( c o n g e s t i o n c o n t r o l l e d ) 通信流和不受拥塞控制的 ( n o n c o n g e s t i o n c o n t r o l l e d ) 通信流，然后再进一步确定这两类中各自的优先 级。网络系统发送受拥塞控制的通信流时，该字段将不断地监控网络的拥塞状况。 信源结点若检测出有拥塞情况，就放慢操作，减少送入网络的通信流量。相关的网 络系统可以通过放慢操作来缓解拥塞状态。而i p v 6 基本报头中的流标识字段则 用于识别数据流身份。利用该字段，i p v 6 允许网络用户对通信质量提出要求。路 由器可以根据字段标识出同属于某一特定数据流的所有报文，并按需对这些报文 提供特定的安排处理。由于数据流身份信息包含在i p v 6 基本报头中，因此，即使 是经过i p s e c 加密的数据报文也可以获得q o s 支持。 2 1 5p l u g p l a y 功能 在i p v 4 中，很多时候还是由手工配置主机i p 地址，尤其对于那些不熟悉网 络技术的门外汉或初学者而言，是一件既费时又生涩的事情。就算是那些计算机 从业者，在面对大型网络中管理分配给主机的静态i p 地址同样是一件艰难的任 务，尤其当主机i p 地址需要经常改动的时候，更不胜其烦，而且很容易出错。 而在i p v 6 中，因为发展了许多技术，比如：邻居发现( n e i g h b o u r d i s c o v e r y ) 、结点自动配置( a u t o c o n f i g u r a t i o n ) 、路由宣告( r o u t e r a d v e r t i s e m e n t ) 、路由器请求( r o u t e rs o l i c i t a t i o n ) 、组成员资格查询( g r o u p m e m b e r s h i pi n q u i r e ) 、最大传输单元发现( m t ud i s c o v e r y ) 等，并通过这些新 技术实现了i p v 6 网络的自动发现及其自动配置等诸多功能，从而简化了网络的 配置、维护和管理。 下面，以无状态自动配置( s t a t e l e s sa u t o c o n f i g u r a t i o n ) 为例，对自动配 置服务做一简单说明： 使用无状态自动配置( s t a t e l e s sa u t o c o n f i g u r a t i o n ) ，不需要人工配制 就可以配置或改变网络中所有主机的i p 地址。比如，当某个企业更换了其联入互 联网的i s p 时，将从新的i s p 机构处得到一个新的可聚合全局地址前缀。i s p 机 构把这个地址前缀从它的路由器传送到企业路由器上。由于企业路由器将周期性 地向本地链接中的所有主机进行该路由器宣告，所以，该企业网络中所有主机都 将通过路由器公告收到新的地址前缀，此后，他们将会自动产生新的i p 地址来代 邻屠发现协议一致性测试系统( n d p c t s ) 的研究与实现 替原先的i p 地址。 2 。1 6 更好的移动性能 未来移动通信与互联网的结合将是网络发展的大趋势之一。移动互联网将成 为我们日常生活的一部分，改变我们生活的方方面面。它不仅仅是移动接入互联 网，并且提供一系列以移动性为核心的多种增殖业务：查询本地化设计信息、远 程控制工具、无限互动游戏、购物付款等。 移动i p v 6 ( m i p v 6 ) 在新功能和新服务方面可提供更大的灵活性。每个移动 设备设有一个固定的家乡地址( h o m ea d d r e s s ) ，这个地址与设备当前接入互联 网的位置无关。当设备在家乡以外的地方使用时，通过个转交地址( c a r e o f a d d r e s s ) 来提供移动节点当前的位置信息。移动设备每次改变位置，都要将它的 转交地址告诉给家乡地址和它所对应的通信节点。在家乡以外的地方，移动设备 传送数据包时，通常在i p v 6 报头中将转交地址作为源地址。 移动节点在家乡以外的地方发送数据包时，使用一个家乡地址目标选项。目 的是通过这个选项把移动节点的家乡地址告诉给包的接收者。由于在该数据包里 包含家乡地址的选项，接收方通信节点在处理这个包时，就可以用这个家乡地址 替换包内的转交地址。因此发送给移动节点的i p v 6 包，就透明地路由到该节点 的转交地址处。对通信节点和转交地址之间的路由进行优化，就会使网络的利用 率更高。 尽管i p v 4 中也存在移动协议，但二者之间存在着本质的区别：移动i p v 4 协 议不适用于数量庞大的移动终端。移动i p 需要为每个设备提供一个全球惟一的 i p 地址，i p v 4 没有足够的地址空间可以为在公共互联网上运行的每个移动终端 分配一个这样的地址；从另一个角度讲，移动i p v 6 能够通过简单的扩展，满足 大规模移动用户的需求。这样，它就能在全球范围内解决有关网络和访问技术之 间的移动性问题；另外，i p v 4 协议中对移动性的支持不是强制的，而移动i p v 6 是i p v 6 协议中不可或缺的部分，所有i p v 6 的实现都必须支持移动性。 与现有移动网能力相比，以i p v 6 为基础的下一代移动网络的主要特征体现 在通用移动性。这首先表现在终端的类型远不仅仅是手机，且可能涉及的接入手 段和技术也是多种多样的；其次，既有在运动过程中需要保持通信的用户( 真正 学位论文 意义上的移动通信) 也有仅需支持漫游但不要求移动中通信的用户( n o m a d i c ) ；再 者存在终端可能需要在支持移动接入的网络和支持固定接入的网络之间切换的 要求，包括异构网络环境下支持全球移动性。上述要求称为通用移动性，它包括 终端移动性与个人移动性及它们的组合，即翊户可以从任何地方的任何接入点和 接入终端获得在该环境下可能得到的业务( 包括第三方提供的业务) ，不论在何处 接入，用户有着相同的业务感受和操作，这些接入能力仅受所在网络的条件或需 要事先预约的限制。满足上述通用移动性的要求意味着通信实现个人化，用户可 以只使用同一个地址便可实现在不同位置不同的终端上接入不同的业务，至于在 哪种终端上接受和发出呼叫则基于用户的习惯和其当前所处状态。 总之，对于移动网络而言，i p v 6 的优势将得到充分的体现。i p v 6 不仅可以 为每一个移动终端提供了固定的i p 地址，而且提供了人与人、人与物乃至于物 与物之间的通信可能。基于固定的i p 地址，各种丰富的端到端的移动应用便会 层出不穷。支持i p v 6 的下一代网络终端，尤其是移动智能终端将成为未来信息 终端的主流。 2 2i p v 6 寻址 2 2 ii p v 6 的地址空间 2 0 世纪7 0 年代末，当i p v 4 地址空间被设计出来以后，人们从来不曾想到过 它会被用完。然而，由于技术的变革，也由于实际分配i p 地址时并没有预料到 i n t e r n e t 上的主机会爆炸式的增长，导致了i p v 4 地址空间的消耗一到了1 9 9 2 年， 就迫切需要寻找一种新的方法来替代i p v 4 。 在采用i p v 6 的情况下，地址空间被耗尽的可能性几乎就不存在了，设计这种 包含较多地址的i p v 6 地址空间能更好地把路由域名划分出层次结构，并更好地 反映出现代i n t e r n e t 的拓扑结构。分配给一台典型的i p v 6 主机接口的1 2 8 位 i p v 6 地址是由两部分组成的：一部分是6 4 位的子网标识符，另一部分是6 4 位的 接口标识符( 即在一个i p v 6 地址中，一半是子网空间，另一半是接口空间) 。6 4 位的子网标识符留出了足够的空间，以满足3 个不同级别的i s p ( 这3 个级别的 i s p 位于您的机构和i n t e r n e t 骨干网络之间) ，以及您的机构的地址需求。6 4 位 9 邻居发现协议一致性测试系统( n i d p c t s ) 的研究与实现 的接口标识符可适用于当前和未来的链路层m a c ( 媒体访问控制) 地址映射。 i p v 6 当前的地址分配与i p v 4 地址空间的划分准则相似一依次准则，i p v 4 的 地址空间被划分为单播地址( 使用i n t e r n e t 地址分类) 和多播地址，i p v 6 地址 空间也是基于地址中高位的值来进行划分的。高位和它们的固定值被称为格式前 缀( f p ) 。 表2 1 列出了r f c 2 3 2 7 中定义的，按照f p 进行划分的i p v 6 地址空间： 分配前缀 占地址空间的百分率 保留 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 5 6 未分配 0 0 0 00 0 0 l l 2 5 6 为n s a p 地址保留 0 0 0 00 0 1 1 1 2 8 为i p x 地址保留 0 0 0 00 1 01 1 2 8 耒分配 o o o oo l l 1 1 2 8 未分配 0 0 0 01 1 3 2 未分配 0 0 0 1 1 1 6 可聚集的全球单播地址 0 0 1 1 8 未分配 0 1 0 1 8 未分配 0 1 1 1 8 未分配 1 0 01 8 未分配 1 0 1 1 8 未分配 1 1 0 1 8 未分配 1 1 l o 1 1 6 未分配 1 1 1 lo 1 3 2 未分配 1 1 1 11 0 1 6 4 未分配 1 1 1 l1 1 0 1 1 2 8 未分配 l l l l1 1 1 0 01 5 1 2 链路本地单播地址 1 l l l1 1 1 01 0 1 1 0 2 4 站点本地单播地址 1 1 1 11 1 1 01 l 1 1 0 2 4 组播地址 1 1 1 11 1 1 1 l 2 5 6 表2 1i p v 6 地址空间的划分 1 0 学位论文 2 2 2i p v 6 地址文本表示法 由于地址过长，传统的二进制表示法和点分十进制表示法无法简洁有效表示 i p v 6 地址。因此，i p v 6 地址通常使用冒号十六进制表示法和地址前缀表示法： ( 1 ) 冒号十六进制表示法 i p v 6 的1 2 8 位地址按每1 6 位划分为一个位段，每个位段被转换为一个4 位 的十六进制数，并用冒号隔开，这种表示法称为冒号十六进制表示法( c o l o n h e x a d e c i m a l ) ，即为x ：x ：x ：x ：x ：x ：x ：x 表现形式，其中，x 是8 个1 6 位地址段的 十六进制值。例如： f b e 4 ：a c 6 5 ：1 2 4 5 ：3 3 9 2 ：b 2 c 3 ：6 c d o ：5 b c 9 ：0 1 3 2 1 3 2 0 ：0 0 0 0 ：0 0 0 0 ：0 0 0 0 ：0 0 1 2 ：a 4 3 7 ：b d 8 6 ：0 6 3 a 此外，冒号十六进制表示法还有另外两种表现形式： a i p v 6 地址的压缩表示 有些类型的i p v 6 地址中包含了一长串0 。为了进一步简化i p v 6 的地址表达， 在一个以冒号十六进制表示法表示的i p v 6 地址中，如果几个连续位段的值都为 0 ，那么这些0 就可以简记为：，称为双冒号法( d o u b l ec o l o n ) 。例如 1 3 2 0 ：0 0 0 0 ：0 0 0 0 ：0 0 0 0 ：0 0 1 2 ：a 4 3 7 ：b d 8 6 ：0 6 3 a ，可以简记为 1 3 2 0 ： o o l 2 ：a 4 3 7 ：b d 8 6 ：0 6 3 a 。 b i p v 4 与i p v 6 地址的混合表示 在i p v 6 协议应用的初始阶段，i p v 4 与i p v 6 地址必将大量共存，于是，在这种 情况下，如何更适当、有区分地表达i p v 6 地址就显得更加重要了，混合表示法无 疑能满足这种要求，其形式如下： x ：x ：x ：x ：x ：x ：d d d d 其中，x 仍然表示地址中6 个高阶1 6 位段的十六进制值，d 则是地址中4 个低 价8 位段的十进制值( 标准i p v 4 表示) ，例如：a c d e ：1 2 0 3 ：1 2 1 9 2 0 1 2 。 ( 2 ) 地址前缀的表示法 前缀是地址的部分，这部分或者有固定的值，或者是路由或子网的标识。用 作i p v 6 子网或路由标识的前缀，其表示方法与i p v 4 中的无类域问路由( c i d r ) 表示法是相同的。i p v 6 前缀用“地址前缀长度”表示法来表示，它只与路由及 地址范围相关，与单个的单播地址无关。 邻居发现协议一致性铡试系统( n d p c t s ) 的研究与实现 在i p v 4 中，可用于标识子网的位数是不确定的，因此就需要使用前缀长度来 区分子网i d 和主机i d 。然而，i p v 6 中不存在可变长度的子网标识，在当前已经定 义的i p v 6 单播地址中，用于标识子网的位数总是6 4 ，用于标识予网内主机的位数 也总是6 4 。因此在实际表示中，它们的前缀长度总是6 4 ，并不需要表示出来。例 如，根据子网和接口标识平分地址的原则，i p v 6 单播地址 f e c o ：2 a c 4 ：2 a a ：f f ：f e 9 a ：b 2 d 4 ，就表明其子网标识是f e c o ：0 ：0 ：2 a c 4 ：6 4 。 2 2 3i p v 6 地址的类型 i p v 6 地址按照其传输类型可分为三种，即单播地址( u n i c a s ta d d r e s s ) 、 组播地址( m u l t i c a s ta d d r e s s ) 和任播地址( a n y c a s ta d d r e s s ) 。 ( 1 ) 单播地址( u n i c a s ta d d r e s s ) 单播地址是每个网络接口的唯一的标识符，多个接口不能分配相同的单播地 址，带有同样目的地地址的数据包被发往同一个节点。i p v 6 支持3 种单播地址： 基于网络供应商的单播地址：i s p 分配给一个企业的网络地址，这些地址可为 企业中任意用户提供全球唯一的i n t e m e t 地址，基于网络供应商的单播地址非常便 于广域网络集成。1 p v 4 协议簇中的c i d r 协议可作为这种地址分配方式特殊例 子。 基于站点的本地单播地址：这类地址用于分配在分离的内部企业网络中的网 络设备，这些企业在将来可方便加入到i n t e m e t 网络中，而不会增加附加的修改机 制。基于站点的本地单播地址只需经过网络供应商的修改即可非常方便地修改成 的全球难一的i p 地址。 基于链路的本地单播地址：这类地址用于单一传输链路上的个体接入用户， 例如通过电话线或无线方式接入的移动笔记本。 ( 2 ) 组播地址( m u l t i c a s ta d d r e s s ) i p v 6 组