（计算机应用技术专业论文）基于ipv6的协议测试方法的研究.pdf

摘要 i p v 6 协议是i p v 4 协议的改进版本，是下代i n t e r n e t 主干协议的主要候选 者。协议是网络的灵魂，正确、有效的协议是网络赖以生存和发展的决定因素。 协议测试技术是协议正确实现以及不同网络产品之问正确互通互联的重要手段。 目前的协议测试可分为一致性测试、互操作性测试和性能测试。其中一致性测试 是协议测试的基础。当前对于i p v 6 协议的测试的需求正在变得迫切，同时对于 i p v 6 相关应用的研究也日益高涨。 本文对i p v 6 的关键协议进行了深入的研究，阐明了i p v 6 核心协议的测试需 求和目的。对于当前国内外的协议测试技术和现状进行了整理总结，找到了目前 对基于i p v 6 的协议测试方法的局限性，并在此基础上提出了i p v 6 核心协议一致 性测试的分布式测试方法模型。在分布式测试方法模型基础上设计了一种基于并 发t t c n 的分布式i p v 6 测试系统，并利用并发t t c n 编写了相应测试集、给出了 测试结果分析。主要内容包括： 1 协议测试理论和分布式i p v 6 测试系统的构造。 本文在深入理解i p v 6 协议族的基础上，分析比较了多种协议测试方法模型， 提出了一种可行的协议一致性测试方法分布式测试方法，并且提出了基于并发 t i c n 的协议测试抽象模型构造。论文中较详细的介绍了分布式i p v 6 测试系统的 设计与实现，并着重说明了其中分布式消息队列模块的设计与实现。 2 i p v 6 一致性测试集的设计实现。 本文根据i p v 6 核心协议一致性测试的需求和测试目的，在协议一致性测试 结构和方法基础上，采用并发t t c n 概念模型，详细阐述了i p v 6 核心协议一致性 测试集的设计与实现。该测试集具有较好的可读性、可移植性和可维护性等特点。 3 虚拟逻辑测试结构实验环境的组建及i p v 6 核心协议测试集结果分析。 本文最后提出了一种虚拟逻辑钡8 试结构模型，能有效的模拟实现现实网络测 试环境。同时根据一致性测试集和并发t t c n 技术，对测试结果进行了对比分析， 并且较为详细的描述了其中某些测试例的结果报告。并对基于i p v 6 的协议测试 方法作了展望。 关键词：i p v 6 ；协议测试；一致性测试； 分布式测试：t t c n 。，。，。，。耋墼兰垄垒耋些箜鍪圣。，。一 a b s t r a c t i p v 6i st h ee n h a n c e dv e r s i o no fi p v 4 a n di ti sa l s ot h em a i nc a n d i d a t e b a c k b o n ep r o t o c o lo ft h en e x tg e n e r a t i o ni n t e r n e t p r o t c o l sa r et h es o u l o fn e t w o r k sa n dt h e i rc o r r e c ti m p l e m e n t a t i o n sa r ec r u c i a lf o rt h eg o w t h o fn e t w o r k s p r o t o c o l t e s t i n g i st h em a i nm e t h o dt o g u a r a n t e et h e s o u n d n e s so f p r o t o c o l i m p l e m e n t a t i o n a n de n s u r et h ec o r r e c t i n t e r c o m m u n i c a t i 0 1 3b e t w e e nd i f f e r e n tn e t w o r kd e v i c e s i tc o n s i s t so f c o n f o r m a n c et e s t i n g ，i n t e r o p e r a b i li t yt e s t i n ga n dp e r f o r m a n c et e s t i n g a n dc o n f o r m a n c et e s t i n gi st h eb a s i so fa 1 1t h ep r o t o c o lt e s t i n g w i t h t h ee x p l o s i v eg o w t ho fr e s e a r c ho na p p l i c a t i o n sr e l a t e dw i t hi p v 6 ，t h e p r o t o c o lt e s t i n go ni p v 6i sb e c o m i n gu r g e n tn o w 1 nt h i st h e s i s t h ec o r ei p v 6p r o t o c o l sa r ea n a l y z e da n de x p l o r e d ， a n dt h ec u r r e n ts i t u a t i o no fp r o t o c o lt e s t i n gi ss u m m a r i z e df r o mh o m e a n da b r o a da l s o ，f r o mw h i c hs o m ei n s u f f i e i e n c i e sa r ep o i olo u t t h e na d i s t r i b u t e dt e s tm e t h o dm o d e li sp r o v i d e df o rt h ec o r ei p v 6p r o t o c o l s o n t h eb a i so ft t c n ，t h es t r u c t u r eo fd i s t r i b u t e di p v 6t e s ts y s t e ma n dt h e r e l a t e dt e s ts u i t ea r ed e s i g n e d ，t h er e s u l ta n a l y s i so ft h et e s tc a s ei s g i v e n t h em a i nc o n t r i b u t i o na n dc o n c l u s i o na r es u m m a r i z e da sf o l l o w s ： 1 t h ep r o t o c o lt e s t i n gt h e o r ya n dt h es t r u c t u r eo ft h ed i s t r i b u t e d i p v 6t e s t s y s t e m t h i st h e s i sa n a l y s i st h ee x i s t i n g p r o t o c o lt e s t i n g m e t h o da n d p r o v i d e s w i t h af e a s i b l e t e s t i n g m e t h o d o fc o n f o r m a n c e t e s t i n g 一一d i s t rj b u t e dt e s tm e t h o d i t a l s op r o p o s e st h es t r u c t u r eo fa a b s t r a c tm e t h o db a s e do nc o n c u r r e n tt t c n t h ed e s i g na n dr e a l i z a t i o no f t h ed i s t r i b u t e di p v 6t e s t i n gs y s t e mi sd i s c u s s e di nd e t a i la n dt h ed e s i g n a n dr e a li z a t o no fd i s t r i b u t e dm e s s a g eq u e u em o d u l ei se m p h a s i z e d 2 t h ed e s i g na n dr e a l i z a t i o no ft h ei p v 6c o m f o r m a n c et e s ts u it i i - t h i st h e s i se x p l a i n st h ed e s i g na n dr e a li z a t i o no ft h ec o n f o r m a n c e t e s ts u i to ft h ec o r ei p v 6p r o t o c o l si nd e t a i lw i t ht h ec o n c u r r e n tt t c n m o d e l ，w h i c hi s i na c c o r d i n gt ot h ed e m a n da n dt e s t i n gp u r p o s eo f c o n f o r m a n c et e s t i n go fc o r ei p v 6p r o t o c o l s ，a sw e l la sb a s e do nt h e s t r u c t u r ea n dm e t h o do fc o n f o r m a n c e t e s t i n g i t h a s r e a d a b i l i t y ，p o r t a b i l i t ya n dm a i n t a i n a b i l i t y 3 b u i l d i n gu pav i r t u a ll o g i c a lt e s tm o d e la n dt h ea n a l y s i so ft h e t e s tr e h s to ft h et e s ts u i to fc o r ei p v 6p r o t o c o l s a tt h el a s tp a r to ft h i st h e s i sav i r t u a ll o g i c a lt e s tm o d e li sb u i l d u pw h i c hc a nw o r k e da st h er e a ln e t w o r ke n v i r o n m e n t a n d ac o m p a r a t i v e a n a l y s i so ft h et e s tr e s u l tb a s e do nc o n f o r m a n c et e s ts u i ta n dc o n c u r r e n t t t c nt e c h n i q u e i ta l s oe x p l a i n ss o m et e s tc a s e sr e s u l tr e p o r ti nd e t a i l a o u t l o o ko ft h ep r o t o c o lt e s t i n gb a s e do ni p v 6t e c h n i q u ei sa l s oi n c l u d e d k e yw o r d s ：i p v 6 ：p r o t o c o lt e s t i n g ：c o n f o r m a n c et e s t i n g d i s t r i b u t e dt e s t i n g ：t t c n - 1 1 1 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，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，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构 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了谢意。 签名：起堡壶，日期： 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：连马鱼= 导师签名 日期：山丽e , j - 影 痧一 盈 第1 章绪论 1 1 课题研究的背景和意义 在计算机网络的发展历程中，协议一直处于核心地位。从a r p a n e t 发展到 i n t e r n e t ，其关键环节就是形成了国际标准化的协议。协议是计算机网络和分布 式系统中各种通信实体之间相互交换信息所必须遵守的一组规则，就像是一种语 法规则，是构建网络的基石。1 9 8 4 年，国际标准化组织i s o 提出了开放式系统 互连i s o o s i 参考模型。1 9 8 3 年1 月1 曰，t c p i p 被宣布为i n t e r n e t 上唯一正 式的协议，为i n t e r n e t 的发展铺平了道路。 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 试验网，1 9 7 3 年开发出了基于t c p i p 协议的i p v 4 原型，经过三次修订于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 取得了巨大成功，但从1 9 9 0 年开始t c p i p 专家们就已经察觉出了它潜在的三大危机 l 、地址资源紧张 i n t e r n e t 能提供的i p 地址数是由i p 数据报头中地址域的长度决定的。i p v 4 的i p 地址域位数是3 2 位，可提供2 ”个i p 地址。但按网络规模将i p 地址划分 成a 、b 、c 三类后，则实际可用的地址总数显著减少，随着连接到t n t e r n e t 上 包括主机在内的各种设备的迅速增加，现有的i p 地址资源面临着很快被用光的 局面。 2 、网络号匮乏 在i p v 4 中，a 类网络只有1 2 6 个，每个能容纳l 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 力i 余个，但每个只 能容纳2 5 4 个主机。随着i s p 的剧增，这三类地址很快会被占满，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 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。随着i s p 数目的增长，路由器数目也飞速增加，相应地，决定数据传 输路由的路由表也就不断加大。庞大的路由表不仅增加了路由器的工作量，而且 降低了i n t e r n e t 服务的稳定性，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。 i p v 6 针对i p v 4 的缺点进行了改进，它主要从地址管理方案，地址头部的简 化和可扩展性，安全性，服务质量，移动性，寻址路由和i c m p 等方面进行了优 化和改进。i p v 4 的三大潜在危机决定了i p v 6 的发展趋势势不可挡，i p v 6 终将会 成为下一代互联网络的核心。目前世界和国内都在关注和致力于i p v 6 的研究和 发展及其应用推广，这正给了本课题的研究提供了良好的环境。 协议是计算机网络的核心和灵魂，对协议实现的测试是保证计算机网络正 确、高效和稳定运行的重要手段。协议测试同时也是各种网络设备入网前的基础 测试。是保证不同网络产品的协议实现正确通信的有力保证。对i p v 6 实现进行 测试研究，能够发现协议实现和协议文本要求之间的不一致性，能够发现协议实 现的互操作能力和性能问题，这些都对将来全面推广和部署i p v 6 具有重要影响。 另外，i p v 6 本身所具有的分布式、异构性和移动性等新特性也对现有的测试理 论、方法和技术提出了挑战。所以，对于i p v 6 协议的验证测试工作就显得尤为 。墼些鐾型鎏垡垒丝。，。一 重要。i p v 6 核心协议指的是所有i p v 6 节点都必须要实现的几个协议：i p v 6 基本 描述协议、i c m p v 6 协议和i p v 6 地址体系结构。由于i p v 6 核心协议在i p v 6 协议 族中具有基础和重要的地位，是i p v 6 网络运行的必须部分，所以对于此核心协 议集的测试将是i p v 6 协议族测试的关键和基础。 1 2 i p v 6 协议测试国内外研究现状 1 2 1 i p v 6 协议测试国外研究现状 协议测试分为一致性测试、互操作性测试和性能测试三种。在i p v 6 一致性 测试研究方面，美国新罕布尔大学的i o l 实验室从1 9 9 6 年开始开发i p v 6 测试集， 目前已经完成的i p v 6 一致性测试集覆盖了i p v 6 的几个主要协议。他们使用的测 试软件并不是一个完整的i p v 6 实现，而是一个可以发送和接收报文的报文产生 器。而且他们公布的i p v 6 一致性测试集是用自然语言描述的，测试覆盖度也不 高。在1 9 9 8 年，日本东京大学、y d c 公司和y o k o g a w a 公司发起组织了对i p v 6 进行测试的t a h i 计划，目标是测试i p v 6 的一致性和互操作性。t a h i 计划采用 p e r l 脚本语言来定义测试例，用解释执行的方式执行测试例。t a h i 的i p v 6 一致 性测试集覆盖度比较大，测试目的覆盖率也比较高。有自己的测试系统。a g i l e n t 公司利用自己的网络测试仪对i p v 6 隧道协议，r i p n g 协议、b g p 4 + 、o s p f v 3 和 i s i s 等协议进行了一致性测试，但是测试例数目不多。i x i a 公司在l i n u x 系统 上用c 语占开发了自动网络验证函数库，并在此基础上开发了i p v 6 基本描述协 议的一致性测试集。 在互操作性测试研究方面，影响极为广泛的6 b o n e 计划提供了i p v 6 协议的 测试床。6 b o n e 通过隧道方式将世界上具有i p v 6 功能的“孤岛”连接起来，从 而提供的一个区域广泛的i p v 6 实现之间的互操作性测试环境。这种利用实践来 检验理论和产品的方法是一种行之有效的方法，但是很难定位错误和保证测试覆 盖度。美国新罕布尔大学的i o l 实验室十分关注不同厂商设备的互操作性问题， 目前已经完成并公布了i p v 6 主要协议多系统互操作性测试集和移动i p v 6 多系统 互操作性测试集，但是针对i p v 6 核心协议的互操作性测试例很少，使用的测试 语言同样也是自然描述语言。日本的t a h i 计划在互操作性测试方面也有进展， 他们用p e r l 脚本语言开发了i p v 6 互操作性测试集和相应的测试系统、测试工具 集。他们的测试集涵盖了i p v 6 基本描述协议、i p v 6 域名解析协议等协议。美国 国际标准与技术部n i s t 的i t l ( i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g yl a b o r a t o r a r y ) 对 s u n ，m i c r o s o f t ，c i s c o 等厂商的i p v 6 产品进行了互操作性测试，并为i p v 6 试验 床6 b o n e 提供了个检测平台。 在性能测试方面，a g i l e n t 公司在器网络测试仪上实现了i p v 6 流量生产、监 控、测试和分析软件，能够进行i p v 6 报文的捕捉和分析，从而分析i p v 6 路由器 的性能参数。其他诸如s p i r e n t 公司等也做了对i p v 6 路由器的吞吐量、丢失率 和延迟等参数指标的性能测试。 综上所述，在i p v 6 一致性测试方面研究较多的是i p v 6 基本描述协议、i c m p v 6 协议、隧道协议等的一致性测试。但是，其中针对i p v 6 核心协议的一致性测试 主要沿用了i p v 4 测试中的集中式测试方法，并且大多没有采用形式化的方法来 描述测试集，测试集的覆盖度也有待提高。在i p v 6 互操作性测试方面主要研究 集中在1 p v 6 协议实现之间的互操作性测试上，对于i p v 6 和i p v 4 实现之间的互 操作性测试研究较少，但是在目前i p v 4 向i p v 6 网络过渡时期，此种测试对于 i p v 6 和i p v 4 实现共存的现实是很有必要的。另外，由于在互操作性测试方面缺 乏足够的理论支持和测试方法，因此大多采用人工操作方式进行，测试例数目少， 测试集覆盖度低，远远不能满足互操作性要求。在i p v 6 性能测试研究方面主要 是第三方的商业化测试公司在做相关测试工作，研究领域也停留在简单的i p v 6 性能参数，如吞吐量等方面，对于路由器性能的狈0 试，如路由收敛速度等还没有 充分的研究。 1 2 2i p v 6 协议测试国内研究现状 中国政府对i p v 6 的整体发展思路是：积极跟踪，稳妥跟进，开展相关实验， 结合国情分步骤、分阶段地实施。在协议标准方面，中国的i p v 6 标准化工作已 经启动。在i p v 6 网络基础理论研究方面，国家“8 6 3 ”计划信息技术领域通信 技术主题已部署了包括高性能i p v 6 路由器基础平台及实验系统、高性能i p v 6 路由器协议软件、i p v 6 协议测试技术等重大专项在内的课题项目。在实践方面， 2 0 0 4 年3 月，中国第一个i p v 6 主干网c e r n e t 2 试验网正式宣布开通。其他 的一些i p v 6 试验网也在建设中。同时我国学术界的各科研院所、大专院校已经 开始积极跟踪i p v 6 技术并进行相关研究。但是，在i p v 6 协议测试方面，国内 相关的研究单位和研究领域比较落后，目前对协议测试的研究主要集中在国内的 几所高等院校和科研机构中。如国内的复旦大学对i p v 6 主机实现进行了一致性 测试的探索，给出了i p v 6 基本描述协议的一些测试例。内蒙古大学利用i o l t s ( i n p u t o u t p u tl a b e l l e dt r a n s i t i o ns y s t e m ) 对i p v 6 协议进行了形式化描述， 对i p v 6 基本描述协议、i c m p v 6 协议、邻居发现协议等2 4 个r f c 标准进行了一 致性测试生成，得到了t t c n 测试例。中科院计算所和n o k i a 公司合作，设计并 实现了一个i p v 6 协议一致性测试系统，对大量和i p v 6 相关的协议进行了测试。 此系统是建立在一种自定义的协议一致性测试集描述语言t s s ( t e s ts u i t s p e c i f i c a t i o nl a n g u a g e ) 基础上的，此语言比较便于测试人员编写和阅读，同 时机器处理也较方便。他们开发的测试集覆盖度也比较广泛。清华大学也开发了 自己的协议一致性测试系统，此系统基于t t c n ( t r e ea n dt a b u l a rc o m b i n e d n o t a t i o n ) 语言，利用u n i x 操作系统开发，具有良好的开放性。目前该系统已经 对x 2 5 l a p 、x 2 8 、x 2 9 ，x 4 0 0 电子邮件等协议进行了一致性测试工作，对于 i p v 6 也进行了过渡协议测试，i p v 6 基本描述协议等相关的测试工作，其中他们 独立设计的一些t t c n 描述的协议测试集如x 2 8 、x 2 9 等得到了外界的肯定和重 视。 目前已经有很多厂商研制出了支持i p v 6 协议的试验产品，对于i p v 6 的测试 工作变得日益迫切，但是在i p v 6 测试的相关领域还比较薄弱，投入的重视程度 不够充分。国内外的i p v 6 一致性测试也主要沿用i p v 4 时期的测试方法，采用集 中式的测试结构进行相关测试工作。但是，随着计算机网络的迅猛发展，伴随着 相关的分布式高性能路由器协议栈的采用和复杂的分布式网络拓扑结构及网络 多端口设备的出现，目前的协议测试结构模型已经逐渐不能适应网络和协议发展 的要求。有关测试领域的专家已经开始倡导未来的协议测试系统结构应该是分布 式架构的。应具备多端口并发测试的能力。本文通过对各分布式测试方法模型的 研究，提出了一种可行的针对i p v 6 协议测试的分布式测试方法模型，并在此基 础上，结合并发t t c n 测试语言设计了一种分布式i p v 6 测试系统体系结构，最后 利用提出的逻辑测试网络结构，模拟实现了现实网络测试环境，并对测试集进行 t n 试，验证了分布式测试方法的正确性和测试集的可行性。 1 3 论文的主要工作 1 、本文对i p v 6 协议族及其测试研究现状进行了综述，明确了论文工作的起 点、重点和目标 通过对i p v 6 相关r f c ( r e q u e s tf o rc o m e n t s ) 和国际标准的深入分析，对i p v 6 协议族及其发展情况有了较为深入的认识。同时掌握了协议测试的基本理论和基 本方法，对国内外进行i p v 6 测试的方法、成果、结论和不足都进行了总结，从 而明确了在当前研究背景下开展i p v 6 核心协议一致性测试的内容、重点和目标。 2 、对协议测试方法和协议测试语言并发t t c n 进行了深入分析比较，提出了 分布式测试方法模型，并较为详细的介绍了分布式i p v 6 测试系统的总体结构设 计 随着网络技术的发展，目前的建立在i p v 4 基础上的集中式的协议测试系统 已经逐渐不能满足需要。网络上大量的分布式路由器和各种分布式路由协议测试 需求的增长也使得分布式测试系统将是未来协议测试的发展方向。本文针对现有 各种分布式测试方法进行了分析对比，提出了分布式测试方法模型。并在文中详 细的分析了分布式i p v 6 测试系统的总体设计结构，对分布式消息队列机制进行 了较完整的阐述。以上i p v 6 测试系统采用了标准化的形式化描述语言一并发 t t c n ( t r e ea n dt a b u l a rc o m b i n e dn o t a t i o n ) 来描述测试例。 3 、将分布式i p v 6 测试系统应用于i p v 6 核心协议一致性测试，编写了并发 t t c n 格式的一致性测试集 一致性测试是协议测试的基础，而i p v 6 核心协议一致性测试则是i p v 6 一致 性测试的基础。本文对i p v 6 核心协议的协议文本进行了仔细的阅读、分析和研 究，从中提取出了测试目的，完成了抽象测试集的设计。在完成分布式i p v 6 测 试系统的实现以后，本文用并发t t c n 编写了i p v 6 核心协议的一致性测试集。 4 、设计并搭建了模拟i p v 6 协议测试的逻辑测试环境并对多种i p v 6 协议实 现进行了实际测试，比较了测试结果 本文根据网络中心的现有环境，利用最少的主机设备，设计了一种虚拟逻辑 测试网络结构，模拟实现了i p v 6 测试试验环境的搭建和测试工作。并在分布式 i p v 6 测试系统的结构模型和并发t t c n 描述的i p v 6 核心协议一致性测试集基础 上，对r e d h a tl i n u x 、u n i x 、w i n x p 等操作系统的i p v 6 实现进行了测试，得到 了w i n d o w sx p 和r e d h a tl i n u x 的测试报告，重点分析了测试例未通过的原因， 指出了各种实现与i p v 6 核心协议文本之间的不一致性，为某些i p v 6 协议的实现 提供了进一步改进的依据。 1 4 论文的组织方式 本论文共分五章。第二章对i p v 6 核心协议族进行了简要分析。第三章提出 1 4 论文的组织方式 本论文共分五章。第二章对i p v 6 核心协议族进行了简要分析。第三章提出 了协议测试的基本概念和协议测试的测试方法，给出了一种适用于i p v 6 一致性 协议测试的分布式测试方法，并且给出了一种分布式i p v 6 测试系统的总体结构 设计，并对其中的关键模块进行了阐述。第四章介绍了该系统在i p v 6 核心协议 的一致性测试上的应用，给出了i p v 6 核心协议一致性测试集的设计及实际测试 例说明。第五章设诗了相应的测试试验环境，并对实验结果进行了分析。最后是 总结与展望。 z = s = 葛= = = s s 葛= = 。：鏊蚤茎：呈警坠些坌垄；。：。，。：，。，。一 第2 章i p v 6 协议分析 为了进行i p v 6 测试的相关研究工作，首先要对i p v 6 协议族本身有个清楚的 认识，这样才能对相关测试需求有明确的把握，提出相应测试研究方向，才能有 针对性的提出适用于i p v 6 核心协议一致性测试的测试方法模型，系统体系结构 和协议测试集的编写，下面几节就是针对i p v 6 协议族的简要分析。 2 1 为何使用l p v 6 我们之所以要用i p v 6 取代i p v 4 ，总结原因主要有如下几个方面o “： 1 ) i p v 6 解决了地址耗尽问题。i p v 6 的地址大小增加到1 2 8 位，这样使得连 入i n t e r n e t 的设备数目基本不受限制。 2 ) i p v 6 解决了国际地址分配问题。由于历史原因，t n t e r n e t 主要由美国创 办和发展，使得i p 地址分配上很不均衡。而i p v 6 从开始就是一个全球 性的产物，保证了地址分配的公平性。 3 ) i p v 6 重建了端到端的通信。因为i p v 6 的引入，我们不用再需要n a t 等 技术来节约地址空间，地址和端口映射所带来的问题随之消失。更重要 的是，由于使用了不会在中途改变的地址，i n t e r n e t 上主机间的端到端 的通信得以重建，同时对于下一代对等通信设备的发展有重要意义，如 移动电话。 4 ) i p v 6 使用限制范围的地址和地址选择。与i p v 4 地址不同，i p v 6 地址有 一个作用范围，这样使得i p v 6 路由器可以减轻负担。 5 ) i p v 6 保证了更有效的转发，增强了服务质量。i p v 6 的报头更加简化，使 得在网络转发过程中需要的决策更简单。同时i p v 6 全球地址的层级且可 归纳式的寻址结构使得路由表更加简化，路由转发速度更快。最后i p v 6 引入了“流标签”的概念，为将来更多形式的数据传输提供了高带宽、 高性能的环境，增强了服务质量。 6 ) i p v 6 具有内置的安全性和移动性。在i p 协议设计之初没有过多的考虑 它的安全问题，所以在i p v 4 中，i p s e c 只是一个可选扩展协议，可在i p v 6 中它是一个必要组成部分，i p v 6 提供了更高的安全性，同时在移动性方 面i p v 6 有更完备的特性。 2 2ip v 6 协议族分析 2 2 1i p v 6 基本描述协议 i p v 6 基本描述协议是i p v 6 协议族中最为熏要和最基本的协议，它描述了 i p v 6 节点必须具备的最低功能和i p v 6 中的一些基本概念。本节将阐述i p v 6 报 头的结构。此外还将重点剖析i p v 6 的e x t e n s i o n ( 扩展) 报头，它是i p v 6 新增 加的部分。i p v 6 报头主头部格式如图2 1 所示。 v e r s l o in ( 4 位) 国 t 裟导；”围( 1 字节) n 蹋2 0 燃k 固( 位) 呲幽幽 协议的版本号 用于区分i p v 6 数据报头的不同优先级。 t j 于标记需要相同处理的数据包的次 序，这样可以使路由器的效率更高 图2 1i p v 5 报头中的字段 f ig a t e2 - 1t h ef i e l do fi p v 6 h e a d i p v 6 主报头中各个字段含义如下： v e r s i o n ( 版本，4 位) ：一个4 位长的字段，包含了协议的版本号6 。 t r a f f icc l a s s ( 流量类别，1 字节) ：它有助于处理实时数据以及任何需要 特别处理的数据。发送节点和转发路由器可以使用该字段来识别和分辨i p v 6 数 据包的类别和优先级。 f l o wl a b e l ( 流标签，2 0 位) ：该字段区分需要相同处理的数据包，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。数据流由 流标签和源节点的地址惟一标识。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。 p a y l o a dl e n g t h ( 有效载荷长度，2 字节) ：该字段指定了有效载荷，即在 i p 报头后携带的数据长度。 n e x th e a d e r ( 下一报头，1 字节) ：用来表示i p v 6 主报头后的扩展报头类型 或上层协议类型。 h o pl i m i t ( 跳数限制，1 字节) ：跳数限制。任何节点转发此报文时此字段 数目减1 ，如果减到0 ，将丢弃该报文。 s o u r c ea d d r e s s ( 源地址，1 6 字节) ；该字段包含数据包发送者的i p 地址。 d e s t i n a t i o n a d d r e s s ( 目的地址，1 6 字节) ：该字段包含数据包目的接收者 的i p 地址。 i p v 6 的扩展报头的格式如下图2 2 所示。i p v 6 报头采用一种新方法来处理 选项，显著地改善了处理速度。它在附加的扩展报头中对这些选项进行处理。当 前的i p v 6 规范( r f c2 4 6 0 ) 定义了六个扩展报头：h o p b y h o po p t i o n s 报头： r o u t i n g 报头：f r a g m e n t 报头；d e s t i n a t i o no p t i o n s 报头；a u t h e n t i c a t i o n 报 头ie n c r y p t e ds e c u r i t yp a y l o a d 报头。 i p v 6 搬拳k | n 。x th e a d e 户h 碧 下c p 孝臣燕帮数据1 德为正 n e x t m a d j f r q q 嘶簪i 糊! i t h e i f l e r = t c p bt c p 报熟期躲耀 氆为j 3 。二i _ _ _ ! 擅凶墅二二i _ _ _ 兰三二。叠j 董，_ _ _ - _ _ _ _ _ | 厂_ 1 芦v 6 报耍厂j 甄蕊蕊曩砭耍一下雨虱丽磷洱丁：一一矗：f p j - - - 竺鐾篓型竺i 擎。窆鐾堂! 豢豢墨1 ! 翌兰! 竺j值地塑兰 一b 值蠹型兰_ _ _ | _ 羔羔：德黼。i 羔。 ! ， r f c2 4 6 0 圈2 - - 2i p v 6 扩展报头的格式 f i g u r e2 - 2 t h ef o r m a to f i p v 6e x t e n s i o nh e a d e r s 在i p v 6 报头和上层协议报头之间可以有一个或多个扩展报头，也可以没有。 每个扩展报头由前面报头的n e x th e a d e r 字段标识。扩展报头只被i p v 6 报头的 d e s t i n a t i o na d d r e s s 字段所标识的节点进行检查或处理。如果d e s t i n a t i o n a d d r e s s 字段中的地址是多播地址，则扩展报头可被属于该多播组的所有节点检 查或处理。扩展报头必须严格按照在数据包报头中出现的顺序进行处理。 每个扩展报头的字节长为8 的整数倍。因此，后面的报头总是可以对齐。如 果节点需要处理n e x th e a d e r 字段，但不能识别该字段的值，那么就需要丢弃该 数据包，并向数据包的发送源返回一条“i c m p v 6p a r a m e t e rp r o b l e m ”消息。 如果在单个数据包中使用了多个扩展报头，则应该使用如下的报头顺序 ( r f c 2 4 6 0 ) ：i p v 6 报头；h o p b y h o po p t i o n s 报头：d e s t i n a t i o no p t i o n s 报 头：r o u t i n g 报头；f r a g m e n t 报头：a u t h e n t i c a t i o n 报头；e n c a p s u l a t i n g s e c u r i t yp a y l o a d 报头：d e s t i n a t i o no p t i o n s 报头：u p p e r l a y e r 报头。 i p v 6 中已经定义的几类扩展报头的格式及各字段含义将在下文中介绍。 h o p b y h o po p t i o n s 报头的格式如下图2 3 所示。 n 凳! ! 璺e r 指出接f 来的报头类型 m 警字节t 。h 剧h o p - “b y z ：茹t i a n s $ i 拱一的长度，以8 h 。8 8 ”；x t 童e n # s i o 、nl e n g t “匡型 n 字u 节p - o 为y - 单n u 位p 。u 葛不包括；二耗 菇 n 韩盘盔盈三善糍磊”j 三i _ l l 遣鎏g 垒垃生j 拦兰l 出西 i 斟梦。地州 图2 3h o p b y h o po p t i o n s 报头的格式 f i g u r e2 - 3t h ef o r m a to fh o p 。b y h o po p t i o n s 下面是各个字节的具体含义： n e x th e a d e r ( 下一报头。1 字节) ：n e x th e a d e r 字段标识了跟在h o p b y h o p o p t i o t i s 报头之后的报头的类型。 h e a d e re x t e n s i o i ll e n g t h ( 报头扩展长度，1 字节) ：该字段标识h o p b y h o p 0 p t i o n s 报头的长度，以8 字节为单位。长度的计算不包括第一个8 字节。 o p t i o n s ( 选项，长度不定) ：这可能是一个或多个选项。该选项的长度是 不定的，由h e a d e re x t e n s i o nl e n g t h 字段决定。 o p t i o nt y p e ( 选项类型) 字段是o p t i o n s 字段的第一个字节，包含了在执 行处理的节点不能识别该选项时如何处理选项的信息。该值的前两位值指定了要 执行的操作。值0 0 ：跳过并继续处理；值0 1 ：丢弃数据包；值l o ：丢弃数据包 并向数据包的源地址发送“i c m pp a r a m e t e rp r o b l e m ，c o d e2 ”消息，指出不能 识别的选项类型；值11 ：丢弃数据包，并且在目的不是多播地址时向数据包的 源地址发送“i c m pp a r a m e t e rp r o b l e m ，c o d e2 ”消息。选项类型字段的第三位 指定选项信息是否能够在传送途中改变( 值0 1 ) 或不改变( 值0 0 ) 。 h o p b y h o po p t i o n s 扩展报头携带着必须由数据包经过路径上的每个节点进 行检查的可选信息。它必须紧跟在i p v 6 报头后，并由n e x th e a d e r 值0 表示。 在i p v 6 中，如果没有h o p b y h o po p t i o n s 扩展报头，则路由器知道无须处理 路由器相关的信息，因此可以立即把数据包路由到最终目的地。若存在h o p b y h o p o p t i o n s 扩展报头，则路由器只需检查报头，而无须深入查看数据包。 r o u t i n g 报头用来给出一个或多个数据包在到达目的地的路径上应该经过的 中间节点。r o u t i n g 报头由其前一个报头的n e x th e a d e r 值4 3 标识。图2 4 说 明了r o u t i n g 报头的格式。 n e ( x l t 字h 节e a d ) c r圈 指出下一个报头的类型 m a d e r e 衅x t e n 节s i ，o 札删豳眦n 嗜糟篇竺装蒜单位 等豳籼助袈裟o 埔以 s e g ( m l 字e n 节t sj 曲阅 根据r o u 对t i n 于gt 类y 蛳p e 类型而匙 d 鼷然了咖圜鲤圈 譬嚣；豳酉 a d d r e s sl ( 1 6 字节) a d d r e s s2 ( 1 6 字节) a d d r e s sx ( 1 6 字节) 图2 - 4r o u t i n g 报头的格式 f i g u r e2 - 4t h ef o r m a to fr o u t i n gh e a d e r s 下面是每个字段的含义： n e x th e a d e r ( 下一报头，1 字节) ：n e x th e a d e r 字段标识了r o