（计算机应用技术专业论文）ipv4与ipv6网络互连技术的研究.pdf

中文摘要 摘要 经过几十年来的实践证明，i p v 4 协议无论是在技术上还是发展速度上都是一 个非常成功的协议，为现代科技做出了不可抹灭的贡献。但是，随着现代科技和 生产需求的不断发展与增加，最初的i p v 4 协议的设计者们万万想不到l p v 4 即将全 线告急。因此，一种新的协议i p v 6 诞生了。i p v 6 被作为下一代互联网络协议核心 标准之一，也就是说i p v 6 即将取代i p v 4 。在这个漫长的替代时期里，始终存在着 两个网域内的系统之间的互联互通问题，而i p v 4 与i p v 6 网络互连技术的实现是关 系到i p v 4 与i p v 6 是否能够平稳过渡，以及i n t e r n c t 是否能保持长期的可持续发展 的重要的问题。因此，对相关技术的研究和相关软件的开发具有理论价值和实际 意义。 本文分析与论述了i p v 6 协议提出的背景意义和紧迫性，深入研究了1 p v 6 协议 l 及i p v 4 与i p v 6 网络互联技术的基本原理，着重提出了两种网络环境下的互联策略， 分别是i p v 6 网络之间的通信和i p v 6 网络与i p v 4 网络之间的通信。在这两种通信 环境的l i i 提下，分析与探讨了多种通信技术，由此提出了协议翻译过渡技术中的 n a t - p t 机制，这种技术可以在不改变目前i p v 4 网络中的任何设备的情况下，实 现已有i p v 4 网络与新组建的i p v 6 网络之白j 的互联互通。本文针对过渡时期的现实 需求，通过对过渡时期i p v 4 与i p v 6 网络互连技术的深入分析与研究，设计与实现 了翻译网关n a t p t 。 本文还提出了在不同网络环境下的i p v 4 i p v 6 网络互连的解决方案，并在实验 室现有的环境下实现了i p v 6 网络内的通信，并对其结果作了详尽的分析。最后， 对论文所做的工作及创新点做了详尽的总结，并提出了对i p v 4 i p v 6 网络互联技术 的展望。 关键词： i p v 6 协议；i p v 4 协议；互连技术；n a t - p t 英文摘耍 s t u d y o hi p v 4a n di p v 6n e t w o r ki n t e r c o n n e c t i o nt e c h o n l o g y a b s t r a c t t 1 l cs e v e r a l - d e c a d ep r a c t i c eh a sb e e n p r o v e dt h a ti p v 4i sa s u c c e s s f u lp r o t o c o lb o t h i ni t st e c h n o l o g ya n dd e v e l o p m e n t ，a n dh a sm a d eg r e a tc o n t r i b u t i o n h o w e v e r , i p v 4 n o wf a c e sd i f f i c u l t yw i t ht h ep r o d u c t i o nd e m a n da n dt h em o d e r nt e c h n o l o g y t h e r e f o r e ， i p v 6h a se m e r g e da so n eo ft h ec o r es t a n d a r d so ft h en e x tg e n e r a t i o ni n t e r o e tp r o t o c o l s t h e r ei sap r o b l e md u r i n gt h el o n gs u b s t i t u t i o n ，a n dt h a ti st h es y s t e mi n t e r c o a n e c t i o n b e t w e e nt w on e t st e r r i t o r i e s ，w h i c hc o n c e r n sw i t ht h es m o o t ht r a n s i t i o nf r o mi p v 4t o i p v 6 ，a sw e l ta st h el o n g t e r ms u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to fi n t e r a c t t h u s ，i ti si m p o r t a n t t om a k er e s e a r c ho nt h er e l a t i v et e c h n o l o g ya n ds o f t w a r ee x p l o r a t i o n 弧i sp a p e ra n a l y s e si p v 6p r o t o c o l sb a c k g r o u n ds i g n i f i c a n c ea n dt h eu r g e n c y , a n d m a k e sd e e pr e s e a r c ho ni p v 6a n dt h eb a s i cp r i n c i p l e so fn e t w o r ki n t e r c o n n e c t i o n t e c h n o l o g yb e t w e e ni p v 4a n di p v 6 ，a n dp r o p o s e dt w ok i n do fn e t w o r k se n v i r o n m e n t i n t e r c o n n e c t i o ns t r a t e g i e s ：l p v 6b e t w e e nt h ec r o s si p v 4n e t w o r kc o r r e s p o n d e n c e ，a n d t h ei p v 6n e t w o r ka n dt h e 删n e t w o r kb e t w e e nw i n d st h ec o r r e s p o n d e n c e u n d e rt h e s e t w oc o r r e s p o n d e n c e se n v i r o n m e n tp r e m i s e s , m a n yk i n d so fc o m m u n i c a t i o nh a v eb e e n a n a l y z e da n dd i s c a s s e d n a t - p tm e c h a n i s mi nt h 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 n t e c h n o l o g yi sp r o p o s e d ，b e c a u s ei td o e sn o tn e e dt oc h a n g et h ep r e s e n te q u i p m e n t s i t u a t i o no ft h ep v 4n e t w o r ka n dr e a l i z ei n t e r c o n n e c t i o ne x c h a n g e sb e t w e e nt h ep r e s e n t i p v 4n e t w o r ka n dt h en e wb u i l t v 6n e t w o r k t l l i sa r t i c l ef o c u s e so nt h er e a l i s t i c d e m a n dd u r i n gt h et r a n s i t i o np e r i o d ，s t u d i e st h ei n t e r c o n n e c t i o nt e c h n o l o g yb e t w e e nt h e l p v 4n e t w o r ka n dt h ei p v 6n e t w o r k , d e s i g n sa n dr e a l i z e st h et r a n s l a t i o ng a t e w a y n 讯 1 1 n h i sa r t i c l ea l s oe x p l o r e st h es o l u t i o n su n d e rt h ed i f f e r e n tn e t w o r ke n v i r o n m e n to f i p v 4 i p v 6n e t w o r k , a n dr e a l i z e si ti nt h ei p v 6n e t w o r kc o r r e s p o n d e n c eu n d e rt h e l a b o r a t o r ye x i s t i n ge n v i r o n m e n t ，a n da n a l y z e si t sr e s u l t s f i n a l l y ，i ts u m m a r i z e st h e w o r ka n dt h ei n n o v a t i o np o i n t ，a n df o r e c a s tt h ei p v 4 i p v 6n e t w o r ki n t e r c o n n e c t i o n t e c h n o l o g y k e yw o r d s ：i n t e r n e tp r o t o c o lv e r s i o n6 ； 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 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果， 撰写成硕士学位论文：堡丛生堡遁圆络互连拉盔的班宜：。除论文中已经注 明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确 方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表或 未公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 、， 论文作者签名：李瓠押诨；月2 咱 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连海事大学研究生学位论文提交、 版权使用管理办法”，同意大连海事大学保留并向国家有关部门或机构送交学位 论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将 本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存和汇编学位论文。 论文作者签名李氐导师签名去夕卅 日期：。钟7 年；月周 i p v 4 与i p v 6 网络互连技术的研究 第1 章绪论 1 1 论文研究背景 i p v 6 是“i n t e m e tp r o t o c o lv e r s i o n6 ”的缩写【1 8 1 ，也被称作下一代互联网协议， 它是由i e t f 设计的用来替代现行的i p v 4 协议的一种新的口协议。今天的互联网 大多数应用的是i p v 4 协议，i p v 4 协议已经使用了3 0 多年，在这3 0 多年的应用中， i p v 4 获得了巨大的成功，同时随着应用范围的扩大，它也面临着越来越不容忽视 的危机，例如地址匮乏等。i p v 6 是为了解决口v 4 所存在的一些问题和不足而提出 的，同时它还在许多方面提出了改进，例如路由方面、自动配置方面等。经过一 个较长的i p v 4 和i p v 6 共存的时期，i p v 6 最终会完全取代i p v 4 在互连网上占据统 治地位。 1 1 1 论文课题研究的目的和意义 i p v 4 在过去的几十年中取得了辉煌的成绩，实践证明，它是一个非常成功的 协议，它本身也经受住了i n t e r n e t 从几台计算机发展到目前几亿台计算机互联的考 验i 切。因特网走进了千家万户，完全改变了我们的生活及工作方式。但也是这种 快速发展，出现了迫在眉睫的口地址空间耗尽问题，从而i p v 4 地址空间的紧缺直 接限制了口技术应用的进一步发展。 自从计算机网络产生以后，就一直以飞快的速度在发展在过去十多年里， 以口技术为代表的网络互联技术给传统的通信网络和计算机网络带来了很大的冲 击。目前i n t e r a c t 普遍采用t c p i p 网络协议分层结构，网络层采用i p v 4 协议。2 0 0 6 年7 月1 9 日，中国互联网络信息中心( c n n i c ) 发布了第十八次“中国互联网络 发展状况统计报告”。第1 8 次中国互联网络发展状况统计调查结果显示，2 0 0 6 年 上半年的中国互联网络在整体上保持快速增长。截止到2 0 0 6 年6 月3 0 日，中国 大陆i p v 4 地址数已达8 4 ，7 8 6 ，6 8 8 个，折合5 a + 1 3 b + 1 9 0 c ，与去年同期相比增加 1 6 ，4 8 6 ，6 5 6 个，增长率为2 4 1 ，仅次于美国和日本，位居世界第三。中国的口 地址资源近几年增长较快，在数量上达到了一定的规模，但是这些i p 地址资源目 前仍不能完全满足中国互联网络运营单位发展的需要。随着我国网民人数的大幅 增加，网络应用的逐步加强，这种口地址发展与我国互联网络发展的不匹配会更 第1 章绪论 加明显。众所周知，i p v 4 地址总量约4 3 亿，7 0 的地址已被使用，其中，美国的 i p v 4 地址占有量为3 8 ，地址资源严重不足制约了互联网在我国的普及和发展， 也是我国在国际竞争中处于不利地位。图1 1 来自于中国互联网络信息中心 ( c n n i c ) 详细的表示出历年来中国i p v 4 地址的爆炸式增长。 图1 1历次调查中国i p v 4 地址数 f i g 1 1 i p v 4a d d r e s s e ss e v e r a lp r e v i o u ss u r v e y si nc h i n a i p v 4 在过去的几十年中取得了辉煌的成绩，实践证明，它是一个非常成功的 协议，它本身也经受住了i n t e r n e t 从几台计算机发展到目前几亿台计算机互联的考 验。因特网走进了千家万户，完全改变了我们的生活及工作方式。但也是这种快 速发展，出现了追在眉睫的m 地址空间耗尽问题，从而i p v 4 地址空间的紧缺直 接限制了l p 技术应用的进一步发展。i p v 6 是一项最终定型的协议，但仍然存在一 些需要解决的技术问题，而且目前还存在数量巨大的采用i p v 4 协议的网络设备和 装置，仍然需要得到i p v 4 协议支持。虽然i p v 4 被看作是老化的协议，性能上受到 限制，但在许多工作环境里性能良好。因此，从i p v 4 到i p v 6 的演进必然是一个渐 进的过程。引入i p v 6 技术并实现全球h ) v 6 网络互联，仍然需要一段时间，才能使 2 i p v 4 与i p v 6 网络互连技术的研究 所有服务都实现对i p v 6 的支持。在过渡的第一个阶段，只要将小规模的i p v 6 网络 连入i p v 4 互联网，就可以通过现有网络访问 i v 6 服务。但是基于i p v 4 的服务已 经很成熟，它们不会立即消失。重要的是，在实现过渡的过程中，一方面要继续 维护这些服务，同时还要支持i p v 4 和1 p v 6 之间的互通性。 互联网已经成为现代社会信息基础设施的重要组成部分，在国民经济发展和 社会进步中起着举足轻重的作用，同时也成为当今高科技发展的重要支撑环境， 互联网的巨大成功有目共睹。随着互联网的广泛应用和迅速发展，目前基于i p v 4 的互联网在实际应用中越来越暴露出其不足之处，这些问题已经成为制约互联网 发展的严重障碍。i p v 6 协议正是基于这一思想提出的，它是“互联网协议第六版” 的缩写。在设计i p v 6 时不仅仅扩充了f i 4 的地址空间，而且对原i p v 4 协议各方 面都进行了重新考虑，做了大量改进。除了提出庞大的地址数量外，i p v 6 与i p v 4 相比，还有很多的工作正在进行以期得到更高的安全性、更好的可管理性，对o o s 和多播技术的支持也更为良好。 本文简要介绍了主要的i p v 4 与i p v 6 网络互连技术，分析了它们的特点和应用 方式，并对我国i p v 4 i p v 6 过渡阶段的网络方案进行了探讨。希望可以为今后m v 6 网络设计提供有益的参考。 1 1 2i p v 6 技术发展的国内外现状 由于现行的i p v 4 协议存在的问题越来越显著，严重影响和制约了互联网络的 高速发展，因此只有通过下一代网络协议的替代才能有效和快速解决问题【刀于是 i p v 6 协议应运而生了i e t f 从1 9 9 1 年开始研究i p v 6 的地址长度和结构；1 9 9 2 年，i e t f 成立了i p n g 工作组；1 9 9 2 - 1 9 9 4 年，i p n g 工作组受到了若干提案；1 9 9 4 年夏，m 唱工作组提出了下一代口网络协议( i p v 6 ) 的推荐版本；1 9 9 5 年夏，i p n g 工作组完成了l p v 6 的协议文本；1 9 9 6 年，i e t f 建立了全球范围的i p v 6 实验床 6 b o n e ，一个重要的设计目标是实现i p v 6 与网络中现行的i p v 4 协议兼容；1 9 9 8 年， 面向使用的全球性i p v 6 研究启动；1 9 9 9 年，i p v 6 协议基本确定：2 0 0 0 年5 月， 3 g 标准化组织3 g p p 采纳i p v 6 为多媒体服务的必选协议。 1 9 9 6 年，美国在世界上最早启动下一代互联网计划，开始进行下一代高速互 联网络及其关键技术的研究嗍。随后，日本和欧洲一些国家也相继投入到下一代 第1 章绪论 互联网的建设和研发当中。据资料显示，美国的下一代互联网已经连接了全国， 它为美国的教育和科研提供了世界上最先进的信息基础设施，并保持了美国在高 速计算机网络及其应用领域的技术优势，保证了美国在科学和经济领域的竞争能 力。英国、德国、法国和日本等国家，目前除了拥有政府投资建设和运行的大规 模教育和科研网络外，也都建立了研究高速计算机网络及其典型应用技术的高速 网试验床 图1 2 是截至2 0 0 6 年主要几个国家分配i p v 6 地址的情况，从图中可以看到中 国分配的球地址仅仅有0 1 2 ，还是非常少的。 图1 2l p v 6 地址分配情况 f i g 1 2i p v 6a d d r e s sa l l o c a t i o n 随着i p v 6 在全球越来越受重视，中国作为全球最需要口地址的国家之一，尤 其需要积极参与i p v 6 标准制订以及推进i p v 6 产业化和商业化进程。在中国的i p v 6 产业化进程中，我国政府对i p v 6 技术及产业发展给予了极大的关注与支持，并在 4 i p v 4 与i p v 6 网络互连技术的研究 标准制订、技术研发、国家立项与资金支持、政府间交流与合作等方面发挥了主 导与积极的推动作用【4 】。 1 2 本文的内容组织 i p v 6 取代i p v 4 是必然的趋势，但这个过程不可能一蹴而就，在很长一段时间 内，i p v 4 与i p v 6 需要共存。我们面临的主要问题不是i p v 6 本身的问题，而是如何 渐进地、无伤害地解决过渡期节点的通信问题，同时尽可能减少过渡的成本问题。 这种通信既包括纯l p v 4 主机与纯i p v 6 主机的互连，也包括i p v 4 f l p v 6 双栈主机与 1 p v 4 主机或i p v 6 主机的互联通信等不同的网络状况。针对不同的通信情况，具有 不同的解决方案。本课题着重于研究i p v 4 与i p v 6 网络互联技术，提出了不同环境 下的解决方案，最后通过模拟实验进一步证明了方案的可行性。 因此，本文主要是对i p v 4 到i p v 6 的过渡技术进行一些探索性的研究与实践， 主要工作内容如下： 第1 章介绍对i p v 4 到i p v 6 的过渡技术产生的背景作概括性的综述，以及该技 术目前的发展现状等。 第2 章对i p v 6 协议进行详细的研究，探讨i p v 4 的局限性、i p v 6 的新特性。对 i p v 6 寻址、i p v 6 报头结构、i p v 6 地址、i p v 6 安全技术和i p v 6 路由技术等进行初 步的分析。 第3 章是针对i i v 4 与i p v 6 的共存，以及i p v 4 与i p v 6 的互连通信技术进行分 析，特别是针对于当前使用得极为普遍的几种通信技术进行研究，探讨其原理。 第4 章设计了在不同网络环境下i p v 4 i p v 6 网络互连的解决方案，着重提出了 协议翻译的过渡技术中的n a t - p t 机制。 第5 章设计与实现了i p v 4 i p v 6 网络互连实验，在实验室内搭建i p v 6 实验环 境，在此环境下，进行i p v 6 与i p v 4 的连通性测试及过渡技术的实验研究等。 第6 章对全文作了总结工作，并对i p v 6 相关技术作出了展望。 5 第2 章i p v 6 协议的研究 第2 章ip v 6 协议的研究 2 1 i p v 6 协议基础 2 1 1i p v 6 基本术语 i p v 6 的全称是“互联网协议第6 版”。i p v 6 协议的研究起源于2 0 世纪9 0 年代 初，1 9 9 5 年i p v 6 协议最初的草案起草完成，经过多年的努力，i e t f 已经制定出 1 0 0 多项有关i p v 6 协议的r f c 。下面列出i p v 6 协议中常用的几个基本术副3 l ： 节点t 任何运行i p v 6 的设备，包括路由器和主机( 甚至还将包括p d a 、冰箱、 电视机等) 路由嚣t 路由器是一种连接多个网络的网络设备，它能将不同网络之间的数据 信息进行转发。在i p v 6 网络中，路由器是一个非常重要的角色，它会把一些配置 信息向外通告。 主机：只能接收数据信息，而不能转发数据信息的节点。i p v 6 中的主机不仅 仅包括计算机等，还包括各种家用电器和其它电子器械。 上层协议t 紧挨着i p v 6 之上的一层协议，将i p v 6 用作运输工具主要包括 i n t e r n e t 层协议( 如：i c m p v 6 ) 和传输层协议( t c p 和u d p ) ，但不包括应用层 协议。 子网；使用相同的6 4 位i p v 6 地址前缀的一个或多个链路。一个子网可以被内 部子网路由器分为几部分。 邻节点l 连接到同一链路上的节点。这是一个非常重要的概念因为i p v 6 的 临界点发现机制具有解析邻节点链路层地址的功能，并可以检测和监视邻节点是 否可以到达 2 1 2i p v 6 新特性 i p v 6 是为了解决i p v 4 所存在的一些问题和不足而提出的，同时它还在许多方 面提出了改进，例如路由方面、自动配置方面。下面的表格2 1 着重在几方面就i p v 6 和i p v 4 的特征作了比较【2 】。 6 i p v 4 与i p v 6 网络互连技术的研究 表2 1i p v 6 的优势 t a b 2 1t h ea d v a n t a g eo fi p v 6 标题 理v 4v 6 i p v 6 优势 报文结构0 b i t + 选项，1 3 个字 基本报头+ 扩展报更方便地增添选项以 段，包括3 个指针。头链达到改善网络性能、 增强安全性或添加新 功能的目的。 地址空间4 0 亿地址 2 “1 2 8 7 9 1 0 2 8i p v 4 地址 空间 广播随播 两者都使用不包括广播，且组播更好的带宽效用 格式也不同 任意播支持不包括在源协议内提供明确的任意播支持在移动性、数据 支持中心方面的其它新的 应用 地址配置方式基本上为手动和劳动重编号主机和路由降低操作费用，使用 密集型器迁移 q o s 服务使用d i f f 服务器流类和流标签 更多q o s 粒度控制 s e r v e r 安全性为保护数据包而使用i p s e c 成为保护数采用统一的结构框架 据和控制数据包的 以及更多安全计算环 主要技术境 移动性 使用可移动i p v 4可移动i p v 6 提供更高效用及扩展性 快速的移交、更好的能。结合最近的3 g 路由器优化和分层移动技术及其它共同 移动作用。 经过一个较长的i p v 4 和i p v 6 共存的时期，i p v 6 最终会完全取代l p v 4 在互连 网上占据统治地位对比i p v 4 ，h v 6 有如下的特点，这些特点也可以称作是i p v 6 的优点，主要包括：简化的报头和灵活的扩展；层次化的地址结构；即插即用的 连网方式；网络层的认证与加密；服务质量的满足和对移动通讯更好的支持等。 7 第2 章i p v 6 协议的研究 2 2i p v 6 报头结构 首先分析一下i p v 4 数据包的结构【l 。它是由m 报头和有效载荷两部分组成。 在i p v 4 中，i p 报头包含很多字段，路由器用这些信息从网络到网络转发数据包， 直到最终目的地。 i p v 6 网络模型主要包括两个角色：主机和路由器。路由器利用报头中的信息 将数据包从发送方逐一的转发到接收方。i p v 6 数据包由一个i p v 6 报头、多个扩展 报头和一个上层协议数据单元组成。i p v 6 数据包的结构如表2 2 所示 表2 21 p v 6 数据包的结构 t a b 2 2i p v 6d a t ap a c k e ts t r u c t u r e i p v 6 报头。每一个i p v 6 数据包都必须包括报头，其长度固定为4 0 字节。 扩展报头ti p v 6 扩展报头是跟在基本i p v 6 报头后面的可选报头i p v 6 数据包 可以包含一个或多个扩展报头，也可以没有扩展报头，这些扩展报头可以与有不 同的长度 上层协议数据单元：一般由上层协议报头和它的有效载荷构成，有效载荷可 以是一个i c m p v 6 报文、一个t c p 报文或一个u d p 报文 2 2 1 基本报头 i p v 6 基本报头主要是对原有的口v 4 报头格式的改变，源于i p v 4 报头，并高于 i p v 4 报头i p v 6 本身有许多新的改进和功能拓展。与i p v 4 报头相比，虽然i p v 6 大大增加了地址部分，但其基本报头区具有相对较少的信息含量。这种简化的报 头结构有助于弥补i p v 6 长地址所占用的带宽。i p v 6 基本报头格式如表2 3 所示。 8 i p v 4 与i p v 6 网络互连技术的研究 表2 3i p v 6 基本报头格式 t a b 2 3f o r mo fi p v 6b a s i ch e a d c r 版本( 4 ) i 传输流类型( 8 ) l 数据流标签( 2 0 ) 有效载荷长度( 1 6 )下一个报头( 8 )跳数限制( 8 ) 信源地址( 1 2 8 ) 信宿地址( 1 2 8 ) 下面对i p v 6 基本报头的八个主要部分作简要的分析。 ( 1 ) 版本：长度是四位。此域标识了报头的基本格式。在所有 p v 6 报头中，该字 段的值为6 。 ( 2 ) 传输流类别：长度是8 位。主要作用于信源节点和转发路由器，由此可以标 识和区分不同i p v 6 数据报的类别或优先级。 ( 3 ) 数据流标签：2 0 比特。新增字段。用来标识这个数据包属于源节点和目标 节点之间的一个特定数据包序列。 ( 4 ) 有效载荷长度：长度为1 6 位。该字段表示i p v 6 数据包有效载荷长度。有效 载荷是指紧跟i p v 6 报头的数据包的其它部分( 集扩展报头和上层协议数据单元) 。 ( 5 ) 下一个报头：长度为8 位。定义了紧跟在i p v 6 报头后面的第一个扩展报头的 类型，或者上层协议数据单元中的协议类型。 ( 6 ) 跳数限制：该字段是为了防止路由循环设置的。定义了m 数据包所能经过的 最大跳数。每经过一个路由器，该数值减去i ，当字段的值为0 时，数据报将被丢 弃。 ( 7 ) 信源地址：表示发送方的地址，长度为1 2 8 位。 ( 8 ) 信宿地址；表示接受方的地址，长度为1 2 8 位。 2 2 2 扩展报头 i p v 6 扩展报头是跟在基本报头后面的可选报头。其设计原因是因为i p v 4 的报 头中包含了多有的选项，因而每个中间路由器都必须检查这些选项是否存在，若 存在就必须处理它们。这种设计方法会降低路由器转发i p v 4 数据包的效率。为解 决这一问题，在i p v 6 中，相关选项被移到了扩展报头中。中间路由器就不需要处 9 第2 章i p v 6 协议的研究 理每个可能出现的选项，这种处理方式提高了路由器处理数据包的速度，也提高 了其转发性能。 扩展报头是i p v 6 报头设计思想中很重要的一环，这种设计模式具有如下一些 优点： 极大的灵活性：一方面现有的i p v 6 数据包文在传输过程中，可以根据与其特 定的网络需求；另一方面是i p v 6 扩展报头便于日后扩充新增的扩展报头。 提高路由器的转发效率：i p v 6 基本报头的固定长度非常有利于提高软件处理 报头的效率其外i p v 6 的报头更为简洁能够减少路由器的操作，降低路由器处理 数据的开销，这样又利于提高路由器等的工作效率，减少了路由器的负担。 按顺序分解报头：当i e v 6 报文到达目的节点后，就开始对其基本报头、扩展 报头调用相对应的功能进行分解处理。处理顺序为：基本报头扩展报头- 高层报头， 顺序绝不能打乱。 扩展报头的对齐：每个扩展报头都必须是8 个比特组的整数倍长。 下一个报头的参数：扩展报头都是放置在基本报头和上层报头之间，而基本 报头和每个扩展报头都有一个下一个报头字段，用来注明i p v 6 报头中每个扩展报 头的次序位置，即说明其后跟的是什么扩展报头。这种说明方式时有下一个报头 值来决定的，每一个扩展报头都对应一个特定的数值。迄今为止，所设计的扩展 报头有六种，具体对应关系如表2 4 所示： 表2 4 扩展报头与特定的数值得对应关系 t a b 2 4e x t e n s i o nh e a d e ra n ds p e c i a ln u m e r i c a lv a l u eo b t a i nc o r r e s p o n d i n gr e l a t i o n s 下一个报头值所对应的扩展报头 0 逐跳选项报头 6 0 信宿选项报头 4 3 路由报头 4 4 分段报头 5 1 认证报头 5 0 封装安全载荷报头 5 9 最后一个报头 1 0 i p v 4 与i p v 6 网络互连技术的研究 2 3i p v 6 地址技术 2 3 1 地址格式 根据在r f c 2 3 7 3 中的定义，i p v 6 地址有三种格式，即酋选格式、压缩表示和 内嵌i p v 4 地址的i p v 6 地址【5 捌。 ( 1 ) 首选格式 i p v 6 的地址有2 8 位字长，如果像i p v 4 地址一样用1 6 段点隔开的十进制数来 表示，那样会带来很多不便。因此，常用的表示格式是冒号十六进制表示法，将 i p v 6 的1 2 8 位地址按1 6 位划分一段，每一段被转换为一个4 位的十六进制数，并 用冒号隔开。假设一个二进制的1 2 8 位i p v 6 地址： 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 ( ) 0 0 ( ) 0 0 d 0 0 0 c 1 0 0 ( ) 0 0 ( ) 0 0 ( ) 0 0 ( ) 0 0 【) 0 0 0 0 1 0 i d 0 0 0 c 1 0 0 ( ) o o ( ) 0 0 【) 0 0 ( ) 0 0 ( ) 0 0 ( ) 0 0 ( ) 0 0 ( ) 0 0 【) 0 0 ( ) 0 0 i ) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 用冒号十六进制表示法表示后： 0 0 1 0 0 ( ) 0 0 0 0 0 1 0 0 1 00 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 10 i ) 0 0 0 0 0 0 ( 1 0 0 0 0 0 0 00 ( ) 0 0 ( ) 0 0 0 0 ( ) o 0 0 0 0 1 0 ( ) 0 0 0 0 0 d o 【) 0 0 d 0 0 00 ( ) 0 0 【) 0 删0 0 0 00 d 0 0 0 ( 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 01 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 十六进制表示为：2 0 1 2 ：1 2 1 3 ：0 0 0 0 ：0 0 0 1 ：0 0 0 0 ：g 0 0 0 ：0 0 0 0 ：a 3 e 1 ( 2 ) 压缩格式 经过统计得知大部分，v 6 地址的十六进制表示法中常常会包含大量的0 ，在 书写中如果把这些0 都逐一写下会增加很多书写麻烦，因此在不产生歧义的前提 下，可以将不必要的0 去掉，因此上述地址可以表示为； 2 0 1 2 ：1 2 1 3 ：o ：0 1 ：0 ：0 ：o ：a 3 e 1 尽管如此，但是上面的地址中仍包括很多0 ，r f c r 3 7 3 种规定：当地址中存在 一个或多个连续的1 6 b i t 为0 字符时，为了缩短地址长度，可以用：表示，但是 一个i p v 6 地址中只允许有一个：t ：因此上述地址还可以表示为： 2 0 1 2 ：1 2 1 4 ：0 ：0 0 0 1 ：a 3 e 1 除此之外，在用压缩表示l p v 6 地址时，不允许将一个段内的有效0 也压缩掉。 ( 3 ) 内嵌i p v 4 地址的i p v 6 地址 在r f c 3 5 1 3 进一步明确了“内嵌i p v 4 地址的i p v 6 地址”的概念。“内嵌i p v 4 地 址的 、，6 地址”包括“m v 4 兼容的l p v 6 地址”和“i p v 4 映射的i p v 6 地址”“i p v 4 兼 ， 容的i p v 6 地址”的格式如表2 5 所示。 第2 章i p v 6 协议的研究 表2 5i p v 4 兼容的v 6 地址格式 t a b 2 5i p v 4c o m p a t i b l ei p v 6a d d r e s sf o r m 8 0b i t s 1 6 b i t s3 2 b i t s 0 0 0 0 0 d 0 00 0 0 0 i p v 4 地址 “i p v 4 映射的i p v 6 地址”用于代表i p v 4 节点的i p v 6 地址，其格式如表2 6 所示。 表2 6i p v 4 映射的1 p v 6 地址格式 t a b 2 61 p v 4m a p p e d1 1 6a d d r e s sf o r m l 8 0 b i t s1 6b i t s3 2b j t s 0 0 0 0 0 0 0 0f f f f i p v 4 地址 2 3 2 地址分类 i p v 6 最显著的特征就在于它的巨量的地址空间，我们知道i p v 6 采用1 2 8 位的 地址长度，是i p v 4 的四倍。在i p v 4 时最多就可有2 “3 2 或4 , 2 9 4 ，9 6 7 ，2 9 6 ( 4 0 多亿) 个可能的坤地址，但由于对这些口进行分类，实际上可利用的i p 地址就少许多。 而当l p v 6 抵制长度为1 2 8 位时，则将有2 “1 2 8 则将有8 或3 4 0 ，2 8 2 ，3 6 6 ，9 2 0 ，9 3 8 ，4 6 3 , 4 6 3 ，3 7 4 ，6 0 7 ，4 3 1 ，7 6 8 ，2 1 1 ，4 5 6 个可能的坤地址，这个天文数字足以使全球每一个 人均可分配1 8 x 1 0 1 9 个i p v 6 地址。i p v 6 地址是独立接口的标识符，所有的i p v 6 地址都被分配到接口，而非节点。由于每个接口都属于某个特定节点，因此节点 的任意一个接口地址都可用来标识一个节点。在l p v 6 地址中也作了相应分类，但 它与m “的分类方法不一样，它主要是通过其地址前缀来划分其传输类型的，共 分为3 种【1 - 3 l l ( 1 ) 单播地址( u n i c a s ta d d r e s s ) ：用来标识单一网络接口。目标地址是单 播地址的数据包将发送给以这个地址标识的网络接口。 单播地址按照地址的传输范围分为：可聚集全球单播传送地址( a g g r e g a t a b l e g l o b a lu n i c a s ta d d r e s s e s ) 、n s a p 地址、口x 层次地址、站点本地地址( s i t e l o c a l a d d r e s s ) 和链路本地地址( 1 i n k l o c a la d d r e s s ) 等。所有的网络接口至少要有一个 链路本地地址，同时还可以拥有多个地址( 包括单播地址，任播地址和多播地址) 。 目前进行分配使用的主要是单播地址中的可聚集全局单播地址。 i p v 4 与i p v 6 网络互连技术的研究 其实除了以上介绍的几种单播传送地址外，在i p v 6 标准中还规定了以下类兼 容i p v 4 标准的单播传送地址类型，这主要是用于在i p v 4 向i p v 6 的迁移过渡期， 一般有“i p v 4 兼容地址”、“l p v 4 映射地址”、“6 t 0 4 地址”三类。 ( 2 ) 任播地址( a n y c a s ta d d r e s s ) ：用来标识一组网络接口( 通常属于不同 的节点) 。目标地址是任播地址的数据包将发送给其中路由意义上最近的一个网 络接口。适合于“o n e t o o n e - o f - m a n y ，( 一对组中的一个) 的通讯场合。接收方只 需要是一组接口中的一个即可，如移动用户上网就需要因地理位置的不同，而接 入离用户最近的一个接收站，这样才可以使移动用户在地理位置上不受太多的限 制。 i p v 6 任播地址1 9 】是分配给多于一个接口( 通常属于不同的节点) 的地址，任播 地址从单播地址空间中进行分配，使用单播地址的任何格式。因而，从语法上， 任播地址与单播地址没有区别。当一个单播地址被分配给多于一个的接口时，就一 将其转化为任播地址。被分配具有任播地址的接点必须得到明确的配置，从而知 道它是一个任播地址。目前，任意点传送地址仅被用做目标地址，且仅分配给路 由器。任意点传送地址是从单点传送地址空间中分配的，使用了单点传送地址格 式中的一种。地址结构如表2 7 所示。 表2 7 任播地址地址结构 t a b 2 7a n y c a s ta d d r e s ss t r u c t u r e 卜一n 位二一1 2 e - a t 寸一 ( 3 ) 多播地址( m u l f i c a s t a d d r e s s ) ：用来标识一组网络接口的标识( 通常属 于不同的节点) 。发送到多播地址的数据包发送给本组中所有的网络接口。在i p v 6 中没有i p v 4 中的广播地址( b r o a d c a s ta d d r e s s ) ，用多播地址取代。这种坤地址 类型适合于“o n e t o - m a n y ( 一对多( 组) ”) 的通讯场合。i p v 6 多点传送地址格式 前缀为1 1 1 11 1 1 1 ，此外还包括标志( h a g s ) 、范围域和组m 等字段，如表2 8 所示。 第2 章i p v 6 协议的研究 表2 8 多播地址结构 t a b 2 8m u l t i c a s ta d t t e s ss t r u c t u r e h 照+ 生+ 擞一 1 1 1 1 11 1 1 1f l a g ss c o p e g m o p i d 【， 在表2 8 中的4 位“f l a g s ”可表示为：0 0 0 t 。其中高三位保留，必须初始化成0 。 t = 0 表示一个被i a n a 永久分配的多点传送地址；1 - - 1 表示一个临时的多点传送 地址。4 位s c o p e 是一个多点传送范围域，用来限制多点传送的范围。表2 9 1 3 y | j 出了在r f c2 3 7 3 中定义的s c o p e 字段值。 表2 9l p v 6 多播地址s c o p e 分配情况 t a b 2 9l p v 6m u l t i c a s ta d d r e s ss c o p ed i s t 矧t e sc i r c u m s t a n c e s 值范围域 值范围域 o 保留 b 机构本地范围 1 节点本地范围 9 未分配 2 琏路本地范围 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 来分配 b 全球范围 7 未分配 f 保留 2 2 3 地址配置 i p v 6 的地址配置【o l 就是如何在路由器或主机上配制i p v 6 地址i p v 6 的地址 配置分为手动地址配置和自动地址配置。自动地址配置方式又分为无状态地址自 动配置和有状态