（计算机应用技术专业论文）ipv6研究及其试验床的建设.pdf

摘要 i n t e r n e t 协议( i p 协议) 为t c p i p 协议族和i n t e r n e t 提供了 基本的通信机制，它的第四版( i p v 4 ) 广泛地应用了二十多年，随着 i n t e r n e t 用户的指数增长，互联网几乎覆盖了全球的每个角落。随 之而来，互联网面临严峻问题：地址空间枯竭、路由表急剧膨胀、对 网络安全和多媒体应用的支持不够等。 为了满足人们对i p 地址空问、网络性能以及安全性等方面的新 需求，下一代i n t e r n e t 协议i p v 6 开始成型，i p v 6 的出现基本解决 了目前i p v 4 所存在的一些问题。 本文以中国教育和科研计算机网湖南i p v 6 试验床的建设方案为 例，讨论了如何实现从i p v 4 过渡到i p v 6 的相关技术，以及i p v 6 试 验床的具体实现方法，详细论述了基于i p v 6 协议栈的w w w 、f t p 、 t e l n e t 、d n s 等服务在u n i x 、w i n d o w s 平台上的实现技术。全文可分 为两大部分，即： 第、一。部分，包括第一、第二章。第一章主要介绍本课题的来源、 背景和研究现状，以及课题的设计目标；第二章讨论并比较了i p v 4 协议和i p v 6 协议的各自特点，介绍了从i p v 4 过渡到i p v 6 的一般策 略，并给出了以隧道方式来构建本试验床的选择依据。 第二部分，包括第三、第四和第五章。第三章主要介绍国内外 i p v 6 试验网络的情况，以及在不同平台环境下i p v 6 的具体实现技术， 分析了试验床建设中的关键点和难点。本文涉及的工作不仅包括了 个多平台、异构环境试验床的建设，同时也对l i n u x 和w i n d o w s 这两 种操作平台下i p v 6 协议栈的具体实现开展了深入研究，并通过修改 和编写系统的有关库函数、a p i 接口以及d l l 链接库，自行开发了两 种平台下的i p v 6 协议栈。在第三章的后半部分，本文详细地介绍了 湖南省i p v 6 试验床的具体配置和实现情况。第四章主要讨论i p v 6 试 验床的测试情况，给出了客观的测试结论。第五章介绍了i p v 6 试验 地址和正式地址申请的有关情况，并对全文进行了总结。 本文所描述的i p v 6 试验床经过了初步的测试，测试表明，实现 了预期的功能，达到了预期的目的，证明系统方案合理可行。而且， 随着对i p v 6 研究的广泛开展和技术的普遍应用，该试验床一定能在 今后的研究中发挥更大的作用。 关键词i p v 6 试验床，双协议栈，隧道技术，过渡技术 a b s t r a c t t h ei n t e m e t p r o t o c o l( i p ) c o n s i s t e dt h eb a s e l vc o m m u n i c a t i o n m e c h a n i s mo fi n t e m e t ，a n dt h ef o u r t hv e r s i o no fi pd r o t o c 0 1h a sb e e n u s e df o rm o r et h a nt w e n t yy e a r s w i t hm en u m b e ro fi m 咖e tu s e r s 1 n c r e a s l n ge x p o n e n t l a y ；a n d i n t e m e te x t e n dl t s s c o p e a l m o s tt o e v e v h e r ew o r l d w i d e f u n h e 珊o r e ， i n t e m e th a sm e tm a n vs e r i o u s p r o b l e m ：a d d r e s se x h a u s t e d ，r o u t et a b l ee x p a n d e d ，l e s ss u p p o r tt ot h e n e t w o r l ( s e c u r i t ya n dm u l t i m e d i aa p d l i c a t i o n t om e e tt h eu s e r s n e wn e e d so fm o r ei pa d d r e s ss d a c e ，b e 协e r n e t w o r kp e r 士0 m a n c ea n db e t t e rs e c u r i 吼t h en e x tg e n a r a t i o ni n t e 】m e t p r o t o c 0 1 ( i p v 6 ) h a sb e 朗c o m ei n t ob e i n g w ec a ns 0 1 v et h em o s to f p m b l e mo f i p v 4b vu s i n gi p v 6 i nt h i s a n i c l e ， ap l a no fi p v 6t e s t b o n ec o n s t m c t i o no fc h i n a e d u c a t i o na n dr e a r c l ln e t w o r k ( c 口n e t ) i nh u n a np r o v i n c eh a sb e e n p u tf o r w a r d t h i sa r t i c l ei sc o m p o s e do f 觚ou n i t s ： u n i t1 ：t h i su n j ti n c l u d e sc h a p t e rl ，c h a p t c r2 i nc h a p t e rl ，w e m a i n l yi n t r o d u c et h es o u r c ea 1 1 dp u 巾o s eo fm ep r o j e c tb e i n gd e s i g n e d a n dc o m p l e m e n t i nc h a p t e r2 ，w ed i s c u s st h es p e c i a l t yo fi p v 4a n di p v 6 ， a n dt h ei m p l e m e n t a t i o no ft r a n s i t i o nm e c h a m s m o fc h a i l 2 i n 2i p v 4t oi p v 6 a n dw ec h o o s e 【m m e lb r o k e ra so u rm e t h o dt ob u i l du di p v 6t e s t b e d u n i t2 ：t h i su n i ti n c l u d e sc h a p t e r3 ，c h a p t e r4a 1 1 dc h a p t e r5 i n c h a p t e r3 ，w ei n t r o d u c em ei p v 6t e s t b e dr e s e a r c hs t a t u sw o r l d w i d ea n d h o wt o i m p l e m e n ti p v 6p r o t o c o li nd i f f b r e n ts o r w a r ea n dh a r d w a r e p l a t f o m t h ek e yq u e s t i o no ft e s t b e dc o n s t m c t i o ni sp u tf o n a r di nd e t a i l w ei m 脚e m e n tt h ei p v 6p r o t o c o li nl i n u xa i l d 五n d o w sp 1 a t f b h nb y o u r s e l v e sw i t har e s e a r c hp r o p o s e s o m em o d u l e so ft h e s et w op l a t f b n n h a sb e e nc h a n g e db yu s ，s u c ha sc l i b ，a p i 如c t i o na n dd l l f u r t h e m o r e ， w ed i s c u s sm ed e t a i l e dc o n f i g l l r a t i o na n di m p l e m e n ts t m c t u r eo fi p v 6 t e s t b o n eo fc e r n e tc h m l g s h an o d e i nc h a p t e r4 ，w ein 1 r o d u c et h e r e s u l to f t e s t i n gt h i st e s t b o n e i nc h a p t e r 5w ei n t r o d u c eo u ra p p l i e di p v 6 t e s t b e da d d r e s sa n do f ! e i c i a la d d r e s sa n ds u 1 m 耐z et h em a i nw o r l 【s w r i t t e ni nt h i sd i s s e n a t i o n t h et e s t b o n et h a tw ed i s c u s si nm i sa r t i c l eh a sb e e nd r o v e dt o a c h i e v et h ef u n c t i o nw ep l a i u l e d ，a n dt h et h e o r yo fm i sp r o j e c ti s i l n p l e m e n t e dp r o p e r l ya n dr a t i o n a l ly ih o p et h a tw e c o u l db eb e n e f i tf 幻m t h i st e s t b o n ei no u ri p v 6r e s e a r c hp m j e c ti nf u t u r e k e yw o r d si p v 6 t e s t b o n e ，d u a l s t a c k ，m i m e l i n g ，t r a n s i t i o nm e c h a n i s m 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指等下进行的研究 1 作及取得的研究成果。尽我所失，除r 论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 包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我 j k 同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名 姆冻 日期：上叻牛年岁月，d 日 关于学位论文使用授权说明 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位 论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论 文；学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。 作者签名：监导师签菇茎塑塑垡日期：盟年羔月焦目 中南大学硕士生毕业论文 第一章前言 第一章前言 1 1 l p v 4 的局限性及l p v 6 的引入 i p 分组头的前四位为版本号( v e r s i 彻) ，目前的i p 协议版本号为4 ，故称之 为i p v 4 。i p v 4 自七十年代投入使用以后，目前已经成为事实上的工业标准，并 风行全球。七十年代的网络研究人员没有想到，工p 协议会被使用得如此地广泛， 也没有想到基于t c p i p 协议的因特网会承载如此巨大的网络流量，传送如此丰 富的信息。i p v 4 的最大优点是简单，但它的成功却主要得益于u n i x 操作系统和 因特网的流行。 l p v 4 虽然取得很大成功，但它在使用过程中表现出六个方面的缺陷，第一 是3 2 位的i p 地址长度太短，第二是i p 地址结构不合理：第三是i p 分组头的 结构不合理：第四是i p 网络的配置不方便；第五是i p 协议的安全功能差，第 六是l p 协议的服务质量控制弱。实际上，这些缺陷，有的在i p v 4 的诞生之日 起就已经暴露。i p v 4 的三十年使用历史也是人们不断克服它的缺陷的历史。针 对每一个缺陷，人们通过打补丁包的方法和一些补救措施来解决。这些补救措 旃也为新一代i p 协议的诞生打下了坚实的基础。 i p v 4 协议规定，互联网上的每个节点都有一个3 2 位( b i t ) 的i p 地址，它 包括网络号和主机号两个部分，且这一编码组合是唯一的，既可用于表示i p 分 组的源地址也可表示目的地址。这种网络号主机号编址方式的好处是使路由表 不致太大，路由器为每个网络维护一个路由表项。但它有两个致命弱点：地址 空间的浪费和路由表的过度负担。i p 地址分为五类，理论上有超过4 0 亿个地址， 但由于分级地址管理，因为a ，b 类网络的地址太大，不能有效地为中型网络编 址，而采用只有2 5 6 个本地标识符的较小的c 类网络来替代a ，b 类网络，使效 率提高一些。从而出现了这两个问题：一是网络数目增长，二是路由选择表数 目暴涨。在互联网中，外部路由是以网络数为基础的，使用c 类地址意味着分 配更多的网络，路由器要电录更多的表项，从而影响了外部路由协议的性能。 此外，i p v 4 的数据包最大只能是6 4 k 字节，这对一些需要高速、实时传输，如 多媒体应用是不够的。而且i p v 4 不能提供路由器级的安全性，这对诸如电子商 务等对安全性要求很高的应用也是不够的。 因此，为了满足人们对地址空间、 ( i n t e r n e te n g i n e e r i n gt a s kf o r c e ， 性能阻及安全性等方面的新需求，i e t f 互联网工程专门工作组) 在r f c l 5 5 0 里 征求新的i p 协议的提案，从而产生了s i p p ( s i m p l ei n t e r n e tp r o t o c 。l p 1 u s ) 第l 页 中南大学硕十生毕业论文 第一章前言 等仂、议。下一代i n t e i n e t 协议，也就是i p v 6 ，在这样的基础上产生了，它的出 现，基本解决了目前i p v 4 存在的大部分问题。 1 2 l p v 6 的研究现状 九十年代初，i e t f 就组织了对下一代网络互连协议i p n g 需求的讨论，涉及 的领域包括网络安全、移动主机、a 1 、m 网络、主机多i p 地址等各个方面，并且 这个讨论仍在进行当中，迄今形成了数十个r f c 文档。针对各种需求的提出， 曾出现了各种l p n g 的方案，这些方案的论证过程是相当激烈，最终比较一致的 意见是以s i p p ( 简单互联网协议增强) 为基础并加以改进，称为i p v 6 。它的主 要特点是： 一i p 地址从3 2 位变为1 2 8 位，扩展了寻址能力 - 简化了报文头的格式 _ 提高了对可选项的支持 增强的q o s 能力 _ 增强的认证和保密能力 1 9 9 5 年9 月i p v 6 的核心协议集成为i e t f 的提议标准，此后这一技术得到 了迅速的发展。i e t f 成立了i p n g 和n g t r a n s 两个工作组专门讨论、研究、制订 i p v 6 及其技术标准的方案。它们与i e t f 的其他相关工作组共同协商，提出了 r f c 文档达近百个，i n t e r n e t 草案有数百个，而且仍不断地增加。其中核心的， 也为本课题提供了重点参考的有：r f c 2 4 6 0 ( i p v 6 规范) 、r f c 2 4 6 l ( i p v 6 地址 结构) 、r f c 2 4 6 3 ( i c m p v 6 规范) 、r f c 2 4 6 1 ( i p v 6 邻居发现协议) 、r f c 2 4 6 2 ( i p v 6 无状态地址自动配置协议) 、r f c 2 5 5 3 ( 基本s o c k e t 接口的i p v 6 扩展) 、r f c 2 4 6 4 ( i p v 6o v e re t h e r n e t 协议) 、r f c 2 4 7 3 ( i p v 6 的一般报文隧道) 、r f c 2 5 0 7 ( i p 头压缩) 、r f c 2 5 2 9 ( i p v 6 在i p v 4 区域里无显式隧道的传输) 、r f c 2 7 1 0 ( i p v 6 的组播监听者发现) 、r f c 2 0 8 0 ( r i p n g 协议) 、r f c 2 2 9 2 ( 1 p v 6 的高级s o c k e ta p i ) 等。草案有d r a f t i e t f i p n g w g d n sr r r g a d d 0 0 ( i p v 6 的域名服务器及路由 服务器) 、d r a f t i e t f i o n i p v 6 一a t m 0 1 ( i p v 6 o v e ra t m 协议草案) 、 d r a f t i e t f o s p f o s p f v 6 一0 5 ( o s p f v 6 协议) 、d r a f t j e t f n g t r a n s m e c h 0 4 t x t ( i r v 6 主机和路由器的转换机制) 等。 1 3l p v 6 试验床的研究现状 许多国家都把i p v 6 技术的研究作为未来网络发展的重要课题之一，在其网 络发展规划中采用i p v 6 作为网络的核心协议( 如美国的n g i ) 。 第2 页 中南大学硕士生毕业论文第一章前言 随着i p v 6 技术的兴起，诸多研究机构和生产厂商纷纷制订并实施了在各种 平台上的i p v 6 协议集实现方案。众多的主机和网络产品厂商宣称在其产品中将 要或已经加入i p v 6 的功能。目前支持i p v 6 的操作系统包括s o l a r i s 、l i n u x 、 b s d 、s u n o s 、d i g i t a lu n i x 、w i n d o w sn t 等，路由软件有g a t e d 、m r t 、z e b r a 、 c o s 、n o k i a 、t e l e b i t 等。 许多国家都已建起了全国或地方的i p v 6 网络，在网络的实际运行中积累了 很多的经验。1 9 9 6 年全球i p v 6 试验网6 b o n e 建立，1 9 9 8 年全球i p v 6 正式运行 网6 r e n 建立。这两个网络将世界五十多个国家的i p v 6 网络连成一体，提供了 试验性的和正式的i p v 6 网络服务和测试，其规模迅速扩大。 6 b o n e 是研究和开发i p v 6 的测试性网络。它目前覆盖北美，欧洲，日本和 中国。扩展到全球4 1 个国家和地区。6 b o n e 是建立在i p v 4 物理网络上的一个虚 拟网络，支持i p v 6 报文的路由。这个网络由许多可以直接支持i p v 6 报文的小 网络组成，它们之间通过称为“隧道”的点到点虚链路连接。隧道端点通常是 支持i p v 6 的主机。6 b o n e 骨干站点称为p s e u d ot l a s ( p t l a s ) ，是新的可聚类 全局地址层次结构( 以3 f f e 开头) 中测试地址的最高一级。目前有两种：2 4 位 前缀和2 8 位前缀。中国申请的地址为c e r n e t c n ( 3 f f e ：3 2 0 0 ：2 4 ) 。 从国内来看，目前基本上还是处于技术消化和实现的起步阶段。1 9 9 8 年1 2 月在c e r n e t 网络中心成立了全国的i p v 6 试验床，作为p t l a 节点接入6 b o n e ， 并成为6 r e n 的成员。以c e r n e t 现有的网络设施和技术力量为依托，建立了全 国规模的i p v 6 试验床。 第3 页 中南大学硕：j 二生毕业论文第二章i p v 6 协议及其发展 2 1 i p v 6 协议 第二章lp v 6 协议及其发展 2 1 ，1i p v 6 的分组格式 】p v 6 分组头和i p v 4 的可变长度分组头不同，它的长度固定为4 0 个字节。 图2 1 所示的为最新的i p v 6 分组头的格式，是按照1 9 9 8 年8 月发布的i p v 6 草 稿绘制的，它包括下面几个部分。 版本( v e r s i o n ) 长度为4 位，对t p v 6 来说，其值为6 。 iv e r s i o nc 1 a s s f 1 0 wl a b e l1 lp a y l o a dl e n g t hn e x th e a d e o h o pl i m i tl i s o u r c ea d d r e s s j l d e s t i n a ti o na d d r e s s i 图2 1i p v 6 分组头格式 等级( c l a s s ) 长度为8 位，它替代i p v 4 的t 0 s 域( t y p eo fs e r v i c e ) 。 i p v 4 的t o s 为4 位，只能标识1 6 个服务优先级，而i p v 6 的等级为八位，可标 识2 5 6 个服务等级。 流标识( f l o 再1 a b e l ) 长度为2 0 位，用于标识“i p 分组流”。 载体长度( p a y l o a dl e n g t h ) 长度为1 6 位，它指明除i p 分组头之外的 数据长度，单位为字节。 下个分组头( n e x th e a d e r ) 长度为8 位，它指明下个分组头的类型，目 前已定义的部分分组头类型见表2 1 。 跳数上限( h o p l i m i t ) 长度为8 位，它指明分组在网络中传送时所允许 的最大跳数。分组每转发一次，跳数值减l ，其值为零时，网络丢弃分组。 源地址( s o u r c ea d d r e s s ) 长度为1 2 8 位。 目的地址( d e s t i n a t i o na d d r e s s ) 长度为1 2 8 位。 由上可见，i p v 6 分组格式和i p v 4 分组格式有很大变化，表现在八个方面： 第一，i p v 6 分组头为固定长，而l p v 4 的分组头可变长；第二，i p v 6 去掉了分 组头校验；第三，i p v 6 没有分段功能，去掉了i p v 4 的“标识”( i d e n t i f i c a t i o n ) ， “标记”( f 1 a g ) 和“段偏移”( t r a g m e n to f f s e t ) 三个字段。对于l p v 4 来说， 这三个字段主要为分段功能设置的；第四，i p v 6 只指明数据长度( 不包括分组 头) ，而t p v 4 有两个长度域( i h l 和t o t a ll e n g t h ) ；第五，i p v 6 增添了“流标 第4 页 中南大学硕士生毕业论文 第二章口v 6 协议及其发展 识”域；第六，i p v 6 用“跳数上限”取代了i p v 4 中的“生命期”；第七，i p v 6 的地址长度为1 2 8 位，i p v 4 的地址长度为3 2 位：第八，i p v 6 使用扩展头的方 法指明i p v 6 的协议功能，而i p v 4 使用选项( o p t i o n ) 来指明i p v 4 的协议功能。 2 1 2i p v 6 分组的扩展头( e x t e n s i o nh e a d e r ) i p v 6 分组头的“下个分组头”指明紧接在i p v 6 分组头之后的分组头的类型。 这些分组头可分为两大类：第一类为i p v 6 扩展头；第二类为i p v 6 的上层协议， 如t c p ，u d p ，i c m p 等。目前i p v 6 定义了七种扩展头，见表2 一l 。扩展头的功能 类似i p v 4 的选项( o p t i o n ) ，用来扩展i p v 6 的功能。 表2 1i p v 6 扩展头 0 中继点选项扩展头( h o p 咱y - h o po p t i o nh e a d e r ) 4 3 寻路扩展头( r o u t i n gh e a d e r ) 4 4 报片扩展头( f r a 辨e n th e a d e r ) 5 l 认证扩展头( a u t h e n t i c a t i o nh e a d e r ) 5 9 空扩展头( n u l l ) 6 0 信宿选项扩展头( d e s t i n a t i o no p t i o n sh e a d e r ) i p v 6 分组头后面可以有多个扩展头，从而形成i p v 6 分组头链( 如图2 2 ) 。 各种扩展头的格式是不相同的，但它们的前八位都是“下个分组头”域，该域 用来构成分组头链。 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 rh o dl i m i t 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 v e r s i o n4 位协议版本号为6 f 1 l a b e l2 0 位流标签 n e x th e a d e r8 位下一跳 s o u r c ea d d r e s s1 2 8 位 t r a f f i cc l a s s p a y l o 鲥l e n g t h h o dl i i t d e s t i n a t i o na d d r e s 5 图2 2i p v 6 分组头链 如果一个i p 分组包含多个扩展头，扩展头的排列顺序由它们的功能来决定 的，它们出现的顺序如下： i p v 6h e a d e r _ 中继点选项扩展头h b h( h o p b y h o po p t i o nh e a d e r ) 第5 页 域级等 位位位位 8 6 8 8 l 2 中南大学硕士生毕业论文第二章d v 6 协议及其发展 一 信宿选项扩展头 d o ( d e s t i n a t i o no d t i o nh e a d e r ) 一 寻路扩展头 r h ( r o u t in gh e a d e r ) 报片扩展头 f h ( f r a g m e n th e a d e r ) 一认证扩展头 a h ( a u t h e n t j c a t i o nh e a d e r ) - 数据加密扩展头e s p ( e n c a p s l l l a t i n gs e c u r i t yp a y l o a dh e a d e r ) 上层协议头( t c p ，u d p ，i c m p 等) ( 1 ) 衄h 扩展头( h o p b y h o po p t i o nh e a d e r ) i p 分组在从源节点传送到目的节点的过程中，除h b h 扩展头之外，中间节 点( 路由器) 不处理任何其它扩展头，以便提高路由器的工作效率。h b h 是唯一 要使中间节点处理的扩展头，故它紧跟在i p v 6 分组头之后。 h b h 用来放置要使中间节点处理和使用的辅助信息，辅助信息通过h b h 的选 项来表示，目前已定义的选项只有一个：“超长载体”( j u b op a y l o a dl e n g t h ) 。 i p v 6 分组头的“载体长度”域为1 6 位，即载体最大长度为6 5 ，5 3 5 字节。若一 个i p v 6 的分组的长度大于6 5 ，5 3 5 字节，发送者会把“载体长度”域设置为零， 并通过h b h 的“超长载体”选项来表示载体长度信息，其格式见图2 3 。图中， “n e x th e a d e r ”( 8 位) 指明紧跟在h 阴之后的扩展头或上层协议头的类型；“h d r e x tl e n ”( 8 位) 指明h b h 的长度( 单位为8 字节) 。对于图2 3 中只有一个超 长载体选项的h b h 扩展头，“h d re x t1 e n ”的值为零。“o p t i o nt y p e ”( 8 位) 指明选项类型。“o p t d a t al e n ”( 8 位) 指明选项数据长度。“j u m b op a y l o a d i e n g t h ”为3 2 位，它将i p v 6 分组头的“载体长度”由1 6 位扩大为3 2 位，使 l p 分组的载体长度可大于6 5 ，5 3 5 字节。 n e x lh e a d e o o o t i o n s 8 位 h d rd 可变长度 图2 3h b h 扩展头的格式 ( 2 ) d 0 扩展头( d e s t i n a t i o n0 p t i o nh e a d e r ) d 0 扩展头用来放置目标节点使用或处理的辅助信息。辅助信息通过d 0 选项 来表示。一个d o 扩展头可携带多个选项，每个选项用“o p t i o n t y p e ”、“o f 】td a t a 1 。e n ”和“o d t i o nd a t a ”格式表示，其结构和图2 3 的结构相同。目前已定义 的d 0 选项只有“填充”( p a d d i n g ) 。该选项指明i p 分组的尾部有多少字节为填 第6 页 中南大学硕士生毕业论文 第二章口v 6 协议及其发展 充信息。 ( 3 ) r h 扩展头( r o u t i n gh e a d e r ) r 1 扩展头列出i p 分组在到达最终目的节点之前，它所要通过的所有中问节 点( 路由器) ，它的功能类似于i p v 4 的源路由。r h 扩展头的格式如图2 4 所示。 在图2 4 中，“r o u t i n gt y p e ”( 8 位) 指明源路由类型( 目前只定义了零类源路 由) 。“s e g m e n tl e f t ”指明分组还要经过多少路由段( r o u t es e g m e n t ) 才能达 到最终目的节点，其允许的最大数为2 3 。 h e x th e a d e r8 位 r o u t i n gt y p e 8 位 t y p e s p e c i f l cd a t a可变长度 h d re x tl e n s e 口e n tl e f t 图2 4r h 扩展头的格式 8 位 8 位 ( 4 ) f h 扩展头( f r a g m e n th e a d e r ) i p v 6 不允许中间节点对i p 分组进行分段处理。如果源主机所发送的i p v 6 报文长度过大，那么必须由源主机将报文分段发送，而目的主机则组装报文。 通过r h 扩展头，i p v 6 提供了一种“端一端”分段发送i p 分组的机制。源主机 按照r f c l 9 8 1 ( p a t hm t ud i s c o v e r yf o ri p v 6 ) 的规定来确定p 研u “的值。如 果上层协议的报文长度大于p m t u 的值，则使用f h 扩展头来进行分段发送。如 果中间节点遇到一个因长度过长而不能转发的分组时，则向源主机发出“p a c k e t t o ob i g ”的i c m p 报文，源主机随即调整p m t u 的值。 f h 扩展头的格式见图2 5 。图中，“f r a g m e n to f f s e t ”( 1 3 位) 指明该段分 组相对于起点的相对位置，目的主机根据该值来组装报文。“r e s ”( 2 位) 保留 为以后使用。“m ”( 1 位) 为“0 ”时表示该段分组为最后一段，为“1 ”时则表 示该段分组不是最后一段。“i d e n t i f i c a t i o n ”( 3 2 位) 的功能类似于i p v 4 的 “i d e n t i f i c a t i o n ”，只有标识值相同的段才能组装成一个报文。 n e x th e a d e o f r a g m e n t0 f f s e t mf l a g 8 位r e s e r v e d 1 3 位 r e s 1 表示有下一片；0 表示为最后片 第7 页 8 位 2 位 中南大学硕士生毕业论文第二章巾v 6 协议及其发展 i ( 1 e 呲i f i c a “o n3 2 位 图2 5f h 扩展头的格式 ( 5 ) a h 扩展头( a u t h e n t i c a t i o nh e a d e r ) ( 6 ) e s p 由。展头( 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 ) ( 7 ) n u l l 扩展头表示无任何扩展头或上层协议头紧跟在本分组头之后。 2 1 3i 洲p v 6 的演变 i p v 4 有两个辅助协议：一个是i c 仲( i n t e r n e tc o n t r o lm e s s a g ep r o t o c a l ) ， 其协议号为1 ，另一个是i g m p ( i n t e r n e tg r o u pm a n a g e m e n tp r o t o c a l ) ，其协 议号为2 。i p v 6 对i c m p 的功能进行修改扩充，并与i g 肝合并之后，形成新的 i c m p 协议，其协议号为2 ( 即分组头类型为2 ) 。这个新的i c m p 协议被称为i c m p v 6 ， 原先的i c m p 被称为i c m p v 4 。 i c m p v 6 报文封装在i p v 6 分组中，其报文格式和i c m p v 4 相同，但i c m p 报文 类型有重大变化。下面表2 2 是目前已定义的i c m p v 6 报文类型( r f c l 8 8 5 ) “： 表2 2i c 御v 6 报文类型 1目的节点不可达( d e s t i n a t i o nu ”e a c h a b l e ) 2 分组太大( p a c k e tt o ob i g ) 3超时( t i m ee x c e e d ) 4 参数有问题( p a r a 珥e t e rp r 。b l e m ) 1 2 8回响请求( e c h or e q u e s t ) 1 2 9回响回答( e c h or e p l y ) 1 3 0 用户组成员请求( g r o u pm e m b e r s h i pq u e r y ) 1 3 l 用户组成员报告( g r o u pm e b e r s h i pr e p o r t ) 1 3 2用户组成员减少( g r o u pm e m b e r s h i pr e d u c t i o n ) 1 3 3路由器请求( r o u t e rs 0 1 i c i t a t i o n ) 1 3 4路由器广告( r o u t e ra d v e r t i s e m e n t ) 1 3 5 邻居请求( n e i 曲o rs o l i c i t a t i o n ) 1 3 7邻居广告( n e i 曲o ra d v e r t i s e m e n t ) 1 3 7重定向( r e d i r e c t ) 前四类i c m p 报文用于i p 分组的传送错误处理，它一般由路由器发出。当 第8 页 中南大学硕士生毕业论文第二章i p v 6 协议及其发展 路由器转发分组时，如果发现i p 分组不可达，分组太大，或i p 分组的“h o pl i m j t ” 为零，或i p 分组头的参数错误，则发送i c m p 错误报文给i p 分组的发送者。而 “e c h or e q u e s t ”和“e c h or e p l y ”则用于实现p i n g 命令的功能，与t c m p v 4 功能相同。类型1 3 0 ，1 3 1 和1 3 2 为i c m p v 6 报文的实现i g m p 功能。类型1 3 3 和 1 3 4 的i c m p v 6 报文用于路由器的发现，类型为1 3 5 和1 3 6 的i c m p v 6 报文用于邻 居的发现，类型为1 3 7 的i c m p v 6 报文用于路由重定向，它们主要用于实现i p v 6 网络的自动配置。 2 1 4i p v 6 协议栈 i p v 4 到i p v 6 协议的变化会引起高层协议或软件的变化。引起高层协议变化 的主要原因有三个方面：第一，l p v 6 的地址长度为1 2 8 位，这首先引起域名服 务系统d n s 的修改，其次引起s o c k e t 接口的修改，同时还引起网络应用软件( 如 丌p ，t e l n e t 等) 的微小修改。原理上，i p v 6 不会引起网络应用协议的修改，但 会引起网络应用软件的修改，因为绝大部分网络应用软件要直接处理i p 地址。 地址长度的变化当然会引起所有路由协议( r i p ，0 s p f 等) 的修改。第二，i p v 6 和i c m p v 6 的协议机制的变化直接引起t c p 和u d p 协议及软件的修改。例如，t c p 和u d p 需要处理p m t u ，需要利用i p v 6 所定义的“等级”和“流标识”等新功 能。第三，i p v 6 分组头格式引起u d p 报文头的校验和( c h e c k s u 翔) 的使用。u d p 的校验和对i p 分组头进行校验，称为“伪头( p s e u d oh e a d e r ) 校验”。发送者 对i p 分组头计算校验和，而接收者通过校验和来校验i p 分组头。对于i p v 4 来 说，它的分缓在传送过程是变化的，所以u d p 的伪头校验对i p v 4 没有葱义。 所以，我们就需要重新定义新的高层协议，它们是t c p v 6 ，u d p v 6 ，s o c k e t v 6 ， f t p v 6 ，1 ) n s v 6 ，r i p v 6 ，o s p f v 6 ，b g p v 6 ，由它们所形成的新的协议栈，我们称 为“i p v 6 协议栈”。 2 2i p v 6 的寻址和路由 2 2 1i p v 6 地址的表示 i p v 6 的地址长度为1 2 8 位，分成8 段，每段为1 6 位。i p v 6 地址每段用四 个十进制数表示，段之间用冒号分隔。下面是四个i p v 6 地址的完整表示： 例1 ：f e d c ：b a 9 8 ：1 2 3 4 ：5 6 7 8 ：9 a b c ：d e f o ：1 2 3 4 ：5 6 7 8 例2 ：1 0 8 0 ：o o o o ：o o o o ：0 0 0 0 ：0 0 0 8 ：0 8 0 0 ：2 0 0 c ：4 1 5 6 例3 ：0 0 0 0 ：0 0 0 0 ：o o o o ：o o o o ：o a o o ：o o o l ：f e l 2 ：2 6 5 6 例4 ： o 0 0 0 ：0 0 0 0 ：0 0 0 0 ：o 0 0 0 ：o 0 0 0 ：0 0 0 0 ：0 0 0 0 ：0 0 0 0 为了使得地址变得简洁，冗余的“0 ”，可用双冒号“：”代替，使得表达 第9 页 中南大学硕士生毕业论文第二章v 6 协议及其发展 式变得更简单。这样例2 可简化为：1 0 8 0 ：8 0 0 ：2 0 0 c ：4 5 6 ：例3 则可以简写 成：a 0 0 ：1 ：f e l 2 ：7 6 5 6 ；而例4 可以简写成：。 对于路由器来说，由于只关心地址的前面部分，为了命名表达式变得简洁， 可以采用斜杠线“”来省略地址的后面部分。这样例l 可表示成： f e d c ：b a 9 8 ：1 2 0 0 4 0 ，其中“4 0 ”表示地址的前4 0 位为有效的地址，它的作用 像t p v 4 的网络掩码。如果我们表示例1 的前3 2 位为有效地址，可以写为： j 7 e d c ：b a 9 8 3 2 。 2 3 2i p v 6 地址的类别 因为i p v 6 地址长度为1 2 8 位，地址空间巨大，可允许多种寻址方式存在， 凼此i p v 6 定义了多种类别的寻址方式。目前已定义的地址类别见表2 3 表2 3i p v 6 的地址类别 特殊地址 r e s e r v e d n s a p 地址0 s in s a pa l l o c a t i o n i p x 地址 n o v e l li p xa l l o c a t i o n 全球单播a g g r e g a t a b l eg l o b a lu n i c a s ta d d r e s s e s 地域单播g e o g r a p h i c b a s e du n i c a s ta d d r e s s e s 链路地址 l i n kl o c a lu s ea d d r e s s e s 场地地址 s i t el o