1.2-IPv6的地址方案(刘天平,1202).doc

1.2 IPv6的地址方案所有类型的IPv6地址都被分配到接口，而不是节点。一个IPv6单播地址适用于单个接口。因为某个接口必须属于某个节点，对于具有多个接口的节点，其单播地址中的任何一个均可作为该节点的标识符。所有接口至少需要有一个本地链路单播地址。一个单播接口可以拥有任何类型的多个IPv6地址（单播、任播、组播）或地址范围。那些具有单播地址范围大于链路范围的接口是不需要的，因为这些接口不可用作任何从非邻居来到非邻居的IPv6包的源接口或目的接口。对这样的寻址模型有一个例外：如果处理多个物理接口，这对于在多个物理接口上实现负荷分担非常有用。目前的IPv6延伸了IPv4模型，一个子网前缀与一条链路相关联，多个子网前缀可以指定给同一链路。1.2.1 地址表示方式IPv6对IPv4最大的改动就是地址部分，也是IPv6最具有特色的部分。IPv4采用4字节即32位的地址空间，并用点分十进制形式表示；而IPv6是128位的，表示方式也相对复杂一些。IPv6地址通唱使用冒号十六进制来表示，即类似x：x：x：x：x：x：x：x的表现形式，其中x是一个4位十六进制整数段，每个x包含16位地址段的十六进制值，而每个地址包含8 个整数段，共计128位，段与段之间用“：”隔开。地址中的每个整数都必须表示出来，如FE56:BACD:9875:98EF:BC34:5689:AACD:52AE。地址的写法有如下几种特殊情况：1） 每段数字前面有“0”时可以省略，如“002F”可以写成“2F”。2） 在分配IPv6地址时，会发生包含长串0位地址的情况。为了简化包含0位地址的书写，用“：”符号表示多个0值的16位组。“：”符号在一个地址中只能出现一次，该符号也能用来压缩地址中前部和尾部的0，如表1-3所示。表1-3 IPv6地址格式对照表IPv6地址详细格式IPv6地址压缩格式IPv6地址类型BA32:0:0:0:7:300C:4:A2BA32:7:300C:4:A2单播地址FA87:0:0:0:0:0:0:E3FA87:E3组播地址0:0:0:0:0:0:0:1:1回还地址0:0:0:0:0:0:0:0:0未指定地址3） 对于某些既有IPv4节点又有IPv6节点的环境，有时更适合采用另一种表示形式，即x：x：x：x：x：x：d.d.d.d,其中x是地址中6个高阶位16位字段的十六进制值，d是地址中4个底阶位段的十进制值（标准IPv4表示方法）。前面6个字段全为“0”时，表示IPv4地址。如“0：0：0：0：0：0：192.168.1.101”就表示IPv4地址“192.168.1.101”，可缩写为“：192.168.1.101”。1.2.2 地址前缀表示法在IPv4版本中，用来表示网络结构的是子网亚掩码。子网掩码是一个32位地址，用于屏蔽IP地址的一部分，以区别网络标识和主机的标识。在IPv6中已经没有子网掩码这个概念，地址前缀的表示方法和IPv4地址前缀在CIDR中的表示方法类似。一个IPv6地址前缀可以表示为IPv6地址/前缀长度。其中，IPv6地址是任何形式的IPv6地址；而前缀长度是组成前缀的十进制值，说明地址最左边的连续的地址的长度。例如，60位长的前缀46FE00000000BA5 (十六进制）可用下面的合法格式来表示：46FE:0000:0000:BA50:0000:0000:0000:0000/6046FE:BA50:0:0:0:0/6046FE:0:0:BA50:/60但是，下面的表示方法是不合法的，即46FE:0:0:BA5/60不合法。在任何一个16位段的地址快中，可以省略前部的0，但不能省略尾部的0.46FE:BA50/60会展开成46FE:BA50,46FE:BA50/60和46FE:BA5会展开成46FE:0BA5.当书写节点地址和它的子网前缀两者时，可以组合成如下表示：节点地址，46FE:0: 0:BA50:CDEF:89AB:4567:123;节点子网号，46FE:0:0:BA50:/60；可以缩写成为46FE:0:0:BA50:CDEF:89AB:4567:123/60。1.2.3 地址分配IPv6地址的不同类型由地址中的高位来表示，这些高位组成的可变长字段称为格式前缀。RFC2373中包含了一个IPv6地址空间图，如表1-4所示。其中显示了地址空间是如何进行分配的，一集地址分配的不同类型、前缀（地址分配中前面的位置）和作为整个地址空间的一部分的地址分配的长度。表1-4 RFC2373定义了IPv6地址空间的分配分配前缀占地址空间的白分率分配前缀占地址空间的百分率保留0000 00001/256未分配1011/8未分配0000 00011/256未分配1101/8为NSAP分配保留0000 0011/128未分配11101/16为IPX分配保留0000 0101/128未分配1111 01/32未分配0000 0111/128为分配1111 101/64未分配0000 11/32未分配1111 1101/128未分配00011/16未分配1111 1110 01/512可集聚全球单播地址0011/8链路本地单播地址1111 1110 101/1024未分配0101/8站点本地单播地址1111 1110 11 1/1024未分配0111/8组播地址1111 11111/256未分配1001/8其中需要说明如下问题：1） 有3种重要的IPv6地址，即未指定地址：0、回返地址：1和嵌入IPv4地址的IPv6地址x：x：x：x：x：x：d.d.d.d，它们的分配在格式前缀空间0000 0000之外。2） 除了组播地址（1111 1111）外，格式前缀空间001111，在EUI-64格式中都要求必须有64位接口标识符。这样的分配方案支持可集聚全球单播地址、本地地址和组播地址的直接分配，并保留给NSAP地址和IPX地址的空间，而其他的地址空间则保留给将来备用。1.2.4 地址类型IPv6地址是属于接口的，并且一个接口只能属于某一个特定的节点，分为单播地址、组播地址、任播地址。1.2.4.1 单播地址与基于CIDR的IPv4地址类似，IPv6的单播地址可以是任意位长前缀的聚合，它是一个连续的网络接口地址。送往一个单播地址的包将被传输至该地址标识的接口上，包括基于全局提供者的单播点传输地址、基于地里位置的单播点传输地址、NSAP地址、IPX地址、节点本地地址、链路本地地址和兼容IPv4的主机地址等。1、 接口标识符接口标识符用于标识在一条链路上的接口，即每条链路上所有的接口标识符是惟一的，而且还有可能在一个更大的范围内是惟一的。在某些情况下，一个接口标识符可能源自于该接口的链路层地址。在一个单节点上的多个接口可以用同一个接口标识符，前提是它们附属于不同的子网。接口标识符的惟一性与IPv6地址的唯一性无关。例如一个非全球范围的接口标识可能产生一个全球单播地址，而一个全球范围的接口标识也可能产生一个本地站点地址。除以二进制值000开始的以外，对所有单播地址而言，接口ID都要求是64位长，并遵循改进的EUI-64格式。 改进的EUI-64格式接口标识符可以通过转变“u”位（IEEE EUI-64术语中的全球/本地位）形成，此时形成的接口标识符来自于IEEE EUI-64标识符。这样改进的EUI-64格式中的“u”位被设置成1以表明全球范围，设置成0以表示本地范围。一个IEEE EUI-64标识符开始的3个八进制数用二进制表示，如图1-1所示。ccccccugcccccccccccccccccccc图6-1 EUI-64 标识符开始的3个八进制数按互联网标准中的位序，其中u是全球/本地位，c是公司标识符。当形成接口标识符时，使用u位的时机是当硬件令牌不可用，即在串行链路、隧道终点等情况下，便于系统管理员人工配置本地范围标识符。另一个方法是用0200：0：0：1、0200：0：0：2等形式代替十分简单的：1、：2等形式。在IEEE EUI-64标识符中使用全球/本地位的目的，是为了将来技术的发展能利用具有全球范围的接口标识符所带来的好处。这些64位接口标识符能在全球范围内逐个编制，并惟一的标识每个网络接口。这意味着理论上可多达264个不同的物理接口，大约有1.81019个不同的地址，而且这也只用了IPv6地址空间的一半。这至少在可预见的未来是足够的。2、 可聚集全球单播地址基于供应商的可集聚地址必须随着供应商的改变而改变，而基于交换局域网的地址则由IPv6交换实体直接定位。由交换局域提供地址快，而用户和供应商为网络接入签订合同。这样的网络接入或者直接由供应商提供，或者通过交换局间接提供，但选路通过交换局。这就使得用户改换供应商时，无须重新编址，同时也允许用户使用多个ISP来处理单块网络地址。可集聚全球单播地址包括地址格式的起始3位001的所有地址（此格式可在将来用于当前尚未分配的其他单播前缀）。对IPv6的单播地址采用分层编码，使得单播地址具有路由聚类性，特别是可聚集的全局单播地址，它是采用基于互联网服务提供商的分层方案，如图1-2所示。这种分层地址虽然可能降低地址的使用效率，但使得IPv6地址具有全局聚类性，有助于骨干线上的路由器能有效地进行路由选择。格式前缀（3）顶级集聚标识符（13）保留字段（8）下一级集聚标识符（24）站点集聚标识符（16）接口标识符（64）图1-2 IPv6可集聚全球单播地址格式格式前缀（001）：表示可集聚全球单播地址的格式前缀（3位）顶级集聚标识符：是路由分级结构中的最顶级。保留字段：其主要作用在于留作将来使用，保持一定的灵活性。下一级集聚标识符：用于创建机构的寻址分级和标识站点。站点级集聚标识符：用于建立机构的本地寻址分级结构与标识子网。接口标识符：用于标识在一条链路上的接口，即每条链路上所有接口标识符必须是惟一的，而且还有可能在一个更大的范围内是惟一的。3. 特殊地址和保留地址在第1个IPv6地址空间中，所有地址的第1个8位（0000 0000）被保留。大部分空的地址空间用作特殊地址，这些特殊地址包括以下3种：未指定地址：这是一个全0地址，当没有有效地址时，可采用该地址。例如当一个主机从网络第1次启动时，它尚未得到一个IPv6地址， 就可以用这个地址，即当发出配置信息请求时，在IPv6包的源地址中填入该地址。该地址可以表示为0：0：0：0：0：0：0：0，如前所述，可以写成：。回返地址：在IPv4中，回返地址定义为127.0.0.1。任何发送回返地址的包必须通过协议栈找到网络接口，但不发送到网络链路上。网络接口上本身必须接收这些包，就好像是从外面节点收到的一样，并传回给协议栈。回返功能用来测试软件和配置。IPv6回返地址除了最底位外，全为0，即回返地址可表示为0：0：0：0：0：0：0：1或：1。嵌有IPv4地址的IPv6地址：有两类地址，一类允许IPv6节点访问不支持IPv6的IPv4节点；另一类允许IPv6路由器隧道方式，在IPv4网络上传输IPv6包。4. 嵌有IPv4地址的IPv6地址不管人们是否愿意，逐渐向IPv6过渡已成定局，这意味着IPv4节点和IPv6节点必须找到共存的方法。当然两个不同IP版本最明显的一个差别是地址。IPv6的寻址体系结构最早由RFC1884定义，并在RFC2373中进行了补充和修正。在这两个RFC文中规定，IPv6提供两类嵌有IPv4地址的特殊地址。这两类地址高价80位均为0，低价32位包含IPv4地址。当中间的16位置为0000时，则指示该地址为IPv4兼容的IPv6地址；当中间的16位被置为FFFF时，则指示该为IPv4映象的IPv6地址。这两类地址结构如图1-3所示。80位0000000016位000032位IPv4地址IPv4兼容的IPv6地址80位0000000016位FFFF32位IPv4地址IPv4映射的IPv6地址图1-3 嵌有IPv4地址的IPv6地址IPv4兼容地址被节点用于通过IPv4路由器以隧道方式传输IPv6包，这些节点既理解IPv4，又理解IPv6；IPv4映象地址则被IPv6节点用于访问只支持IPv4节点。5. 链路本地和站点本地地址对于不愿意申请全球惟一的IPv4网络地址的一些机构，通过采用网络I/O型地址对IPv4网络地址进行翻译，可以为这些机构提供一个选项。位于机构之外，但由于机构使用的路由器不应该转发这些地址，但是不能阻止转发这些地址，也不能区分这些地址和其他有效的IPv4地址。可以相对容易地配置路由器，使其能转发这些地址。为实现这一功能，IPv6从全球惟一的互联网空间分出两个不同的地址段：链路本地和站点本地地址，其结构如图1-4所示。10位111111101054位064位接口标识符链路本地地址10位111111101138位016位子网标识符64位接口标识符站点本地地址图6-4 链路本地和站点本地地址1.2.4.2 组播地址组播地址是指一组接口（一般属于不同节点）的网络地址，送往一个组播地址的包将被传输至有该地址标识符的所有接口上。这个功能被多媒体应用程序所广泛使用，它节点到多个节点的传输。像广播地址一样，组播地址在类似老式的以太网的本地网中特别有用，在这种网中，所有节点都能检测出线路上传输的所有数据。每次传输开始时，每个节点检查其目的的地址，如果与本地节点接口地址一致，节点就拾取该传输的其余部分。这使节点拾取广播和组播传输相对比较简单。如果是广播，节点只要侦听，无需做任何决定，因此简单；对于组播来说，要稍复杂一些，节点要预定一个组播地址，当检测出目的地址为组播地址时，必须确定是否是节点预定的那个组播地址。IP组播就更为复杂。它采用了组播地址的概念，把需要数据的用户编入用户组，并利用一些高级的网络协议来确保把最经济地利用带宽，把数据通过用户组传递给真正需要的用户。当节点预定组播地址时，它声明要成为组播的一个成员，于是任何本地路由器将以该节点的名义预定组播地址。同一网络上的其他节点要发送信息到该组播地址时，IP组播包将被分装到链路层组播数据传输单元中。在以太网上，分装的单元指向以太网组播地址；在其他用户点对点电路传输的网络上（如ATM），通过其他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）。从本地网以外来的组播，用同样的方法处理，只是传递给路由器，由路由器把包转发给预定节点。IPv6组播地址的格式不同于IPv6单播地址，如图1-5所示。组播地址只能用作目的地址，没有数据报把组播地址用作源地址。8位111111114位标志4位范围112位组标识符图6-5 组播的地址格式地址格式中的第一个字节全为1，标识其为组播地址。组播地址占用了IPv6地址空间的整整1/256 。组播地址格式中除第1字节的其余部分，包括如下3个字段：标志字段：由4个单个标志组成。目前只指定了第4位，该位用来表示地址是由因特网编号机构指定的熟知的组播地址，还是特定场合使用的临时组播地址。如果该标志位为“0”，表示该地址熟知地址；如果该位为“1”，表示该地址为临时地址。其他3个标志位保留将来用。范围字段：长4位，用