3.IPv6 和 ATM.doc

IPv6 与ATMIPv6IPv6是Internet Protocol Version 6的缩写，其中Internet Protocol译为“互联网协议”，是IETF（互联网工程任务组，Internet Engineering Task Force）设计的用于替代现行版本IP协议（IPv4）的下一代IP协议。目前的全球因特网所采用的协议族是TCP/IP协议族。IP是TCP/IP协议族中网络层的协议，是TCP/IP协议族的核心协议。Ipv6的优势与IPV4相比，IPV6具有以下几个优势：一，IPv6具有更大的地址空间。IPv4中规定IP地址长度为32，即有232-1（符号表示升幂，下同）个地址；而IPv6中IP地址的长度为128，即有2128-1个地址。二，IPv6使用更小的路由表。IPv6的地址分配一开始就遵循聚类（Aggregation）的原则，这使得路由器能在路由表中用一条记录（Entry）表示一片子网，大大减小了路由器中路由表的长度，提高了路由器转发数据包的速度。 三，IPv6增加了增强的组播（Multicast）支持以及对流的支持（Flow Control），这使得网络上的多媒体应用有了长足发展的机会，为服务质量（QoS，Quality of Service）控制提供了良好的网络平台。四，IPv6加入了对自动配置（Auto Configuration）的支持。这是对DHCP协议的改进和扩展，使得网络（尤其是局域网）的管理更加方便和快捷。五，IPv6具有更高的安全性。在使用IPv6网络中用户可以对网络层的数据进行加密并对IP报文进行校验，极大的增强了网络的安全性。IPv6数据包：包头Ipv6报头结构以及与ipv4报头的比较比较一下两种报头。IPv6包头长度固定为40字节，去掉了IPv4中一切可选项，只包括8个必要的字段，因此尽管IPv6地址长度为IPv4的四倍，IPv6包头长度仅为IPv4包头长度的两倍。Version字段在两种协议中没有变化。IPv6 丢弃了 IPv4 的 Internet Header Length、Type of Service、Identification、Flags 、Fragment Offset和 Header Checksum字段。Total Lenght 、Time to Live和 Protocol字段在 IPv6 中有了新名字，功能稍微进行了重新定义。IPv4中的 Option 字段已从报头中消失，改为 Extension 功能。最后，IPv6 加入了两个新字段：Traffic Class 和Flow Label 。IPv6报头的各个字段：Version（版本号）：4位，IP协议版本号，值= 6。 Traffice Class（通信类别）：8位，指示IPv6数据流通信类别或优先级。功能类似于IPv4的服务类型（TOS）字段。 Flow Label（流标记）：20位，IPv6新增字段，标记需要IPv6路由器特殊处理的数据流。该字段用于某些对连接的服务质量有特殊要求的通信，诸如音频或视频等实时数据传输。在IPv6中，同一信源和信宿之间可以有多种不同的数据流，彼此之间以非“0”流标记区分。如果不要求路由器做特殊处理，则该字段值置为“0”。 Payload Length（负载长度）：16位负载长度。负载长度包括扩展头和上层PDU，16位最多可表示65，535字节负载长度。超过这一字节数的负载，该字段值置为“0”，使用扩展头逐个跳段（Hop-by-Hop）选项中的巨量负载（Jumbo Payload）选项。 Next Header（下一包头）：8位，识别紧跟IPv6头后的包头类型，如扩展头（有的话）或某个传输层协议头（诸如TCP，UDP或着ICMPv6）。Hop Limit（跳段数限制）：8位，类似于IPv4的TTL（生命期）字段。与IPv4用时间来限定包的生命期不同，IPv6用包在路由器之间的转发次数来限定包的生命期。包每经过一次转发，该字段减1，减到0时就把这个包丢弃。 Source Address（源地址）：128位，发送方主机地址。 Destination Address（目的地址）：128位，在大多数情况下，目的地址即信宿地址。但如果存在路由扩展头的话，目的地址可能是发送方路由表中下一个路由器接口。IPv6数据包：扩展包头IPv6包头设计中对原IPv4包头所做的一项重要改进就是将所有可选字段移出IPv6包头，置于扩展头中。由于除Hop-by-Hop选项扩展头外，其他扩展头不受中转路由器检查或处理，这样就能提高路由器处理包含选项的IPv6分组的性能。通常，一个典型的IPv6包，没有扩展头。仅当需要路由器或目的节点做某些特殊处理时，才由发送方添加一个或多个扩展头。与IPv4不同，IPv6扩展头长度任意，不受40字节限制，以便于日后扩充新增选项，这一特征加上选项的处理方式使得IPv6选项能得以真正的利用。 但是为了提高处理选项头和传输层协议的性能，扩展头总是8字节长度的整数倍。目前，RFC 2460中定义了以下6个IPv6扩展头：Hop-by-Hop（逐个跳段）选项包头、目的地选项包头、路由包头、分段包头、认证包头和ESP协议包头： （一）Hop-by-Hop选项包头包含分组传送过程中，每个路由器都必须检查和处理的特殊参数选项。其中的选项描述一个分组的某些特性或用于提供填充。这些选项有：Pad1选项（选项类型为0），填充单字节。 PadN选项（选项类型为1），填充2个以上字节。 Jumbo Payload选项（选项类型为194），用于传送超大分组。使用Jumbo Payload选项，分组有效载荷长度最大可达4,294,967,295字节。负载长度超过65,535字节的IPv6包称为“超大包”。 路由器警告选项（选项类型为5），提醒路由器分组内容需要做特殊处理。路由器警告选项用于组播收听者发现和RSVP（资源预定）协议。（二）目的地选项包头指名需要被中间目的地或最终目的地检查的信息。有两种用法： 如果存在路由扩展头，则每一个中转路由器都要处理这些选项。 如果没有路由扩展头，则只有最终目的节点需要处理这些选项。 （三）路由包头 类似于IPv4的松散源路由。IPv6的源节点可以利用路由扩展包头指定一个松散源路由，即分组从信源到信宿需要经过的中转路由器列表。（四）分段包头 提供分段和重装服务。当分组大于链路最大传输单元（MTU）时，源节点负责对分组进行分段，并在分段扩展包头中提供重装信息。（五）认证包头 提供数据源认证、数据完整性检查和反重播保护。认证包头不提供数据加密服务，需要加密服务的数据包，可以结合使用ESP协议。（六）ESP协议包头 提供加密服务。IPv6数据包：上层协议数据单元上层数据单元即PDU，全称为Protocol Data Unit。PDU由传输头及其负载（如ICMPv6消息、或UDP消息等）组成。而IPv6包有效负载则包括IPv6扩展头和PDU，通常所能允许的最大字节数为65535字节，大于该字节数的负载可通过使用扩展头中的Jumbo Payload（见上文）选项进行发送。IPv6寻址在 Internet 协议版本 6 (IPv6) 中，地址的长度是 128 位。地址空间如此大的一个原因是将可用地址细分为反映 Internet 的拓扑的路由域的层次结构。另一个原因是映射将设备连接到网络的网络适配器（或接口）的地址。IPv6 提供了内在的功能，可以在其最低层（在网络接口层）解析地址，并且还具有自动配置功能。 文本表示形式以下是用来将 IPv6 地址表示为文本字符串的三种常规形式： （一）冒号十六进制形式。这是首选形式 n:n:n:n:n:n:n:n。每个 n 都表示八个 16 位地址元素之一的十六进制值。例如：3FFE:FFFF:7654:FEDA:1245:BA98:3210:4562.（二）压缩形式。由于地址长度要求，地址包含由零组成的长字符串的情况十分常见。为了简化对这些地址的写入，可以使用压缩形式，在这一压缩形式中，多个 0 块的单个连续序列由双冒号符号 (:) 表示。此符号只能在地址中出现一次。例如，多路广播地址 FFED:0:0:0:0:BA98:3210:4562 的压缩形式为 FFED:BA98:3210:4562。单播地址 3FFE:FFFF:0:0:8:800:20C4:0 的压缩形式为 3FFE:FFFF:8:800:20C4:0。环回地址 0:0:0:0:0:0:0:1 的压缩形式为 :1。未指定的地址 0:0:0:0:0:0:0:0 的压缩形式为 :。（三）混合形式。此形式组合 IPv4 和 IPv6 地址。在此情况下，地址格式为 n:n:n:n:n:n:d.d.d.d，其中每个 n 都表示六个 IPv6 高序位 16 位地址元素之一的十六进制值，每个 d 都表示 IPv4 地址的十进制值。 地址类型地址中的前导位定义特定的 IPv6 地址类型。包含这些前导位的变长字段称作格式前缀 (FP)。 IPv6 单播地址被划分为两部分。第一部分包含地址前缀，第二部分包含接口标识符。表示 IPv6 地址/前缀组合的简明方式如下所示：ipv6 地址/前缀长度。 以下是具有 64 位前缀的地址的示例。3FFE:FFFF:0:CD30:0:0:0:0/64.此示例中的前缀是 3FFE:FFFF:0:CD30。该地址还可以以压缩形式写入，如 3FFE:FFFF:0:CD30:/64。 IPv6 定义以下地址类型： 1.单播地址。用于单个接口的标识符。发送到此地址的数据包被传递给标识的接口。通过高序位八位字节的值来将单播地址与多路广播地址区分开来。多路广播地址的高序列八位字节具有十六进制值 FF。此八位字节的任何其他值都标识单播地址。以下是不同类型的单播地址： 链路-本地地址。这些地址用于单个链路并且具有以下形式：FE80:InterfaceID。链路-本地地址用在链路上的各节点之间，用于自动地址配置、邻居发现或未提供路由器的情况。链路-本地地址主要用于启动时以及系统尚未获取较大范围的地址之时。 站点-本地地址。这些地址用于单个站点并具有以下格式：FEC0:SubnetID:InterfaceID。站点-本地地址用于不需要全局前缀的站点内的寻址。 全局 IPv6 单播地址。这些地址可用在 Internet 上并具有以下格式：010（FP，3 位）TLA ID（13 位）Reserved（8 位）NLA ID（24 位）SLA ID（16 位）InterfaceID（64 位）。 2.多路广播地址。多播地址标识多个接口。通过相应的多播路由拓扑，发往多播地址的数据包将传输到该地址标识的所有接口。多播地址用于一对多通信，传输到多个接口。3.任意播地址。标识多个接口。通过相应的路由拓扑，发往任意播地址的数据包将传输到单个接口（该地址标识的最近接口）。最近接口定义为路由距离最近的接口。任意播地址用于一对一（许多中的一个）通信，传输到单个接口。特殊 IPV6 地址未指定地址（0:0:0:0:0:0:0:0 或 :）指示地址不存在。该地址等效于 IPv4未指定地址 0.0.0.0。未指定地址通常作为尝试验证临时地址唯一性的数据包的源地址使用。未指定地址永远不会分配给接口，也永远不会作为目标地址使用。环回地址（0:0:0:0:0:0:0:1 或 :1）用于标识环回接口，使节点可以向自身发送数据包。环回地址等效于 IPv4 环回地址 127.0.0.1。发往环回地址的数据包不得通过链路发送或通过路由器转发。IPV6 隧道随着网络厂商和开发者逐渐将IPv6引入不同的平台，随着网络管理者逐渐确定自己所需要的IPv6功能，向IPv6过渡也将是一个相对缓慢的过程。预计IPv4和IPv6将长期共存，也许将永远共存。大多数过渡策略都依靠协议隧道的两路方法，即至少在最初，将来自IPv6岛的IPv6包封装在 IPv4包中，然后在广泛分布的IPv4海洋中传送。经过过渡的早期阶段，越来越多的I P网络和设备将支持IPv6。但即使在过渡的后期阶段， IPv6封装仍将提供跨越只支持IPv4的骨干网和其他坚持使用IPv4的网络的连接能力。配置隧道和自动隧道 配置隧道和自动隧道的主要区别在于：只有执行隧道功能的节点的IPv6地址是IPv4兼容地址时，自动隧道才是可行的。在为执行隧道功能的节点建立I P地址时，自动隧道方法无需进行配置；而配置隧道方法则要求隧道末端节点使用其他机制来获得其IPv4地址，例如采用D H C P、人工配置或其他IPv4的配置机制。 IPv6隧道类型 可以作为隧道端点的节点有几种不同的组合类型，图1 2 - 2描述了这些不同隧道的操作情形。图中的互联网络由三个网络、两个路由器和两台主机组成，它使用了如下几种不同的隧道类型。但是，为了区别这些不同类型的隧道，根据所演示的隧道类型，图中的实体可能是只支持IPv4、只支持IPv6或者IPv4 / IPv6双栈。不同的隧道类型包括： 路由器-路由器隧道。路由器X和路由器Y使用隧道方式来传送经过网络O的包，而网络O只支持IPv4。主机A可以透明地将IPv6包发送给主机B，这两个主机都不必考虑中间插入的IPv4网络(即网络O )。这种情况下，主机A和主机B都是只支持IPv6的节点。 路由器-主机隧道。此时网络M只支持IPv4，但主机B同时运行IPv4和IPv6，网络的其他部分都只支持IPv6。这种情况下，隧道传送发生在路由器Y和主机B之间。在网络的其他部分，IPv6包可以自由传送。但是路由器Y必须将IPv6包封装在IPv4包中，以便通过只支持IPv4的网络M。 主机-主机隧道。假设此时只有主机A和主机B同时支持IPv4和IPv6，而网络的其他部分都只支持IPv4。这种情况下，隧道传送发生在主机A和主机B之间。对于发往主机B的IPv6包，主机A必须把它们封装在IPv4包中，以便由只支持IPv4的路由器来运载。 主机-路由器隧道。假设此时主机A和路由器X为双栈节点，网络N只支持IPv4，而网络的其他部分都只支持IPv6。这种情况下，主机A仅对发往路由器X的IPv6包采用隧道方式；一旦通过了只支持IPv4的网络N，路由器X就对这些通过隧道传送的包拆包，然后按正常方式通过IPv6网络转发。ATMATM （Asynchronous Transfer Mode）异步传输模式ATM是一项数据传输技术。ATM是以信元为基础的一种分组交换和复用技术，它是一种为了多种业务设计的通用的面向连接的传输模式。它适用于局域网和广域网，它具有高速数据传输率和支持许多种类型如声音、数据、传真、实时视频、CD质量音频和图像的通信。 ATM是在LAN或WAN上传送声音、视频图像和数据的宽带技术。它是一项信元中继技术，数据分组大小固定。你可将信元想像成一种运输设备，能够把数据块从一个设备经过ATM交换设备传送到另一个设备。所有信元具有同样的大小，不像帧中继及局域网系统数据分组大小不定。使用相同大小的信元可以提供一种方法，预计和保证应用所需要的带宽。如同轿车在繁忙交叉路口必须等待长卡车转弯一样，可变长度的数据分组容易在交换设备处引起通信延迟。 ATM真正具有电路交换和分组交换的双重性: ATM面向连接,它需要在通信双方向建立连接,通信结束后再由信令拆除连接。但它摈弃了电路交换中采用的同步时分复用，改用异步时分复用，收发双方的时钟可以不同，可以更有效地利用带宽。 ATM的传送单元是固定长度53byte的CELL（信元），信头部分包含了选择路由用的VPI/VCI信息，因而它具有交换的特点。它是一种高速分组交换，在协议上它将OSI第二层的纠错、流控功能转移到智能终端上完成，降低了网络时延，提高了交换速度。 交换设备是ATM的重要组成部分，它能用作组织内的Hub，快速将数据分组从一个节点传送到另一个节点；或者用作广域通信设备，在远程LAN之间快速传送ATM信元。以太网、光纤分布式数据接口（FDDI）、令牌环网等传统LAN采用共享介质，任一时刻只有一个节点能够进行传送，而ATM提供任意节点间的连接，节点能够同时进行传送。来自不同节点的信息经多路复用成为一条信元流。在该系统中，ATM交换器可以由公共服务的提供者所拥有或者是组织内部网的一部分。 ATM用作公司主干网时，能够简化网络的管理，消除了许多由于不同的编址方案和路由选择机制的网络互连所引起的复杂问题。ATM集线器能够提供集线器上任意两端口的连接，而与所连接的设备类型无关。这些设备的地址都被预变换，例如很容易从一个节点到另一个节点发送一个报文，而不必考虑节点所连的网络类型。ATM管理软件使用户和他们的物理工作站移动地方非常方便。 通过ATM技术可完成企业总部与各办事处及公司分部的局域网互联，从而实现公司内部数据传送、企业邮件服务、话音服务等等，并通过上联INTERNET实现电子商务等应用。同时由于ATM采用统计复用技术，且接入带宽突破原有的2M，达到2M-155M，因此适合高带宽、低延时或高数据突发等应用。信元格式ATM传送信息的基本载体是ATM信元。ATM信元采用53B的固定长度，其中48B为数据，另附加5B作为信头。在信元交换过程中，主要是参照信头的内容对信元进行处理。信头内容在UNI和NNI中略有不同，如图1所示。GFC(Generic Flow Contr01)：一般流量控制，只用于UNI接口，目前没用，置为0000。VPI(Virtual Path Identifier)：虚通道标识，在一个接口上将若干个虚通路集中起来组成一个虚通道(VP)，并以虚通道为网络管理的基本单位。VPI在UNI中为8b，在NNI中为12b。VCI(Virtual Channel Identifier)：虚通路标识，标识虚通道内的虚通路，VPIVCI一起标识一个虚连接。PTI(Payload Type)：载荷类型指示，用于指明信元中的载荷(数据域中携带的数据)类型。CLP(Cell Loss Priority)：信元丢失优先级，用于拥塞控制。当网络出现拥塞时，首先抛弃CLP等于1的信元。HEC(Header Error Contr01)：信元差错控制，用来检测信头中的错误，并可以纠正信头中的1 b差。HEC的另一个作用是用于信元定界，利用HEC字段和他之前的4B的相关性可识别出信头位置。HEC的功能在物理层实现。ATM协议栈Virtual Channels虚拟通道（VC)虚拟通道的基本原理是根据B-ISDN的传输单元来的。每个ATM信元在它的信元头部都包含一个明确的标签来标识虚拟通道。 虚拟通道标识符为VCI，虚拟路径标识符为VPI虚拟通道是一条通信通道，用来提供ATM信元的传输，这个传输是在两个或者两个以上的节点进行的信息传输。 虚拟通道标识符（VCI）标识一条特殊的在UNI或者NNI上运行的虚拟路径中的虚拟通道。 在VCI的定义中没有端到端的含义。 Virtual paths虚拟路径（VP）一条虚拟路径包含多条虚拟通路，即一组虚拟通路，这组虚拟通路承载在同一条物理路径上并且共同使用同样的虚拟路径标识符（VPI）。 VP的边界被限定在虚拟路径的终端（VPT）上。 在 VPT上, VPI和VCI的标识符都会被重新处理。 ATM技术原理中，在VPT与VP