互联网最新技术与应用模式.ppt

互联网最新技术与应用模式 向学哲020 31664008xiangxuezhe 第一部分网络新技术及其发展概述第二部分下一代互联网协议 IPV6 1 第三部分下一代互联网协议 IPV6 2 第四部分互联网应用新模式 网格计算 云计算 研讨内容 3 一 为什么需要下一代互联网 技术进步应用需求 4 计算机 通信 多媒体等前沿技术的高速发展 使人们对基于互联网的各类新型应用充满渴望与期待 以IPv4为基础的互联网络所固有的缺陷日益凸现 安全保障 服务质量与运营管理已成为进一步发展的瓶颈 可扩展 更安全 更大 可信 可管理 高质量的下一代互联网已成为学术与产业界共同的期盼 如何使理想能早日成为现实 需要我们共同努力与探索 5 全球共有互联网用户约7 86亿人 平均普及率是 12 2 我国的网民达到了8700万人 比一年前增长1900万 增幅为28 普及率为6 7 中国网民占全球网民的11 而中国人均占有IP数为1 25个除计算机外同时使用其它设备 移动终端 信息家电 上网的用户人数半年内增长46万 规模剧增与地址匮乏是直观需求 6 创新应用涌现是发展的内在动力 更多种类信息终端的网络连接 要求有广泛的地址空间高清晰网络电视等多媒体应用 要求有更高的带宽质量保证分布式存储等P2P网络应用 要求有端到端的服务质量保证生产环境监控等工业控制 要求实时可靠的服务质量保证电子购物等网络服务商业行为 要求可信可管理的安全技术手段 7 高清晰网络电视等多媒体应用 8 采用P2P模型的应用涌现 P2P要求端到端的特性 专用地址和NAT 隐藏了谁是信息的发送者 P2P要求能够识别发送者 P2P要求实行实名制 9 网上购物等电子商务服务日益普及 在用户采取的付款方式 选择 货到付款 的比例在连续下降 而 网上支付 的比例在持续上升 电子商务安全体系 10 下一代互联网是我们的希望 多种接入方式和多种接入终端大规模分布式应用开展多网络业务的融合语音 实时的多媒体广泛业务开展 11 下一代互联网的新型服务模式 目前的互联网未来的互联网相对独立的服务有机统一的服务共性 繁杂的服务个性 恰当的服务机械低效的服务智能高效的服务分散断续的服务统一连续的服务 12 下一代互联网的优势特征 更大 IPV6地址空间 接入网络的终端种类和数量更多 网络应用更为广泛 路由性能改善更快 100M以上的端到端的高性能通讯更安全可信 对象识别 身份认证和网络授权 数据加密和完整性 可信任的网络更及时 组播服务 服务质量QOS 大规模实时交互应用更方便 基于移动和无线的丰富应用更可管理 有序的管理 有效的运营 及时的维护更有效 有盈利模型 获得重大社会效益和经济效益 13 二 下一代互联网的酝酿及发展现状 14 IPv6的诞生 IETF于1991年开始致力于新协议的研究工作于1993年发布了白皮书 IP NextGeneration Ipng WhitePaperSolicitation 广泛征求各方意见IETF在综合各方意见之后 发布了RFC1726 定义了一整套评估标准IpngArea在RFC1550中对CATNIP SIPP和TUBA分别作出了细致的研究 最后 IETF建议融合 修改SIPP与TUBA以形成新一代IP协议的基础 由此 新一代的IP协议产生了 15 主要进展历程 1992 美国总统克林顿提出 信息高速公路 计划 不仅推动了互联网本身 也为提出下一代互联网研究计划奠定了基础1995 NSF支持的下一代互联网NGI计划 建立了NGI的主干网vBNS1998 UCAID成立 提出Internet2计划 建立了Internet2的主干网Abilene1998 亚太地区高速网络计划APAN2001 欧共体的下一代互联网研究计划 建立了它的主干网GEANT2002 提出建立全球高速互联网GTRN2003年1月DoD宣布全面向IPV6过渡 2008年完成2005年7月美国政府决定2008年6月过渡到IPV6 16 我国下一代互联网发展规划 近期目标 2002 2005 在改进和提高现有网络和大力推广应用的同时 建成中国下一代互联网示范工程 推动下一代互联网的科学技术进步 攻克下一代互联网的关键技术 开发重大应用 初步实现产业化 中期目标 2006 2010 建成全球最大规模的下一代互联网络 大力推广下一代互联网的重大应用 形成中国下一代互联网产业 在世界上占有重要地位 提高综合国力 17 三 下一代网络的核心技术问题 18 下一代互联网的技术体系结构 关键网络设备 软件 商业网 重大商业应用 19 互联网协议IPv6的研究热点 下一代路由协议研究与试验大规模组播服务研究与试验下一代互联网的域名技术研究网络过渡研究与试验IPv6QOS带宽保障技术 20 四 美好与广阔的应用前景 21 下一代互联网应用热点 互联网新应用 大规模点到点的多媒体通信新型移动式多媒体个人用信息终端 可实现全网漫游实现端到端的高性能传输具有安全服务和网络计费功能无线 移动应用 智能交通与定位应用基于IPv6 结合GPS 实现城市智能交通管理基于IPv6建立家庭网络 实现远程家电控制定位应用 22 下一代互联网应用热点 计算网格和数据网格 大规模科学计算与协同服务高能物理网格 虚拟天文台 生物网格 地学网格 化学信息网格信息服务网格大规模视频会议 高清晰度电视基于组播的多点多路视频会议 支持远程教育和远程医疗等综合应用基于组播的高清晰度电视 分辨率达到HDTV指标流媒体业务与应用 23 下一代互联网应用热点 环境监测 地震监测基于IPv6实现大气 水文 水质等环境参数传感器联网实现环境监测体系的规划部署 实时采集数据远程教育 数字图书馆 远程医疗基于组播视频会议的远程授课和师生交流图书馆资源的海量数据存储 管理和检索安全 可靠地传输医学图象和视频 实现远程协同诊断基于IPv6的各种人体传感器联网 实现人体健康监测 24 下一代互联网应用热点 P2P网络应用系统网络存储OceanstoreP2P流媒体系统CoolstreamingP2P互联网IP电话系统P2PWeb服务协作应用P2P即时通信系统IM 25 下一代互联网研究动态Ad hocWiFi无线网络环境 26 基于IPv6的传感器网应用领域 传感器和电子标签结点将真实世界信息连接到全球网络 27 随着人体变成联机在线 数字医学将要浮现 新传感器 视频吞咽丸电池 光源 和视频照相机影像传输下一步 联机在线无线互联网传输关键代谢和物理变量个人医学结合遗传密码数字影像人体数据流 28 目前 PC 少量掌上设备未来 手机PDATV投影仪办公设备家用电器 ICP 各种互联网设备的有机整合 将会为用户带来全新的应用体验 29 IPv6无线家庭网络 IPv6 30 汽车内嵌入式IPv6互联网 70个计算机3个子网 多媒体网 车内音响 导航系统 身体网络 灯光 窗 控制网络 发动机 刹车 多引导 31 网格技术 Grid和其它重要技术相融合 P2P Webservice Internet2 32 第二部分讲座内容 第一章IPv6基础知识第二章ND机制第三章IPv6路由协议第四章IPv6主要过渡技术 33 IPV4的巨大成功 异构网络互连 异构性 Heterogeneity 不同网络的主机能够进行通信 包括以太网 令牌环网 点对点链路等编址方案 介质访问协议 服务模型等不同可扩展性 Scale 网络规模不断扩大几百万甚至几十亿个节点互连 编址 Addressing 寻路 Routing 服务质量管理 QoS 安全 34 以IPv4为基础的网络体系局限凸现 35 IPv6的优势 128位的地址空间 IPv6把地址长度从32位扩展到128位 并赋予了更科学的层次结构 简化的协议首部 使得网络层的负担减轻很多 符合高效的原则 集成了认证和加密机制地址自动配置 实现即插即用任播 Anycast 功能 为均衡负载等应用提供更合理的解决手段支持源路由的选径 36 第一章IPv6基础知识 IPv6报文格式IPv6地址分类ICMPv6 37 IPv6报文格式 IPv6数据包由一个基本报头加上0个或多个扩展报头机上层协议单元构成 38 IPv6基本报头 备注version 6TrafficClass IPV4TOSFlowLabel用于指示流NextHeader IPV4ProtocolHopLimit IPV4TTLPayloadLength指示该IP报文负荷长度Source和Destination地址都是128位 IPv4 IPv6 39 来个真的 一个IPV6数据包 40 IPv6扩展报头 IPv6将一些IP层的可选功能实现在上层封装和基本IPv6头部之间的扩展头部中主要的扩展报头 Hop by HopOptionsheaderDestinationOptionsheaderRoutingheaderFragmentheaderAuthenticationheaderEncapsulatingSecurityPayloadheader 41 扩展报头的一个举例 RoutingHeader RoutingHeader的作用在于使得数据包经过指定的中间节点到达目的地 42 一个带RoutingHeader报文的转发流程 S I1 I2 I3 D 43 扩展报头的顺序 逐跳选项报头目标选项报头 当存在路由报头时 用于中间目标 路由报头片段包头身份验证报头封装安全有效载荷报头目标选项报头 用于最终目标 44 典型的IPv6数据包 每一种扩展报头其实也有自己特定的协议号 例如 路由报头为43 AH报头为51每一个基本报头和扩展报头的protocol字段标识后面紧接的内容 45 IPv6地址表示 v6地址与v4地址表示方法有所不同用十六进制表示 如 FE08 4位一组 中间用 隔开 如 2001 12FC 若以零开头可以省略 全零的组可用 表示 如 1 2 ACDR 地址前缀长度用 xx 来表示 如 1 1 64以下是同一个地址不同表示法的例子 0001 0123 0000 0000 0000 ABCD 0000 0001 961 123 0 0 0 ABCD 0 1 961 123 ABCD 0 1 96 46 IPv6地址表示 10000000000000010000010000010000000000000000000000000000000000010000000000000000000000000000000000000000000000000100010111111111 10000000000000010000010000010000000000000000000000000000000000010000000000000000000000000000000000000000000000000100010111111111 2001 0410 0000 0001 0000 0000 0000 45ff 2001 410 0 1 0 0 0 45ff 2001 410 0 1 45ff 47 IPv6地址分类 单播地址 UnicastAddress 组播地址 MulticastAddress 任播地址 AnycastAddress 特殊地址 48 单播地址 IPv6单播地址分类 全局单播地址例2001 A304 6101 1 E0 F726 4E58链路本地地址例FE80 E0 F726 4E58网点本地地址例FEC0 E0 F726 4E58 49 组播地址 Flags用来表示permanent或transient组播组Scope表示组播组的范围GroupID组播组ID Scope 0 预留1 节点本地范围2 链路本地范围5 站点本地范围 50 IPv6地址新类型 任播 Anycast 用于标识一组网络接口目标地址为任播抵制的数据报将发送给最近的一个接口适合于One to One of Many的通讯场合 Who sGateway I mnearestone 51 ICMPv6 基本概念差错报文信息报文典型应用 52 ICMPv6 1 ICMPv6是IPv6结构总体的一部分 必须被所有IPv6实现完全支持 ICMPv6具备IPv4ICMP基本功能 废除了一些不再使用的过时消息类型 并提供一个简单的故障排除回应服务 此外 ICMPv6还综合了另外两个在原IPv4中分属不同协议完成的功能 1 多点传送收听者发现 MulticastListenerDiscovery MLD 2 邻居发现 NeighborDiscovery ND 53 ICMPv6 2 ICMPv6是一个多用途协议 可以用来报告诸如数据包传输过程中出现的错误和多点传送成员资格 因此 ICMPv6消息可分为两种类型 1 错误消息 主要包括 目的不可达 数据包太大 超时和参数错误等 2 信息消息当8位类型字段最高位为1时 取值范围从128 255 就是一个信息消息 信息消息提供诸如MLD和邻居发现等诊断功能和附加主机功能 54 ICMPv6 3 2 ICMPv6包格式类型 8位类型字段说明消息类型 最高位为0代表错误消息 最高位为1代表信息消息 代码 8位代码字段内容取决于消息类型 用来区分某一类型的多条消息 若某一给定类型只有一条消息 则代码为0 校验和 校验和字段用于检错 报文主体 消息正文 55 ICMPv6 4 3 ICMPv6错误消息 1 目的不可达目的不可达消息的类型字段值为1 表示这是个错误消息 代码字段取值范围0 4 在校验和字段之后是一个32位未用字段和引发ICMPv6目的不可达消息的 即被抛弃的IPv6包的第一部分 2 数据包过大当IPv6数据包大小超过链路最大传输单元MTU 无法转发时 发送数据包过大消息 56 ICMPv6 5 3 超时ICMPv6超时消息当IPv6包头中的跳段限制 HopLimit 字段值降为0 路由器必须放弃IPv6包时产生 4 参数问题当路由器或目的结点因为检测到IPv6包头或扩展头中有错误字段而必须抛弃IPv6数据包时产生该消息 57 ICMPv6 6 4 ICMPv6信息消息ICMPv6信息消息可分为三类 诊断消息 管理多点传送组的消息和邻居发现消息 在此仅介绍诊断消息 1 回应请求消息回应请求消息及其对应的回应答复消息是ICMPv6的诊断消息 这两个消息对目的可达性问题和路由故障提供一个简单的诊断功能 2 回应答复消息ICMPv6回应答复消息用于响应回应请求消息 58 ICMPv6的典型应用 Pingv6Tracev6PMTU 分片与重装 59 第二章ND机制 第一节地址解析第二节地址配置 60 地址解析 IPv6取消了ARP协议通过邻接点请求报文 NS 和邻接点公告报文 NA 的交互来解析链路层地址 依然是利用ICMPv6报文 61 IPV4包转发过程中的 ARP协议 不管网络层使用的是什么协议 在实际网络的链路上传送数据帧时 最终还是必须使用硬件地址 每一个主机都设有一个ARP高速缓存 ARPcache 里面有所在的局域网上的各主机和路由器的IP地址到硬件地址的映射表 当主机A欲向本局域网上的某个主机B发送IP数据报时 就先在其ARP高速缓存中查看有无主机B的IP地址 如有 就可查出其对应的硬件地址 再将此硬件地址写入MAC帧 然后通过局域网将该MAC帧发往此硬件地址 62 A Y X B Z 主机B向A发送ARP响应分组 主机A广播发送ARP请求分组 ARP请求 ARP请求 ARP请求 209 0 0 5 209 0 0 6 00 00 C0 15 AD 18 08 00 2B 00 EE 0A 我是209 0 0 5 硬件地址是00 00 C0 15 AD 18我想知道主机209 0 0 6的硬件地址 我是209 0 0 6硬件地址是08 00 2B 00 EE 0A A Y X B Z 209 0 0 5 209 0 0 6 00 00 C0 15 AD 18 63 网络 网络 R2 A C B 当主机A以IP方式向远程网络的主机C发包 穿越物理网络同样发出ARP请求 这时ARP怎样工作 发往远程网络计算机的ARP请求 R1 网络 64 所以 不在同一网络的ARP定位过程 实际是分段ARP定位过程 或理解为路由器转发ARP请求 这一切是自动完成的 不需要应用程序和管理员干预 当ARP请求是从网络1主机A发往网络2目的主机C时 路由器R1发现目的主机C不在本网络 路由器R1作为ARP代理 ProxyARP 对主机A的ARP请求进行应答 然后IP包发往R1 由R1完成选路 发现主机C在相邻网络上 再发出ARP请求 经C应答后 再发往C 如果路由器R1存有主机C的地址联编 则可以不需ARP请求 应答过程 直接传输 否则传往下一站路由器 65 ARP高速缓存的作用 为了减少网络上的通信量 主机A在发送其ARP请求分组时 就将自己的IP地址到硬件地址的映射写入ARP请求分组 当主机B收到A的ARP请求分组时 就将主机A的这一地址映射写入主机B自己的ARP高速缓存中 这对主机B以后向A发送数据报时就更方便了 66 为什么取消ARP协议 媒体独立性安全机制组播寻址 67 ARP欺骗 第一种ARP欺骗 截获网关数据 它通知路由器一系列错误的内网MAC地址 并按照一定的频率不断进行 使真实的地址信息无法通过更新保存在路由器中 结果路由器的所有数据只能发送给错误的MAC地址 造成正常PC无法收到信息 第二种ARP欺骗 伪造网关 它的原理是建立假网关 让被它欺骗的PC向假网关发数据 而不是通过正常的路由器途径上网 在PC看来 就是上不了网了 网络掉线了 68 地址解析 发送主机在接口上发送组播NS报文 该报文的目的地址为目标IP地址所对应的请求节点组播地址 Solicited node 在其中也包含了自己的链路层地址目标主机收到NS报文后 就会了解到发送主机的IP地址和相应链路层地址目标主机向源发送主机发送一个邻接点公告报文 NA 该报文中包含自己的链路层地址 69 地址解析示意图 1 1 64MAC A 1 2 64MAC B PC1 PC2 70 第二章ND机制 第一节地址解析第二节地址配置 71 IPv6地址配置方法 手工配置有状态地址自动配置 DHCPv6 无状态地址自动配置 72 IPv6地址结构 IPv6地址 前缀 接口标识前缀 相当于v4地址中的网络ID接口标识 相当于v4地址中的主机ID2001 A304 6101 1 E0 F726 4E58 2001 A304 6101 1 E0 F726 4E58 前缀 接口标识 73 无状态地址自动配置 前缀获得 RS报文 RA报文 主机发送RouterSolicitation报文路由器回应RouterAdvertisement报文主机获得前缀及其它参数其实路由器会周期性地向外发送RA报文 1 1 64 74 无状态地址自动配置 接口ID生成 IEEEEUI 64规范是其中最重要的一种生成方法将48比特的MAC地址转化为64比特的接口IDMAC地址的唯一性保证了接口ID的唯一性设备自动生成 不需人为干预48位MAC地址64位接口ID 75 重复地址检测 DAD 重复地址检测 DuplicateAddressDetection 确保网络中无两个相同的单播地址任何地址均需做DAD地址配置给接口前称为 tentative地址 暂时不可用经过DAD检测后 没有冲突后可以使用 如果有冲突 则不能分配给接口使用 76 IPV4如何实现地址冲突检测 免费ARP 指主机发送ARP查找自己的IP地址 免费ARP主要作用 1 检查IP是否有冲突 2 当更换网卡时 其它主机或路由器ARP表项的更新 77 A Y X B Z 主机B向A发送ARP响应分组 主机A广播发送ARP请求分组 ARP请求 ARP请求 ARP请求 209 0 0 5 209 0 0 6 00 00 C0 15 AD 18 08 00 2B 00 EE 0A 我是209 0 0 5 硬件地址是00 00 C0 15 AD 18我想知道主机209 0 0 6的硬件地址 我是209 0 0 6硬件地址是08 00 2B 00 EE 0A A Y X B Z 209 0 0 5 209 0 0 6 00 00 C0 15 AD 18 78 重复地址检测 DAD 过程 获得临时地址的主机发送NS报文 NeighborSolicitation 给该临时地址所对应的solicited node组播地址 该报文中包含自己想使用的地址如果有人用NA报文 NeighborAdvertisement 响应 并报告自己已使用该地址 则该临时地址不可用如果无人响应 则认为没有地址冲突发生 该地址正式可用 1 1 64 NS报文 NA报文 79 Solicited Node组播地址 IPv6中特有的组播地址用于DAD和获取本地链路上邻居节点的链路层地址 地址解析 等Solicited Node组播地址生成过程接口ID的后24位 XX XXXX前缀FF02 0 0 0 0 1 FFFF02 0 0 0 0 1 FFXX XXXX 80 无状态地址自动配置的报文 RouterSolicitationRouterAdvertisementNeighborSolicitationNeighborAdvertisement所有报文都基于ICMPv6报文 81 IPv6地址规划 IPv6网络的规划原则同IPv4网络IPv6在各个厂商实现情况不同 选择设备时最好选择路由器 软件实现 容易升级 IPv6技术是3层技术 所以在下2层技术 VLAN 端口 上的规划与IPv4完全相同 82 IPv6地址规划 规划的时候要注意IPv6网络和IPv4网络的差异性IPv6公网地址极其丰富 设计时可以有较大的富余量 具有即插即用特色的无状态地址自动配置技术目前还基本没有纯的IPv6网络 一般都是组建一个IPv4 IPv6共存的双栈网络 二者可互为备份 或者把其中一个做为带内管理网络 比如把IPv4网络做为管理网络 用它来管理IPv6网 83 IPv6地址规划 IPv6公网地址由IANA统一进行分配IPv6也有类似IPv4私网地址 FEC0 10终端主机一般用无状态地址自动配置技术来进行地址配置 无须DHCP服务器分配IPv6地址注意某些过渡技术使用特殊地址 如6to4 ISATAP等 84 公网地址规划 目前中国的公网IPv6地址主要是以2001 及3FFE 开头的地址块根据EUI 64规范 主机ID只能是64位 所以把路由器连接主机的业务地址网段都规划为64位前缀为便于扩展及统一 一般把路由器之间的互联地址也规划为64位前缀网段地址要连续 便于聚合 并尽量使IPv6地址与原来的IPv4地址有一定对应关系 要预留做为Loopback地址的网段 85 公网地址规划示例 6B RT 1NE40 8 6B RT2NE 40 6B RT 3AR 46 2001 1 2 2 1 64 2001 1 2 2 2 64 2001 1 2 4 1 64 2001 1 2 4 2 64 2001 1 2 5 1 64 2001 1 2 3 1 64 2001 1 2 3 2 64 DNSServer2001 1 2 5 2 VideoServer2001 1 2 5 3 WebServer2001 1 2 5 5 86 第三章IPv6路由协议 第一节静态路由配置第二节动态路由配置 87 静态路由 配置命令ipv6route staticip addressprefix length interface name nexthop address gateway address preferencepreference value 缺省路由ipv6route static 02 2 Destination PrefixLength 0NextHop 2 2Preference 60Interface Ethernet3 0Protocol StaticState ActiveAdvGotQCost 0RefrenceCount 2 88 第三章IPv6路由协议 第一节静态路由配置第二节动态路由配置 89 什么是路由 一张路由表的实例 Quidway disiprouting tableRoutingTables Destination MaskprotoprefMetricNexthopInterface0 0 0 0 0Static600120 0 0 2Serial08 0 0 0 8RIP1003120 0 0 2Serial09 0 0 0 8OSPF105020 0 0 2Ethernet010 0 0 0 8RIP1004120 0 0 2Serial011 0 0 0 8Static600120 0 0 2Serial020 0 0 0 8Direct0020 0 0 1Ethernet020 0 0 1 32Direct00127 0 0 1LoopBack0 90 动态路由协议 目前支持IPv6的重要动态路由协议包括RIPngOSPFV3MBGP 91 RIP协议 基于距离向量算法的路由协议适合小规模的网络简单 容易实现 92 11 21 31 F E D C B A 51 61 21 51 31 41 41 61 11 51 初始化过程 一开始 各路由表只有到相邻路由器的信息 网3 网2 网4 网6 网5 网1 4 表示 从本路由器到网4 1 表示 距离是1 表示 直接交付 93 F E D C B A 51 61 21 51 31 41 11 51 路由器B收到相邻路由器A和C的路由表 网3 网2 网4 网6 网5 网1 12A22A31 41 62C A说 我到网1的距离是1 因此B现在也可以到网1 距离是2 经过A 94 F E D C B A 51 61 21 51 31 41 11 51 路由器B收到相邻路由器A和C的路由表 网3 网2 网4 网6 网5 网1 12A22A31 41 62C A说 我到网2的距离是1 因此B现在也可以到网2 距离是2 经过A 95 F E D C B A 51 61 21 51 31 41 11 51 路由器B收到相邻路由器A和C的路由表 网3 网2 网4 网6 网5 网1 12A22A31 41 62C A说 我到网3的距离是1 但B没有必要绕道经过路由器A再到达网3 因此这一项目不变 96 F E D C B A 51 61 21 51 31 41 11 51 路由器B收到相邻路由器A和C的路由表 网3 网2 网4 网6 网5 网1 12A22A31 41 62C C说 我到网4的距离是1 但B没有必要绕道经过路由器C再到达网4 因此这一项目不变 97 F E D C B A 51 61 21 51 31 41 11 51 路由器B收到相邻路由器A和C的路由表 网3 网2 网4 网6 网5 网1 12A22A31 41 62C C说 我到网6的距离是1 因此B现在也可以到网6 距离是2 经过C 98 最终所有的路由器的路由表都更新了 F E D C B A 11 21 31 42B52E63B 11 22A32A43A51 62F 12E22D33C42C51 61 13B23B32B41 52F61 网2 网6 网5 网1 网3 网4 12A21 32A43A51 62F 12A22A31 41 53C62C 99 RIP协议问题与改进 称为 距离向量路由算法中 坏消息传得慢 当网络初步建立路由表或发生故障时 通过RIP协议路由信息交换 RIP常常需要较慢的收敛 达到路由表新稳定 过程 且如果没有最大跳数15限制将出现更大的收敛过程或路由循环 所以最大跳数15是防止路由循环的稳定系数 100 R2 R1 正常情况 11 12R1 R1说 我到网1的距离是1 是直接交付 1 表示 从本路由器到网1 1 表示 距离是1 表示 直接交付 101 R2 R1 正常情况 11 12R1 R2说 我到网1的距离是2 是经过R1 1 表示 从本路由器到网1 2 表示 距离是2 R1 表示经过R1 102 R2 R1 正常情况 11 12R1 R1说 我到网1的距离是16 表示无法到达 是直接交付 但R2在收到R1的更新报文之前 还发送原来的报文 因为这时R2并不知道R1出了故障 103 R2 R1 正常情况 11 12R1 R1收到R2的更新报文后 误认为可经过R2到达网1 于是更新自己的路由表 说 我到网1的距离是3 下一跳经过R2 然后将此更新信息发送给R2 104 R2 R1 正常情况 11 12R1 R2以后又更新自己的路由表为 1 4 R1 表明 我到网1距离是4 下一跳经过R1 105 R2 R1 R2 R1 网1出了故障 正常情况 11 116 15R2 12R1 12R1 这样不断更新下去 直到R1和R2到网1的距离都增大到16时 R1和R2才知道网1是不可达的 这就是好消息传播得快 而坏消息传播得慢 网络出故障的传播时间往往需要较长的时间 例如数分钟 这是RIP的一个主要缺点 106 RIP协议存在问题 1 简单单跳距离向量机制 2 路由选择不能考虑链路的带宽和延时 3 没有适应服务等级 类型的能力 4 无法考虑多链路的负载均衡机制 RIP距离向量协议计算简洁 反映最小跳数路径 而没有反映实际的路径 路径的状况 安全性 流量 延时等 且网络健壮性和收敛性较差 许多情况下不是最优的 快速收敛 收敛是在最佳路径的判断上所有路由器达到一致的过程 当某个网络事件引起路由可用或不可用时 路由器就发出更新信息 路由更新信息遍及整个网络 引发重新计算最佳路径 最终达到所有路由器一致公认的最佳路径 收敛慢的路由算法会造成路径循环或网络中断 解决网络故障收敛慢一种改进 从路由器的某个端口发送路由更新信息时 应该剔除从该端口接收到的路由信息 如R2向R1发送的路由信息就不包含 A2R1 项 107 RIPng 与RIPv2一样 RIPng具备如下特性RIPng是距离矢量路由协议 利用UDP传输机制 端口号为521 RIPng用跳数度量路由 16跳为不可达RIPng利用水平分割与毒性逆转等技术来减少环路发生可能性RIPng必须支持IPv6所以RIPng报文格式及路由数据库与RIPv2不同 108 方法一 定义最大路由权值 109 方法二 水平分割 S0 0 S1 1 S0 0 S1 1 S0 0 S1 1 2 0 0 0 4 0 0 0 1 0 0 0 3 0 0 0 1 0 0 0 S1 1 2 0 0 0 0 S0 0 路由表 路由器 A 2 0 0 0 S0 0 0 3 0 0 0 0 S1 1 路由表 路由器 B 3 0 0 0 S1 1 0 4 0 0 0 S0 0 路由表 路由器 C 路由器 A 路由器 B 路由器 C 0 3 0 0 0 S0 0 1 1 0 0 0 4 0 0 0 S1 1 1 1 S0 0 2 0 0 0 S1 1 1 4 0 0 0 1 0 0 0 S1 1 2 S0 0 2 down 当出现故障后 R1经过30S发送路由表 此时可能先收到R2发来的报 R1产生更新 并又再次通知R2 直至距离都到达16时 才知道A网络不可通 当超过一定时间 清除时针 后该条记录被清除 解决网络故障收敛慢问题的机制 水平分割 及从路由器的某个端口发送路由更新信息时 应该剔除从该端口接收到的路由信息 如R2向R1发送的路由信息就不包含 A2R1 项 110 方法三 路由中毒 路由中毒是指在路由信息在路由表中失效时 先将度量值变为无穷大 而不是马上从路由表中删掉这条路由信息 这句话要理解 如RIP协议中 其度量值变为16 意味着路由不可达 再将其信息发布出去 这样相邻的路由器就得知这条路由己无效了 111 方法四 抑制时间 112 方法五 触发更新 113 RIPng典型配置 RT1与RT2之间运行RIPng协议 2 1 64 1 1 64 2 2 64 3 1 64 RT1 RT2 114 内部网关协议OSPF OpenShortestPathFirst 1 OSPF协议的基本特点 开放 表明OSPF协议不是受某一家厂商控制 而是公开发表的 最短路径优先 是因为使用了Dijkstra提出的最短路径算法SPFOSPF只是一个协议的名字 它并不表示其他的路由选择协议不是 最短路径优先 是分布式的链路状态协议 115 三个要点 向本自治系统中所有路由器发送信息 这里使用的方法是洪泛法 发送的信息就是与本路由器相邻的所有路由器的链路状态 但这只是路由器所知道的部分信息 链路状态 就是说明本路由器都和哪些路由器相邻 以及该链路的 度量 metric 只有当链路状态发生变化时 路由器才用洪泛法向所有路由器发送此信息 116 链路状态数据库 link statedatabase 由于各路由器之间频繁地交换链路状态信息 因此所有的路由器最终都能建立一个链路状态数据库 这个数据库实际上就是全网的拓扑结构图 它在全网范围内是一致的 这称为链路状态数据库的同步 OSPF的链路状态数据库能较快地进行更新 使各个路由器能及时更新其路由表 OSPF的更新过程收敛得快是其重要优点 117 OSPF的区域 area 为了使OSPF能够用于规模很大的网络 OSPF将一个自治系统再划分为若干个更小的范围 叫作区域 每一个区域都有一个32bit的区域标识符 用点分十进制表示 区域也不能太大 在一个区域内的路由器最好不超过200个 118 为了解决区域向外的信息交换 OSPF将AS分成两个层次 主干区域 BackboneArea 区域标识符为0 0 0 0 和区域 主干区域主要连通下层的区域 主干区域路由器称为主干路由器 每个区域至少设置一个区域边界路由器和主干路由器相连 边界路由器负责区域内外信息交换 自治域还要设置自治系统边界路由器 作为与其他自治域交换路由信息 自治区域AS 区域0 0 0 1 区域0 0 0 3 区域0 0 0 2 R1 R2 R3 R5 区域边界路由器ABR 自治域边界路由器ASBR 主干区域0 0 0 0 自治域外部 119 分层区域设置使交换路由信息种类增加 不同层次路由器链路状态数据库不同 并独立处理不同层面的路由选择 一般随着层次增加更复杂 OSPF协议更加复杂 相应配置更强大的设备 但也使OSPF协议能有效管理大规模的网络 重要思想 网络按层次结构设计是大规模网络普遍采用的设计原则 根据本地服务原理 不同业务目标配置不同设备要求 通常网络被分为接入层 汇聚层 边缘层 骨干层 核心层 并按地域和需求又有国家和大区域骨干 在不同层次上设备各自完成不同的要求 如接入交换机 路由器主要完成分布用户的接入 控制 认证和带宽 汇聚层交换机 路由器完成本地交换 路由 骨干层完成跨区交换 路由 120 某大学校园网 北京外国语大学网路改造全网采用采用华为3Com网络设备 整个网络分为核心 汇聚 接入 出口 在核心层与汇聚层之间 核心层与出口之间都采用双归属的方式进行组网 确保网络的安全 稳定 核心采用华为3Com万兆核心交换机S8512两台 出口采用2台NE20路由器 区域汇聚采用S6500 小汇聚层采用S3552 接入层采用E系列交换机 121 OSPFv3 OSPFV3在基本运行机制上未有改变 flooding DRelection areasupport SPFcalculations OSPFV3在如下意义上被重新定义OSPF报文和基本的LSA去除了编址语义以更好支持多协议OSPFV3新定义了一些LSA以携带地址和前缀OSPF基于链路而不是基于网段运行OSPF认证机制被去除 122 OSPFv3典型配置 RT1和RT2之间运行OSPFv3协议 2 1 64 1 1 64 2 2 64 3 1 64 RT1 RT2 123 IPv6路由协议规划 IPv6路由协议有 RIPng 具有与RIP相同的优缺点 所以除非是组建IPv6研究性质的网络 否则不推荐使用OSPFv3 虽然协议进行了大改 增加了2类LSA 但其工作原理与OSPF类似 配置更是几乎没有变化 推荐使用MBGP 做为唯一的EGP协议 独此一家 别无选择同IPv4一样 根据网络情况酌情使用静态路由 124 OSPFv3协议规划 OSPFv3协议规划原则几乎与OSPF完全相同RouterID OSPFv3使用的RouterID也是一个32bit的数值 仅用于在OSPFv3域中唯一标识路由器 所以推荐配置成与OSPF的RouterID相同区域规划方面 适当注意设备数量不要太多 因为网络中运行双协议栈 本身对路由器的资源消耗较大 如果设备数量再多 容易引起网络不稳定 比纯IPv4网络的数量要少一些为好IPv6网络中的地址块都比较整齐 主机所在的业务地址与互联地址都是64前缀的 很容易聚合 较小的网络中可以不聚合 125 MBGP协议规划 同BGP一样 MBGP用在较大规模网络中RouterID 使用与OSPF OSPFv3相同的RouterID 统一管理根据网络的规模的需要 确定使用IBGP还是EBGP根据路由策略的需求 设置合理的路由属性大规模网络中需要用到BGP反射connect interface 与BGP一样 配置为Loopback接口的环回地址 IPv6环回地址 126 路由协议规划示例 6B RT 1NE40 8 6B RT2NE 40 6B RT 3AR 46 2001 1 2 2 1 64 2001 1 2 2 2 64 2001 1 2 4 1 64 2001 1 2 4 2 64 2001 1 2 3 1 64 2001 1 2 3 2 64 RouterID 1 2 1 1Loopback0 2001 1 2 FF 1 128 RouterID 1 2 1 3Loopback0 2001 1 2 FF 5 128 RouterID 1 2 1 5Loopback0 2001 1 2 FF 3 128 BGPAS 200OSPFv3 area0 127 第四章IPv6过渡技术 第一节IPv6孤岛互联技术第二节IPv6与IPv4互通技术 128 IPv6网络部署进程 循序渐进 降低成本 IPv6孤岛 IPv6孤岛 IPv4Internet 协议转换 IPv6孤岛 IPv6孤岛 IPv6Internet IPv6Internet IPv4孤岛 IPv4孤岛 IPv4Internet IPv6孤岛 129 IPv6孤岛互联技术 采用隧道技术来完成互通IPv6报文作为IPv4的载荷 或由MPLS承载主要隧道技术包括 手工隧道GRE隧道自动隧道6to4隧道ISATAP隧道6PE 优点充分利用现有网络骨干网内部设备无须升级缺点额外的隧道配置效率降低 130 NAT PT原理 NAT PT的工作原理类似于传统NAT 但是将IPv6地址和IPv4地址互相转换 另加上协议转换通过中间的NAT PT协议转换服务器 实现纯IPv6节点和纯IPv4节点间的互通NAT PT服务器分配IPv4地址来标识IPv6主机NAT PT服务器向相邻IPv6网络宣告96位地址前缀信息 用于标识IPv4主机优点只需设置NAT PT服务器缺点资源消耗较大 服务器负载重 NAT PT设备是性能瓶颈 131 NAT PT种类 静态NAT PTNAT PT服务器提供一对一的IPv6地址和IPv4地址的映射配置复杂 使用大量的IPv4地址动态NAT PTNAT PT服务器提供多对一的IPv6地址和IPv4地址的映射NATP PTDNSALG动态NAT PT与DNSALG联合使用 转换DNS请求可利用原有的DNS服务器 132 过渡技术规划概述 根据不同的需求选择最合适的过渡技术一般来说 骨干网络用双栈技术 IPv6网做业务网 IPv4做管理网兼备份 网络性能好接入层网络一般可使用隧道技术 可继续使用原有的网络设备 升级成IPv6网络的成本比较低如果是IPv6骨干网络需要与IPv4骨干网络互通 则可以用NAT PT技术 133 双栈技术规划 网络中同时启用IPv6与IPv4 所有的三层设备需要支持双栈IPv6与IPv4地址要同时做好规划 之间最好有一定的对应关系双路由协议 比如IPv4用OSPF 则IPv6用OSPFv3 IPv4用BGP IPv6用MBGP通过调整路由的COST值 使网络中的IPv6数据流与IPv4数据流最好走不同的通道 以做到负载均衡上层应用也同时启用IPv6与IPv4 包括DNS HTTP FTP等主机的操作系统也升级为双栈 并要安装能够运行IPv6的客户端程序 比如FTP客户端 HTTP客户端 流媒体客户端等 134 NAT PT规划 因为IPv6地址太长 所以尽量使用DNS服务注意设备性能对NAT PT记录条数的限制网络中使用NAT PT时 最好是使用单独的一台路由器作为NAT PT服务器对DNS服务器来说 最好是IPv4域和IPv6域分开架设 不同域间的DNS解析由路由器上ALG 应用层网关 来进行转换注意IPv4域中与IPv6域中的路由 NAT PT路由器上的地址池内的地址路由需向IPv4域内发布 而IPv6的前缀则需要向IPv6域内发布 135 NAT PT规划示例 202 1 1 1 2001 1 2 1 1 64 用100 0 0 1 100 0 0 254地址池动态分配地址 用于在IPv4域中标识IPv6主机路由器需要把此路由信息向IPv4域中发布96位前缀地址段2 96用于在IPv6域中标识所有的IPv4主机路由器需要把此路由信息向IPv6域中发布配置静态转换指明彼此的DNS服务器位置 IPv6域 IPv4域 IPv6DNSServer IPv4DNSServer AAAA记录IPv6 DNS 2001 1 5 1 A记录IPv4 DNS 202 1 5 1 IPv4pool 100 0 0 1 100 0 0 254IPv6prefix 2 96 136 IPv6过渡技术整体规划 不同规模的网络具有不同的整体过渡规划分为以下几种规模 小型办公或家庭网络中型企业或办公网络大型ISP网络 137 小型办公或家庭网络过渡规划 6to4隧道 2001 1 2 1 1 64 从NAT升级到NAT PT 小型办公或家庭网络一般使用NAT设备连接公网 如网吧 拥有一个公网地址 内部设备使用私网地址 首先升级NAT设备为双栈 如果ISP能够提供纯IPv6接入 则可以选择纯IPv6连接 如果提供手动隧道或ISATAP隧道接入 则选择手动隧道或ISATAP隧道 如果运营商不提供任何IPv6接入方式 则只有在路由器上使用6to4隧道 由路由器向网络内的主机发布6to4前缀 主机用6to4地址访问IPv6网络 ISP路由器 ISATAP隧道 138 中型企业或办公网络过渡规划 6to4隧道 2001 1 2 1 1 64 NAT PT 中型企业或办公网络一般使用IPv6专线或手动隧道连接到IPv6ISP 也可以使用6to4隧道连接到IPv6公网 内部用双栈技术建立IPv6试验网 网内放置IPv6服务器 用专线或隧道连到总部 其他IPv4网