第2章 IPv6概述

1、2021年12月19日星期日4时27分1秒1第2章IPv6概述第3章IPv6编址技术第4章IPv6分组及协议机制第5章ICMPv6及应用第6章IPv6过渡机制2021年12月19日星期日4时27分2秒22.1 IPv4的局限性2.2 在IPv4上的改进措施2.3 IPv6的产生2.4 IPv6的特点2021年12月19日星期日4时27分2秒32021年12月19日星期日4时27分2秒4u 地址资源即将枯竭地址资源即将枯竭 u 路由成为新的瓶颈路由成为新的瓶颈u 缺乏服务质量保证缺乏服务质量保证2.1 IPv4的局限性：三个主要问题的局限性：三个主要问题（1）IPv4地址结构造成地地址结构造成地

2、址分配浪费严重。址分配浪费严重。 20世纪世纪80年代，几乎所年代，几乎所有的大学和大公司都得到了有的大学和大公司都得到了A类或类或B类地址。至今这些地类地址。至今这些地址块中的地址还没有用完，址块中的地址还没有用完，但也不能分配给其它机构。但也不能分配给其它机构。75%的的IPv4地址分配给了不地址分配给了不到世界人口到世界人口10%的人。的人。 私有地址和特殊地址的使私有地址和特殊地址的使用。用。（2）需求剧增。）需求剧增。PDA、无、无线设备、蜂窝电话、线设备、蜂窝电话、VoIP、基于基于IP的视频会议。的视频会议。（1）网络数目增加导）网络数目增加导致路由表庞大致路由表庞大（2）地址层

3、次性差，）地址层次性差，查表时间长查表时间长（3）数据报首部长度）数据报首部长度可变，不利于硬件处可变，不利于硬件处理理（4）数据报独立选路，）数据报独立选路，没有利用相关性没有利用相关性（5）路由器要处理分）路由器要处理分片，等等。片，等等。（1）实时性差）实时性差（2）安全性差）安全性差（3）缺少服务多样性）缺少服务多样性u 推迟地址资源枯竭时间u 减少路由表项u 设计新的协议来提高QoS 2021年12月19日星期日4时27分2秒5u 推迟地址资源枯竭时间 2021年12月19日星期日4时27分3秒6 VLSM（变长子网掩码）（变长子网掩码）：地址结构由二级：地址结构由二级变为三级，更精

4、细地分配地址变为三级，更精细地分配地址 CIDR（无类型域间选路）（无类型域间选路）：取消地址分类，：取消地址分类，引入路由聚类，超网联结，对传统地址分配方案引入路由聚类，超网联结，对传统地址分配方案的一次革命的一次革命 NAT（网络地址转换）（网络地址转换）：内部地址和外部地：内部地址和外部地址转换，址转换，“增加增加”可用的地址空间可用的地址空间u减少路由表项 2021年12月19日星期日4时27分3秒7CIDR（无类型域间选路）（无类型域间选路） 路由聚合路由聚合 层次化路由层次化路由u设计新的协议来提高QoS 2021年12月19日星期日4时27分3秒8 支持实时业务的支持实时业务的R

5、TP/RTCP（Real Time Protocol / Real Time Control Protocol）；）； 支持资源预留的支持资源预留的RSVP（Resource reSerVation Protocol）；）； 支持加密认证的支持加密认证的SSL（Secure Socket Layer）；）； 等等等等90年代初，预测到地址短缺，开始讨论新的互联网协议91年11月，IETF（Internet Engineering Task Force）成立了路由与地址组ROAD（Routing and Address）来解决这一困难92年3月，ROAD的研究报告建议： 提出“短期”和“长期”的

6、解决办法 接受CIDR来解决路由表膨胀问题 成立专门的工作组同年，ROAD的提案被正式接受2021年12月19日星期日4时27分3秒9PIP（Pauls Internet Protocol）：Paul Francis提出，允许高效的策略路由，实现了可移动性TUBA（TCP and UDP over Bigger Address）： 抄袭IPv4，一些无价值的改动SIP（Simple IP）：92年11月Steve Deering提出，保留IPv4的大部分想法，简单修改适应大地址空间SIPP（Simple IP Plus）：94年9月，PIP和 SIP合并产生，结合SIP的简单性和PIP的路由灵

7、活性2021年12月19日星期日4时27分3秒1095年底，确定了下一代IP（IPng）的协议规范，以SIPP作为IPng的基础，并分配版本号6，简写IPv698年，IETF又对IPv6做了较大修改99年， IETF确定IPv6进入实用阶段2021年12月19日星期日4时27分4秒11足够的地址空间全球可达性编址层次等级聚合多重地址地址自动配置重新编制2021年12月19日星期日4时27分4秒12 多播使用多播使用 高效首部高效首部 流标识流标识 扩展首部扩展首部 移动性移动性 安全性安全性 过渡过渡2021年12月19日星期日4时27分4秒13特点图示特点图示 128 位IPv6地址，212

8、8 = 3.41038个IPv6地址。直观上看：每秒分配一万亿（ 1012 ）个地址，需 1020年才能分完 IPv4：每平方公里4个地址IPv6：每平方米 61023个地址2021年12月19日星期日4时27分4秒14IPv6使得几乎每种设备都有一个全球的可达地址。例如：计算机、IP电话、IP传真、TV机顶盒、照相机、传呼机、无线PDA、802.11b设备、蜂窝电话、家庭网络、汽车等。2021年12月19日星期日4时27分4秒15多层等级结构，每层都有助于聚合IP地址空间，增强地址分配功能。2021年12月19日星期日4时27分4秒16 多层等级结构为协议提供了灵活性和新功能。多层等级结构为

9、协议提供了灵活性和新功能。 一个灵活的编址构架是网络协议的关键。一个灵活的编址构架是网络协议的关键。Internet 地址注册机构地址注册机构层层-1提供商提供商层层-2提供商提供商层层-n提供商提供商组织组织结构结构站点站点网络接口网络接口(主机主机)巨大的IPv6地址空间，足以给ISP和组织机构分配大块地址。给组织机构的整个网络一个足够大的前缀，能够使它只使用一个前缀。ISP可以把它的所有客户的网络聚合到一个前缀，并发布给IPv6因特网。2021年12月19日星期日4时27分4秒17路由表路由表(ISP B)2001:0420:b3:/48 AS 651002001:0420:b10:/4

10、8 AS 651002021年12月19日星期日4时27分4秒18IPv6因特网因特网AS 65100用户B32001:0420:b3:/48用户B102001:0420:b10:/48ISP B2001:0420:/35AS 65000用户A12001:0410:a1:/48用户A22001:0410:a2:/48ISP A2001:0410:/35路由表路由表(ISP A)2001:0410:a1:/48 AS 650002001:0410:a2:/48 AS 650002001:0420:/352001:0410:/352001:/16IPv6拥有巨大的地址空间，能够为一个组织同时分配多

11、个前缀。一个组织连接到几个ISP，得到这些ISP IPv6地址空间的部分前缀。这不破坏全球路由表，也实现了多点接入。多重地址的概念隐含说明：一个节点的每个网络接口可能同时有多个全球唯一单播IP地址。所以，应该有相应的源地址选择机制，节点能够选择或者强制选用一个。2021年12月19日星期日4时27分5秒192021年12月19日星期日4时27分5秒20IPv6因特网因特网AS 65100多点接入用户多点接入用户2001:0420:b3:/482001:0410:a1:/48ISP B2001:0420:/35路由表路由表(ISP B)2001:0420:b3:/48 AS 65100AS 65

12、000ISP A2001:0410:/35路由表路由表(ISP A)2001:0410:a1:/48 AS 650002001:0420:/352001:0410:/352001:/16多个前缀又称为IPv6无状态地址自动配置，使大规模布设新设备成为可能。自动配置是一种机制，每个IPv6主机和服务器将链路层地址（以太网MAC地址）以EUI-64格式附加在全局唯一单播IPv6地址前缀的后面。为节点接口分配IPv6地址的方法：无状态自动配置：即插即用，不需要任何配置，也不需要任何服务器。手动配置有状态自动配置：DHCPv6。2021年12月19日星期日4时27分5秒21当一个组织改变它的上游IPv

13、6提供商时，则必须对网络重新编址。在IPv6中，单播IPv6提供商之间的转换对最终用户完全透明。在转换期间，具有多个提供商和无状态自动配置机制的结合，通过发送新的单播IPv6前缀到网络，使得为主机重新编址很容易实现。2021年12月19日星期日4时27分5秒22通过对不同功能使用不同的和特殊的多播组，把多播请求发布到尽可能少的计算机。多播有效地利用了网络，减少了本地链路上所有计算机CPU时钟周期的耗费，防止了大多数问题的发生，例如IPv4中的广播风暴。2021年12月19日星期日4时27分5秒23新IPv6首部比IPv4首部简单，有益于提高网络性能。高效首部体现在：减少的首部字段、固定长度。意

14、味着路由器转发IPv6包耗费较少的CPU周期。IPv6首部都是64bits对齐的。能够直接对内存存取，提高了路由选择效率。无校验和字段。路径上的所有路由器在转发期间不必重新计算校验和。错误检测由链路层和传输层的校验和来处理。不同的分片处理。无分片字段，中间路由器不再处理分片，只在源节点处理分片，减少了中间路由器CPU处理耗费。推荐使用MTU发现而避免分片。首部具有40字节的固定长度。所以不需要首部长度字段。2021年12月19日星期日4时27分6秒24增加了流标识字段。主要在端点被处理，而不是路由器。主要应用在流式通信，例如：视频会议和基于IP的语音。使用流标识，路由器不必打开内层包来识别流，只需要在IP首部查找这个信息。2021年12月19日星期日4时27分6秒25提供了较好的选项处理效果。因为它确保沿路的路由器和节点，只有在首部的目的地址是它们的地址时，才进行处理。例如：移动节点远离家乡网络时，协议使用不同的扩展首部来进行处理。2021年12月19日星期日4时27分6秒26IPv4的移动性是一个附加功能。而IPv6的移动性是内置的，这意味着任何IPv6节点在需要时，都能够使用移动IP。移动IP使用的扩展首部：源路由扩展首部，为注册使用；目的地址扩展首部，用于在移动节点和通信节点间传输数据报。2021年12月19日星期日4时27分6秒27IPsec协议是IETF为网络安全制定的