IPv6协议分组格式及其特点

1、IPv6协议分组格式及其特点协议分组格式及其特点IPv6协议分组格式及其特点协议分组格式及其特点n许多年来，第许多年来，第4 4版版IPIP（IPv4IPv4）在互联网环境中起了一个中心在互联网环境中起了一个中心的作用。实践证明，它是足够灵活的，可以在许多不同的网的作用。实践证明，它是足够灵活的，可以在许多不同的网络技术上工作。然而在络技术上工作。然而在InternetInternet的早期，使用它的人典型地的早期，使用它的人典型地是在学术机构、高技术公司和研究实验室工作的是在学术机构、高技术公司和研究实验室工作的研究人员和研究人员和科学家科学家，主要目的是通过电子邮件交换科学数据。在上个世，

2、主要目的是通过电子邮件交换科学数据。在上个世纪纪9090年代年代WWWWWW和个人计算机的广泛使用把和个人计算机的广泛使用把InternetInternet的用户改的用户改变为变为一般民众一般民众。这一改变产生了。这一改变产生了对新的对新的IPIP地址的巨大需求地址的巨大需求，当前的当前的3232位位IPIP地址或早或晚将会被用尽。地址或早或晚将会被用尽。 IPv6协议分组格式及其特点协议分组格式及其特点n总体评价：总体评价：IPv6是比较简单的、易于编程的、比以前的版是比较简单的、易于编程的、比以前的版本更有效的协议。本更有效的协议。 n基本观点基本观点： 如果如果IPv4包含任何主要的错误

3、，那么包含任何主要的错误，那么Internet在过去的年代里不可能如此地成功。在过去的年代里不可能如此地成功。IPv4是一个很好的设是一个很好的设计计，IPv6应该保留它的大多数特征应该保留它的大多数特征。也许可以简单地增加。也许可以简单地增加地址空间，而让其它什么都不变。然而基于前瞻性的考虑地址空间，而让其它什么都不变。然而基于前瞻性的考虑, IPv6是建立在对是建立在对IP的功能有增加的设计思想上。的功能有增加的设计思想上。IPv6不是不是IPv4的简单演进，而是的简单演进，而是有实质性的改进有实质性的改进。 1.11.1 IPv6IPv6头格式头格式nIPv6IPv6的头格式的头格式由由

4、6464位头后随位头后随128128位源地址和位源地址和128128位目位目的地址组成，的地址组成，总长度是总长度是4040个字节个字节。n该头的起始该头的起始6464位由下列域组成：位由下列域组成：* *版本域版本域（4 4位）位）* *交通类别交通类别（8 8位）位）* *流标记流标记（2020位）位）* *载荷长度载荷长度（1616位）位）* *下一个头的类型下一个头的类型（8 8位）位）* *跳段限制跳段限制（8 8位）位）1.11.1 IPv6IPv6头格式头格式 1.11.1 IPv6IPv6头格式：头格式：两个头的比较两个头的比较n新的头实际上要比经典新的头实际上要比经典IPIP

5、的头简单的头简单。新头仅有。新头仅有6 6个域和两个地址，而老头有个域和两个地址，而老头有1010个个固定域，两个地址，以及一些选项。固定域，两个地址，以及一些选项。 1.11.1 IPv6IPv6头格式：头格式：两个头的比较两个头的比较nIPv4IPv4的分组格式如上页中的图所示，的分组格式如上页中的图所示，IPIP分组头的长度为分组头的长度为4 4个字节（个字节（3232位）的整数位）的整数倍。固定头部分的长度是倍。固定头部分的长度是2020个字节，从任选项往后是可变长部分，这一部分也个字节，从任选项往后是可变长部分，这一部分也可以没有，以下我们对分组头中的段逐个加以解释。可以没有，以下我

6、们对分组头中的段逐个加以解释。（1 1）版本号版本号 该该4 4位位段表示协议支持的段表示协议支持的IPIP版本号。在处理版本号。在处理IPIP分组之前，所有分组之前，所有IPIP软件软件都要检查分组的版本段，以便保证分组格式与软件期待的格式一样。如果标准都要检查分组的版本段，以便保证分组格式与软件期待的格式一样。如果标准不同，机器将拒绝与其协议版本不同的不同，机器将拒绝与其协议版本不同的IPIP分组。本书给出的是对版本为分组。本书给出的是对版本为4 4的的IPIP的的描述，版本描述，版本1-31-3现已过时不用。现已过时不用。（2 2）IPIP分组头长分组头长 该该4 4位位表示表示IPIP

7、分组头的长度，以分组头的长度，以3232个二进制位（个二进制位（4 4个字节）为单个字节）为单位，取值的范围是位，取值的范围是5-155-15（缺值是（缺值是5 5）。由于）。由于IPIP分组头的长度是可变的，故这个段分组头的长度是可变的，故这个段是必不可少的。是必不可少的。1.11.1 IPv6IPv6头格式：头格式：两个头的比较两个头的比较 IPv4IPv4分组头分组头（3 3）服务类型服务类型 该该8 8位位段说明分组所段说明分组所希望得到的服务质量希望得到的服务质量。它允许主机指定在网络上传输。它允许主机指定在网络上传输分组的分组的服务种类服务种类，也允许选择分组的，也允许选择分组的优

8、先级优先级，以及希望得到的，以及希望得到的可靠性和可靠性和资源消耗资源消耗，该段的目的是请求网络提供所希望的服务。，该段的目的是请求网络提供所希望的服务。 如下图所示如下图所示, ,服务类型段的服务类型段的头头3 3位位表明表明IPIP分组的分组的优先权优先权，该值在，该值在0 0（正常）（正常）到到7 7（网络控制）之间变化，数值越大则（网络控制）之间变化，数值越大则IPIP分组越重要。但大多数分组越重要。但大多数TCP/IPTCP/IP产品和实际使用产品和实际使用TCP/IPTCP/IP的所有硬件都忽略该的所有硬件都忽略该3 3位域，用相同的优先权处理位域，用相同的优先权处理所有所有IPI

9、P分组。分组。接下来的接下来的3 3位位控制网络的控制网络的延迟时间、吞吐率和可靠性延迟时间、吞吐率和可靠性，如果，如果置零则表示常规服务，如果置置零则表示常规服务，如果置1 1则分别表明短延迟、高吞吐率和高可靠性则分别表明短延迟、高吞吐率和高可靠性，最后两位未使用最后两位未使用，置成零即可，置成零即可 。1.11.1 IPv6IPv6头格式：头格式：两个头的比较两个头的比较 IPv4IPv4分组头分组头 1.11.1 IPv6IPv6头格式：头格式：两个头的比较两个头的比较 IPv4IPv4分组头分组头（4 4）IPIP分组总长度分组总长度 该该1616位段位段给出给出IPIP分组的总长度，

10、分组的总长度，单位是字节单位是字节，包括分组头和数据的长度。，包括分组头和数据的长度。数据段的长度可以从总长度减去分组头长度计算出来。由于总长度段有数据段的长度可以从总长度减去分组头长度计算出来。由于总长度段有1616位，所以最大位，所以最大IPIP分组允许有分组允许有6553565535个字节。但这样大的个字节。但这样大的IPIP分组在现有分组在现有物理网络上传输可能不太现实，尽管应用程序有时可能需要传送大的数物理网络上传输可能不太现实，尽管应用程序有时可能需要传送大的数据报文。据报文。IPIP规范规定，所有主机和路由器至少能支持规范规定，所有主机和路由器至少能支持576576字节的分组长字

11、节的分组长度度。需要指出的是，。需要指出的是，IPIP分组在网络传送过程中被分成报片的情况下，分分组在网络传送过程中被分成报片的情况下，分片后形成的片后形成的IPIP分组中的总长度段分组中的总长度段指的是单个报片的总长度指的是单个报片的总长度，而不是原先，而不是原先IPIP分组的总长度。分组的总长度。1.11.1 IPv6IPv6头格式：头格式：两个头的比较两个头的比较 IPv4IPv4分组头分组头（5 5）标识符标识符 1616位位的标识符段包含的标识符段包含一个整数，唯一地标识该一个整数，唯一地标识该IPIP分组分组。IPIP分分组在传输时，其间可能会通过一些子网。这些子网允许的最大协议数

12、据组在传输时，其间可能会通过一些子网。这些子网允许的最大协议数据单元（单元（PDUPDU）长度可能小于该长度可能小于该IPIP分组的长度。为了处理这种情况，分组的长度。为了处理这种情况，IPIP为为以数据报方式传送的以数据报方式传送的IPIP分组分组提供了分片和重组的功能提供了分片和重组的功能。这也正是。这也正是IPIP模块模块的主要功能之一。的主要功能之一。 当一个路由器分割一个当一个路由器分割一个IPIP分组时，要分组时，要把把IPIP分组头中的大多数段值拷贝分组头中的大多数段值拷贝到每个分组片中，标识符段必须拷贝。到每个分组片中，标识符段必须拷贝。它的基本目的是使得目的地知道它的基本目的

13、是使得目的地知道到达的哪些分组片属于哪个到达的哪些分组片属于哪个IPIP分组，源发方计算机必须为发送的每个分组，源发方计算机必须为发送的每个IPIP分组分别产生一个分组分别产生一个唯一的标识符段值唯一的标识符段值。为此，。为此，IPIP软件在计算机存储器保软件在计算机存储器保持一个全局计数器，每建立一个持一个全局计数器，每建立一个IPIP分组就加分组就加1 1，再把结果放到，再把结果放到IPIP分组标分组标识符段中。识符段中。1.11.1 IPv6IPv6头格式：头格式：两个头的比较两个头的比较 IPv4IPv4分组头分组头（6 6）标志标志 3 3位位的标志段含有的标志段含有控制标志控制标志

14、，如下图所示，如下图所示，3 3位中位中的的低序低序2 2位位控制控制IPIP分组的分片，这分组的分片，这2 2位分别称作位分别称作不可分片位和不可分片位和还有分组片位还有分组片位。当不可分片位置。当不可分片位置1 1时，规定不要将时，规定不要将IPIP分组分分组分片。仅当完整的片。仅当完整的IPIP分组才是有用的情况下，应用程序才可选分组才是有用的情况下，应用程序才可选择禁止分片，例如，考虑一台计算机的引导序列。在这个序择禁止分片，例如，考虑一台计算机的引导序列。在这个序列中，机器开始时执行列中，机器开始时执行ROMROM上的一个小程序，通过上的一个小程序，通过InternetInterne

15、t去请求一个初始引导软件，作为响应，另一台机器送回来一去请求一个初始引导软件，作为响应，另一台机器送回来一个内存映象。如果该软件设计成要么需要整个映象，要么一个内存映象。如果该软件设计成要么需要整个映象，要么一点也不使用，那么就应将不可分片位置点也不使用，那么就应将不可分片位置1 1。1.11.1 IPv6IPv6头格式：头格式：两个头的比较两个头的比较 IPv4IPv4分组头分组头 1.11.1 IPv6IPv6头格式：头格式：两个头的比较两个头的比较 IPv4IPv4分组头分组头n标志段的低位标志段的低位标明这个分组片包含的数据是取自原始标明这个分组片包含的数据是取自原始IPIP分组中间，

16、还是取分组中间，还是取自原始自原始IPIP分组的最后，为什么需要这个分组的最后，为什么需要这个“还有分组片还有分组片”位位呢？在分片的情呢？在分片的情况下，在最终报宿中的况下，在最终报宿中的IPIP软件需要重新组合软件需要重新组合IPIP分组。当一个分组片到达时，分组。当一个分组片到达时，分组头中的总长度段是指该分组的长短，而不是原来分组的长短，所有报分组头中的总长度段是指该分组的长短，而不是原来分组的长短，所有报宿不能用这个总长度段判断该分组的所有分组片是否已收集齐全。有了宿不能用这个总长度段判断该分组的所有分组片是否已收集齐全。有了“还有分组片还有分组片”位，这个问题就容易解决了。一旦报宿

17、收到一个分组片，位，这个问题就容易解决了。一旦报宿收到一个分组片，如果它的如果它的“还有分组片还有分组片”位置位置0 0，就知道这个报片中的数据取自原始分组，就知道这个报片中的数据取自原始分组的尾部的尾部。n根据根据“分组片偏移分组片偏移”段和总长度段，接收端便可以知道，重组整个原始段和总长度段，接收端便可以知道，重组整个原始IPIP分组需要的所有数据的分组片是否都已到达。分组需要的所有数据的分组片是否都已到达。1.11.1 IPv6IPv6头格式：头格式：两个头的比较两个头的比较 IPv4IPv4分组头分组头（7 7）分组片偏移分组片偏移 1313位位的分组片偏移段标明当前分组片的分组片偏移

18、段标明当前分组片在初始在初始IPIP分组中分组中的位置的位置。为了重组。为了重组IPIP分组，报宿必须分组，报宿必须得到从偏移得到从偏移0 0开始，直到最高偏移开始，直到最高偏移值之间的所有分组片值之间的所有分组片。这些分组片不需要按顺序到达，接收分组片的。这些分组片不需要按顺序到达，接收分组片的报宿与分割报宿与分割IPIP分组的路由器之间不进行通信，报宿也能重新组合分组的路由器之间不进行通信，报宿也能重新组合IPIP分分组。分组片偏移以组。分组片偏移以6464位位（8 8个字节）为单位个字节）为单位，取值范围，取值范围0 0至至81918191，缺省，缺省值是值是0 0。（8 8）生存时间生

19、存时间 8 8位位的生存时间段指定的生存时间段指定IPIP分组能在互联网中停留的最长时分组能在互联网中停留的最长时间，间，以秒为单位以秒为单位。当该值降为。当该值降为0 0时，时，IPIP分组就应被舍弃。该段的值在分组就应被舍弃。该段的值在IPIP分组每通过一个路由器时都减去分组每通过一个路由器时都减去1 1。该段决定源发。该段决定源发IPIP分组在网上存活时分组在网上存活时间的最大值，它保证间的最大值，它保证IPIP分组不会在一个互联网中无休止地往返传输。分组不会在一个互联网中无休止地往返传输。1.11.1 IPv6IPv6头格式：头格式：两个头的比较两个头的比较 IPv4IPv4分组头分组

20、头（9 9）协议协议 8 8位位的协议段表示的协议段表示哪一个高层协议哪一个高层协议将用于接收将用于接收IPIP分组中的数据。分组中的数据。高层协议的号码由高层协议的号码由TCP/IPTCP/IP中央权威管理机构予以分配。例如，该段值的中央权威管理机构予以分配。例如，该段值的十进制表示对应十进制表示对应ICMPICMP（互联网控制报文协议）是互联网控制报文协议）是1 1，对应传输控制协议，对应传输控制协议（TCPTCP）是是6 6，对应，对应EGPEGP（外部网关协议）是外部网关协议）是8 8，对应用户数据报协议（，对应用户数据报协议（UDPUDP）是是1717，对应，对应ISOISO传输层协

21、议第传输层协议第4 4类（类（ISO-TP4ISO-TP4）是是2929。（1010）分组头检验和分组头检验和 16 16位的分组检验和段保证位的分组检验和段保证IPIP分组头值的完整性，当分组头值的完整性，当IPIP分组头通过路由器时，分组头发生变化（例如生存时间段值减分组头通过路由器时，分组头发生变化（例如生存时间段值减1 1），检验），检验和必须重新计算。和必须重新计算。检验和的计算检验和的计算十分简单。首先，十分简单。首先，在计算前将检验和段在计算前将检验和段的所有的所有1616位均置成位均置成0 0，然后，然后IPIP分组头从头开始每两个字节为一个单位相加，分组头从头开始每两个字节为

22、一个单位相加，若相加的结果有进位，那么将和加若相加的结果有进位，那么将和加1 1。如此反复，直到所有分组头的信息。如此反复，直到所有分组头的信息都相加完为止，将最后的值对都相加完为止，将最后的值对1 1求补，即得出求补，即得出1616位的检验和。位的检验和。 1.11.1 IPv6IPv6头格式：头格式：两个头的比较两个头的比较 IPv4IPv4分组头分组头（1111）源地址源地址 3232位位的源地址段包含发送的源地址段包含发送IPIP分组的源主机的分组的源主机的IPIP地地 址。址。（1212）目的地址目的地址 3232位位的目标地址段包含的目标地址段包含IPIP分组的目的地主机的分组的目

23、的地主机的IPIP地地址。址。（1313）任选段任选段 可变长的任选段提供了一种策略，允许今后的版本可变长的任选段提供了一种策略，允许今后的版本包含在当前设计的头中尚未出现的信息，也避免使用固定的包含在当前设计的头中尚未出现的信息，也避免使用固定的保留长度，从而可以根据实际需要选用某些头部登录项。保留长度，从而可以根据实际需要选用某些头部登录项。（1414）填充段填充段 如前所述，如前所述，IPIP分组头必须是分组头必须是4 4个字节长的整数倍。填个字节长的整数倍。填充段是为了使有任选项的充段是为了使有任选项的IPIP分组分组满足满足4 4个字节长度的整数倍个字节长度的整数倍而设计的，通常而设

24、计的，通常用用0 0填入填入填充段来满足这一要求。填充段的填充段来满足这一要求。填充段的有无或所需要的长度取决于选择项的使用情况。有无或所需要的长度取决于选择项的使用情况。 1.11.1 IPv6IPv6头格式：头格式：两个头的比较两个头的比较 1.11.1IPv6IPv6头格式：头格式：两个头的比较两个头的比较nIPv4IPv4头的设计头的设计是是基于基于19751975年的技术状态年的技术状态。2020年以后，年以后，IPv6IPv6对其作了对其作了3 3个方面主要的简化个方面主要的简化：* *对所有的头都分配固定的格式对所有的头都分配固定的格式。* *去掉头检验去掉头检验。* *去掉逐跳

25、分割过程去掉逐跳分割过程。1.11.1 IPv6IPv6头格式：头格式：两个头的比较两个头的比较nIPv6IPv6取消了取消了IPv4IPv4的的6 6个域个域：头长头长、服务类型服务类型（8 8位位33位优先级，位优先级，另另3 3位分别用于延迟、吞吐率和可靠性，还有两位未用位分别用于延迟、吞吐率和可靠性，还有两位未用）、）、标识符标识符（用于分割）、（用于分割）、标志标志（用于分割）（用于分割） 、分割偏移分割偏移（用于分割）（用于分割）和和头检验和头检验和。重新命名并稍微改变了定义的有重新命名并稍微改变了定义的有3 3个域个域： IPIP分分组总长度组总长度、协议协议（说明上层协议）和（

26、说明上层协议）和生存时间生存时间（以秒为单（以秒为单位）。位）。整个地修改了选项机制整个地修改了选项机制，并，并增加了两个域增加了两个域：交通类别交通类别（开头开头4 4位中的第位中的第1 1位用于两种交通类别的区分，其余位用于两种交通类别的区分，其余3 3位用于各自的优位用于各自的优先级；剩下先级；剩下4 4位可用于拥塞控制中经历拥塞的标记等功能位可用于拥塞控制中经历拥塞的标记等功能）和）和流标记流标记。1.11.1 IPv6IPv6头格式：头格式：简化简化n仅有的含义和位置都未改变的域是开头仅有的含义和位置都未改变的域是开头4 4位。网络程序可位。网络程序可以使用起始的以使用起始的版本域版

27、本域确定对分组的处理方式。如果该域确定对分组的处理方式。如果该域的二进制码是的二进制码是01000100（十进制（十进制4 4），就当作），就当作IPv4IPv4处理，如果处理，如果是是01100110（十进制（十进制6 6），就被认为是），就被认为是IPv6IPv6分组。当然这样做分组。当然这样做并非是必需的并非是必需的。事实上在媒体层就可以区分开。事实上在媒体层就可以区分开IPv4IPv4和和IPv6IPv6。例如，在以太网上。例如，在以太网上IPv6IPv6分组承载在类型域值为分组承载在类型域值为86DD86DD的帧中，而不是的帧中，而不是IPv4IPv4的类型域值的类型域值800080

28、00。1.11.1 IPv6IPv6头格式：头格式：简化简化nIPv6头不包含任何选项成分头不包含任何选项成分。但这并不意味着我们不可以对。但这并不意味着我们不可以对特殊分组表示选项。跟特殊分组表示选项。跟IPv4不同，不同，IPv6的选项功能不是通的选项功能不是通过可变长选项取得的，而是过可变长选项取得的，而是把扩展头附加到主头后面把扩展头附加到主头后面。其明。其明显的结果是显的结果是IPv6不再需要一个头长度不再需要一个头长度。去除头检验的主要优去除头检验的主要优点是减少了头处理的代价点是减少了头处理的代价，因为没有必要在每一中继站都检，因为没有必要在每一中继站都检查和更新检验和的值。其风

29、险是未监测到的差错可能导致对查和更新检验和的值。其风险是未监测到的差错可能导致对分组作错误的路由选择。然而这种风险很小，因为大多数封分组作错误的路由选择。然而这种风险很小，因为大多数封装过程都包含一个分组检验和。事实上，在装过程都包含一个分组检验和。事实上，在IEEE-802网络网络的媒体访问控制过程中，在使用的媒体访问控制过程中，在使用ATM线路的适配层中，以及线路的适配层中，以及在用于串行链路的在用于串行链路的PPP协议的成帧过程中，都有检验和域。协议的成帧过程中，都有检验和域。1.11.1 IPv6IPv6头格式：头格式：简化简化nIPv4IPv4包括一个分割过程包括一个分割过程，使得发

30、送方可以发送大的分组而不，使得发送方可以发送大的分组而不用担心用担心中继中继的能力。这些大的分组在必要的时候可以被的能力。这些大的分组在必要的时候可以被分割分割成适当大小的片段。成适当大小的片段。接收方接收方等待所有这些片段的到来，并等待所有这些片段的到来，并重重组分组组分组。然而，以往的实践表明，这种分割与重组过程产生。然而，以往的实践表明，这种分割与重组过程产生了一些负面效应。假定我们在仅能够运载小的片段的网络上了一些负面效应。假定我们在仅能够运载小的片段的网络上尝试发送大的分组。一个分组的成功传输依赖于每个片段的尝试发送大的分组。一个分组的成功传输依赖于每个片段的成功传输。哪怕只有一个片

31、段丢失了，整个分组必需重传，成功传输。哪怕只有一个片段丢失了，整个分组必需重传，结果结果产生对网络的低效使用产生对网络的低效使用。1.11.1 IPv6IPv6头格式：头格式：简化简化nIPv6IPv6的规则的规则是，主机通过一个称作是，主机通过一个称作通路通路MTUMTU（最大传输单元）（最大传输单元）发现的过程发现的过程应该能够知道可以被接受的最大片段尺寸。如果应该能够知道可以被接受的最大片段尺寸。如果主机发送主机发送大的分组大的分组，这些分组将简单地被，这些分组将简单地被拒绝拒绝。因此。因此IPv6IPv6不不再像再像IPv4IPv4那样设立分割控制域（包括分组标识符，分割控制那样设立分

32、割控制域（包括分组标识符，分割控制标志和片段偏移）。标志和片段偏移）。n然而，然而，IPv6IPv6包括一个端到端的分割规程包括一个端到端的分割规程。而且根据。而且根据19961996年的年的规范，所有的规范，所有的IPv6IPv6网络都被假定能够运载网络都被假定能够运载536536字节的载荷。在字节的载荷。在IPv6IPv6的的19971997年版本中，年版本中，Steve DeeringSteve Deering提出把这个尺寸提升提出把这个尺寸提升到到15001500字节的建议。不愿意发现或记住通路字节的建议。不愿意发现或记住通路MTUMTU的主机可以简的主机可以简单地发送小的分组。单地发

33、送小的分组。1.11.1 IPv6IPv6头格式：头格式：简化简化nIPv6IPv6的最后一项简化是的最后一项简化是去掉了服务类型去掉了服务类型（TOSTOS：Type Of ServiceType Of Service）域域（3 3位表示优先级位表示优先级0-70-7，3 3位分位分别表示对延迟时间、吞吐率和可靠性的期望别表示对延迟时间、吞吐率和可靠性的期望-0-0或或1 1，剩下剩下2 2位未用位未用-保留）。在保留）。在IPv4IPv4中，主机可以设置中，主机可以设置TOSTOS的值，表示对最短的、最宽的、最可靠的（或的值，表示对最短的、最宽的、最可靠的（或最安全的）通路的期望。然而，最

34、安全的）通路的期望。然而，应用程序并没有普应用程序并没有普遍地使用这个域遍地使用这个域。在。在IPv6IPv6中中提供了处理这些期望的提供了处理这些期望的机制机制。1.11.1 IPv6IPv6头格式：头格式：对经典参数的修改对经典参数的修改 n跟跟IPv4IPv4类似，类似，IPv6IPv6头包括分组长度指示、生存时间和协议类型。然而这头包括分组长度指示、生存时间和协议类型。然而这些域的定义都被稍微地修改了些域的定义都被稍微地修改了。nIPv4IPv4的分组总长度的分组总长度被被IPv6IPv6的载荷长度代替了的载荷长度代替了。这里有细微的差别，因为。这里有细微的差别，因为按照定义，载荷长度

35、是在头后面运载的数据的长度。作为例子，假定载按照定义，载荷长度是在头后面运载的数据的长度。作为例子，假定载荷是一个荷是一个TCPTCP分组，包括分组，包括2020字节的字节的TCPTCP头头和和400400字节的应用数据字节的应用数据。在。在IPv4IPv4中，中，我们通常是在这个我们通常是在这个TCPTCP分组的前面加上分组的前面加上1 1个个2020字节的字节的IPv4IPv4头，总长度将是头，总长度将是440440字节。字节。在在IPv6IPv6中，我们将加上一个中，我们将加上一个4040字节的字节的IPv6IPv6头，但载荷长度将被头，但载荷长度将被设置成设置成420420( (包括包

36、括TCPTCP报文段，报文段，也包括可能有的全部也包括可能有的全部IPv6IPv6扩展头扩展头) )。在。在IPv6IPv6中，载荷长度域也像中，载荷长度域也像IPv4IPv4总长度那样在总长度那样在1616位位上编码，这就把分组尺寸限上编码，这就把分组尺寸限制到制到64K64K字节字节。然而，。然而，IPv6IPv6使用巨大数据报选项（属于逐跳选项扩展头）使用巨大数据报选项（属于逐跳选项扩展头）提供对比较大的分组的传送服务。提供对比较大的分组的传送服务。1.11.1 IPv6IPv6头格式：头格式：对经典参数的修改对经典参数的修改 nIPv6IPv6把把协议（类型）协议（类型）域重新命名为域

37、重新命名为下一个头类下一个头类型型来反映新的来反映新的IPIP分组结构。在分组结构。在IPv4IPv4中，中，IPIP头总头总是紧接着就后随传输协议数据，例如，一个是紧接着就后随传输协议数据，例如，一个UDPUDP或或TCPTCP分组。在分组。在IPv6IPv6的情况下，的情况下，如果如果IPIP分组分组封装封装TCPTCP或或UDPUDP协议数据单元。那么头（包括扩协议数据单元。那么头（包括扩展头）末尾的下一个头类型将被设置成协议类展头）末尾的下一个头类型将被设置成协议类型型TCPTCP（6 6）或）或UDPUDP（1717）。）。1.11.1 IPv6IPv6头格式：头格式：对经典参数的修

38、改对经典参数的修改 n在在IPv4IPv4中，中，生存时间域生存时间域表示为秒的数量，说明分组在被丢弃以前允许在表示为秒的数量，说明分组在被丢弃以前允许在网络中还可以存在多长时间。生存时间的概念是基于对传输控制协议的网络中还可以存在多长时间。生存时间的概念是基于对传输控制协议的理论分析。如果允许分组在网络中无限期地存在着，那么老的拷贝可能理论分析。如果允许分组在网络中无限期地存在着，那么老的拷贝可能在不可预期的时间退出，从而引起协议错误。在不可预期的时间退出，从而引起协议错误。IPv4IPv4规范强制每个路由器规范强制每个路由器把生存时间域减少把生存时间域减少1 1秒，如果在路由中排队等待的时

39、间较长，则减去这秒，如果在路由中排队等待的时间较长，则减去这个等待时间（大于个等待时间（大于1 1秒）秒）。但是，要精确地估计一个特定分组的等待时。但是，要精确地估计一个特定分组的等待时间是很困难的。由于这个时间通常是以毫秒计，而不是以秒计，大多数间是很困难的。由于这个时间通常是以毫秒计，而不是以秒计，大多数路由器只是简单地在每一中继处把路由器只是简单地在每一中继处把TTLTTL值减值减1 1。这一举动在。这一举动在IPv6IPv6中已经变中已经变成正规的做法了，所以相应的域名也改成成正规的做法了，所以相应的域名也改成跳段限制跳段限制。它。它以跳段数目计算，以跳段数目计算，而不以秒的数目计算而

40、不以秒的数目计算。1.11.1 IPv6IPv6头格式：头格式：新域新域 nIPv6IPv6头中有两个在头中有两个在IPv4IPv4中不存在的域中不存在的域：流标记和交通类流标记和交通类别别。这两个域主要是为了。这两个域主要是为了方便对实时交通的处理方便对实时交通的处理而设计而设计的。的。n交通类别域交通类别域有有8 8位位，开头，开头4 4位中的第位中的第1 1位用于两种交通类别位用于两种交通类别的区分，其余的区分，其余3 3位用于各自的优先级；交通类别域的剩下位用于各自的优先级；交通类别域的剩下4 4位可用于拥塞控制中经历拥塞的标记等功能。位可用于拥塞控制中经历拥塞的标记等功能。n流标记流

41、标记用以表示需要同样处理的那些分组，它们由一个用以表示需要同样处理的那些分组，它们由一个特定的源发送给一个特定的目的地，并具有指定的一组特定的源发送给一个特定的目的地，并具有指定的一组选择选择。1.2 从选项到扩展头从选项到扩展头nIPv4IPv4头允许有选项头允许有选项，可以对某些分组作，可以对某些分组作特别的处理。早先的规范包括对安全性特别的处理。早先的规范包括对安全性选择的编码，源路由选择，记录路由选择的编码，源路由选择，记录路由（用于路由跟踪）以及时间印迹。然而（用于路由跟踪）以及时间印迹。然而选项选项并未被普遍采用并未被普遍采用，主要是由于，主要是由于性能性能的问题的问题。1.2 从

42、选项到扩展头从选项到扩展头n分组转发编码分组转发编码是路由器软件高度优化的部分。程序设计人员是路由器软件高度优化的部分。程序设计人员逐条地统计处理一个分组所需要的指令的条数，因为这个条逐条地统计处理一个分组所需要的指令的条数，因为这个条数的任何减少都会产生更高的性能。比竞争对手每秒可以转数的任何减少都会产生更高的性能。比竞争对手每秒可以转发更多个分组的路由器在市场上也更加容易获得成功。发更多个分组的路由器在市场上也更加容易获得成功。提高提高编码性能最常用的方法是关注最频繁出现的分组，让它们在编码性能最常用的方法是关注最频繁出现的分组，让它们在程序中走最快的处理通路程序中走最快的处理通路。具有。

43、具有选项选项的分组不能走快速通路的分组不能走快速通路，因为按照定义，因为按照定义，它们需要特别的处理它们需要特别的处理。它们常常。它们常常被划归为第被划归为第二类分组二类分组，由一个比较慢的欠优化的软件片段来处理由一个比较慢的欠优化的软件片段来处理。结果。结果应用程序设计人员应用程序设计人员注意到，注意到，使用选项会引起性能缺陷使用选项会引起性能缺陷。他们他们倾向于仅使用非常简单的分组倾向于仅使用非常简单的分组。1.2 从选项到扩展头从选项到扩展头n然而，人们有足够的理由然而，人们有足够的理由需要对某些分需要对某些分组作特别的处理组作特别的处理。例如，通过源路由选。例如，通过源路由选择请求一条

44、特别的路由，或者指定接收择请求一条特别的路由，或者指定接收方对一个分组作特别的处理。方对一个分组作特别的处理。IPv6规范规范说明了如何通过扩展头来实现这类特别说明了如何通过扩展头来实现这类特别的处理的处理。1.2 1.2 从选项到扩展头：头的菊花链从选项到扩展头：头的菊花链 n在在IPv4IPv4中中, , 作为作为载荷的载荷的TCPTCP分组紧接在分组紧接在IPIP头的后面头的后面。在。在IPv6IPv6中中在在InternetInternet头和载头和载荷之间可能插入任意数目的扩展头荷之间可能插入任意数目的扩展头。每每个头用个头用1 1个头类型表示，并运载在链中随个头类型表示，并运载在链

45、中随后的头的类型后的头的类型，在最后一个扩展层头的，在最后一个扩展层头的情况下则是载荷的头类型。情况下则是载荷的头类型。1.2 1.2 从选项到扩展头：头的菊花链从选项到扩展头：头的菊花链 1.2 1.2 从选项到扩展头：头的菊花链从选项到扩展头：头的菊花链n当前的当前的IPv6IPv6规范规范定义了定义了6 6个扩展头个扩展头：* *逐跳选项头逐跳选项头* *路由选择头路由选择头* *分割头分割头* *身份验证头身份验证头* *加密安全载荷头加密安全载荷头* *目的地选择头目的地选择头 1.2 1.2 从选项到扩展头：头的菊花链从选项到扩展头：头的菊花链n每个扩展都用一个头类型标识。每个扩展

46、都用一个头类型标识。IPv6IPv6的下一个头域可以包含的下一个头域可以包含一个扩展头的类型，也可以包含载荷的协议类型一个扩展头的类型，也可以包含载荷的协议类型，例如，例如TCPTCP或或UDPUDP。因此，。因此，头类型必须不能跟协议类型冲突头类型必须不能跟协议类型冲突，它们从同，它们从同样的一组样的一组256256个数字中分配。协议类型域基本上跟个数字中分配。协议类型域基本上跟IPv4IPv4相同相同( (虽然有些协议类型略有不同虽然有些协议类型略有不同) )，例如，例如TCPTCP是是6 6，UDPUDP是是1717，OSPFOSPF是是8989，ICMPICMP（IPv4IPv4）是）

47、是1 1，ICMPICMP（IPv6IPv6）是）是2 2；而；而HBHHBH（逐跳选项，（逐跳选项，IPv6IPv6）是）是0 0，RHRH（路由选择头，（路由选择头，IPv6IPv6）是）是4343，FHFH（分割头，（分割头，IPv6IPv6）是）是4444。1.2 1.2 从选项到扩展头：从选项到扩展头：路由选择头路由选择头 n在在IPv6IPv6中对选项的处理最典型的例子是中对选项的处理最典型的例子是路由选择头路由选择头，它的作用，它的作用跟跟IPv4IPv4中的中的源路由选项相同源路由选项相同。这个头主要运载分组将被中继经过的中间地址列表，源。这个头主要运载分组将被中继经过的中间地

48、址列表，源路由选择可以是严格的，也可以是松散的。路由选择可以是严格的，也可以是松散的。n路由选择头由一组参数后随一个地址列表组成路由选择头由一组参数后随一个地址列表组成。开头。开头3232位包含位包含4 4个个8 8位整数位整数：* *下一个头下一个头。标识在头的菊花链中紧紧后随路由选择头的头的类型。标识在头的菊花链中紧紧后随路由选择头的头的类型。* *头长头长。用。用6464位字的数目表示的头扩展长度，不包括开头位字的数目表示的头扩展长度，不包括开头6464位位( (其中包括其中包括3232个保留位个保留位) )。* *路由选择类型路由选择类型。设置成。设置成0 0。* *剩余段域剩余段域。

49、分组到达该节点时在地址列表中剩余段的数目，该值的范围。分组到达该节点时在地址列表中剩余段的数目，该值的范围是从是从0 0到到2323。 1.2 1.2 从选项到扩展头：从选项到扩展头：路由选择头路由选择头 1.2 1.2 从选项到扩展头：从选项到扩展头：路由选择头路由选择头n紧接着的下一个紧接着的下一个3232位是保留域位是保留域，应该设置成，应该设置成0 0。路由选择头路由选择头的剩余部分是一组的剩余部分是一组128128位地址的列表位地址的列表，编号从，编号从1 1到到N N。在在IPv4IPv4中源路由编码在可选头域中，所有的路由器都需要对其进中源路由编码在可选头域中，所有的路由器都需要

50、对其进行检查，即使它们不被包括在源路由内明确说明的中继站行检查，即使它们不被包括在源路由内明确说明的中继站列表中列表中。因此对源路由分组的处理是非常缓慢的，该选项。因此对源路由分组的处理是非常缓慢的，该选项在实践中被使用得不多。在在实践中被使用得不多。在IPv6IPv6中，路由器中，路由器仅察看路由选仅察看路由选择头来确定它们是否能识别出在主头的目的地域中它们自择头来确定它们是否能识别出在主头的目的地域中它们自己的地址己的地址（源路由选择的（源路由选择的IPIP分组的目标地址不一定是终点分组的目标地址不一定是终点IPIP地址）地址）。没有被明确地列在源路由列表中的中间路由器。没有被明确地列在源

51、路由列表中的中间路由器将转发分组而不作任何附加的处理。这应该能够将转发分组而不作任何附加的处理。这应该能够产生比较产生比较好的性能好的性能。1.2 1.2 从选项到扩展头：从选项到扩展头：路由选择头路由选择头n在在目的地域目的地域中识别出自己的地址的站将检查路由选择头。它将检中识别出自己的地址的站将检查路由选择头。它将检查在列表中是否还剩下至少查在列表中是否还剩下至少1个域（如果不是这样，那么分组就已个域（如果不是这样，那么分组就已经到达源路由的终点，该站将跳过路由选择头去处理下一个头，经到达源路由的终点，该站将跳过路由选择头去处理下一个头，其类型在下一个头参数中表明），如果是，该站将处理源路

52、由选其类型在下一个头参数中表明），如果是，该站将处理源路由选择。择。n在在源路由中的下一地址源路由中的下一地址的位置从头扩展长度和的位置从头扩展长度和剩余段数参数剩余段数参数L推导推导出来。每个地址是出来。每个地址是128位长，头扩展长度（位长，头扩展长度（不包括开头不包括开头6464位位）是）是后随段（后随段（segment）的）的64位字的数目；因此，位字的数目；因此，在列表中地址的数在列表中地址的数目目N等于该长度的一半。要处理的下一地址在列表中的位置号是等于该长度的一半。要处理的下一地址在列表中的位置号是N-L（位置号范围是（位置号范围是0至至N-1）。）。1.2 1.2 从选项到扩展

53、头：从选项到扩展头：路由选择头路由选择头n所有的所有的IPv6规范的实现必须都能够处理类型规范的实现必须都能够处理类型0路由选择头路由选择头，而且这些实现也必须准备好碰到并处理其它的类型而且这些实现也必须准备好碰到并处理其它的类型, 然后采然后采取某种默认操作。取某种默认操作。n事实上，事实上，类型类型0路由选择头的所有类型都是一般路由选择头路由选择头的所有类型都是一般路由选择头的子类型的子类型，它的组成是，它的组成是32位头后随类型特有的数据。位头后随类型特有的数据。32位位头就是我们在前面介绍过的在类型头就是我们在前面介绍过的在类型0头中的头中的4个个8位参数。位参数。路由选择类型说明在使

54、用哪一个版本路由选择类型说明在使用哪一个版本。类型特有的数据的。类型特有的数据的格式和处理源路由的规则在每个路由选择类型的规范中解格式和处理源路由的规则在每个路由选择类型的规范中解释。释。1.2 1.2 从选项到扩展头：从选项到扩展头：路由选择头路由选择头 如果一个如果一个IPv6系统必须处理一个路由选择头。它将首先检查路由选系统必须处理一个路由选择头。它将首先检查路由选择头类型和剩余段的数目。如果类型未知，分组应该被拒绝，并给源择头类型和剩余段的数目。如果类型未知，分组应该被拒绝，并给源发送方返回一个发送方返回一个ICMP错误报文（参数问题），其错误报文（参数问题），其ICMP编码值为编码值

55、为0，让参数（说明是什么样的错误）指向路由选择类型段。然而，让参数（说明是什么样的错误）指向路由选择类型段。然而，剩余段剩余段值值0表明该分组已经到达最后的目的地表明该分组已经到达最后的目的地，即使系统不懂得指定的路由，即使系统不懂得指定的路由选择类型，它也应该接受这样的分组。选择类型，它也应该接受这样的分组。1.2 1.2 从选项到扩展头：从选项到扩展头：分割头分割头跟跟IPv4不同，不同，IPv6路由器不分割太大的分组路由器不分割太大的分组，这种处理方，这种处理方式类似于式类似于IPv4把不可分割位隐含地设置成把不可分割位隐含地设置成1。IPv6路由器路由器拒绝其长度大于下一跳拒绝其长度大

56、于下一跳MTU的分组，并往回发送一个的分组，并往回发送一个ICMP报文报文。然而。然而IPv6在主机把分组往网络上发送之前可在主机把分组往网络上发送之前可以进行分割以进行分割。假定我们要在以太网接口上发送一个。假定我们要在以太网接口上发送一个2800字字节的载荷，并且知道该以太网的节的载荷，并且知道该以太网的MTU是是1500。此时，我们。此时，我们需要发送两个分组，每个分组的最大尺寸是需要发送两个分组，每个分组的最大尺寸是1500字节。在字节。在这两个分组中，我们都要这两个分组中，我们都要在在IPv6基本头和载荷之间插进一基本头和载荷之间插进一个分割头个分割头。1.2 1.2 从选项到扩展头

57、：从选项到扩展头：分割头分割头1.2 1.2 从选项到扩展头：从选项到扩展头：分割头分割头n分割后的每个片段都是独立地进行路由选择分割后的每个片段都是独立地进行路由选择。分割头包含足。分割头包含足够的信息让目的地能够串接这些片段。够的信息让目的地能够串接这些片段。n除了下一个头参数以外，除了下一个头参数以外，在在IPv6的分割头中的域跟的分割头中的域跟IPv4头头的分割控制参数几乎相同的分割控制参数几乎相同。标识符同于。标识符同于IPv4的分组标识，的分组标识，显著的显著的差别是用差别是用32位编码代替位编码代替16位编码位编码。分割偏移跟。分割偏移跟IPv4的偏移域起同样的作用，但的偏移域起

58、同样的作用，但编码略有不同编码略有不同。IPv4使用使用一个一个16位字位字的的13个最低有效位，个最低有效位，IPv6则在最高有效位编码偏移则在最高有效位编码偏移域。在两种情况下分割都在域。在两种情况下分割都在64位字位字(8字节字节)的边界进行。的边界进行。IPv4偏移必须是偏移必须是8的整数倍，以得到字节偏移，而的整数倍，以得到字节偏移，而在在IPv6中只要把中只要把3个最低有效位（个最低有效位（8字节）置字节）置0就可以了就可以了。1.2 1.2 从选项到扩展头：从选项到扩展头：分割头分割头 1.2 1.2 从选项到扩展头：从选项到扩展头：分割头分割头 1.2 1.2 从选项到扩展头：

59、从选项到扩展头：分割头分割头n主要的不同点体现在标志域。主要的不同点体现在标志域。在在IPv6头中没有分割控头中没有分割控制制(是否可分片是否可分片)，因为这个头仅当发送方决定分割分组，因为这个头仅当发送方决定分割分组时才插入。时才插入。在在IPv6中也有中也有“还有片段还有片段”位（位（M），对，对于一个完全分组除最后一个片段外的所有片段，该位都于一个完全分组除最后一个片段外的所有片段，该位都要置要置1。1.2 1.2 从选项到扩展头：从选项到扩展头：目的地选项头目的地选项头n给给IPv6IPv6增加可选功能增加可选功能有两种有两种方法方法。第一种第一种方法定义了一个方法定义了一个新新的扩展

60、头类型的扩展头类型，透明地通过网络传送，仅被在目的地址中指，透明地通过网络传送，仅被在目的地址中指定的站检查和处理。这种扩展方法有定的站检查和处理。这种扩展方法有两个不方便之处两个不方便之处。（1 1）它）它需要分配头类型号码需要分配头类型号码。现在仅有。现在仅有256256个这样的号码，用个这样的号码，用于扩展头，也用于诸如于扩展头，也用于诸如UDPUDP、TCPTCP、ICMPICMP、OSPFOSPF这类载荷。它这类载荷。它们是相对于稀少的资源，应当节约使用。们是相对于稀少的资源，应当节约使用。（2 2）它）它需要源和目的地都懂得新的选项需要源和目的地都懂得新的选项。如果一个站不懂得一。