第2章：IPv6网络体系结构

1、第2章 IPv6网络体系结构 网络体系结构是指通信系统的整体设计，它为网络硬件、软件、协议、存取控制和拓扑提供了一系列标准。在进行网络体系结构设计时，将复杂的网络通信系统结构划分成若干层进行设计，每层采用不同的通信协议。在具有网络体系结构的网络中，网络信息传输采用的是分层实现技术，将复杂的网络传输问题分解成有限的几个层次来实现，每个层次解决几个相对独立的问题，从而使得信息的传输比较清晰、软件的设计与实现相对较为容易。 典型的网络体系结构是ISO/OSI模型。作为现代网络技术的典型代表IPv4和IPv6网络都是具有相同的网络体系结构的，即基于TCP/IP协议的网络体系结构。 本章的主要内容有：

2、l IPv4网络体系结构及其分层功能； l IPv6网络体系结构及其分层功能； l TCP/IP协议； l IPv6的核协议。2.1 IPv62.1 IPv6网络体系结构回顾网络体系结构回顾2.2 IPv62.2 IPv6网络体系结构网络体系结构2.3 2.3 常用常用TCP/IPTCP/IP协议协议第第2 2章章 IPv6IPv6网络体系结构网络体系结构2.4 IPv62.4 IPv6的核心协议的核心协议2.1 IPv42.1 IPv4网络体系结构回顾网络体系结构回顾本节内容：本节内容： 2.1.1 IPv42.1.1 IPv4网络体系结构网络体系结构 2.1.2 ISO/OSI2.1.2

3、ISO/OSI体系结构体系结构 2.1.3 ISO/OSI2.1.3 ISO/OSI的功能的功能 2.1.4 2.1.4 通信协议通信协议2.1.1 IPv42.1.1 IPv4网络体系结构网络体系结构 计算机网络的结构可以从网络体系结构、网络组织和网络配置等三方面来描述。网络组织是从网络的物理构成，网络实现等方面来描述计算机网络的；网络配置是从网络应用方面来描述计算机网络的布局、硬件、软件和通信线路的；网络体系结构则是从功能上来描述计算机网络结构的，网络体系结构又称网络逻辑结构。计算机网络的体系结构是抽象的，是对计算机网络通信所需要完成的功能的精确定义。而对于体系结构中所确定的功能如何实现，

4、则是网络产品制造者遵循体系结构进行研究和实现的问题。 计算机网络系统的体系结构，类似于计算机系统多层的体系结构，它是以高度结构化的方式设计的。所谓结构化是指将一个复杂的系统分解成一个个容易处理的子问题，然后加以解决。这些子问题相对独立，又相互联系。所谓层次结构是指将一个复杂的系统设计问题划分成层次分明的一组组容易处理的子问题，各层执行自己所承担的任务。层与层之间有接口，它们为层与层之间提供了组合的通道。层次结构是结构化设计中最常用、最主要的设计方法之一。 网络体系结构是分层结构，它是网络各层及其协议的集合。实质上是将大量的、多类型的协议合理地组织起来，并按功能顺序的先后进行逻辑分割。网络体系结

5、构的研究内容包括：如何分层，每一层应具有什么样的功能，各层之间的联系和接口是什么，对应层之间应遵守什么样的协议等。 网络体系结构是分层结构，它是网络各层及其协议的集合。实质上是将大量的、多类型的协议合理地组织起来，并按功能顺序的先后进行逻辑分割。网络体系结构的研究内容包括：如何分层，每一层应具有什么样的功能，各层之间的联系和接口是什么？对应层之间应遵守什么样的协议等。 分层结构的好处在于： (1)独立性强。独立性是指对具有相对独立功能的每一层，它不必知道下一层是如何实现的，只要知道下层通过层间接口提供的服务是什么，本层向上一层提供的服务是什么就可以了。 (2)功能简单。系统经分层后，整个复杂的

6、系统被分解成若干个范围小的、功能简单的部分，使每一层功能简单明了，程序设计和实现方便。 (3)适应性强。当任何一层发生变化，只要层间接口不发生变化，那么这种变化就不影响其他任何一层。这就意味着可以对分层结构中的任何一层的内部进行修改而不影响其他层。 (4)易于实现和维护。分层结构使得实现和调试一个庞大而复杂的网络系统变得简单和容易。 (5)结构可分割。指被分层的各层的功能均可采用最佳的技术手段来实现。 (6)易于交流和促进有利于标准化工作。2.1.2 ISO/OSI2.1.2 ISO/OSI体系结构体系结构 ISO/OSI是由ISO(国际标准化组织)于1981年推出了开放系统互联协议，简称IS

7、O/OSI 7层结构的开放式互联参考模型(所谓开放是指系统按OSI标准建立的系统，能与其他按OSI标准建立的系统相互联接)。OSI开放系统模型把计算机网络通信分成7层，即物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层，如图2-1所示。 网络体系结构的基本功能和特点： (1)保证存在一条有效的传输路径； (2)进行数据链路控制、误码检测、数据重发，以保证实现数据无误码的传输； (3)实现有效寻址和路径选择，保证数据准确无误的到达目的地； (4)进行同步控制，保证通信双方传输速率的匹配； (5)对报文进行有效的分组和组合，适应缓冲容量，保证数据传输质量； (6)进行网络用户对话管理和实

8、现不同编码、不同控制方式的协议转换，保证各终端用户进行数据识别。 根据这些特点，OSI组织推出了开放系统互联协议，简称ISO/OSI七层结构的开放式互联参考模型（所谓开放是指系统按OSI标准建立的系统，能与其他按OSI标准建立的系统相互联接）。OSI开放系统模型把计算机网络通信分成七层，即物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。如图6-1。 OSI参考模型定义了不同计算机互联标准的框架结构，得到了国际上的承认。它通过分层结构把复杂的通信过程分成了多个独立的、比较容易解决的子问题。在OSI模型中，下一层为上一层提供服务，而各层内部的工作与相邻层是无关的。 应用层物理层数据链路

9、层网络层传输层会话层表示层应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层应用层协议传输层协议会话层协议表示层协议通信子网内部协议图6-1 ISO/OSI 开放系统互联参考模型 OSI模型分层的主要原则如下：(1)划分层次要根据理论上需要的不同等级划分；(2)层次的划分要便于标准化；(3)各层内的功能要尽可能的具有相对独立性；(4)相类似的功能应尽可能放在同一层内；(5)各层的划分要便于层与层之间的衔接；(6)各层之间的接口的交互要尽量的少；(7)根据需要，在同一层内可以再形成若干个子层次；(9)扩充某一层次的功能或协议，不能影响整体模型的主体结构。ISO/OSI参考模型分层信息表示形式及协议标

10、准如表6-1所示。表6-1 各层数据单元及协议标准集层次名称 数据单元 协议标准7应用层报文 FTP、TELNET6表示层报文 NFS、ODBC、DRDA5会话层报文 NFS、ODBC、DRDA4传输层报文 TCP、SPX3网络层分组 IP、IPX2数据链路层帧 IP、IPX、SDLC、HDLC1物理层比特 Ethernet、ARCnet、RS232C其中： NFS：网络文件服务标准协议。ODBC：开放式数据库互联协议。DRDA：分布式关系数据库结构协议。SPX：顺序报文分组交换协议。TCP/IP：Internet网络协议族。TCP：传输控制协议。IP：网间网协议。SDLC：同步数据链路协议。

11、HDLC：高级数据链路控制协议。Ethernet：以太网协议。ARCnet： ARC网络控制协议。RS232C： 计算机RS-232C接口协议。IPX/SPX：NOVELL网在网络层和传输层的标准协议。分组与帧的基本概念 （1）分组 前面我们说过，现代计算机网络通信所采用的技术就是分组传输技术，为什么要彩分组技术来传输数据而不采用文件形式传输方式呢？主要基于以下几种原因。 提高带宽等网络资源的利用率。例如：在采用时分复用技术TDMA（Time Division Multiple Access)方式的电话通信时，只要双方建立了连接，无论是否有信息通信，其信道 都补占据。而使用分组交换技术则可把不

12、同用户的信息集中在一起进行传输，从而减少信道的空闲时间，提高信道的利用率。 提高系统的可靠性。在这里，我们以电话系统中例，当交换局发生故障时，与该局相关的所有电话将无法进行通信。而计算机网络系统中某一个传输结点发生故障时，数据分组仍然可以通过其他结点进行传输。 便于计算机处理。计算机可以根据发送和接收的需要灵活地处理各个分组信息。 减少信息的重传输。对于连续传输方式来说，接收系统只有正确无误码地接收到最后一个被传送的信息位后才能表示已收到对方发送来的信息。如果在传输过程中发生了误码或丢失了数据位等传输错误，则必须从头传输整个信息。而对于分组方式来说，若发生传输错误，只需重新传输出错的分组信息即

13、可，大大缩短了信息重传输的时间。 分组是一段数据加上发送和接收结点的地址以及由传输网络或计算机处理用的控制字符组成的数据结构，我们可以用下列式子表示。分组=数据段+发送/接收地址+控制字符 分组是把一个要传输的信息内容按照所规定的分组长度划分成多个数据组后进行传输。对于用于控制的分组（如建立连接的分组）来说，可以没有数据段部份。我们知道，只有具有相同网络体系结构的协议的计算机网络之间才能互相通信，因而，分组划分的长度、发送/接收地址的格式以及控制字符等都是要符合相应的协议所规定的标准和格式。例如，ISO/OSI参考模型中有关定义和TCP/IP体系结构中有关的定义是完全不同的，因此，一台使用OS

14、I协议的分组的计算机是不能和一台使用TCP/IP协议分组的计算机直接通信的。 分组可分为数据分组和控制分组。在TCP/IP协议中，通常把它们称之为数据报文（datagram)和控制报文（control datagram)，其中数据信息的分组用来传输被划分为小段的数据信息，而传输控制信息的分组被用来传输建立、拆除连接所用的控制信息。 分组是一个广义的概念，在网络体系结构中的作画一层中的任何一个协议数据单元PDU（Protocol Data Unit)都可以被称为分组。因此，分组只强调反完整的分组信息划分为小段后传输给接收方，而并未具体规定如何实现分组信息的传输与接收。 （2）帧 帧也是一个分组，

15、但与前述的分组是不完全相同的。分组是一个与硬件结构无关的逻辑概念，帧则是指分组在一个具体网络上的实现，即一个网络上的数据帧是该网上传输的最小数据单元。从这个意义上来讲，帧的概念只能用于表示网络体系结构中所介绍的第二层协议中所定义的分组，因为只有在这个层次上和分组才是网络上所传输的数据的最小单元。 帧包括按协议规定划分好的数据部份、发送和接收结点的地址以及相应的处理控制部份。与高层分组的区别是，帧所包括的发送和接收地址必须是各结点的物理地址而不是逻辑地址或更高层的连接端口，而且，帧要用具体的字符规定每个被传输帧的开头和结尾的标识。这与每个硬件厂商直接相关的。例如，以太网帧的地址和令牌环的地址定义

16、格式就完全不同。 下面的格式就是一个用ASCII码划分帧的例子。 使用帧进行传输所带来的问题是：在接收端会把数据内容“SOH”误码认为是一个新的帧的开头。2.1.3 ISO/OSI2.1.3 ISO/OSI的功能的功能1. 1. 物理层（物理层（physical layerphysical layer）（1 1）物理层的概念）物理层的概念 物理层是OSI分层结构 体系中最底层，也是最重要、最基础的一层。它是建立在通信介质基础上的，实现设备之间的物理接口。 物理层的定义：在物理信道实体之间合理地通过中间系统，为比特流传输所需的物理连接的激活，保持和激活提供机械的、电气的、功能特性和规程特性的手段

17、。 物理层协议是为了把信号由一方经过物理媒体传到另一方，物理层所关心的是如何把通信双方连起来，为数据链路层实现无差错的数据传输创造环境。物理层不负责传输的检错和纠错任务，检错和纠错工作由数据链路层完成。物理层协议规定了为此目的进行建立、维持与拆除物理信道有关的特性。 这些特性分别是：物理特性（机械特性）、电气特性、功能特性和规程特性。（2 2）物理层的功能）物理层的功能 (1)实现实体之间的按位传输。保证按位传输的正确性，并向数据链路层提供一个透明的位流传输。即是将原始比特流从一台计算机传送到另一台计算机。 (2)在数据终端设备、数据通信和数据交换设备之间完成对数据链路的建立、保持和拆除操作。

18、 物理层涉及的参数有信号电平、比特宽度、通信方式（单工、半双工、全双工）。2. 2. 数据链路层（数据链路层（data link layerdata link layer）（1 1）数据链路层的概念）数据链路层的概念 物理层不能解决真正的数据传输与控制，如异常情况处理、差错控制与恢复、信息格式、协调通信等。数据链路层协议是建立在物理层基础上的，通过一些数据链路层协议，在不太可靠的物理链路上实现可靠的数据传输。（2 2）数据链路层的功能）数据链路层的功能帧同步：指收方应当从收到的比特流中准确地区分帧的起始与终止。 链路管理：链路管理就是对数据链路层连接的建立、维持和释放操作。 差错控制：差错控制

19、有两种，一种是向前纠错，另一种是检错重发。 流量控制：流量控制就是在数据传输过程中，保证不会产生数据过载、阻塞和死锁现象，保证数据的正常传输。 透明传输：在数据链路层中，对所传输的数据无论它们是由什么样的比特组合起来的，在数据链路上都应该能够正确地传输。 识别数据和控制：多数数据和控制信息处于同一帧中，并且它们由同一通信信道传输，因此要有使接收方能将它们区分开来的方法和措施。 寻址：在多点连接进行数据传输时，要保证每一帧数据送到指定的地方，接收方要能知道数据的发送方是谁，这就需要系统具有寻址功能。 通信控制规程：通信控制规程又称传输控制规程。它是为实现传输控制所制定的一些规格和顺序。 3. 3

20、. 网络层（网络层（network layernetwork layer）（1 1） 网络层概述网络层概述 网络层也称通信子网层。网络层是通信子网的最高层，是高层与低层协议之间的接口层。网络层用于控制通信子网的操作，是通信子网与资源子网的接口。网络层关系到通信子网的运行控制，体现了网络应用环境中资源子网访问通信子网的方式。 两台主计算机之间的通信是非常复杂的。它们之间通常包括许多段链路，这些链路构成了两台计算机的通信通路。数据链路层研究和解决的问题是两个相邻的结点之间的通信问题，实现的任务是在两个相邻结点间透明的无差错的帧信息传送。（2 2）网络层的功能）网络层的功能 网络层的主要功能是实现整

21、个网络系统内连接，为传输层提供整个网络范围内两个终端用户之间数据传输的通路。网络层所研究和解决的问题包括： (1)为上一层传输层提供服务。(2)路径选择。 (3)流量控制。 (4)连接的建立、保持和终止。 网络层所提供的服务有两个大类：面向连接的网络服务和无连接的网络服务。所谓连接是两个对等实体为进行数据通信而进行的一种结合。面向连接的网络服务是在数据交换之前，必须先建立连接，当数据交换结束后，及时终止这个连接。 4. 4. 传输层（传输层（transport layertransport layer）（1 1） 传输层的概念传输层的概念 传输层又称运输层，是建立在网络层和会话层之间的一个层次

22、。实质上它是网络体系结构中高低层之间衔接的一个接口层。传输层不仅仅是一个单独的结构层，而是整个分层体系协议的核心，没有传输层整个分层协议就没有意义。（2 2）传输层的功能）传输层的功能 物理层是在链路上透明地传送比特流；数据链路层使得相邻结点所构成的不可靠的链路传输无差错的帧；网络层是在链路层的基础上提供路由选择、流量控制、防止阻塞和死锁现象的产生，以及提供网络互联服务功能。 对通信子网的用户来说希望得到的是端到端的可靠通信服务。通过传输层的服务来弥补各通信子网提供的有差异和有缺陷的服务。通过传输层的服务，增加服务功能，使通信子网对两端的用户都变成透明的。 网络层是通信子网的一个组成部分，网络

23、层提供的是数据报和虚电路两种服务，网络服务质量并不可靠。在数据报服务方面，网络层无法保证报文无差错、无丢失、无重复，无法保证报文按顺序从发送端到接收端。由于用户无法对通信子网加以控制，所以无法采用通信处理机来解决网络服务质量低劣的问题。解决问题的唯一办法就是在网络上增加一层协议，这就是传输层协议。 传输层的功能就是在网络层的基础上，完成端对端的差错纠正和流量控制，并实现两个终端系统间传送的分组无差错、无丢失、无重复、且分组顺序无误。 会话层（会话层（session layer）（1）会话层的基本概念）会话层的基本概念 会话层又称会晤层，其服务就如两个人进行对话。会话层可以被看成是用户与网络之间

24、的接口，其基本任务是负责两主机之间的原始报文的传输。通过会话层提供的一个面向用户的连接服务，为合作的会话层用户之间的对话和活动提供组织和同步所必须的手段，并对数据的传输进行控制和管理。 会话是提供建立连接并有序传输数据的一种方法，在OSI体系结构中，会话可以使一个远程终端登录到远地计算机上，并进行文件传输或进行其他的应用。（2 2）会话层的基本功能）会话层的基本功能 会话层提供的主要功能有会话连接管理和会话交换两大部份。 会话连接管理是使一个应用层的进程在一个完整的活动中，通过表示层提供的服务，与对等应用进程建立和维持一条畅通的通信信道。 会话数据交换服务为两个进行通信的应用进程提供在信道上交

25、换对话的单元手段。对话单元是一个活动中数据的基本交换单元。 除此之外，会话层还提供下述功能： (1)隔离服务。 (2)交互管理服务。 (3)会话连接服务。 (4)异常报告服务。 6. 6. 表示层（表示层（presentation layerpresentation layer） 表示层向上对应用层服务，向下接受来自会话层的服务。表示层为在应用过程之间传送的信息提供表示方法的服务，它只关心信息发出的语法和语义。 （1）表示层为应用层提供的服务有三项内容 语法转换：语法转换涉及代码转换和字符集的转换，数据格式的修改、数据结构操作的适配、数据压缩、数据加密等。 语法选择：语法选择是提供初始选择的一

26、种语法和随后修改这种选择的手段。 联接管理：利用会话层提供的服务建立表示联接，管理在这一联接之上的数据运输和同步控制，以及正常或非正常地终止联接。 （2）表示层的功能 网络的安全和保密管理； 文本的压缩与打包； 虚拟终端协议（VTP）。7. 7. 应用层（应用层（application layerapplication layer） 应用层中包含了若干个独立的、用户通用的服务协议模块。网络应用层是OSI的最高层，为网络用户之间的通信提供专用的应用程序（如WWW、FTP、TELNET等）。应用层的主要内容取决于用户的各自需要，这一层涉及的主要内容有：分布数据库、分布计算技术、网络操作系统和分布操

27、作系统、远程文件传输、电子邮件、终端电话及远程作业录入与控制等。 应用层是直接面向用户的一层协议，用户的通信内容要由应用进程解决，这就要求应用层采取不同的应用协议来解决不同类型的应用要求，并保证不同类型的应用所采取的低层通信协议是一样的。 应用层的作用不是把各种应用进行标准化，而是把应用进程经常使用到的应用层服务、功能及实现这些功能所要求的协议进行标准化。换句话说，应用层是直接为用户的应用进程提供服务的。2.1.4 2.1.4 通信协议通信协议 计算机网络的通信是一个非常复杂的过程，因此通信双方都应遵循一定的规则和规程。这里所说的规则和规程，就是我们下面要介绍的网络通信协议。 通信协议就是在网

28、络信息传输过程中，数据通信格式的约定。是在网络中规定信息怎样流动的一组规则。它包括控制格式、分时和纠错的有关内容，它的基本功能是对外来信息进行译码。协议一般成组应用在网络上，每一种协议完成一种类型通信功能。 协议代表着标准化，它是一组规则的集合，是进行交互的双方必须遵守的约定。在网络系统中，为了保证数据通信双方能正确而自动地进行通信，针对通信过程的各种问题，制定了一整套约定，这就是网络系统的通信协议。通信协议是一套语义和语法规则，用来规定有关功能部件在通信过程的操作。 (1)通信协议具有层次性 由于网络系统体系结构本身具有层次性，通信协议被分为多个层次，在每个层次内又可以被分成若干子层次，协议

29、各层次有高低之分。 (2)通信协议具有可靠性和有效性 如果通信协议不可靠就会造成通信混乱和中断，只有通信协议有效，才能实现系统内各种资源共享。 (3)网络协议的三个要素： 语法：是数据与控制信息的结构或格式。如：数据格式、编码、信号电平等。 语义：是用于协调和进行差错处理的控制信息。如：需要发生何种控制信息，完成何种动作，做出何种应答等。 同步（定时）：是对事件实现顺序的详细说明，如：速度匹配、排序等。 语法语法表示要做什么，表示要做什么，语义语义表示怎样做，而表示怎样做，而同步同步则是说明什么时间做。则是说明什么时间做。2.2 IPv6网络体系结构网络体系结构本节内容：本节内容： 2.2.1

30、 TCP/IP 2.2.1 TCP/IP体系结构体系结构 2.2.2 TCP/IP2.2.2 TCP/IP的功能的功能 2.2.3 IPv62.2.3 IPv6网络体系结构网络体系结构2.2.1 TCP/IP2.2.1 TCP/IP体系结构体系结构 TCP/IP协议又称为TCP/IP模型，是国际互联网Internet的协议簇，也是一种分层的结构，共分为4层，网络接口层（network interface layer）、互联网层（Internet layer）、传输层（transport layer）和应用层（application layer）。其中网络接口层对应于OSI模型的第一层（物理层）

31、和第二层（数据链路层），互联网层对应于OSI模型的第三层（网络层），传输层对应于OSI模型的第四层（传输层），应用层对应于OSI模型的第五层（会话层）、第六层（表示层）和第七层（应用层）。其对应关系如图6-2所示。图6-2 OSI参考模型与TCP/IP协议对应关系 TCP/IP协议对应的服务应用层WWW、SMTP、FTP、Telnet、Gopher、SNMPSocket、NetBIOS传输层TCP、UDP互联网层IP(ARP、RARP、ICMP)网络接口层Ethernet、X.25、PPP、SLIP2.2.2 TCP/IP2.2.2 TCP/IP协议协议 1 1TCP/IPTCP/IP网络接口

32、层网络接口层 网络接口层也被称为连接层(link layer)或数据连接层(data-link layer)，它是真正的网络连接的接口。这个接口可以提供可靠的数据传输(当然也可能不提供)，它可能是面向数据流的或者数据包的。事实上，TCP/IP在这里并没有制定任何协议，但是可以利用几乎所有的可用的网络接口，它加强IP层的适应性。例如，IEEE 802.2、X.25、ATM、FDDI、甚至还有SNA。 网络接口层提供网络接口层提供TCP/IPTCP/IP协议与各种物理网络的接口，提供协议与各种物理网络的接口，提供数据包的传送和校验，并为上一层（互联网层）提供服务。数据包的传送和校验，并为上一层（互

33、联网层）提供服务。 由于TCP/IP网络接口层完全对应于OSI模型的物理层和数据链路层，因之，其协议也与OSI的最低两层协议基本相同。 2 2TCP/IPTCP/IP互联网层互联网层 互联网层又称网间网层或IP层。网络接口层只提供简单的数据流传送任务，而不负责数据的校验和处理，这些工作正是互联网层的主要任务。 该层负责相同或不相同网络中计算机之间的通信，主要处理数据报和路由主要处理数据报和路由。 互联网层提供“虚拟”的网络(这个层把更高的层与比它地得物理网络结构隔开)。IP协议是这层最重要的协议。它是一个无连接的协议，它并不保证数据接收的可靠性。IP协议并没有提供可靠性、流控制、错误恢复的功能

34、，这些功能必须由更高的层来提供。IP协议提供了路由功能，它负责传送需要传送的信息到它的目的地。在一个IP网络中的信息单元称之为IP数据报，这是通过TCP/IP网络传输信息的基本单元。常用的互联网层协议有IP、ICMP、IGMP、ARP和RARP。互联网层又称网间网层。网络接口层只提供简单的数据流传送任务，而不负责数据的校验和处理，这些工作正是互联网层的主要任务。 互联网层最主要的协议是IP协议，其主要功能为： (1)管理IP地址； (2)路由选择； (3)数据包的分片与重组。 3 3TCP/IPTCP/IP传输层传输层 传输层提供端到端的链接，即应用程序之间的通信，主要功能是数据格式化、数据确

35、认和丢失重传数据格式化、数据确认和丢失重传等等。 传输层中的TCP协议提供了一种可靠的传输方式，解决了IP协议的不安全因素，为数据包正确、安全地到达目的地提供可靠的保障。 传输层从一个应用程序向它的远程端传输数据以提供首位相接的数据传输，可以同时支持多个应用。用得最多的传输层协议是传输控制协议(TCP)，它提供面向连接的可靠的、完整性检查的数据传输、拥塞控制和流量控制。 除TCP协议外，还有一个数据传输协议是用户数据报协议UDP。它提供无连接的、不可靠的传输。通常，UDP应用于一些需要快速的传输机制和允许少量数据丢失的场合。 4 4 TCP/IPTCP/IP应用层应用层 应用层包含了会话层和表

36、示层，包含了所有高层协议，主要提供用户与网络的应用接口以及数据的表示形式。 TCP/IP协议的应用层相当于OSI模型的会话层、表示层和应用层，它向用户提供一组常用的应用层协议。 应用层提供给利用TCP/IP协议进行通讯的程序。应用指的是一台主机上的用户进程与另一台主机上的进行协作(仅仅在一台主机上通信也有好处)。应用的例子包括远程登录协议Telnet和文件传输协议FTP。在应用层和传输层之间的接口是以端口号和套接字来定义的。 2.2.3 IPv62.2.3 IPv6网络体系结构网络体系结构 由于IPv6是在IPv4的基础发展起来的第二代Internet网络，其网络体系结构也与IPv4的网络体系

37、结构基本相同，即前述的TCP/IP网络体系结构。但IPv6取代IPv6是一个漫长的过程，是分阶段逐步过渡的，在每一个过渡阶段，其网络体系结构是有区别的，其主要的区别体现在所使用的通信协议及技术的不同。 1. IPv61. IPv6发展的初级阶段发展的初级阶段 在该阶段，IPv4仍然占有主导地位，IPv6网络是一些孤岛，绝大部分应用仍基于IPv4。 在这一阶段，应首先将边缘路由器升级为双栈路由器，这在这一阶段，应首先将边缘路由器升级为双栈路由器，这种路由器可以同时对种路由器可以同时对IPv6IPv6数据包与数据包与IPv4IPv4数据包进行正常转发。数据包进行正常转发。在各个子网之间直接建立IP

38、v6互联时，可以选择一种二层链路技术，在二层链路技术基础上直接建立IPv6纯链路，或者选择隧道技术跨越IPv4网络进行互联。在路由方面，在路由方面，IPv6IPv6路由和路由和IPv4IPv4路由相互独立，互不影响。路由相互独立，互不影响。为适应不断增加的IPv6的应用和科研需要，可以引入部分IPv6主机和服务器。随着IPv6服务和应用的发展，逐渐部署纯IPv6节点，为了与纯IPv4节点或IPv4网络通信，还可以部署NAT-PT，TRT，DSTM等技术。基于IPv6的网络节点地址分配策略遵循RFC2921。 2. IPv6与与IPv4共存阶段共存阶段 随着随着IPv6IPv6服务和应用的发展，

39、服务和应用的发展，IPv6IPv6得到较大规模的应用，出现得到较大规模的应用，出现了骨干的了骨干的IPv6 InternetIPv6 Internet网络，网络，在IPv6平台上引入了大量的业务，IPv6业务可以通过IPv6 Internet网络与IPv6 Intranet网络，充分利用IPv6的诸多优势。但由于但由于IPv6IPv6网络之间有可能不是互相连通的，网络之间有可能不是互相连通的，因此还会使用隧道。因此还会使用隧道。在IPv6平台上实现丰富的业务加快了IPv6的实施。但仍然有大量的传统IPv4业务存在，许多节点也仍然是双栈节许多节点也仍然是双栈节点。这时不仅仅要采用隧道技术，还要采

40、取点。这时不仅仅要采用隧道技术，还要采取IPv4IPv4与与IPv6IPv6网络之间的网络之间的协议转换技术。协议转换技术。 这一时期校园网中的网络节点广泛使用IPv4映射的IPv6地址，这种地址最前80比特为全0，中间16比特为全1，最后32比特为IPv4地址。这种地址用来把只支持IPv4的节点用IPv6地址表示。在支持双栈的IPv6节点上，IPv6应用发送目的报文是这种地址时，实际上发出的报文为IPv4报文（目的地址是“IPv4映射的IPv6地址”中的IPv4地址）。 3. IPv6占主导地位阶段占主导地位阶段 在这一阶段，Internet骨干网全部为IPv6，IPv4网络将成为孤岛并逐渐

41、消失，与初级阶段类似，使用隧道技术将IPv4网络连通，此时的隧道技术将主要是IPv4 over IPv6。 网络中全面部署网络中全面部署IPv6IPv6网络协议：网络协议：IPv6IPv6邻居发现协议邻居发现协议（邻居发现、路由器发现、无状态地址自动配置、重定（邻居发现、路由器发现、无状态地址自动配置、重定向）、向）、IPv6IPv6路径路径MTUMTU发现以及发现以及IPv6IPv6域名解析。网络节点域名解析。网络节点IPv6IPv6地址分配采用地址分配采用RFC2450RFC2450中描述了推荐的地址分配策中描述了推荐的地址分配策略。略。 2.3 常用常用TCP/IP协议协议本节内容：本节

42、内容： 2.3.1 2.3.1 网络接口层协议网络接口层协议 2.3.2 2.3.2 互联网层协议互联网层协议 2.3.3 2.3.3 传输层协议传输层协议 2.3.4 2.3.4 应用层协议应用层协议2.3.1 2.3.1 网络接口层协议网络接口层协议TCP/IP的最低层是接口层，常见的接口层协议有： lEthernet 802.3：描述物理层和数据链路层的MAC子层的实现方法，在多种物理媒体上以多种速率采用CSMA/CD访问方式，对于快速以太网该标准说明的实现方法有所扩展。 lToken Ring 802.5：IEEE 802.5 中定义的令牌环源自 IBM 令牌环 LAN 技术。两种方式

43、都基于令牌传递(Token Passing)技术。 l X.25：X25协议是CCITT(ITU)建议的一种协议，它定义终端和计算机到分组交换网络的连接。 l Frame reley：帧中继。 lHDLC：高级数据链路控制(High-Level Data Link Control)，是一个在同步网上传输数据、面向比特的数据链路层协议， l SLIP：串行线路网际协议(Serial Line Internet Protocol)，该协议是Windows远程访问的一种旧工业标准，主要在Unix远程访问服务器中使用，现今仍然用于连接某些ISP。 lPPP：点到点协议(Point-to-Point P

44、rotocol)，是为在同等单元之间传输数据包这样的简单链路设计的链路层协议。 2.3.2 2.3.2 互联网层协议互联网层协议 l IP：网间网协议(internet protocol)，为其上层(传输层)提供互联网络服务，并提供主机与主机之间的数据报服务。 l ICMP：控制报文协议(Internet control message protocol)，提供控制和传递消息的功能。 l ARP：地址解析协议(address resolution protocol)，将已知的IP地址映射到相应的MAC地址。 l RARP：反向地址解析协议(reverse address resolution

45、protocol)，将已知的MAC地址映射到相应的IP地址。 l BIDIR-PIM：双向协议独立多播(BIDIRectional Protocol Independent Multicast) 。 l PIM-SM：稀疏模式独立组播协议(Protocol Independent Multicast-Sparse Mode) 。 l PIM-DM：密集模式独立组播协议(Protocol Independent Multicast-Dense Mode) 。 l PGM：实际通用组播协议(Pragmatic General Multicast Protocol) 。 l MZAP：组播区域范围公

46、告协议(Multicast Scope Zone Announcement Protocol) 。 l MSDP：组播源发现协议(Multicast Source Discovery Protocol) 。 l MOSPF：组播扩展 OSPF(Multicast OSPF) 。 l MBGP：组播协议边界网关协议(Multiprotocol BGP) 。 l MARS：组播地址解析协议(Multicast Address Resolution Server) 。 l IGMP：Internet 组管理协议(Internet Group Management Protocol) 。 l DVMR

47、P：距离矢量组播路由选择协议(Distance Vector Multicast Routing Protocol) 。 l BGMP：边界网关组播协议(Border Gateway Multicast Protocol)。 l ISATAP：内部站点自动隧道寻址协议(Intra Site Automatic Tunnel Addressing Protocol) 。 l RSVP：资源预留协议(Resource ReSerVation Protocol) 。 l RIPng：应用于 IPv6 的下一代路由选择信息协议(RIP for IPv6) 。 l RIP/RIP2：路由选择信息协议(R

48、outing Information Protocol) 。 l OSPF：开放最短路径优先(Open Shortest Path First) 。 l NHRP：下一跳解析协议(Next Hop Resolution Protocol) 。 l Mobile IP：IP 移动支持协议(IP Mobility Support Protocol for IPv4 & IPv6) 。 l IRDP：ICMP 路由器发现协议(ICMP Router Discovery Protocol)。 l ICMP/ICMPv6：Internet控制信息协议(Internet Control Messa

49、ge Protocol) 。 l IPv6/IPng：网际协议第6版(Internet Protocol Version 6) 。 l EGP：外部网关协议(Exterior Gateway Protocol) 。 l BGP/BGP4：边界网关协议(Border Gateway Protocol) 。 l IP/IPv4：网际协议(Internet Protocol)。 l RSVP-TE：基于流量工程扩展的资源预留协议(Resource ReSerVation Protocol-Traffic Engineering)。 l LDP：标签分发协议(Label Distribution Pr

50、otocol)。 l GMPLS：通用多协议标志交换协议(Generalized Multiprotocol Label Switching)。 l MPLS：多协议标签交换(Multi-Protocol Label Switching)。2.3.3 2.3.3 传输层协议传输层协议传输层的主要协议有： l TCP：传输控制协议(transmission control protocol)，是一种基于连接、可靠的字节流传输控制协议。 l UDP：用户报文协议(user datagram protocol)，是一种基于无连接的、不可靠的报文传输协议。 l DCCP：数据报拥塞控制协议(Datag

51、ram Congestion Control Protocol) 。 l Van Jacobson：压缩 TCP 协议(Compressed TCP protocol) 。 l TALI：传送适配层接口(Transport Adapter Layer Interface) 。 l RUDP：可靠用户数据报协议(Reliable UDP) 。 l RDP：可靠数据协议(Reliable Data Protocol) 。 lITOT：基于TCP的ISO传输服务(ISO Transport Over TCP/IP) 。 2.3.4 TCP/IP2.3.4 TCP/IP应用层协应用层协 l TFTP：

52、一般的文件传输协议(trivial file transfer protocol)，用以实现简单的文件传输。 l FTP：文件传输协议(file transfer protocol)，用以实现主机之间文件传输。 l NFS：网络文件服务标准协议(network file standard)。 l SMTP：简单邮件传输协议(simple mail transfer protocol)，提供主机之间的电子邮件传输服务。 l TELNET：远程登录协议(telecommunication network)，用以实现远程登录，即提供终端到主机交互式访问的虚拟终端访问服务。 l RLOGIN：远程注册

53、协议(remote login)，用以对远程主机进行登录。 l SNMP：简单网络管理协议(simple network management protocol)。 l DNS：域名地址服务协议(domain name service)，用以提供域名和IP地址间的转换服务。 l HTTP：超文本传输协议(hyper text transfer protocol)，用于对Web网页进行浏览RWhois：远程目录访问协议(RWhois Protocol) 。 l SLP：服务定位协议(Service Location Protocol) 。 l SNTP：简单网络时间协议(Simple Netwo

54、rk Time Protocol) 。 l X 视窗/X 协议：用于 UNIX 和 Linux 图形显示的 X 视窗系统协议(X Window or X Protocol or X System) 。 l URL：统一资源定位器(Uniform Resource Locator) l RMON MIB：远程监控 管理信息库(Remote Monitoring MIBs (RMON1 and RMON2) 。 l NTP：网络时间协议(Network Time Protocol) 。 l NNTP：网络新闻传输协议(Network News Transfer Protocol Overview)

55、 。 l NAT：网络地址转换(IP Network Address Translation) 。 lMIME/S-MIME：多用途网际邮件扩充协议(Multipurpose Internet Mail Extensions and Secure MIME) 。 l LDAP：轻量级目录访问协议(Lightweight Directory Access Protocol (version 3) 。 l IRCP/IRC：因特网在线聊天协议(Internet Relay Chat Protocol) 。 l IMAP/IMAP4：因特网信息访问协议(Internet Message Access

56、 Protocol(version 4) 。 l S-HTTP：安全超文本传输协议(Secure Hypertext Transfer Protocol) 。 l Finger：查找器用户信息协议(User Information Protocol) 。 l DHCP：动态主机配置协议(Dynamic Host Configuration Protocol) 。 l DCAP：数据转接客户访问协议(Data Link Switching Client Access Protocol) 。 l POP & POP3：邮局协议(Post Office Protocol) 。 l HTTP：

57、超文本传输协议(Hypertext Transfer Protocol) 。 l BOOTP：引导协议 (Bootstrap Protocol)。2.4 IPv6的核心协议的核心协议本节内容：本节内容： 2.4.1 Internet2.4.1 Internet协议版本协议版本(IPv6)(IPv6) 2.4.2 Internet 2.4.2 Internet控制消息协议（控制消息协议（ICMPv6ICMPv6） 2.4.3 2.4.3 多播侦听器发现协议（多播侦听器发现协议（MLDMLD） 2.4.4 2.4.4 邻机发现协议（邻机发现协议（NDND）2.4.1 Internet2.4.1 I

58、nternet协议版本协议版本(IPv6)(IPv6) IPv6协议在RFC 2460(即“Internet Protocol,Version 6(IPv6)Specification”)中定义。IPv6协议是一种无连接的、不可靠的数据报协议，主要用于在主机之间寻址和路由数据包。 无连接意味着交换数据之前没有建立会话，不可靠意味着传送没有保障。IPv6总是尽力尝试传送数据包。IPv6数据包可能丢失、不按顺序传递、重复或延迟。IPv6不尝试从这些错误类型中恢复。所传递的数据包的确认以及丢失数据包的恢复由更高层的协议(如TCP)完成。 IPv6数据包，也称作IPv6数据报，由IPv6报头和IPv6

59、有效载荷组成，如图2-4所示。IPv6报头包含以下用于寻址和路由字段： l 源地址：IPv6数据包的原始的IPv6源地址。 l 目标地址：IPv6数据包的中间或最终目标的IPv6地址。 l 跳极限：数据包被路由器丢弃之前允许通过的网段数量（网关数量）。“跳极限”由发送主机设置，用来防止数据包在IPv6网络上无休止的循环。转发IPv6数据包时，要求每经过一个IPv6路由器时，其“跳极限”自动减1，并当“跳极限”为0时丢弃IPv6数据包。2.4.2 Internet2.4.2 Internet控制消息协议控制消息协议(ICMPv6)(ICMPv6) 用于IPv6的Internet控制消息协议(IC

60、MPv6)是在RFC 2463 (即“Internet Control Message Protocol for the Internet Protocol Version 6 Specification”) 中定义的标准。有了ICMPv6后，使用IPv6通信的主机和路由器就可以报告错误并发送简单的回显消息。 ICMPv6协议还提供用于以下功能： l 多播侦听器探索(MLD)技术：MLD中有三个ICMPv6消息，它们替代IPv4的“Internet组管理协议(IGMP)”版本2管理子网多播成员。详细信息，请参阅2.4.3小节的多播侦听器发现(MLD)。 l 邻机发现(ND)技术：“邻机发现”中有五个ICMPv