ipv6技術(shù)的分析與研究畢業(yè)論文(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 6 地址，在 IPv4 中此字段也有定義，只是長度為 32 位。 以上是 IPv6 基本報頭的 8 個組成部分，與 IPv4 的基本報頭內(nèi)容相比，減少了以下幾項內(nèi)容： （ 1）報頭長度 IHL（ Inter Header Length,4 位）：在 IPv4中，報頭長度指的是有效載荷之前的 4 字節(jié)塊的數(shù)量，也 就是數(shù)據(jù)包頭的總長度，包括選項字段部分，這樣， IPv4報頭的長度是不固定的，而 IPv6 不使用選項字段，而是利用擴展字段，基本報頭長度固定為 40 個字節(jié)，并且對擴展字段的處理也不同于 IPv4對選項字段的處理。 （ 2）標識（ Identification,16 位）、標志（ Flags,3 位）、分段偏移量（ FragmentOffset,13 位）：由于 IPv6 處理分段有所不同，所以標識、標志和分段偏移量等三個和分段有關(guān)系的字段也被去掉。在 IPv6 網(wǎng)絡(luò)中，中間路由器不再處理分段，而只在產(chǎn)生數(shù)據(jù)包的源節(jié)點處理分段，這樣設(shè)計的 意義是可以省去中間路由器因為需要處理分段而耗費的大量 CPU 資源。 （ 3）報頭校驗和（ Header Checksum,16 位）： IPv6 設(shè)計者認為在第 2層數(shù)據(jù)鏈路層、第 4 層傳輸層的都已經(jīng)有校驗和，第 3 層網(wǎng)絡(luò)層的校驗和位冗余的，并且還會大量消耗中間路由器的資源，所以就吧此項去掉了。 （ 4）選項（ Options,長度不固定）、填充（ Padding） :由于 IPv6 中選項是交給擴展報頭處理，因此也去掉了選項字段和填充字段這樣可以簡化報頭，也減少了中間路由器的資源消耗。 （二）擴展報頭 IPv6 擴展報頭是跟在基 本報頭之后的可選報頭， IPv6 信息包中，可選的Inter 層被編碼在不同的報頭中，同時這些報頭被放在 IPv6 報頭和上層報頭之間。 IPv6 數(shù)據(jù)包中可以有一個或多個擴展報頭，也可以沒有擴展報頭，這些擴展報頭的長度可以是不一樣的，并且沒有最大長度的限制。 IPv6 將一些 IP 層的可選功能實現(xiàn)在上層封裝和固定 IPv6 頭部之間的擴展頭部中，增強了 IPv6 的功能，因為在數(shù)據(jù)包進行轉(zhuǎn)發(fā)時，每一個中間路由器不需要檢查或處理每一個到達 IPv6第二章 IPv6 協(xié)議研究 9 報頭的目的地址域所確定的節(jié)點或者是在多點傳送情況下的所有節(jié)點中的一個節(jié)點，這樣大大提 高了路由器處理數(shù)據(jù)包的速度，也提高了其轉(zhuǎn)發(fā)性能。 如果數(shù)據(jù)包中包括多個擴展報頭，則每一個擴展報頭都是通過前一個報頭中的下一個報頭字段值來確定的，并且最后 一個擴展報頭的下一個報頭字段指明的是上層協(xié)議。這一點我們可以從 圖 來 看 : 圖 IPv6 擴展報頭 擴展報頭必須嚴格按照他們在信息包中出現(xiàn)的順序進行處理，例如，信息包的接受者不能對整個信息包進行掃描，找一個特殊種類的擴展報頭而且優(yōu)先于它前面的報頭來處理這個報頭。 擴展報頭中的逐跳選項報頭是一個例外，她所攜帶的信息必須被信息包傳送路徑上所經(jīng)過的每一個節(jié)點進行檢查和處理，并且它必須緊跟在 IPv6 報頭后面。 在處理一個報頭的時候， 節(jié)點必須處理下一個報頭。如果當(dāng)前報頭的下一個報頭域的值不能被節(jié)點識別，則該節(jié)點應(yīng)該丟棄該信息包，同時要給發(fā)送者返回一個 ICMP（ Inter control Message Protocol,Inter 控制報文協(xié)議）參數(shù)問題報文，在此 ICMP 報文的指針域給出原始信息包中不可識別值的偏移量。 下面是一些常用的擴展報頭 : （ 1） 逐跳選項報頭（ HopbyHop Options header,值為 0） （ 2） 目標選項報頭（ Destination Options header,值為 60） （ 3） 路由報頭（ Routing header,值為 43） （ 4） 分段報頭（ Fragent header,值為 44） （ 5） 認證報頭（ Authentication header,值為 51） （ 6） 封裝安全有效載荷報頭（ Encapsulating Security Payload header,值為 50） 以上擴展報頭中的前四個可以參考 RFC2460，后面兩個可以分別參考 RFC2402和 RFC2406。當(dāng)一個數(shù)據(jù)包中有多個擴展報頭時，擴展報頭的排列次序是按照一定的原則來排列的，下面是 RFC2460 所建議的擴展報頭的排列次序： （ 1） IPv6 報頭 （ 2） 逐跳選項報頭 （ 3） 目標選項報頭 （注 1） （ 4） 路由報頭 IPv6 技術(shù)的分析與研究 10 （ 5） 分段報頭 （ 6） 認證報頭 （注 2） （ 7） 封裝安全有效載荷報頭 （注 2） （ 8） 目標選項報頭 （注 3） 注 1:由 IPv6 數(shù)據(jù)包目的地址的第一個地址或當(dāng)存在路由報頭時，路由報頭所指的中間目標地址進行處理 注 2：關(guān)于認證報頭和封裝安全有效載荷報頭的相對次序的補充建議可參照RFC2406 注 3：只能由數(shù)據(jù)包的最終目標進行處理 每一個 擴展報頭最多只能出現(xiàn)一次，但目標選項報頭例外，它最多可以出現(xiàn)兩次，一次在路由報頭之前，另一次在上層報頭之前。 如果 上層報頭是另一個 IPv6 報頭（處于隧道方式或被封裝于 IPv6 中），則它后面還可以跟它自己的擴展報頭，這些擴展報頭之間也同樣要按照建設(shè)的次 序來排列。 （三）上層協(xié)議數(shù)據(jù)單元 上層傳輸協(xié)議為了能夠和 IPv6 進行連續(xù)，必須要進行相應(yīng)的修改，才能夠利用 IPv6 網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)的設(shè)置，涉及問題包括如下幾個方面 : 上層校驗問題 最大報文生存時間問題 最大上層協(xié)議載荷大小問題 對攜帶路由頭的數(shù)據(jù)包的回應(yīng)問題 校驗和問題：首先在 IPv4 中， UDP 的校驗和是可選的，但是在 IPv6 中則是必須的；當(dāng)前在 IPv4 中， TCP、 DUP 都將包括 IPv4 源地址字段和目標地址字段等組成的偽報頭加進了它們的校驗和計算中，而因為 IPv6 地址相對于 IPv4 已經(jīng)變化，所以必須對 TCP、 UDP和 ICMP 的通信流做改動才可以重新計算。 最大報文生存時間問題：由于 IPv6 去掉“ Time to Live”（由 Hop Limit 來代替），所以 IPv6 不能再為上層提供控制數(shù)據(jù)包在網(wǎng)上的生存期的服務(wù)。 任何有Inter 層來限制數(shù)據(jù)包的生存時間的協(xié)議要自己提供這樣的機制來探測和丟棄舊的數(shù)據(jù)包。 最大上層協(xié)議載荷大小問題：此也可以說是最大報文段長度，它等于數(shù)據(jù)最大包長度減去 IP 報頭和 TCP/EDP 報頭，所以必須要考慮 IPv6 報頭比 IPv4 報頭長的問題。 對攜帶路由頭的數(shù)據(jù)包的回應(yīng)問題： RFC2460 規(guī)定： 當(dāng)回應(yīng)一個帶有路由報頭的數(shù)據(jù)包的時候，只有收到的數(shù)據(jù)包的源地址和路由報頭的完整性和真實性得到確認以后，才可以回應(yīng)通過逆序收到的路由報頭而產(chǎn)生的路由報頭。這一點規(guī)定第二章 IPv6 協(xié)議研究 11 主要是基于安全性的考慮。 IPv6 地址體系結(jié)構(gòu) 最新的 IPv6 地址結(jié)構(gòu)體系在 RFC3513（ IPv6 Address Architecture）中定義，該體系取消了早期公布的 RFC2373，給出了 IPv6 地址模型， IPv6 地址的文本表示，IPv6 單播地址、任播地址、多播地址的定義， IPv6 節(jié)點所需要的地 址以及 EUI64接口標識的創(chuàng)建方法。 IPv6 相比 IPv4 最大的變化在于地址長度： IPv6 的地址長度是 128 位，而 IPv4的地址長度只有 32 位。這樣 IPv6 就可以有 2 128 個地址，大約的數(shù)字是 1028個地址，按找世界人口 65 億來計算，則每個人都可以擁有 1028 個 IPv6 地址，這樣的地址定義基本可以一勞永逸的解決地址短缺的問題。 IPv6 地址的文本表示方式 有三種常規(guī)格式來表示 IPv6 地址。 （ 1） 首選的格式 IPv4 的 32 位地址是用點分十進制法來表示的，例如： 。而 IPv6的 128 位地址是 用冒號十六進制表示方法來表示的，即是吧 128 位劃分為 8 段，每段長度是 16 位，然后每段再轉(zhuǎn)化為用 4位十六進制來表示的數(shù)，并用冒號相互隔開，例如： 3ffe:3240:0000:0000:ffff:0000:001e： 0010 （ 2） 壓縮格式 但是，經(jīng)常出現(xiàn) IPv6 地址包含有一長串的零；比如像上面的 IPv6 地址表示，這樣用首選格式書寫就很不方便，為此又定義了一種壓縮的格式，我們可以把以上地址表示為： 3ffe:3240::ffff:0:1e:10。 這里有如下幾個規(guī)則： 1當(dāng)一個或多個連續(xù)的 16 比特段都為 0 字 符時，可用：：（兩冒號）來表示，但是一個 IPv6 地址中只允許最大出現(xiàn)一個：： 2可將不必要的 0 去掉，即是可以把一個段中前面的零去掉，比如把 001e寫成 1e,0000 寫成 0即可。 3不能把有效的零去掉，例如不能把 0010 寫成 1 而應(yīng)該寫成 10。 （ 3） 內(nèi)嵌 IPv4 地址的 IPv6 地址 在 IPv4 和 IPv6 的過渡機制中經(jīng)常會用到雙棧主機，這些主機的 IPv6 地址有特殊的表示方法： X： X： X： X： X： X： 。這種方法中， IPv6 地址的第一部分使用十六進制表示，而后一部分即是十進制的 IPv4 地址 。下面是例子： 0： 0： 0： 0： 0： 0： 。（ IPv4 兼容 IPv6 地址），寫成壓縮格式是： IPv6 技術(shù)的分析與研究 12 0： 0： 0： 0： 0： ffff: （ IPv4 映射 IPv6 地址），寫成壓縮格式是：：ffff: IPv6 地址前綴的文本表示 地址前綴或格式前綴（ Foemat Prefix,FP），也屬于 128 位地址空間范圍之中，是地址的最前面的那段數(shù)字，一般用來表示路由或子網(wǎng)的標識。我們可以把它看作是類似于 IPv4 中的網(wǎng)絡(luò) ID。它的表示方法與 IPv4 中的 CIDR 表示方法一樣，用“地址 /前綴長度”來表示，例如，對 60位的前綴 135E00000000AD2（十六進制），正確的表示方法有： 135E:0000:0000:AD20:0000:0000:0000/60 135E::AD20:0:0:0:0/60 135E:0:0:AD20::/60 每個前綴必須是完整的 128 位地址格式 +“ /” +前綴位數(shù)的格式。 當(dāng)我們定義一個節(jié)點時，一般要指定這個節(jié)點的地址，還要指明它的子網(wǎng)前綴： 節(jié)點地址： 135E:0:0:AD20:12:34:56:AB 節(jié)點所處子網(wǎng)前 綴： 135E： 0： 0： AD20:。/60 在 RFC2373 規(guī)范中定義可以簡短的把三者合起來寫為： 135E:0:0:AD20:12:34:56:AB/60 即可。 在 RFC2373 中定義的 IPv6 地址空間分配情況表如 圖 所示 。 第二章 IPv6 協(xié)議研究 13 表 IPv6 地址空間分配 情況 表 從上表可以看出，保留地址（ FP=0000 0000）占地址空間的比例是 1/256，它用作非指定地址，回送地址和嵌入 IPv4 地址的 IPv6 地址。其他的保留地址是 NSAP地址（ FP=0000 001）。 除了組播地址（ FP=1111 1111）外，前綴從 001 到 111 的都需要具有 EUI64格式的 64 位接口標識。 未分配地址占全部地址空間的 85%左右，保留為將來使用。 地址分類 IPv6 中地址分類包括以下三類：單播（ Unieast），多播（ Multieast），任播（ Anveast）。 IPv6 取消了 IPv4 中的廣播（ Bordaacst）類型，它的功能由多播來實現(xiàn)，并且增加了一種新的地址形式：任播。 單播地址：和 IPv4 中的單播概念是類似的，尋址到單播地址的數(shù)據(jù)包最終會被發(fā)送到一個唯一的接口。 多播地址：又稱為組播地址，是指一個源節(jié)點發(fā)送的單個數(shù)據(jù)包能被特定的多個目的節(jié)點接受到。 任播地址：這是 IPv6 中特有的地址類型，它用來標識一組網(wǎng)絡(luò)接口（通常屬于不同的節(jié)點）。目的地址是任播地址的數(shù)據(jù)包將被發(fā)送給其中路由意義上最近的 IPv6 技術(shù)的分析與研究 14 一個網(wǎng)絡(luò)接口。 （ 1） 單 播地址 IPv6 單播地址一般可分為可聚合全球單播地址（ globalaggregatable global unicast address）、鏈路本地地址（ linklocal address）、站點本地地址（ sitelocal address）、嵌入 IPv4 的 IPv6 地址等幾類。 1可聚合全球單播地址（ globalaggregatable global unicast address） 可聚合全球單播地址就是 IPv6 的公網(wǎng)地址。 RFC2374（ An Ip Aggergatable Global Unieast AddressFomr）定義了每個可聚合全球單播地址有三個部分組成： 提供商分配的前綴（ Public Topology） 。提供商分配給組織機構(gòu)的前綴最少是48 位，并且這個前綴也是提供商自己前綴的一部分。 站點拓補（ Site Topology）