【正文】 6 過渡的實驗方案設(shè)計 。利用現(xiàn)有的過渡技術(shù)結(jié)合校園環(huán)境設(shè)計過渡方案。 第五章總結(jié) 2 IPv6 簡介 IPv6 是 Inter Protocol Version 6 的縮寫，是下一代 Inter 協(xié)議（ IP next generation,IPng）的實現(xiàn)，它是由 IETE 設(shè)計的用來替代 IPv4 協(xié)議的一種新的 IP 協(xié)議。 IPv4協(xié)議和 IPv6 協(xié)議對應(yīng)著計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)層，是 TCP/IP 協(xié)議簇的組成部分 [1] IPv6 的提出 為了解決 IPv4 地址短缺以及路由表過于龐大等問題 ， IETF 于 1993 年下半年專門成立了 IPng(IP Next Generation)工作組來負責制定下一代 IP 協(xié)議。 IPng 工作組在 1994 年 9月提出了一個正式的 草案“ The Remendation for the IP Next Genration Protocol” [RFC 1752],1995 年底確定了 IPng 的協(xié)議規(guī)范，并由 IANA（ Inter Assigned Number Authority）分配了版本號 6，稱為“ IP version 6” (IPv6) 3 IPv6 的新特點 1 簡化的包頭和靈活的擴展 IPv6 的包頭由一個基本的包頭和多個擴展包頭構(gòu)成，基本包頭具有固定的長度(40bytes)，有利于路由的快速轉(zhuǎn)發(fā) ； 擴展包頭有利于支持多種應(yīng) 用，并為后續(xù)新的應(yīng)用提供可能。一個完整的 IPv6 的擴展包頭包括 逐跳選項包頭、目的選項包頭、路由包頭、分段包頭、身份認證包頭和有效載荷完全封裝包頭。 2 層次化的結(jié)構(gòu)地址 IPv6 采用 128 位地址長度，以便支持更多的地址空間，利于骨干網(wǎng)路由器對數(shù)據(jù)包的快速轉(zhuǎn)發(fā)。它有三種不同類型的地址 :單點傳送地址、多點傳送地址和任意點傳送地址，無論是何種地址它們都屬于接口而不是結(jié)點。 3 即插即用的聯(lián)網(wǎng)方式 IPv6 的標準功能使設(shè)備只要連接在網(wǎng)上便可自動設(shè)定 IP 地址，它分為全狀態(tài)的自動設(shè)定和無狀態(tài)的自動設(shè)定 。全狀態(tài)的自動設(shè)定 借助動態(tài)主機配置協(xié)議 DHCP 自動實現(xiàn)，一個 DHCP 服務(wù)器擁有一個 IP 地址池，主機從 DHCP 租借 IP 地址并獲得相關(guān)的配置信息，包括默認網(wǎng)關(guān)、 DNS 服務(wù)器和 IP 地址。無狀態(tài)的自動設(shè)定首 先通過主機網(wǎng)卡的 MAC地址附加在本地鏈接地址前綴 1111111010 之后，產(chǎn)生一個鏈路本地單點傳送地址，接著主機向該地址發(fā)送一個鄰居發(fā)現(xiàn)的請求，以驗證地址的唯一性，如果請求沒有得到響應(yīng)，則表明主機自我設(shè)定的鏈路本地單點傳送地址是唯一的 ； 否則，主機將使用一個隨機產(chǎn)生的接口 ID 組成一個新的鏈路本地單點傳送地址，然后以該地址為源地址，主 機向本地鏈路中所有路由器傳送一個被稱為路由器查詢 /請求的配置信息。 4 網(wǎng)絡(luò)層的認證與加密 IPSec 安全 協(xié)議是 IPv6 的重要組成部分，它在網(wǎng)絡(luò)層對數(shù)據(jù)分組提供加密和鑒別等安全服務(wù)，認證機制使 IP 通信的數(shù)據(jù)接收方能夠確認數(shù)據(jù)發(fā)送方的真實身份，以及數(shù)據(jù)在傳輸過程中是否遭到篡改 ； 加密機制通過對數(shù)據(jù)進行編碼來保證數(shù)據(jù)的機密性，以防數(shù)據(jù)在傳輸過程中被他人截獲而失密。 IPv6 的技術(shù)簡介 RFC2373 中描述了 IPv6 尋址體系結(jié)構(gòu)。 RFC2373 于 1998 年 7 月發(fā)表，并廢棄了最早于 1995 年 12 月發(fā)表的 RFC1884（ IPv6 尋址體系結(jié)構(gòu)）。其中大部分變化是那些最初 4 的 RFC 發(fā)布后的兩年半中被認為是必需要進行澄清、更正和修改之處。 IPv4 和 IPv6 地址之間最明顯的差別在于長度： IPv4 地址長度為 32 位，而 IPv6 地址長度為 128 位。 IPv4地址可以被分為 2 至 3 個不同部分（網(wǎng)絡(luò)標識符、節(jié)點標識符，有時還有子網(wǎng)標識符），IPv6 地址中擁有更大的地址空間，可以支持更多的字段。 IPv6 地址類型 RFC2373 中定義了三種 IPv6 地址類型：單播、組播和任意點播。 IPv4 中的廣播地址已不再有效。 ① 單播：一個單接口的標識符。送往一個單播地址的包將被傳送至該地址標識的接口上。 ② 泛播：一組接口（一般屬于不同節(jié)點）的標識符。送往一個泛播地址的包將被傳送至該地址標識的接口之一（根據(jù)選路協(xié)議對于距離的計算方法選擇“最近”的一個）。 ③ 組播：一組接口（一般屬于不同節(jié)點）的標識符。送往一個組播地址的包將被傳送至有該地址標識的所有接口上。 IPv6 地址表示： IPv4 地址一般以 4 部分間點分的方法來表示，即 4 個數(shù)字用點分隔。 IPv4 地址也時常以一組 4 個 2 位的十六進制整數(shù)或 4 個 8 位的二進制整數(shù)表示，但后一種情況較少見。 IPv6 地址長度 4 倍于 IPv4 地址， IPv6 地址的基本表達方式是 X： X： X： X： X： X：X： X，其中 X 是一個 4 位十六進制整數(shù)（ 16 位）。每一個數(shù)字包含 4 位，每個整數(shù)包含4 個數(shù)字，每個地址包括 8 個整數(shù)，共計 128 位（ 4*4*8=128）。 例如，下面是一些合法的 IPv6 地址： CDCD： 910A： 2222： 5498： 8475： 1111： 3900： 2020 1030： 0： 0： 0： C9B4： FF12： 48AA： 1A2B 請注意這些整數(shù) 是十六進制整數(shù)，其中 A 到 F 表示的是 10 到 15。地址中的每個整數(shù)都必須表示出來，但起始的 0 可以不必表示。這是一種比較標準的 IPv6 地址表達方式，此外還有另外兩種更加清楚和易于使用的方式。某些 IPv6 地址中可能包含一長串的 0（就象上面的第二和第三個例子一樣）。當出現(xiàn)這種情況時，標準中允許用“空隙”來表示這一長串的 0。 換句話說，地址 2020： 0： 0： 0： 0： 0： 0： 1 可以被表示為： 2020：： 1，這兩個冒號表示該地址可以擴展到一個完整的 128 位地址。在這種方法中，只有當 16 位組全部為 5 0 時才會被兩個冒號取代，且兩 個冒號在地址中只能出現(xiàn)一次。 在 IPv4 和 IPv6 的混合環(huán)境中可以有第三種方法。 IPv6 地址中的最低 32 位可以用于表示 IPv4 地址，該地址可以按照一種混合方式表達，即 X： X： X： X： X： X： ，其中 X 表示一個 16 位整數(shù)，而 d 表示一個 8 位十進制整數(shù) 。例如 0： 0： 0： 0： 0： 0： 就是一個合法的 IPv4 地址。把兩種可能的表達方式組合在一起，該地址也可以表示為：： 。由于 IPv6 地址被分成兩個部分 子網(wǎng)前綴和接口標識符，因此人們期待一個 IP 節(jié)點地址，可以按照類似 CIDR（無類型域間選路， Classless InterDomain Routing） 地址的方式被表示為一個攜帶額外數(shù)值的地址，其中指出了地址中有多少位是掩碼。即 IPv6 節(jié)點地址中指出了前綴長度，該長度與 IPv6 地址間以斜杠區(qū)分。 例如： 1030： 0： 0： 0： C9B4： FF12： 1A2B/60 這個地址中用于選路的前綴長度為 60 位。 IPv6 的基本報頭 IPv6 數(shù)據(jù)報首部的格式與 IPv4 有所不同。 IPv6 和 IPv4 的首部格式分別如圖 2— 1 和2— 2 所示。 版本號 優(yōu)先權(quán) 版本號 有效載荷長度 下一 個報頭 跳度極限 源地址 目的地址 圖 2— 1 IPv6 報頭 版本號 首部長度 服務(wù)類型 總長度 標識符 標志 段偏移量 壽命 協(xié)議 報頭校驗和 源 IP 地址 目的 IP 地址 IP 選項 填充 圖 2— 2 IPv4 報頭 6 IPv6 首部總共有 40 個字節(jié)，其中包含以下一些部分： 版本號（ 4 位）：用來標識協(xié)議的類型， IPv6 的值為 6。 優(yōu)先權(quán)（ 8 位）：用來標識分組傳輸?shù)膬?yōu)先權(quán)。 流標志（ 20 位）：源主機在這里給分組做標志，要求路由器對分組進行特殊處理。 有效負載長度（ 16 位）：一個 16 位無符號整數(shù) ，用來表示報文的長度。 下一個報頭（ 8 位）：用來標識緊跟在該 IPv6 報頭之后的那個報頭的類型。 跳數(shù)極限（ 8 位）：分組每經(jīng)過一個節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)，其值就減“ 1”，如果減少到“ 0”，該分組就作廢。 源地址（ 12 位）：該分組始發(fā)節(jié)點的 128 位地址。 目標地址（ 128 位）：該分組最終接收者的 128 位地址。 從圖 2— 1 和 2— 2 可以看出， IPv6 協(xié)議的首部格式比 IPv4 的首部格式簡單。 IPv6只有 6 個固定字段和 2 個地址，而 IPv4 中則有 10 個固定字段、 2 個地址和一些選項。 從 IPv4 到 IPv6，最顯著的改變無疑是源地址和目標 地址的擴展，分別從 32 位增加到 128位。地址空間擴展以后可以支持更多的尋址層次，使可尋址的節(jié)點數(shù)量大大增加，而且使地址的自動配置更為簡單。唯一保持含義和位置都不變的字段是“版本號”，都是用最開始的 4 位來表示。 IPv4 的版本號為“ 4”，而 IPv6 的版本號為“ 6”。 IPv4 中的報頭長度、服務(wù)類型、標識符、標志、段偏移量、報頭校驗和等 6 個字段不再被 IPv6 采用，而長度、協(xié)議類型和壽命 3 個字段被重新命名，并在某些情況下略做改動，徹底修正了選項機制，增加了 2 個新的字段：優(yōu)先級和流標志。 IPv4 中的“總長度”在 IPv6 中用“有效負載長度”代替。這兩者在定義上有些細微差別，有效負載長度的指緊跟報頭之后所攜帶的數(shù)據(jù)的長度。 協(xié)議類型字段改名為“下一個報頭”類型。這反映了 IP 數(shù)據(jù)包的新型結(jié)構(gòu)。在 IPv4中， IP 報頭之后是傳輸協(xié)議數(shù)據(jù)，例如 UDP 或 TCP 數(shù)據(jù)包。簡單的 IPv6 包也有類似的結(jié)構(gòu)，但在 IPv6 中，在 IP、 UDP 或 TCP 有效負載之間插入一些“擴展報頭”， IPv6 的“下一個報頭”類型就設(shè)置為第一個擴展報頭的類型。壽命被改為“跳數(shù)極限”。在 IPv4中，“壽命”在理論上被定義為數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中可以生存的時間，通常用秒計。 然而在實際的網(wǎng)絡(luò)中，路由器很難計算某個數(shù)據(jù)包的等待時間，因此絕大部分的路由器產(chǎn)品也是每次傳遞就把“壽命”減一。在 IPv6 中，把這種行為規(guī)范化了，它累計的是跳數(shù)，而不是秒數(shù)。在 IPv6 中新增的兩個字段“優(yōu)先級”和“流標志”主要用來協(xié)助處理實時通信。 7 IPv6 的擴展報頭 IPv4 選項的問題在于改變了 IP 頭的大小，因此大多的 IP 頭需要特別的處理。 IPv6中實現(xiàn)的擴展頭可以消滅或至少大量減少選項帶來的對性能的沖擊。通過把選項從 IP 頭中搬到凈荷（獨立的擴展報頭）中，路由器可以像轉(zhuǎn)發(fā)無選項包一樣來轉(zhuǎn)發(fā)包含 選項的包，因為 IPv6 包中的選項對于中間路由器而言是不可見的。在需要的時候可能還會定義其他的選項和擴展。 RFC1883 中為 IPv6 定義了如下選項擴展： 1 逐跳選項頭 此擴展頭用來在管理或調(diào)試某些功能時將附加信息傳遞給中間的路由器，它必須緊隨在 IPv6 頭之后。它包含包所經(jīng)路徑上的每個節(jié)點都必須檢查的選項數(shù)據(jù)。由于它需要每個中間路由器進行處理，逐跳選項只有在絕對必要的時候才會出現(xiàn)。到目前為止，已經(jīng)定義了兩個選項：巨型凈荷選項和路由器提示選項。 巨型掐荷選項指明包的凈荷長度超過 IPv6 的 16 位凈荷長度字段。只 要包的凈荷超過 65535 字節(jié)（其中包括逐跳選項頭），就必須包含該選項。如果節(jié)點不能轉(zhuǎn)發(fā)該包，則必須回送一個 ICMPv6 出錯報文。 路由器提示選項用來通知路由器， IPv6 數(shù)據(jù)報中的信息希望能夠得到中間路由器的查看和處理，即使這個包是發(fā)給其他某個節(jié)點的（例如包含帶寬預留協(xié)議信息的控制數(shù)據(jù)報）。 前兩個字段指明了下一個報頭協(xié)議的擴展頭的長度（此時，由于整個選項只有 8 位，擴展頭長度的字段值為 0）。巨型凈荷選項從擴展頭的第三個字節(jié)開始。第三個字節(jié)為擴展頭類型，其值為 194；第四個字節(jié)，即巨型凈荷選項數(shù)據(jù)長度的值為 4。選項的最后一個字段為巨型凈荷長度，指明包括逐跳選項擴展頭在內(nèi)， IP 包中所包含的實際字節(jié)數(shù)，但不包括 IPv6 頭。只有沿途每個路由器都能夠處理時，節(jié)點才能使用巨型凈荷選項來發(fā)送大型 IP 包。因此，該選項在逐跳擴展頭中使用，要求沿途的每個路由器都必須檢查此信息。巨型凈荷選項允許 IPv6 包凈荷長度超過 65535 字節(jié)，最多可以超過 40 億字節(jié)。如果使用該選項，要求 IPv6 頭的 16 位凈荷長度字段值必須為 0，擴展頭中的巨型凈荷長度字段值不小于 65535。如果不滿足這兩個條件，接收包的節(jié)點應(yīng)該向源節(jié)點發(fā)送 ICMP出錯報文，通 知有問題發(fā)生。此外還有一個限制：如果包中有分段擴展頭，就不能同時使用巨型凈荷選項，因為使用巨型凈荷選項時不能對包進行分段。 2 選路頭 此擴展頭指明包在到達目的地途中將經(jīng)過哪些節(jié)點。它包含沿途經(jīng)過的各節(jié)點的地 8 址列表。 IPv6 頭的最初目的地址是路由頭的一系列地址中的第一個地址，而不是包的最終目的地址。此地址對應(yīng)的節(jié)點接收到該包之后，對 IPv6 頭和選路頭進行處理，并把包發(fā)送到選路頭列表中的第二個地址。如此繼續(xù)，直到包到達其最終目的地。 下一個報頭 報頭長度 路由選擇類型 剩余段數(shù) 專用類型數(shù)據(jù) 圖 3— 3 選路擴展