IPV6协议简介解析

IPv6简介下一代Internet网络郭东伟（博士）吉林大学计算机科学与技术学院目录IPv4的辉煌和局限IPv6概述IPv6协议简介协议格式及扩展头地址空间分配ICMPv6和其他支撑协议IPv6的新技术IPv4－IPv6共存与移植IPv6的挑战IPv6简介3InternetProtocols的早期历史1964年，PaulBaran提出分组交换理论1969年，ARPANet建立（4个结点）1972年，展示了40个结点的ARPANet1972年，BobKahn提出开放结构互联概念1974年，Kahn和VintCerf发表TCP协议1978年，TCP/IP(Version4)正式应用(RFC791)1983年，ARPANet全面移植到TCP/IP83-85年，TCP/IP与Unix的集成与推广IPv4的辉煌和局限IPv6简介4Internet的发展80年代，局域网技术蓬勃发展1984年，NSFNet开始建立1990年，NSFNet取代ARPANet1991年，NSFNet升级到T3(45M)速率，支持3500个子网1995年，Internet实现商业化FTP，HTTP，EMail等协议不断涌现，特别是HTTP协议的贡献巨大IPv4的辉煌和局限IPv6简介5IP协议的成功经验IP的设计原则在统一寻址空间下，进行路由选择，以最大努力提供无连接的数据报投递服务，但不保证可靠到达可靠性由上层协议及应用程序提供分层体系结构支持各种链路从军用到商用的成功转换各种应用层协议相互推动IPv4的辉煌和局限IPv6简介6TCP/IP协议模型的问题和缺陷模型没有明确区分服务、接口和协议不具有通用性，不能描述其他协议没有定义、划分物理层和数据链路层Internet飞速发展带来的问题地址空间不足，划分效率低下路由瓶颈安全性问题网络实时服务质量问题，特别在多媒体应用中对移动通信等新业务需求的支持困难IPv4的辉煌和局限IPv6简介7IPv4面临的核心问题地址空间不足可用地址不足子网数目不足分配方式不合理IPv4地址分配：美国64%,亚洲地区8%最新统计数据，中国上网用户12300万人，域名总数为2,950,500个，IPv4地址数达到了84,786,688个。IP&GDP基本匹配IPv4的辉煌和局限IPv6简介8IPv4面临的核心问题路由技术支持不够路由表膨胀分组之间无相关性路由器的额外负担（IP分段，头校验等）IPv4的辉煌和局限IPv6简介9全球路由表增长情况DeploymentPeriodofCIDRCIDRmadeitworkforawhileButtheycannotbereliedonforeverProjectedroutingtablegrowthwithoutCIDRISPstendtofilterlongerprefixesIPv4的辉煌和局限简介10IPv4面临的其他问题服务质量与最大努力投递配置复杂安全性问题“即插即用”与移动计算IPv4的辉煌和局限IPv6简介11IPv4的补丁和修改子网划分与地址细分使用（子网掩码）子网内部层次化组织，方便使用网络地址转换(NAT)无类域间选路(CIDR)按交换(ISP)分配(C类)地址，允许地址聚集，减少路由表条目动态主机配置协议(DHCP)服务类型与IP选项网络层的安全性IPv4的辉煌和局限IPv6简介12NAT的局限性NAT过分强调C/S结构模式，服务器和客户端具有不同的拓扑结构不能够直接支持Peer-to-Peer应用如BT类应用的各种NAT穿越技术新的应用需要在NAT服务器上进行配置IPv4的辉煌和局限IPv6简介13CIDR与DHCP按交换(ISP)分配(C类)地址，允许地址聚集，减少路由表条目一些已分配IP的不兼容性DHCP的局限性DHCP地址范围与可变性同一网段中只能有一个DHCP服务器动态配置的IP应用上有一定限制IPv4的辉煌和局限IPv6简介14IPv6的提出1991年，IETF成立ROAD小组解决路由寻址问题1993年，开始选择IPng(IPNextGeneration)1994年，在4种草案中选择SIPP进行扩展1995年底，确定IPng的协议规范，正式命名为IPv6（RFC1752，1809）1998年，对IPv6进行修正（RFC2460等）名词IPng和IPv6目前的使用区别IPv6概述IPv6简介15IP的版本演化0IPMarch1977version(deprecated)1IPJanuary1978version(deprecated)2IPFebruary1978versionA(deprecated)3IPFebruary1978versionB(deprecated)4IPv4September1981version(currentwidespread)5STStreamTransport(notanewIP,littleuse)6IPv6December1998version(formerlySIP,SIPP)7CATNIPIPngevaluation(formerlyTP/IX;deprecated)8PipIPngevaluation(deprecated)9TUBAIPngevaluation(deprecated)10-15unassignedIPv6概述IPv6简介16IPv6的术语节点(node):实现IPv6的设备路由器(router):对IPv6分组进行存储转发的设备主机(host):不是router的node链路(link):通信设备或媒介，如Ethernet或其他协议邻居(neighbor):同一链路上相连的节点接口(interface):节点连接链路的软硬件地址(address):单个或多个接口的IPv6层标识分组(packet):IPv6层数据单元，包括报头和有效数据IPv6概述IPv6简介17IPv6的设计目标扩展地址，方便路由简化报头格式网络管理更加简单内置的安全性考虑考虑不同用户对不同服务质量的要求新的多播(Multicast)寻址方案一种新的集群通信地址方式anycast若干技术有利于移动计算的实现IPv6概述IPv6简介18扩展的地址和路由能力极大扩展的地址空间和更加结构化的地址层次地址空间从32位扩展到128位路由设计完全层次化支持多播路由的扩展性Anycast模式可以控制路由器流量IPv6概述IPv6简介19简化报头格式固定长度，内容简化的报头简化路由器处理过程使用扩展头模式进行选项设定扩展头可灵活设定，支持不同需要IPv6概述IPv6简介20IPv6相关协议扩展的ICMPv6包含原ICMP，IGMP，ARP，DHCP（一部分）的功能新的路由协议传输层协议TCPng与UDPDNS扩展应用层协议IPv6概述IPv6简介21IPv6协议简介报头格式扩展头地址路由协议简介ICMPV6MAC层类型为86DD,默认MTU为1500IPv6协议简介IPv6简介22IPv4协议报头格式Version(4)HeaderLength(4)TOS(8)服务类型TotalLength(16)总长度Identification标记符(16)Flag(3)分段标记FragmentOffset(13)分段偏移TTL(8)生存时间NextPro(8)高层协议类型HeaderChecksum(16)头部校验和SourceAddress(32)信源地址DestinationAddress(32)信宿地址Options&Padding选项及填充IPv6协议简介－报头IPv6简介23报头简化措施固定长度，固定格式去掉报头校验和去掉IP分段变化的IP选项去掉服务类型TOSIPv6协议简介－报头IPv6简介24IPv6协议报头格式Version版本(4)TrafficClass通信类型(8)FlowLabel流标签(20)PayloadLength有效负荷(16)NextHeader下一个头(8)HopLimit跳数极限(8)SourceAddress(32*4)信源地址DestinationAddress(32*4)信宿地址IPv6协议简介－报头IPv6简介25IPv6协议报头说明Version：固定为6通信类型：标记不同类型的包，可以由路由器进行非默认处理。目前尚未标准化流标签：支持资源预定，保证服务质量有效负荷：不包括头的净长度(16位)下一个头：描述下一层协议或扩展头跳数极限：数据报被丢弃前的最大跳数信源地址和信宿地址IPv6协议简介－报头IPv6简介26报头的扩展扩展头(ExtensionHeaders)：可选的IP层信息在单独报头中编码，放在基本报头和高层协议之间一个固定报头，0到若干个扩展报头保证报头简单有效和提供灵活扩展能力的折衷扩展头的类型和高层协议(如TCP)统一编码IPv6协议简介－扩展头IPv6简介27扩展头类型-1跳到跳选项报头(Hop-by-HopOptions)携带投递路径上需要每一个节点检查的信息路由报头(Router)提供信源选路能力分段报头(Fragment)支持信源分段，而不是路由器分段信宿选项报头(DestinationOptions)用于携带只由信宿节点检查的信息IPv6协议简介－扩展头IPv6简介28扩展头类型-2认证报头(Authentication)[RFC2402]提供原始数据认证，并提供对重播放的保护封装安全负荷报头(EncapsulatingSecurityPayload)[RFC2406]提供对负荷数据的安全保护IPv6协议简介－扩展头IPv6简介29多个扩展头的次序IPv6基本报头跳到跳选项报头信宿选项报头－1路由报头分段报头认证报头封装安全负荷报头信宿选项报头－2高层协议报头各扩展报头可以不出现除信宿选项报头外，至多出现一次信宿选项报头可以出现两次出现时要按照此次序可以无下一个报头IPv6协议简介－扩展头IPv6简介30扩展报头及协议编码代码关键字说明代码关键字说明0HBH跳到跳报头46RSVP资源预留协议1ICMPICMPv450ESP封装安全负荷报头2IGMPIGMPV451AH认证报头4IPIPinIP58ICMPICMPV66TCP59空无下一个报头8EGP60DOH信宿选项报头17UDP88IGRP43RH路由报头89OSPF44FH分段报头IPv6协议简介－扩展头IPv6简介31扩展头的基本格式下一个报头：8位报头长度：8位扩展头自定义内容某些扩展头支持类型长度编码(Type-Length-Value)的选项，提供灵活性IPv6协议简介－扩展头IPv6简介32IPv6的地址空间128位的地址，≈1038每个人可以组成目前Internet大小的内网地球上每m2约有6×1023个地址地址分配管理地址路由映射[RFC1884][RFC2373][RFC3513]IPv6协议简介－地址IPv6简介33IPv6地址表示法128bit用:分为8节，每节用16进制表示可以省略每节中的前导0连续的全0节可以省略，使用::表示::可以出现在头或尾但::只能出现一次在IPv4和IPv6混合环境下，后四个字节可使用IPv4表示法地址前缀长度在地址后使用/加长度IPv6协议简介－地址IPv6简介34IPv6地址表示法－举例FEDC:BA98:7654:3210:FEDC:BA98:7654:32101080:0:0:0:8:800:200C:417A（省略前导0）1080::8:8