2006工程兵工程学院 计算机教研室计算机网络 （第2版）第六章IPv6IPv6计算机网络计算机网络第6章 IPv6本章主要内容nIPv4的缺陷；nIPv6首部结构；nIPv6地址结构；nIPv6操作过程；nIPv6 over 以太网；nIPv6网络和IPv4网络互连。IPv6IPv6计算机网络计算机网络6.1 IPv4的缺陷本讲主要内容n地址短缺问题；n复杂的分组首部；nQoS实现困难；n安全机制先天不足。IPv6IPv6计算机网络计算机网络n32位地址空间；n分层结构浪费地址空间；nE和D类浪费地址空间；n特殊地址，如全0、全1主机号，浪费地址 空间。一、地址短缺问题IPv6IPv6计算机网络计算机网络n随着链路带宽的提高，结点转发操作已经 成为性能瓶颈；n每一个转发结点需要重新计算检验和；n每一个转发结点需要处理可选项。二、复杂的分组首部IPv6IPv6计算机网络计算机网络n没有单独的流标识字段，需要通过源和目 的IP地址、源和目的端口号确定属于同一 流的IP分组；n流分类由转发结点完成，增加了转发结点 的处理负担。三、QoS实现困难IPv6IPv6计算机网络计算机网络nIPv4以实现通信为原旨；n存在ARP欺骗；n存在源IP地址欺骗。四、安全机制先天不足IPv6IPv6计算机网络计算机网络6.2 IPv6首部结构本讲主要内容nIPv6基本首部；nIPv6扩展首部。IPv6IPv6计算机网络计算机网络一、IPv6基本首部n版本：6；n信息流类别：确定分组的QoS；n流标签：用于标识IP分组所属的流，流是具有相同发送、接收进程的IP分组 流；n下一个首部：净荷中扩展首部或数据的类型；n跳数限制；允许经过的路由器数目；n源和目的地址：128位IPv6地址。IPv6IPv6计算机网络计算机网络二、IPv6扩展首部n扩展首部 是净荷一 部分；n通过下一 首部字段 指明串接 在一起的 多个扩展 首部。IPv6IPv6计算机网络计算机网络二、IPv6扩展首部分片扩展首部IPv6分片过程IPv6IPv6计算机网络计算机网络6.3 IPv6地址结构本讲主要内容nIPv6地址表示方式；nIPv6地址分类。IPv6IPv6计算机网络计算机网络一、IPv6地址表示方式基本表示n128bit以16位为单位分段，每一段用4位十 六进制数表示，各段用冒号分隔 ；n地址基本表示实例。 2001:0000:0000:0410:0000:0000:0001:45FF 0000:0000:0000:0000:0001:0765:0000:7627IPv6IPv6计算机网络计算机网络压缩表示n去掉不必要的0 2001:0:0:410:0:0:1:45FF 0:0:0:0:1:765:0:7627n0压缩表示 2001:410:0:0:1:45FF :1:765:0:7627一、IPv6地址表示方式IPv6IPv6计算机网络计算机网络特殊地址n:FFFF:192.167.12.16n:FFFF:0:192.167.12.16 环回地址n:1 未确定地址n全0地址（表示成:） 地址前缀nIPv6地址/前缀长度n完整的IPv6地址，前缀长度0128 n:FE80:0: 0: 0/68n:1:765:0:7627/60n2001:0000:0000:0410:0000:0000:0001:45FF/64一、IPv6地址表示方式IPv6IPv6计算机网络计算机网络二、IPv6地址分类n128bit地址长度为IPv6地址分类提供了方便；n链路本地地址是传输网络内有效的地址，只能用于 同一传输网络内两个端点之间的IPv6分组的传输 ；n链路本地地址能够通过链路层地址，如MAC地址 ，自动生成。链路本地地址IPv6IPv6计算机网络计算机网络n根据MAC地址求出接口标识符；n根据接口标识符和链路本地地址结构求出链路本地 地址。二、IPv6地址分类MAC地址为0012:3400:ABCD FE80:0000:0000:0000:0212:34FF:FE00:ABCD IPv6IPv6计算机网络计算机网络n站点本地地址相当于IPv4的私有地址；nIPv4为了不使私有地址和全球地址相同， 给出了全球地址不分配的IP地址空间；nIPv6大地址空间为为地址分类提供了方便 。二、IPv6地址分类站点本地地址结构IPv6IPv6计算机网络计算机网络n为了减少路由项，要求同一地区的网络分配相同 前缀的网络地址；n全球单播地址结构就是为了实现这一分配原则；n路由项中的目的网络字段仍然以网络地址/前缀表 示，因此，这是分配结构，不是路由结构。二、IPv6地址分类可聚合全球单播地址IPv6IPv6计算机网络计算机网络n4位标志位中的前3位固定为0 ，最后1位为0表示是著名组播 地址，为1表示是临时组播地址；n范围取值如下 2：链路本地范围 5：站点本地范围 8：组织本地范围 E：全球范围n组标识符：标识组播组。二、IPv6地址分类组播地址结构IPv6IPv6计算机网络计算机网络6.4 IPv6操作过程本讲主要内容n邻站发现协议；n路由器建立路由表过程。IPv6IPv6计算机网络计算机网络6.4 IPv6操作过程终端之间传输IPv6分组 前，终端必须配置全球 IP地址和默认网关地址路由器必须 建立用于指 明通往各个 网络的传输 路径的路由 项 终端配置 路由器路由表IPv6IPv6计算机网络计算机网络一、邻站发现协议邻站发现协议的功能如下n确定网络前缀，然后根据所在网络的网络 前缀确定全球IP地址；n确定路由器接口的链路本地地址，即默认 网关地址；n解析出路由器接口的MAC地址，公告终端 的IP和MAC地址对。IPv6IPv6计算机网络计算机网络n路由器接口配置全球IP地址，自动生成链路本地地址；n终端自动生成链路本地地址；n终端组播路由器请求，接收方是全部路由器，给出终端链路本地地址和MAC地 址对；n路由器发送路由器通告，给出网络前缀和路由器链路本地地址和MAC地址对；n终端生成全球IP地址和默认网关地址及默认网关地址对应的MAC地址。一、邻站发现协议IPv6IPv6计算机网络计算机网络n接口标识符已经成 为全球IP地址的一 部分，必须保证每 一个接口有着不同 的接口标识符；一、邻站发现协议n重复地址检测就 是检测是否存在 相同接口标识符 的两个以上接口 ，目的地址是一 个包含可能有着 相同接口标识符 的所有接口的组 播地址。IPv6IPv6计算机网络计算机网络二、路由器建立路由表过程n路由器配置接口后，生成原始路由表；n路由器交换路由消息；n根据路由消息生成到达其他网络的路由项。IPv6IPv6计算机网络计算机网络6.5 IPv6 over 以太网本章主要内容nIPv6组播地址和MAC组地址之间的关系 ；n地址解析过程；nIPv6分组传输过程 。IPv6IPv6计算机网络计算机网络一、IPv6组播地址和MAC组地址之间的关系 nIPv6以特殊的组播方式代替IPv4的广播；n当目的IP地址为组播地址的IPv6分组封装成MAC帧 时，目的MAC地址应是对应的组地址；nIPv6组播地址和MAC组地址之间存在映射关系。IPv6IPv6组播地址和组播地址和MACMAC组地址之间映射关系组地址之间映射关系IPv6IPv6计算机网络计算机网络二、地址解析过程2001:2E0:FCFF:FE00:5 00E0:FC00:0005 FE80:2E0:FCFF:FE00:1？FE80:2E0:FCFF:FE00:1 00E0:FC00:0001n地址解析IPv6地址 至MAC地址转换；nIPv6地址可以各种 类型的单播地址。IPv6IPv6计算机网络计算机网络三、数据传输过程n终端A至终端B IPv6分组逐段传输；n每一段一两端端点的MAC地址为源和目的MAC地址。IPv6IPv6计算机网络计算机网络6.6 IPv6网络和IPv4网络互连 本讲主要内容n双协议栈技术；n隧道技术；n网络地址和协议转换技术。IPv6IPv6计算机网络计算机网络一、双协议栈技术n双协议栈允许同时存在使用IPv4和IPv6的终端， 但只能允许使用同一协议的终端之间通信；n路由器通常需要支持双协议，以此转发IPv6和 IPv4分组。双协议栈结构 IPv6IPv6计算机网络计算机网络n路由器支持双协议栈，相当于独立构建了IPv4和IPv6网络；nIPv6终端通过IPv6网络通信，IPv4终端通过IPv4网络通信。一、双协议栈技术IPv6IPv6计算机网络计算机网络二、隧道n隧道适用于用IPv4网络互连两个IPv6网络 的应用环境，即实现两个IPv6终端跨IPv4 网络通信；n对于两个IPv6网络，基于IPv4网络的隧道 等同于点对点物理链路，两个连接IPv6网 络的路由器等同于通过点对点物理链路互 连；n对于IPv4网络，隧道实际上就是端到端 IPv4传输路径。IPv6IPv6计算机网络计算机网络二、隧道IPv6路由表将IPv4隧道 作为互连路由器R1和R2 的点对点物理链路。IPv4路由表给出路由器 R1和R2之间的IPv4网络 传输路径。IPv6IPv6计算机网络计算机网络三、网络地址和协议转换技术 n实现IPv4终端和IPv6终端之间通信；n实现IPv4地址与IPv6地址之间转换；n实现IPv4首部与IPv6首部之间转换。IPv6IPv6计算机网络计算机网络SIITnIPv6终端分配特殊的IPv6地址 :FFFF:0:a.b.c.d n在IPv6网络用特殊的IPv6地址给出IPv4网 络中终端的IPv4地址 :FFFF:a.b.c.d nIPv4和IPv6网络边界路由器能够完成IPv4 分组格式和IPv6分组格式的转换。三、网络地址和协议转换技术 IPv6IPv6计算机网络计算机网络三、网络地址和协议转换技术 n为IPv6终端分配独立的IPv4网络地址，IPv4网络将以该网络地址为目的地 址的IPv4分组引向边界路由器；nIPv6网络将以:FFFF:a.b.c.d 为目的地址的IPv6分组引向边界路由器；n边界路由器完成两种分组格式的转换。IPv6IPv6计算机网络计算机网络nIPv6首部至IPv4首部转换过程；n没有对应字段，采取默认值。三、网络地址和协议转换技术 IPv6IPv6计算机网络计算机网络nIPv4首部至IPv6首部转换过程；n没有对应字段采取默认值。三、网络地址和协议转换技术 IPv6IPv6计算机网络计算机网络NAT-PTnSIIT要求为IPv6网络中希望和IPv4网络通信的终 端分配IPv4地址，并将这些IPv4地址转换成特殊 的IPv6地址；nIPv6终端和IPv4地址之间关联是静态的；n事实上，虽然有大量IPv6终端存在与IPv4网络通 信的需求，但同时与IPv4网络通信的IPv6终端并 不多；n用NAT解决多个IPv6终端共享一组IPv4地址的问 题。三、网络地址和协议转换技术 IPv6IPv6计算机网络计算机网络nIPv6终端发起与IPv4网络通信时建立IPv6地址与IPV4地址之间关联；n表示IPv4地址的特殊IPv6地址的96位前缀是可以自定义的。三、网络地址和协议转换技术 IPv6IPv6计算机网络计算机网络n建立地址转换表；n完成IPv6地址与IPv4地址转换。三、网络地址和协议转换技术 IPv6IPv6计算机网络计算机网络双向会话通信过程nNAT-PT只能实现单向会话，即只能由 IPv6网络发起访问IPv4网络的过程；n双向会话一般通过静态地址映射实现；n如果大量IPv6终端参与双向会话，静态映 射的结果就是回到SIIT.三、网络地址和协议转换技术 IPv6IPv6计算机网络计算机网络n动态NAT又实现双向会话的根据是IPv4终 端发起对IPv6终端访问前，能够动态实现 IPv6地址与IPv4地址的映射；n如果IPv4终端用域名访问IPv6终端，在实 现域名解析时完成IPv6地址与IPv4地址的 映射，以此，实现双向会话。三、网络