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IPv4的辉煌和局限Internet Protocols的早期历史☐1964年，Paul Baran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，Bob Kahn提出开放结构互联概念☐1974年，Kahn和Vint Cerf发表TCP协议☐1978年，TCP/IP(Version 4)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Internet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IP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TCP/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☐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☐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）全球路由表增长情况Deployment Period of CIDRCIDR made it work for a whileBut they cannot be relied on foreverProjected routing table growth without CIDRISPs tend to filter longer prefixes/as1221/bgp-active.htmlIPv4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NAT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CIDR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IPv6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( IP NextGeneration)☐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（RFC 1752，1809）☐1998年，对IPv6进行修正（RFC 2460等）☐名词IPng和IPv6目前的使用区别IP的版本演化☐0IP March 1977 version (deprecated)☐1IP January 1978 version(deprecated)☐2IP February 1978 version A (deprecated)☐3IP February 1978 version B(deprecated)☐4IPv4September 1981 version (current widespread)☐5ST Stream Transport (not a new IP, little use)☐6IPv6December 1998 version (formerly SIP, SIPP)☐7CATNIP IPng evaluation (formerly TP/IX; deprecated) ☐8Pip IPng evaluation (deprecated)☐9TUBA IPng evaluation (deprecated)☐10-15 unassignedIPv6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协议简介IPv6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1500IPv4协议报头格式Version (4)HeaderLength(4)TOS(8)服务类型Total Length (16)总长度Identification标记符(16)Flag(3)分段标记Fragment Offset(13)分段偏移TTL(8)生存时间Next Pro(8)高层协议类型Header Checksum(16)头部校验和Source Address(32)信源地址Destination Address(32)信宿地址Options & Padding选项及填充报头简化措施☐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协议报头格式Version 版本(4)Traffic Class通信类型(8)Flow Label流标签(20)Payload Length有效负荷(16)Next Header下一个头(8)Hop Limit跳数极限(8) Source Address(32*4)信源地址Destination Address(32*4)信宿地址IPv6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报头的扩展☐扩展头(Extension Headers)：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☐跳到跳选项报头(Hop-by-Hop Options)⏹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(Destination Options)⏹用于携带只由信宿节点检查的信息☐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(EncapsulatingSecurity Payload)[RFC2406]⏹提供对负荷数据的安全保护多个扩展头的次序☐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1ICMP ICMP v450ESP封装安全负荷报头2IGMP IGMP V451AH认证报头4IP IP in IP58ICMP ICMP V66TCP59空无下一个报头8EGP60DOH信宿选项报头17UDP88IGRP43RH路由报头89OSPF44FH分段报头扩展头的基本格式☐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☐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]☐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地址表示法－举例☐FEDC:BA98:7654:3210:FEDC:BA98:7654:32 10☐1080:0:0:0:8:800:200C:417A（省略前导0）☐1080::8:800:200C:417A（上例的缩写）☐FF01:0:0:0:0:0:0:101可简写为FF01::101☐0:0:0:0:0:0:0:1可简写为::1☐0:0:0:0:0:0:0:1可简写为::☐0:0:0:0:0:0:13.1.68.3(IPv4混合地址)☐可简写为::13.1.68.3☐12AB:0:0:CD30::/60（以下为地址前缀）☐12AB:0:0:CD30:123:4567:89AB:CDEF/60地址空间分配方案分配前缀比例分配前缀比例保留000000001/256 可聚集全球单播地址0011/8未分配000000011/256 未分配NSAP 保留00000011/128链路本地单播地址1111 1110101/1024IPX 保留00000101/128站点本地单播地址1111 1110111/1024未分配多播地址1111 11111/256☐保留地址和未分配地址的区别☐保留地址包括为IPv4兼容的地址空间地址类型☐单播(unicast)⏹某一个接口的标识符。