计算机网络(谢希仁)下一代因特网

计算机网络（第 6 版）第 10 章 下一代因特网第 10 章 下一代因特网10.1 下一代网际协议 IPv6 (IPng) 10.1.1 解决 IP 地址耗尽的根本措施10.1.2 IPv6 的基本首部10.1.3 IPv6 的扩展首部10.1.4 IPv6 的地址空间10.1.5 从 IPv6 向 IPv4 过渡10.1.6 ICMPv6第 10 章 下一代因特网（ 续）10.2 多协议标记交换 MPLS10.2.1 MPLS 的产生背景10.2.2 MPLS 的工作原理10.2.3 MPLS 首部的位置与格式 10.3 P2P 文件共享10.3.1 P2P 工作方式概述10.3.2 使用 P2P 技术的电驴 eMule10.3.3 使用 P2P 的比特洪流 BT10.3.4 P2P 文件分发系统10.1 下一代的网际协议 IPv6 (IPng) 10.1.1 解决 IP 地址耗尽的根本措 施n因特网经过几十年的飞速发展，到 2011 年 2 月，IPv4 的地址已经耗尽，ISP 已经不能再申 请到新的 IP 地址块了。n解决 IP 地址耗尽的根本措施就是采用具有更 大地址空间的新版本的 IP，即 IPv6。nIETF 早在 1992 年 6 月就提出要制定下一代的 IP, 即 IPng (IP Next Generation) 。nIPng 现正式称为 IPv6。1998 年 12 月发表的 RFC 24602463 已成为因特网草案标准协议 。 10.1.2 IPv6 的基本首部 nIPv6 仍支持无连接的传送所引进的主要变化如下n更大的地址空间。IPv6 将地址从 IPv4 的 32 位 增 大到了 128 位。 n扩展的地址层次结构。 n灵活的首部格式。 n改进的选项。 n允许协议继续扩充。 n支持即插即用（即自动配置） n支持资源的预分配。 IPv6 数据报的首部nIPv6 将首部长度变为固定的 40 字节，称为 基本首部(base header)。n将不必要的功能取消了，首部的字段数减少 到只有 8 个。n取消了首部的检验和字段，加快了路由器处 理数据报的速度。n在基本首部的后面允许有零个或多个扩展首 部。n所有的扩展首部和数据合起来叫做数据报的 有效载荷(payload)或净负荷。 IPv6 数据报的一般形式 基本 首部扩展 首部 1扩展 首部 N数 据 部 分选项IPv6 数据报有效载荷041631版 本位目 的 地 址源 地 址下 一 个 首 部流 标 号12通 信 量 类（128 位）（128 位）有 效 载 荷 长 度跳 数 限 制24有效载荷（扩展首部 / 数据）IPv6 的 基本首部 （40 B）IPv6 的 有效载荷 （至 64 KB）041631版 本位目 的 地 址源 地 址下 一 个 首 部流 标 号12通 信 量 类（128 位）（128 位t）有 效 载 荷 长 度跳 数 限 制24扩展首部 / 数据IPv6 的 基本首部 （40 B）IPv6 的 有效载荷 （至 64 KB）有效载荷（扩展首部 / 数据）041631版 本位目 的 地 址源 地 址下 一 个 首 部流 标 号12通 信 量 类（128 位）（128 位）有 效 载 荷 长 度跳 数 限 制24IPv6 的 基 本 首 部 40 B版本(version) 4 位。它指明了协议的版本， 对 IPv6 该字段总是 6。 041631版 本位目 的 地 址源 地 址下 一 个 首 部流 标 号12通 信 量 类（128 位）（128 位）有 效 载 荷 长 度跳 数 限 制24IPv6 的 基 本 首 部 40 B通信量类(traffic class) 8 位。这是为了区分 不同的 IPv6 数据报的类别或优先级。目前正在 进行不同的通信量类性能的实验。 041631版 本位目 的 地 址源 地 址下 一 个 首 部流 标 号12通 信 量 类（128 位）（128 位）有 效 载 荷 长 度跳 数 限 制24IPv6 的 基 本 首 部 40 B流标号(flow label) 20 位。 “流”是互联网络上从特 定源点到特定终点的一系列数据报， “流”所经过的路 径上的路由器都保证指明的服务质量。 所有属于同一个流的数据报都具有同样的流标号。 041631版 本位目 的 地 址源 地 址下 一 个 首 部流 标 号12通 信 量 类（128 位）（128 位）有 效 载 荷 长 度跳 数 限 制24IPv6 的 基 本 首 部 40 B有效载荷长度(payload length) 16 位。它指明 IPv6 数据报除基本首部以外的字节数（所有扩展首部 都算在有效载荷之内），其最大值是 64 KB。 041631版 本位目 的 地 址源 地 址下一个首部流 标 号12通 信 量 类（128 位）（128 位）有 效 载 荷 长 度跳 数 限 制24IPv6 的 基 本 首 部 40 B下一个首部(next header) 8 位。它相当于 IPv4 的 协议字段或可选字段。 041631版 本位目 的 地 址源 地 址下 一 个 首 部流 标 号12通 信 量 类（128 位）（128 位）有 效 载 荷 长 度跳 数 限 制24IPv6 的 基 本 首 部 40 B跳数限制(hop limit) 8 位。源站在数据报发出时即 设定跳数限制。路由器在转发数据报时将跳数限制字 段中的值减 1。 当跳数限制的值为零时，就要将此数据报丢弃。 041631版 本位目 的 地 址源 地 址下 一 个 首 部流 标 号12通 信 量 类（128 位）（128 位）有 效 载 荷 长 度跳 数 限 制24IPv6 的 基 本 首 部 40 B源地址 128 位。是数据报的发送站的 IP 地址。 041631版 本位目 的 地 址源 地 址下 一 个 首 部流 标 号12通 信 量 类（128 位）（128 位）有 效 载 荷 长 度跳 数 限 制24IPv6 的 基 本 首 部 40 B目的地址 128 位。是数据报的接收站的 IP 地址。 10.1.3 IPv6 的扩展首部 1. 扩展首部及下一个首部字 段 nIPv6 把原来 IPv4 首部中选项的功能都 放在扩展首部中，并将扩展首部留给路 径两端的源站和目的站的主机来处理。n数据报途中经过的路由器都不处理这些 扩展首部（只有一个首部例外，即逐跳 选项扩展首部）。n这样就大大提高了路由器的处理效率。 六种扩展首部 在 RFC 2460 中定义了六种扩展首部：n 逐跳选项n 路由选择n 分片n 鉴别n 封装安全有效载荷n 目的站选项 有效载荷有效载荷IPv6 的扩展首部 基本首部下一个首部 = TCP/UDP基本首部下一个首部 = 路由选择路由选择首部下一个首部 = 分片分片首部下一个首部 = TCP/UDPTCP/UDP 首部 和数据(TCP/UDP 报文段）TCP/UDP 首部 和数据(TCP/UDP 报文段）无扩展首部有扩展首部2. 扩展首部举例nIPv6 把分片限制为由源站来完成。源站可以 采用保证的最小 MTU（1280字节），或者 在发送数据前完成路径最大传送单元发现 (Path MTU Discovery)，以确定沿着该路径 到目的站的最小 MTU。n分片扩展首部的格式如下： 0291631位下 一 个 首 部片 偏 移8标 识 符保 留保 留 M扩展首部举例nIPv6 数据报的有效载荷长度为 3000 字节。下 层的以太网的最大传送单元 MTU 是 1500 字 节。n分成三个数据报片，两个 1400 字节长，最后 一个是 200 字节长。 IPv6 基本首部分片首部 1第 一 个 分 片1400 字节IPv6 基本首部分片首部 2第 二 个 分 片1400 字节IPv6 基本首部分片首部 3第三个分片200 字节扩展首部用隧道技术来传送长数据 报 n当路径途中的路由器需要对数据报进行分片时 ，就创建一个全新的数据报，然后将这个新的 数据报分片，并在各个数据报片中插入扩展首 部和新的基本首部。n路由器将每个数据报片发送给最终的目的站， 而在目的站将收到的各个数据报片收集起来， 组装成原来的数据报，再从中抽取出数据部分 。 10.1.4 IPv6 的地址空间1. 地址的类型与地址空间 IPv6 数据报的目的地址可以是以下三种基本类型 地址之一： (1) 单播(unicast) 单播就是传统的点对点通信 。 (2) 多播(multicast) 多播是一点对多点的通信。 (3) 任播(anycast) 这是 IPv6 增加的一种类型。 任播的目的站是一组计算机，但数据报在交付 时只交付其中的一个，通常是距离最近的一个 。 结点与接口nIPv6 将实现 IPv6 的主机和路由器均称 为结点。nIPv6 地址是分配给结点上面的接口。n一个接口可以有多个单播地址。n一个结点接口的单播地址可用来唯一地标 志该结点。 冒号十六进制记法 (colon hexadecimal notation) n每个 16 位的值用十六进制值表示，各值 之间用冒号分隔。 68E6:8C64:FFFF:FFFF:0:1180:960A:FFFFn零压缩(zero compression)，即一连串连 续的零可以为一对冒号所取代。 nFF05:0:0:0:0:0:0:B3 可以写成：nFF05:B3 点分十进制记法的后缀 n0:0:0:0:0:0:128.10.2.1再使用零压缩即可得出： :128.10.2.1nCIDR 的斜线表示法仍然可用。n60 位的前缀 12AB00000000CD3 可记为：12AB:0000:0000:CD30:0000:0000:0000:0000/60 或12AB:CD30:0:0:0:0/60或12AB:0:0:CD30:/60 2. 地址空间的分配nIPv6 将 128 位地址空间分为两大部分 。n第一部分是可变长度的类型前缀，它定义 了地址的目的。n第二部分是地址的其余部分，其长度也是 可变的。 类型前缀地址的其他部分长度可变长度可变128 位3. 特殊地址 未指明地址 这是 16 字节的全 0 地址，可缩 写为两个冒号“:”。这个地址只能为还没有配 置到一个标准的 IP 地址的主机当作源地址使 用。 环回地址 即 0:0:0:0:0:0:0:1（记为 :1）。 基于 IPv4 的地址 前缀为 0000 0000 保留一 小部分地址作为与 IPv4 兼容的。本地链路单播地址 前缀为 0000 0000 的地址 n前缀为 0000 0000 是保留一小部分地址与 IPv4 兼容的，这是因为必须要考虑到在比较长的时 期 IPv 4和 IPv6 将会同时存在，而有的结点不 支持 IPv6。n因此数据报在这两类结点之间转发时，就必须 进行地址的转换。 00000000 FFFF IPv4 地址80 位16 位32 位 IPv4 映射的 IPv6 地址4. 全球单播地址的等级 结构 IPv6 扩展了地址的分