计算机网络课件：3_6_11 IPv6协议

1、第六章 网络层与IP协议第十一节 IPv6协议一、IPv6协议的基本概念 IPv4的局限性地址数量的不足 ；复杂的报头，难以实现扩充或选择机制； 对报头服务数量的限制 ；缺少安全与保密方法 。IPv6的主要特征 新的协议头格式 头部长度变为固定，增加了可选的扩展头部，取消了头部的检验和字段，加快了路由器处理速度 ；巨大的地址空间 地址长度从32位增大到128位，地址空间大约为3.4*1038，增大了296倍；有效的分级路由结构 地址划分为适应路由的层次结构，适应了现代Internet网络结构的特点 ；支持地址自动配置 简化了使用，提高了效率；内置安全性 IPv6支持IPSec协议，为网络安全性

2、提供了一种标准的解决方案；更好地支持QoS 协议头定义了通信流类型字段来区分其优先级，可以更好地支持QoS；协议更加简洁 ICMPv6具备了ICMPv4的所有基本功能，合并了ICMP、IGMP与ARP等多个协议的功能，使协议体系变得更加简洁；可扩展性 协议添加新的扩展协议头，可以很方便地实现功能的扩展。二、IPv6地址IPv6地址表示方法IPv6的128位地址按每16位划分为一个位段，每个位段被转换为一个4位的十六进制数，并用冒号隔开，这种表示法称为冒号十六进制表示法；用二进制格式表示的一个IPv6地址： 00100001110110100000000000000000000000000000

3、000000101l11001110110000001010101010000000000000111111111110000010001001110001011010将这个128位的地址按每16位划分为8个位段: 0010000111011010 0000000000000000 0000000000000000 0000000000000000 0000001010101010 0000000000001111 1111111000001000 1001110001011010将每个位段转换成十六进制数，并用冒号隔开，结果应该是: 21DA:0000:0000:0000:02AA:000F

4、:FE08:9C5A零压缩法与双冒号表示法零压缩法根据前导零压缩法，上面地址简化表示为： 21DA:0:0:0:2AA:F:FE08:9C5A；双冒号表示法如果几个连续位段的值都为0，则这些0可以简写为:，前面的结果又可以简化写为： 21DA:2AA:F:FE08:9C5A。双冒号在一个地址中只能出现一次。例如：地址0:0:0:2AA:12:0:0:0，不能将它表示为:2AA:12:。如何确定双冒号之间被压缩0的位数要确定双冒号代表被压缩的多少位0，可以数一下地址中还有多少个位段，然后用8减去这个数，再将结果乘以16；例如在地址FF02:3:5中有3个位段(FF02、3和5)； 可以根据公式计

5、算：(8-3)16=80； :之间表示有80位二进制数字0被压缩。IPv6前缀（format prefix）IPv6不支持子网掩码，它只支持前缀长度表示法；前缀是地址的一部分，用作IPv6路由或子网标识；IPv6前缀可以用“地址/前缀长度”来表示，与IPv4中的无类别域间路由CIDR表示方法基本类似；例如，21DA:D3:/48是一个路由前缀；而21DA:D3:0:2F3B:/64是一个子网前缀。目前定义的IPv6单播地址中，用于标识子网与子网中的主机的位数都是64。三、IPv6分组结构与基本报头 每个IPv6分组都有一个IPv6基本报头。基本报头长度固定为40个字节；IPv6数据包可以没有扩

6、展报头，也可以有一个或多个扩展报头，扩展报头可以具有不同的长度。IPv6基本报头结构041631版 本位目 的 地 址源 地 址下 一 个 报 头流 标 记12通 信 类 型（128 位）（128 位）有 效 载 荷 长 度跳 数 限 制24有效载荷（扩展报头 / 数据）IPv6 基本报头40 BIPv6 有效载荷取消了报头的检验和字段，加快了路由器处理数据报的速度。041631版 本位目 的 地 址源 地 址下 一 个 报 头流 标 记12通 信 类 型（128 位）（128 位）有 效 载 荷 长 度跳 数 限 制24IPv6 基本报头40 B版本(version) 4 位。指明协议的版本

7、，对 IPv6 该字段总是 6。 041631版 本位目 的 地 址源 地 址下 一 个 报 头流 标 记12通 信 类 型（128 位）（128 位）有 效 载 荷 长 度跳 数 限 制24IPv6 基本报头40 B通信类型(traffic class) 8 位。区分不同的 IPv6 数据报的类别或优先级。041631版 本位目 的 地 址源 地 址下 一 个 报 头流 标 记12通 信 类 型（128 位）（128 位）有 效 载 荷 长 度跳 数 限 制24IPv6 基本报头40 B流标记(flow label) 20 位。 表示分组属于源结点和目标结点之间的一个特定数据包序列，需要由中

8、间IPv6路由器进行特殊处理。用于非默认的QoS连接，例如实时数据（音频和视频）的连接。“流”是互联网络上从特定源点到特定终点的一系列数据报041631版 本位目 的 地 址源 地 址下 一 个 报 头流 标 记12通 信 类 型（128 位）（128 位）有 效 载 荷 长 度跳 数 限 制24IPv6 基本报头40 B有效载荷长度(payload length) 16 位。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 报 头流 标 记12通 信 类 型（128 位）（128 位

9、）有 效 载 荷 长 度跳 数 限 制24IPv6 基本报头40 B下一个报头(next header) 8 位。当出现扩展报头时，标识后面第一个扩展报头的类型。当没有扩展报头时，相当于 IPv4 的协议字段或可选字段。值关键字协议类型3GGPGateway-to-Gateway4IPIP in IP6TCPTCP8EGPExterior Gateway Protocol9IGPInterior Gateway Protocol17UDPUDP45IDRPInter-Domain Routing Protocol46RSVPReServation reserVation Protocol48M

10、HRPMobile Host Routing50SIPP-ESPSIPP-Encap Security Payload51SIPP-AHSIPP-Authentication Header58ICMPv6ICMPv6 041631版 本位目 的 地 址源 地 址下 一 个 报 头流 标 记12通 信 类 型（128 位）（128 位）有 效 载 荷 长 度跳 数 限 制24IPv6 基本报头40 B跳数限制(hop limit) 8 位。表示IPv6分组可以通过的最大路由器转发数。路由器在转发分组时将其值减1。当跳数限制的值为零时，丢弃此数据分组。041631版 本位目 的 地 址源 地 址下

11、 一 个 报 头流 标 记12通 信 类 型（128 位）（128 位）有 效 载 荷 长 度跳 数 限 制24IPv6 基本报头40 B源地址 128 位。是分组发送站的 IPv6 地址。041631版 本位目 的 地 址源 地 址下 一 个 报 头流 标 记12通 信 类 型（128 位）（128 位）有 效 载 荷 长 度跳 数 限 制24IPv6 基本报头40 B目的地址 128 位。是分组接收站的 IPv6 地址。简化的IPv6基本报头结构示例四、IPv6扩展报头“下一个报头”字段值与扩展报头类型的关系“下一个报头”字段值扩展报头类型0hop-by-hop option header

12、43routing header44fragment header50authentication header51authentication header60destination option headerIPv6报头的结构与扩展报头类型路由选项报头用于指出在分组从源结点到达目的结点的过程中，需要经过的一个或多个中间结点路由器。分段选项报头用于支持在分组从源结点到达目的结点的过程中，是否需要对分组进行分片；IPv6 把原来 IPv4 首部中选项的功能都放在扩展报头中，并将扩展报头留给路径两端的源站和目的站的主机来处理，途中经过的路由器都不处理（逐跳选项扩展报头例外）。提高路由器的处理效率

13、。由“下一个报头”字段组成的指针链有效载荷是TCP协议数据“下一个报头”字段值为6，表示该分组没有扩展报头，它的有效载荷是TCP协议包的数据；只有一个扩展报头的IPv6报头结构如果分组只有一个路由扩展报头，则IPv6基本报头“下一个报头”字段值应为43，表示该分组的有效载荷第一部分为路由扩展报头；有两个扩展报头的IPv6报头结构如果分组有两个扩展报头，第1个是路由扩展报头，第2个是身份认证扩展报头；五、IPv4到IPv6的过渡的基本方法双IP层或双协议栈双协议层和双协议栈结构隧道技术通过IPv4隧道传输IPv6分组的机制隧道配置分为路由器-路由器、主机-路由器或路由器-主机、主机-主机等3种情

14、况，以及手动配置的隧道与自动配置的隧道等2种类型;通过IPv4隧道传输IPv6分组结构：路由器-路由器隧道主机-路由器隧道主机-主机隧道6over4（IPv4多播隧道）六、IP安全协议IPSec（Internet Protocol Security）即Intenet安全协议，是IETF(互联网工程任务组，Internet Engineering Task Force）在开发IPv6时，为保证IP数据包安全而设计的，基本目的是把密码学的安全机制引入IP协议；IPSec用于向IPv4与IPv6提供互操作、高质量与基于密码的安全性，提供的安全服务包括访问控制、完整性、数据原始认证等；IPSec服务在网络层提供，并向高