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1、IPv6协议分组格式及其特点,IPv6协议分组格式及其特点,许多年来，第4版IP（IPv4）在互联网环境中起了一个中心的作用。实践证明，它是足够灵活的，可以在许多不同的网络技术上工作。然而在Internet的早期，使用它的人典型地是在学术机构、高技术公司和研究实验室工作的研究人员和科学家，主要目的是通过电子邮件交换科学数据。在上个世纪90年代WWW和个人计算机的广泛使用把Internet的用户改变为一般民众。这一改变产生了对新的IP地址的巨大需求，当前的32位IP地址或早或晚将会被用尽。,IPv6协议分组格式及其特点,总体评价：IPv6是比较简单的、易于编程的、比以前的版本更有效的协议。 基本
2、观点： 如果IPv4包含任何主要的错误，那么Internet在过去的年代里不可能如此地成功。IPv4是一个很好的设计，IPv6应该保留它的大多数特征。也许可以简单地增加地址空间，而让其它什么都不变。然而基于前瞻性的考虑, IPv6是建立在对IP的功能有增加的设计思想上。IPv6不是IPv4的简单演进，而是有实质性的改进。,1.1 IPv6头格式,IPv6的头格式由64位头后随128位源地址和128位目的地址组成，总长度是40个字节。 该头的起始64位由下列域组成： *版本域（4位） *交通类别（8位） *流标记（20位） *载荷长度（16位） *下一个头的类型（8位） *跳段限制（8位）,1.
3、1 IPv6头格式,1.1 IPv6头格式：两个头的比较,新的头实际上要比经典IP的头简单。新头仅有6个域和两个地址，而老头有10个固定域，两个地址，以及一些选项。,1.1 IPv6头格式：两个头的比较,IPv4的分组格式如上页中的图所示，IP分组头的长度为4个字节（32位）的整数倍。固定头部分的长度是20个字节，从任选项往后是可变长部分，这一部分也可以没有，以下我们对分组头中的段逐个加以解释。 （1）版本号 该4位段表示协议支持的IP版本号。在处理IP分组之前，所有IP软件都要检查分组的版本段，以便保证分组格式与软件期待的格式一样。如果标准不同，机器将拒绝与其协议版本不同的IP分组。本书给出
4、的是对版本为4的IP的描述，版本1-3现已过时不用。 （2）IP分组头长 该4位表示IP分组头的长度，以32个二进制位（4个字节）为单位，取值的范围是5-15（缺值是5）。由于IP分组头的长度是可变的，故这个段是必不可少的。,1.1 IPv6头格式：两个头的比较 IPv4分组头,（3）服务类型 该8位段说明分组所希望得到的服务质量。它允许主机指定在网络上传输分组的服务种类，也允许选择分组的优先级，以及希望得到的可靠性和资源消耗，该段的目的是请求网络提供所希望的服务。 如下图所示,服务类型段的头3位表明IP分组的优先权，该值在0（正常）到7（网络控制）之间变化，数值越大则IP分组越重要。但大多数
5、TCP/IP产品和实际使用TCP/IP的所有硬件都忽略该3位域，用相同的优先权处理所有IP分组。接下来的3位控制网络的延迟时间、吞吐率和可靠性，如果置零则表示常规服务，如果置1则分别表明短延迟、高吞吐率和高可靠性，最后两位未使用，置成零即可 。,1.1 IPv6头格式：两个头的比较 IPv4分组头,1.1 IPv6头格式：两个头的比较 IPv4分组头,（4）IP分组总长度 该16位段给出IP分组的总长度，单位是字节，包括分组头和数据的长度。数据段的长度可以从总长度减去分组头长度计算出来。由于总长度段有16位，所以最大IP分组允许有65535个字节。但这样大的IP分组在现有物理网络上传输可能不太
6、现实，尽管应用程序有时可能需要传送大的数据报文。IP规范规定，所有主机和路由器至少能支持576字节的分组长度。需要指出的是，IP分组在网络传送过程中被分成报片的情况下，分片后形成的IP分组中的总长度段指的是单个报片的总长度，而不是原先IP分组的总长度。,1.1 IPv6头格式：两个头的比较 IPv4分组头,（5）标识符 16位的标识符段包含一个整数，唯一地标识该IP分组。IP分组在传输时，其间可能会通过一些子网。这些子网允许的最大协议数据单元（PDU）长度可能小于该IP分组的长度。为了处理这种情况，IP为以数据报方式传送的IP分组提供了分片和重组的功能。这也正是IP模块的主要功能之一。 当一个
7、路由器分割一个IP分组时，要把IP分组头中的大多数段值拷贝到每个分组片中，标识符段必须拷贝。它的基本目的是使得目的地知道到达的哪些分组片属于哪个IP分组，源发方计算机必须为发送的每个IP分组分别产生一个唯一的标识符段值。为此，IP软件在计算机存储器保持一个全局计数器，每建立一个IP分组就加1，再把结果放到IP分组标识符段中。,1.1 IPv6头格式：两个头的比较 IPv4分组头,（6）标志 3位的标志段含有控制标志，如下图所示，3位中的低序2位控制IP分组的分片，这2位分别称作不可分片位和还有分组片位。当不可分片位置1时，规定不要将IP分组分片。仅当完整的IP分组才是有用的情况下，应用程序才可
8、选择禁止分片，例如，考虑一台计算机的引导序列。在这个序列中，机器开始时执行ROM上的一个小程序，通过Internet去请求一个初始引导软件，作为响应，另一台机器送回来一个内存映象。如果该软件设计成要么需要整个映象，要么一点也不使用，那么就应将不可分片位置1。,1.1 IPv6头格式：两个头的比较 IPv4分组头,1.1 IPv6头格式：两个头的比较 IPv4分组头,标志段的低位标明这个分组片包含的数据是取自原始IP分组中间，还是取自原始IP分组的最后，为什么需要这个“还有分组片”位呢？在分片的情况下，在最终报宿中的IP软件需要重新组合IP分组。当一个分组片到达时，分组头中的总长度段是指该分组的
9、长短，而不是原来分组的长短，所有报宿不能用这个总长度段判断该分组的所有分组片是否已收集齐全。有了“还有分组片”位，这个问题就容易解决了。一旦报宿收到一个分组片，如果它的“还有分组片”位置0，就知道这个报片中的数据取自原始分组的尾部。 根据“分组片偏移”段和总长度段，接收端便可以知道，重组整个原始IP分组需要的所有数据的分组片是否都已到达。,1.1 IPv6头格式：两个头的比较 IPv4分组头,（7）分组片偏移 13位的分组片偏移段标明当前分组片在初始IP分组中的位置。为了重组IP分组，报宿必须得到从偏移0开始，直到最高偏移值之间的所有分组片。这些分组片不需要按顺序到达，接收分组片的报宿与分割I
10、P分组的路由器之间不进行通信，报宿也能重新组合IP分组。分组片偏移以64位（8个字节）为单位，取值范围0至8191，缺省值是0。 （8）生存时间 8位的生存时间段指定IP分组能在互联网中停留的最长时间，以秒为单位。当该值降为0时，IP分组就应被舍弃。该段的值在IP分组每通过一个路由器时都减去1。该段决定源发IP分组在网上存活时间的最大值，它保证IP分组不会在一个互联网中无休止地往返传输。,1.1 IPv6头格式：两个头的比较 IPv4分组头,（9）协议 8位的协议段表示哪一个高层协议将用于接收IP分组中的数据。高层协议的号码由TCP/IP中央权威管理机构予以分配。例如，该段值的十进制表示对应I
11、CMP（互联网控制报文协议）是1，对应传输控制协议（TCP）是6，对应EGP（外部网关协议）是8，对应用户数据报协议（UDP）是17，对应ISO传输层协议第4类（ISO-TP4）是29。 （10）分组头检验和 16位的分组检验和段保证IP分组头值的完整性，当IP分组头通过路由器时，分组头发生变化（例如生存时间段值减1），检验和必须重新计算。检验和的计算十分简单。首先，在计算前将检验和段的所有16位均置成0，然后IP分组头从头开始每两个字节为一个单位相加，若相加的结果有进位，那么将和加1。如此反复，直到所有分组头的信息都相加完为止，将最后的值对1求补，即得出16位的检验和。,1.1 IPv6头格
12、式：两个头的比较 IPv4分组头,（11）源地址 32位的源地址段包含发送IP分组的源主机的IP地 址。 （12）目的地址 32位的目标地址段包含IP分组的目的地主机的IP地 址。 （13）任选段 可变长的任选段提供了一种策略，允许今后的版本 包含在当前设计的头中尚未出现的信息，也避免使用固定的 保留长度，从而可以根据实际需要选用某些头部登录项。 （14）填充段 如前所述，IP分组头必须是4个字节长的整数倍。填 充段是为了使有任选项的IP分组满足4个字节长度的整数倍 而设计的，通常用0填入填充段来满足这一要求。填充段的 有无或所需要的长度取决于选择项的使用情况。,1.1 IPv6头格式：两个头
13、的比较,1.1 IPv6头格式：两个头的比较,IPv4头的设计是基于1975年的技术状态。20年以后，IPv6对其作了3个方面主要的简化： *对所有的头都分配固定的格式。 *去掉头检验。 *去掉逐跳分割过程。,1.1 IPv6头格式：两个头的比较,IPv6取消了IPv4的6个域：头长、服务类型（8位3位优先级，另3位分别用于延迟、吞吐率和可靠性，还有两位未用）、标识符（用于分割）、标志（用于分割） 、分割偏移（用于分割）和头检验和。重新命名并稍微改变了定义的有3个域： IP分组总长度、协议（说明上层协议）和生存时间（以秒为单位）。整个地修改了选项机制，并增加了两个域：交通类别（开头4位中的第1
14、位用于两种交通类别的区分，其余3位用于各自的优先级；剩下4位可用于拥塞控制中经历拥塞的标记等功能）和流标记。,1.1 IPv6头格式：简化,仅有的含义和位置都未改变的域是开头4位。网络程序可以使用起始的版本域确定对分组的处理方式。如果该域的二进制码是0100（十进制4），就当作IPv4处理，如果是0110（十进制6），就被认为是IPv6分组。当然这样做并非是必需的。事实上在媒体层就可以区分开IPv4和IPv6。例如，在以太网上IPv6分组承载在类型域值为86DD的帧中，而不是IPv4的类型域值8000。,1.1 IPv6头格式：简化,IPv6头不包含任何选项成分。但这并不意味着我们不可以对特殊
15、分组表示选项。跟IPv4不同，IPv6的选项功能不是通过可变长选项取得的，而是把扩展头附加到主头后面。其明显的结果是IPv6不再需要一个头长度。去除头检验的主要优点是减少了头处理的代价，因为没有必要在每一中继站都检查和更新检验和的值。其风险是未监测到的差错可能导致对分组作错误的路由选择。然而这种风险很小，因为大多数封装过程都包含一个分组检验和。事实上，在IEEE-802网络的媒体访问控制过程中，在使用ATM线路的适配层中，以及在用于串行链路的PPP协议的成帧过程中，都有检验和域。,1.1 IPv6头格式：简化,IPv4包括一个分割过程，使得发送方可以发送大的分组而不用担心中继的能力。这些大的分
16、组在必要的时候可以被分割成适当大小的片段。接收方等待所有这些片段的到来，并重组分组。然而，以往的实践表明，这种分割与重组过程产生了一些负面效应。假定我们在仅能够运载小的片段的网络上尝试发送大的分组。一个分组的成功传输依赖于每个片段的成功传输。哪怕只有一个片段丢失了，整个分组必需重传，结果产生对网络的低效使用。,1.1 IPv6头格式：简化,IPv6的规则是，主机通过一个称作通路MTU（最大传输单元）发现的过程应该能够知道可以被接受的最大片段尺寸。如果主机发送大的分组，这些分组将简单地被拒绝。因此IPv6不再像IPv4那样设立分割控制域（包括分组标识符，分割控制标志和片段偏移）。 然而，IPv6包括一个端到端的分割规程。而且根据1996年的规范，所有的IPv6网络都被假定能够运载536字节的载荷。在IPv6的1997年版本中，Steve Deering提出把这个尺寸提升到1500字节的建议。不愿意发现或记住通路MTU的主机可以简单地发送小的分组。,1.1
