CH10-5ed下一代因特网

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1、计算机网络（第 5 版）第 10 章 下一代因特网1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 ICMPv62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310.1 下一代的网际协议 IPv6 (IPng)

2、10.1.1 解决 IP 地址耗尽的措施n现在使用的IP(即IPv4)在20世纪70年代末期设 计的，无论从计算机本身的发展还是从 Internet的规模和网络的传输速率来看，IPv4 的32bit地址(A,B,C三类共3,720,314,628)已经 不够用了。n要解决 IP 地址耗尽的问题的措施：n采用无类别编址 CIDR，使 IP 地址的分配更 加合理。n采用网络地址转换 NAT 方法以节省全球 IP 地址。n采用具有更大地址空间的新版本的 IP 协议 IPv6。 4解决 IP 地址耗尽的措施n 为此，Internet 网络工程部IETF在1992年6月就提出要制订下一 代的IP,即IP

3、ng(IP Next Generation)。1995年以后陆续公布了一 系列有关IPv6的协议、编址方法、路由选择以及安全等问题的RFC 文档案。 n IPv6所引起的主要变化如下:更大的地址空间。IPv6把地址增大到了128bit,使地址空间增 大了2的96次幂倍。灵活的首部格式。IPv6用一种全新的数据报格式，且允许与 IPv4在若干年内共存。它使用一系列固定格式的扩展首部取 代了IPv4中可变长度的选项字段。简化了协议，加快了分组的转发。如取消了首部校验和字段， 分片只在源站进行。允许对网络资源的预分配，支持实时视像等要求保证一定的带 宽和时延的应用。允许协议继续演变，增加新的功能，使

4、之适应未来技术的发展 。 5IPv4与IPv6nIPv4地址的表示:n十进制地址：192.5.48.3n二进制地址：11000000.00000101.00110000.0000011nIPv6地址（ 128比特）的表示：n十进制地址：104.230.140.100.255.255.255.255.0.0.17.18.128.150.10.255.255n十六进制地址：686E:8C64:FFFF:FFFF:0:1180:96A:FFFF610.1.2 IPv6 的基本首部 pIPv6 仍支持无连接的传送所引进的主要变 化如下: IPv6 将地址从 IPv4 的 32 位增大到了 128 位

5、。 扩展的地址层次结构。 灵活的首部格式。 改进的选项。 允许协议继续扩充。 支持即插即用（即自动配置） 支持资源的预分配。 7IPv6 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。 8IPv6 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90416

6、31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）1010.1.3 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。 11六种扩展首部 在

7、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 12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132. 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

8、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 M14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15用隧道技术来传送长数据报 n当路径途中的路由

9、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 。 1610.1.4 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

10、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 。 17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。 18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:

11、B3 可以写成：nFF05:B3 19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:/60 202. 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

12、的其他部分长度可变长度可变128 位213. 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 22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

13、数据报在这两类结点之间转发时，就必须 进行地址的转换。 0000.0000 FFFF IPv4 地址80 位16 位32 位 IPv4 映射的 IPv6 地址234. 全球单播地址的等级结构 IPv6 扩展了地址的分级概念，使用以下三个等级： (1) 全球路由选择前缀，占 48 位。 (2) 子网标识符，占16 位。 (3) 接口标识符，占 64 位。 第一级第三级接口标识符 （64 位）子网 标识符 （16 位）第二级全球路由选择前缀 （48 位）位 0 48 64 127 2410.1.5 从 IPv4 向 IPv6 过渡 n向 IPv6 过渡只能采用逐步演进的办法 ，同时，还必须使新安装

14、的 IPv6 系统 能够向后兼容。nIPv6 系统必须能够接收和转发 IPv4 分 组，并且能够为 IPv4 分组选择路由。n双协议栈(dual stack)是指在完全过渡到 IPv6 之前，使一部分主机（或路由器 ）装有两个协议栈，一个 IPv4 和一个 IPv6。 25用双协议栈进行 从 IPv4 到 IPv6 的过渡 双协议栈 IPv6/IPv4IPv6IPv6IPv4 网络ABCDEF流标号：X 源地址：A 目的地址：F 数据部分流标号：无 源地址：A 目的地址：F 数据部分双协议栈 IPv6/IPv4IPv6 数据报IPv6 数据报源地址：A 目的地址：F 数据部分源地址：A 目的地

15、址：F 数据部分IPv4 数据报26IPv4 网络IPv6IPv6ABCDEFIPv4 数据报IPv4 数据报IPv4 网络 IPv6IPv6ABEF隧道源地址：B 目的地址：EIPv6 数据报双协议栈 IPv6/IPv4双协议栈 IPv6/IPv4双协议栈 IPv6/IPv4双协议栈 IPv6/IPv4IPv4 网络流标号：X 源地址：A 目的地址：F 数据部分IPv6 数据报流标号：X 源地址：A 目的地址：F 数据部分IPv6 数据报源地址：B 目的地址：EIPv6 数据报使用隧道技术从 IPv4 到 IPv6 过渡 2710.3 P2P 文件共享 n自从因特网能够提供音频/视频服务后，宽带 上网用户数也急剧增长。很多用户使用宽带 接入的目的就是为了更快地下载音频/视频文 件。nP2P 工作方式受到广大网民的欢迎。这种工 作方式解决了集中式媒体服务器可能出现的 瓶颈问题。n在 P2P 工作方式下，所有的音频/视频文件 都是在普通的因特网用户之间传输。这是相 当于有很多分散在各地的媒体服务器向其他 用户提供所要下载的音频/视频文件。 28Napstern最早出现的 P2P