下一代因特網(wǎng)技術(shù)

Time:25th,April,2015下一代因特網(wǎng)技術(shù)2023/1/111下一代網(wǎng)際協(xié)議IPv6多協(xié)議標(biāo)記交換MPLS2023/1/112下一代因特網(wǎng)技術(shù)1下一代的網(wǎng)際協(xié)議IPv6

1.1解決IP地址耗盡的根本措施CIDR，NAT支撐著現(xiàn)有的Internet；隨著物聯(lián)網(wǎng)的到來，IPV4的地址緊張問題會日益突出。到2011年2月，IPv4的地址已經(jīng)耗盡，ISP已經(jīng)不能再申請到新的IP地址塊了。解決IP地址耗盡的根本措施就是采用具有更大地址空間的新版本的IP，即IPv6。IETF(國際互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組

)早在1992年6月就提出要制定下一代的IP,即IPng(IPNextGeneration)。IPng

現(xiàn)正式稱為IPv6。1998年12月發(fā)表的RFC2460~2463已成為因特網(wǎng)草案標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。2023/1/113下一代因特網(wǎng)技術(shù)1.2IPv6的基本首部更大的地址空間。IPv6將地址從IPv4的32位增大到了128位。（如果說IPv4實現(xiàn)的只是人機(jī)對話，而IPv6則擴(kuò)展到任意事物之間的對

話，它不僅可以為人類服務(wù)，還將服務(wù)于眾多硬件設(shè)備，如家用電器、傳感器、遠(yuǎn)程照相機(jī)、汽車等，它將是無時不在，無處不在的深入社會每個角落的真正的寬帶網(wǎng)

）靈活的首部格式。擴(kuò)展的地址層次結(jié)構(gòu)。改進(jìn)的選項。支持即插即用（即自動配置）允許協(xié)議繼續(xù)擴(kuò)充。支持資源的預(yù)分配。提高安全性(身份認(rèn)證和隱私權(quán)是IPV6的關(guān)鍵特性)。2023/1/114下一代因特網(wǎng)技術(shù)IPv6數(shù)據(jù)報的首部IPv6將首部長度變?yōu)楣潭ǖ?0字節(jié)，稱為基本首部。將不必要的功能取消了，首部的字段數(shù)減少到只有8個。在基本首部的后面允許有零個或多個擴(kuò)展首部基本首部

擴(kuò)展首部1

擴(kuò)展首部N…數(shù)據(jù)部分選項IPv6數(shù)據(jù)報有效載荷2023/1/115下一代因特網(wǎng)技術(shù)IPv6數(shù)據(jù)報041631版本位目的

地址源地址下一個首部流標(biāo)號12通信量類（128位）（128位）有效載荷長度跳數(shù)限制24有效載荷（擴(kuò)展首部/數(shù)據(jù)）IPv6的基本首部（40B）IPv6的有效載荷（至64KB）2023/1/116下一代因特網(wǎng)技術(shù)041631版本位目的

地址源地址下一個首部流標(biāo)號12通信量類（128位）（128位）有效載荷長度跳數(shù)限制24IPv6的基本首部40B版本(version)——4位。它指明了協(xié)議的版本，對IPv6該字段總是6。2023/1/117下一代因特網(wǎng)技術(shù)041631版本位目的

地址源地址下一個首部流標(biāo)號12通信量類（128位）（128位）有效載荷長度跳數(shù)限制24IPv6的基本首部40B通信量類(trafficclass)——8位。這是為了區(qū)分不同的IPv6數(shù)據(jù)報的類別或優(yōu)先級。2023/1/118下一代因特網(wǎng)技術(shù)041631版本位目的

地址源地址下一個首部流標(biāo)號12通信量類（128位）（128位）有效載荷長度跳數(shù)限制24IPv6的基本首部40B流標(biāo)號(flowlabel)——20位。“流”是互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)上從特定源點(diǎn)到特定終點(diǎn)的一系列數(shù)據(jù)報。所有屬于同一個流的數(shù)據(jù)報都具有同樣的流標(biāo)號。2023/1/119下一代因特網(wǎng)技術(shù)041631版本位目的

地址源地址下一個首部流標(biāo)號12通信量類（128位）（128位）有效載荷長度跳數(shù)限制24IPv6的基本首部40B有效載荷長度(payloadlength)——16位。它指明IPv6數(shù)據(jù)報除基本首部以外的字節(jié)數(shù)，其最大值是64KB。2023/1/1110下一代因特網(wǎng)技術(shù)041631版本位目的

地址源地址下一個首部流標(biāo)號12通信量類（128位）（128位）有效載荷長度跳數(shù)限制24IPv6的基本首部40B下一個首部(nextheader)——8位。它相當(dāng)于IPv4的協(xié)議字段或可選字段。2023/1/1111下一代因特網(wǎng)技術(shù)041631版本位目的

地址源地址下一個首部流標(biāo)號12通信量類（128位）（128位）有效載荷長度跳數(shù)限制24IPv6的基本首部40B跳數(shù)限制(hoplimit)——8位。2023/1/1112下一代因特網(wǎng)技術(shù)041631版本位目的

地址源地址下一個首部流標(biāo)號12通信量類（128位）（128位）有效載荷長度跳數(shù)限制24IPv6的基本首部40B源地址——128位。是數(shù)據(jù)報的發(fā)送站的IP地址。目的地址——128位。是數(shù)據(jù)報的接收站的IP地址。2023/1/1113下一代因特網(wǎng)技術(shù)1.3IPv6的擴(kuò)展首部

1.擴(kuò)展首部及下一個首部字段IPv6把原來IPv4首部中選項的功能都放在擴(kuò)展首部中，并將擴(kuò)展首部留給路徑兩端的源站和目的站的主機(jī)來處理。沿途經(jīng)過的路由器都不處理這些擴(kuò)展首部。2023/1/1114下一代因特網(wǎng)技術(shù)六種擴(kuò)展首部在RFC2460中定義了六種擴(kuò)展首部：逐跳選項路由選擇分片鑒別封裝安全有效載荷目的站選項2023/1/1115下一代因特網(wǎng)技術(shù)課件制作人：謝希仁有效載荷有效載荷IPv6的擴(kuò)展首部基本首部下一個首部=TCP/UDP基本首部下一個首部=路由選擇路由選擇首部下一個首部=分片分片首部下一個首部=TCP/UDPTCP/UDP首部和數(shù)據(jù)

(TCP/UDP報文段）TCP/UDP首部和數(shù)據(jù)

(TCP/UDP報文段）無擴(kuò)展首部有擴(kuò)展首部2023/1/1116下一代因特網(wǎng)技術(shù)1.4IPv6的地址空間

1.地址的類型與地址空間IPv6數(shù)據(jù)報的目的地址可以是以下三種基本類型地址之一：(1)單播(unicast)單播就是傳統(tǒng)的點(diǎn)對點(diǎn)通信。(2)多播(multicast)多播是一點(diǎn)對多點(diǎn)的通信。(3)任播(anycast)這是IPv6增加的一種類型。任播的目的站是一組計算機(jī)，但數(shù)據(jù)報在交付時只交付其中的一個，通常是距離最近的一個（尋找最近服務(wù)）。2023/1/1117下一代因特網(wǎng)技術(shù)地址表達(dá)IPv6地址長度4倍于IPv4地址，表達(dá)起來的復(fù)雜程度也是IPv4地址的4倍。IPv6地址的基本表達(dá)方式是X:X:X:X:X:X:X:X，其中X是一個4位十六進(jìn)制整數(shù)。例如:CDCD:910A:2222:5498:8475:1111:3900:20202023/1/1118下一代因特網(wǎng)技術(shù)2.地址空間的分配IPv6將128位地址空間分為兩大部分。第一部分是可變長度的類型前綴，它定義了地址的目的。第二部分是地址的其余部分，其長度也是可變的。

類型前綴地址的其他部分長度可變長度可變128位2023/1/1119下一代因特網(wǎng)技術(shù)3.特殊地址未指明地址：這是16字節(jié)的全0地址，可縮寫為兩個冒號“::”。這個地址只能為還沒有配置到一個標(biāo)準(zhǔn)的IP地址的主機(jī)當(dāng)作源地址使用。環(huán)回地址：即0:0:0:0:0:0:0:1（記為::1）?；贗Pv4的地址：前綴為00000000

保留一小部分地址作為與IPv4兼容的。本地鏈路單播地址：前綴為1111111010,有些組織的網(wǎng)絡(luò)使用TCP/IP協(xié)議，但沒有鏈接到因特網(wǎng)上，鏈接到這樣網(wǎng)絡(luò)上的主機(jī)就可以使用這種本地地址進(jìn)行通信（鏈路本地地址，是從MAC映射而的，鏈路本地地址就是二層地址，因此它不會在三層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備如路由器之間通信）。2023/1/1120下一代因特網(wǎng)技術(shù)4.全球單播地址的等級結(jié)構(gòu)IPv6擴(kuò)展了地址的分級概念，使用以下三個等級：(1)全球路由選擇前綴，占48位。

(2)子網(wǎng)標(biāo)識符，占16位。

(3)接口標(biāo)識符，占64位。第一級第三級接口標(biāo)識符（64位）子網(wǎng)標(biāo)識符（16位）第二級全球路由選擇前綴（48位，45可用）位048641272023/1/1121下一代因特網(wǎng)技術(shù)第一級，即為網(wǎng)絡(luò)前綴，相當(dāng)于網(wǎng)絡(luò)號第二級，如果沒有劃分子網(wǎng)，則子網(wǎng)號全為0第三級，直接將網(wǎng)卡的48位硬件地址作為IP地址的最后64位，無需ARP協(xié)議2023/1/1122下一代因特網(wǎng)技術(shù)0xFFFE低24位cccccc1gcccccccccccccccc1111111111111110cccccc0gcccccccccccccccc位

082447位

08244063IEEE802地址低24位I/G位G/L位G/L=1把以太網(wǎng)地址轉(zhuǎn)換為IPv6地址2023/1/1123下一代因特網(wǎng)技術(shù)1.5從IPv4向IPv6過渡向IPv6過渡只能采用逐步演進(jìn)的辦法，同時，還必須使新安裝的IPv6系統(tǒng)能夠向后兼容。IPv6系統(tǒng)必須能夠接收和轉(zhuǎn)發(fā)IPv4分組，并且能夠為IPv4分組選擇路由。雙協(xié)議棧(dualstack)是指在完全過渡到IPv6之前，使一部分主機(jī)（或路由器）裝有兩個協(xié)議棧，一個IPv4和一個IPv6。2023/1/1124下一代因特網(wǎng)技術(shù)用雙協(xié)議棧進(jìn)行

從IPv4到IPv6的過渡雙協(xié)議棧IPv6/IPv4IPv6IPv6IPv4網(wǎng)絡(luò)ABCDEF流標(biāo)號：X源地址：A目的地址：F……

數(shù)據(jù)部分流標(biāo)號：無源地址：A目的地址：F……

數(shù)據(jù)部分雙協(xié)議棧IPv6/IPv4…IPv6數(shù)據(jù)報IPv6數(shù)據(jù)報源地址：A目的地址：F……數(shù)據(jù)部分源地址：A目的地址：F……數(shù)據(jù)部分IPv4數(shù)據(jù)報2023/1/1125下一代因特網(wǎng)技術(shù)2多協(xié)議標(biāo)記交換MPLS

(MultiProtocolLabelSwitching)在20世紀(jì)80年代，出現(xiàn)了一種思路：用面向連接的方式取代IP的無連接分組交換方式，這樣就可以利用更快捷的查找算法，而不必使用最長前綴匹配的方法來查找路由表。這種基本概念就叫做交換(switching)。MPLS是一種IP增強(qiáng)技術(shù)，通過在專網(wǎng)中采用固定長度標(biāo)簽(label)達(dá)到改善IP路由器的轉(zhuǎn)發(fā)速率的目的.2.1MPLS的產(chǎn)生背景2023/1/1126下一代因特網(wǎng)技術(shù)標(biāo)號轉(zhuǎn)發(fā)接口

0110213101S1S2S3S1的轉(zhuǎn)發(fā)表為了實現(xiàn)交換，可以利用面向連接的概念，使每個分組攜帶一個叫做標(biāo)記(label)的整數(shù)。當(dāng)分組到達(dá)交換機(jī)時，交換機(jī)讀取分組的標(biāo)記，并用標(biāo)記值來檢索分組轉(zhuǎn)發(fā)表。102023/1/1127下一代因特網(wǎng)技術(shù)MPLS的特點(diǎn)支持面向連接的服務(wù)質(zhì)量支持流量控制，平衡網(wǎng)絡(luò)負(fù)載有效的支持虛擬專用網(wǎng)VPN2023/1/1128下一代因特網(wǎng)技術(shù)2.2MPLS的工作原理

1.基本工作過程MPLS對打上固定長度“標(biāo)記”的分組用硬件進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，使分組轉(zhuǎn)發(fā)過程中省去了每到達(dá)一個結(jié)點(diǎn)都要查找路由表的過程，因而分組轉(zhuǎn)發(fā)的速率大大加快。采用硬件技術(shù)對打上標(biāo)記的分組進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)稱為標(biāo)記交換?！敖粨Q”也表示在轉(zhuǎn)發(fā)分組時不再上升到第三層用軟件分析IP首部和查找轉(zhuǎn)發(fā)表，而是根據(jù)第二層的標(biāo)記用硬件進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。2023/1/1129下一代因特網(wǎng)技術(shù)MPLS協(xié)議的基本原理MPLS域普通IP分組LDPLDPLDPMPLS入口結(jié)點(diǎn)打上標(biāo)記去除標(biāo)記MPLS出口結(jié)點(diǎn)標(biāo)記交換標(biāo)記交換ABCD普通路由器標(biāo)記交換路由器LSR打上標(biāo)記的分組標(biāo)記交換2023/1/1130下一代因特網(wǎng)技術(shù)MPLS的基本工作過程(1)MPLS域中的各LSR使用專門的標(biāo)記分配協(xié)議LDP交換報文，并找出標(biāo)記交換路徑LSP。各LSR根據(jù)這些路徑構(gòu)造出分組轉(zhuǎn)發(fā)表。(2)分組進(jìn)入到MPLS域時，MPLS入口結(jié)點(diǎn)把分組打上標(biāo)記，并按照轉(zhuǎn)發(fā)表將分組轉(zhuǎn)發(fā)給下一個LSR。(3)以后的所有LSR都按照標(biāo)記進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。每經(jīng)過一個LSR，要換一個新的標(biāo)記。(4)當(dāng)分組離開MPLS域時，MPLS出口結(jié)點(diǎn)把分組的標(biāo)記去除。再以后就按照一般分組的轉(zhuǎn)發(fā)方法進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。2023/1/1131下一代因特網(wǎng)技術(shù)基于MPLS轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報2023/1/1132下一代因特網(wǎng)技術(shù)MPLS中的幾個重要概念

1.等價轉(zhuǎn)發(fā)類FEC2.虛電路合并“轉(zhuǎn)發(fā)等價類”就是路由器按照同樣方式對待的分組的集合。FEC例子：所有源地址和目的地址相同的IP包具有某種服務(wù)質(zhì)量需求的IP數(shù)據(jù)包目的IP地址與某個特定IP地址前綴匹配的包2023/1/1133下一代因特網(wǎng)技術(shù)FEC可以有不同的粒度。細(xì)粒度的例子是為特定源主機(jī)和目的主機(jī)之間的特定應(yīng)用指派的FEC。與特定出口LSR相關(guān)聯(lián)的FEC則是細(xì)粒度的例子。許多應(yīng)用流聚合到出口LSR離開MPLS域，它的根在出口LSR。這種應(yīng)用流的聚合也稱為虛電路合并。虛電路合并2023/1/1134下一代因