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  第56题      
  知识点:   IPv6   IPv6
  关键词:   IPv6   协议数据单元   数据   协议        章/节:   因特网与物联网       

 
IPv6协议数据单元由一个固定头部和若干个扩展头部以及上层协议提供的负载组成。如果有多个扩展头部,第一个扩展头部为( )。
 
 
  A.  逐跳头部
 
  B.  路由选择头部
 
  C.  分段头部
 
  D.  认证头部
 
 
 

 
  第59题    2015年上半年  
   35%
下面的4个IPv6地址中,无效地址是(59)。
  第55题    2019年上半年  
   35%
IPv6基本首部的长度为(54)个字节,其中与IPv4中TTL字段对应的是(55)字段。
  第59题    2014年下半年  
   31%
IPv6的可聚合全球单播地地址前缀为(59),任意播地址的组成是(60)。
   知识点讲解    
   · IPv6    · IPv6
 
       IPv6
               IPv4的局限性
               IPv4的局限性主要表现在:32位的IP地址空间将无法满足因特网迅速增长的要求;不定长的数据报头域处理影响了路由器的性能提高;单调的服务类型处理;缺乏安全性要求的考虑;负载的分段/组装功能影响了路由器处理的效率。
               IPv6的主要特点
               IPv6的主要特点如下。
               .地址长度为128位,以支持大规模数量的网络节点。
               .IPv6简化了报头,减少了路由表长度,同时减少了路由器处理报头的时间,降低了报文通过因特网的延迟。
               .增强了选项和扩展功能,使IPv6具有更大的灵活性和更强的功能。
               .IPv6对服务质量(QoS)作了定义,IPv6报文可以标记数据所属的流类型,以便路由器或交换机进行相应的处理。
               .IPv6提供了比IPv4更好的安全性保证。
               IPv6的表示
               IPv6的地址空间采用128位地址长度,几乎可以不受限制地提供地址。
               1)IPv6地址的表示
               IPv6地址的长度为128位,使用冒号分开的十六进制数来表示,例如21DA:0000:0000:0000:00C2:0EF0:A57E。
               某些IPv6地址中可能包含一长串0。当出现这种情况时,可将连续的0压缩,例如上述地址可缩写为21DA:0:0:0:C2:EF0:A57E;如果有多个连续的0000,可用双冒号来代替,例如上述地址可进一步缩写成21DA::C2:EF0:A57E。
               2)IPv6计算机中IPv4地址的表示
               IPv6计算机中IPv4地址的表示有两种格式:兼容的和映射的。
               .兼容地址:96位0和32位的IPv4地址,用于IPv6计算机要将报文发送给另一个IPv6计算机,但需要通过IPv4的区域。例如,IPv4地址2.13.17.14的兼容的IPv6地址是0::020D:110E。
               .映射地址:80位的0后面跟着16位的1,再接32位的IPv4地址,用于IPv6计算机给IPv4计算机发送报文。例如,IPv4地址2.13.17.14映射的IPv6地址是0::FFFF:020D:110E。
               3)IPv6地址的分类
               IPv6地址有3种基本类型:单播地址、多播地址和任播地址。其中,任播地址是IPv6新增的一种地址类型,任播的目的站是一组计算机,但数据包在交付时只交付给其中的一个,通常是距离最近的一个。
               IPv6数据包的格式
               IPv6数据包有一个40字节的基本首部,其后可允许有零个或多个扩展首部,再后面是数据,如下图所示。
               
               IPv6数据报
 
       IPv6
        到目前为止IPv4已经存在20多个年头了。在20世纪90年代中期,人们就认识到了它的局限性,主要的一点是32位地址太有限。在当前的网络使用状况下,IPv4所有的地址很快将会消耗尽。
        另外,由于IPv4不能提供网络安全,也不能实施复杂的路由选项(如在QoS的水平上创建子网等),所以它的应用也受到了限制。同时,IPv4除了能提供广播和多点传送编址外,并不具备用多个选项来处理多种不同的多媒体应用程序(如流式视频或视频会议等)。
        为了适应IP的爆炸式应用,Internet工程任务组(IETF)开始了IPng(IP next generation)的初步开发。1996年,通过对IPng的研究诞生了一种称为IPv6的新标准,并在RFC 1883中得到定义。IPv6的目的是从IPv4中提供一条逻辑的增长路径,使得应用程序和网络设备可以处理新出现的要求。目前,虽然IPv4仍应用在全世界的绝大多数网络中,但向IPv6的升级已经开始了。IPv6的新特点如下。
        ◆具有128位编址能力。
        ◆一个单独的地址对应着多个接口。
        ◆地址自动配置并可用CIDR编址。
        ◆以40字节的头取代了IPv4的20字节的头。
        ◆可将新的IP扩展的头用于特殊需要,包括用于更多的路由技术和安全选项中。
        IPv6编址使得一个IP标识符可以与多个不同的接口相关,从而可以更好地处理多媒体信息流量。在IPv6网络中,多媒体流量不是通过广播或多点传送,而是将所有接收接口都指定为同一个地址传送。
        IPv6并不沿基于分类的地址而行,而是与CIDR兼容的,从而其地址可以通过很大范围的选项来进行配置,并使得路由和子网的通信更出色。同时,它还提供了多种选项,使得我们可以在一个组织内、一个单独的地址内,根据地理位置、组织及类型的不同来创建各异的网络。IPv6的编址是自动配置的,可以减轻网络管理员管理和配置地址的工作负荷。它支持两种自动配置技术:一种是基于动态主机配置协议(DHCP),另一种是基于无状态的自动配置技术。在无状态自动配置中,网络设备自己指派IP地址,而不是从服务器中获得。它通过简单地将NIC的MAC地址与从子网路由器中获得的子网命名结合在一起来创建地址。
        IPv6数据包的传送类型分为单点传送、任意点传送和多点传送。在单点传送包中,一个单独的网卡接口对应一个单独的地址,并且是点到点传输的。任意点传送的包中包含着与多个接口关联的目标地址,而且这些接口通常位于不同的节点上。任意点传送的包只向最近的接口传送,并不试图到达具有同一地址的其他接口。多点传送包与任意点传送包相似,也具有与多个接口相关联的目标地址,但是与任意点传送包不同的是,多点传送包将流向具有这个地址的所有接口。
               头部格式
               如下图所示,基本的IPv6头包含以下域。
               
               IPv6数据包
               ◆版本:这是版本标识符,它的值为6。
               ◆流量分类:该域说明了一个包是否包含着协助控制网络阻塞的信息。用于阻塞控制的包可以提供诸如过滤、自动E-mail投递和与Internet相关的控制等特征。不控制阻塞的包是携带数据的,可以指定不同的优先级来说明丢弃一个包对信息的影响。例如,携带声频的包的优先级应当设置得高一些,以此说明一定要避免丢弃包,因为这样会干扰声音播放的连续性。
               ◆流标签:此处的信息用于向路由器说明包需要以特殊的方法来进行处理。例如,多点传送包需要额外的网络资源,而秘密的包需要更高的安全性。
               ◆有效负载长度:该域说明了包有效负载的大小(不计包的头)。
               ◆下一个头:由于可以添加扩展的头,所以当基本的头到了结尾时,该域就提供了有关预期的头是何种类型的信息。如果没有包含扩展的头,那么下一个头就是TCP或者UDP。
               ◆跳数限制:该域用来对IPv4 TTL域进行修正。当创建好一个包后,就会在跳数限制(Hop Limit)域中输入最大的路由器跳数值,包每次经过第三层设备时,该值都会减1。当第三层设备遇到的包的跳数限制为0时,就将该包丢弃,以免在网络上不断地传播。
               ◆源地址:这是指发送设备的128位地址。
               ◆目标地址:此域包含着接收包设备的128位地址。
               IPv6扩展头部及其功能
               当前,IPv6定义了下列6种扩展头。
               ◆步跳扩展头。
               ◆路由扩展头。
               ◆分段扩展头。
               ◆验证扩展头。
               ◆安全负载封装扩展头。
               ◆目标选项扩展头。
               IPv6的主头必须出现在所有的扩展头之前。扩展头是可选的,可以组合使用,也可以一个都不用。在单个的包中,每种类型的扩展头只能出现一次。当同时使用多个扩展头时,它们必须严格遵守上面列举的顺序。例如,如果同时使用了路由扩展头、验证扩展头和安全负载封装扩展头,那么包头的域必须按照如下的顺序出现:①IPv6的主头;②路由扩展头;③验证扩展头;④安全负载封装扩展头;⑤TCP或UDP头;⑥应用数据,如下图所示。在每一个扩展头中,第一个字节为一个8位的"下一个头(Next Header)"字段,该字段用以指明后面紧跟的是哪个头。在最后一个扩展头中,"下一个头"域包含的值为59,表明该扩展头是最后一个。在上面的例子中,路由扩展头中的"下一个头"域指出后面紧跟的是验证扩展头;验证扩展头的"下一个头"域指出后面紧跟的是安全负载封装扩展头。除分段扩展头之外,在"下一个头"域后面紧跟着的是一个8位的"头扩展长度"域,用以指明该扩展头的长度。每个扩展头的长度必须为8的倍数个字节。
               
               IPv6数据包扩展头
               步跳扩展头用于大数据的传输,例如多媒体视频数据包。其应用数据负载可以从65 535字节到4亿字节。数据包所经过的每一个路由都将读取步跳扩展头,这样会略微增加路由器的处理延迟。
               路由扩展头使用按顺序排列的路由地址来标识整个路由,用户可以通过配置该头达到让包沿相同路径传输的目的。这种包可用于某些特殊的情况,例如当某条路径上的路由器出现故障的时候。
               在IPv6中,每个发送节点通过使用搜索包,运行一个最大传输单元(MTU)路径发现的过程,便可以确定接收网络所允许的最大包尺寸。该路径发现产生的信息包括是否有某个路由器出现故障和目标网络是否需要较小的包(IPv6包最多可以包括1280个8位字节)。当向使用小于1280个8位字节包的网络上发送包时,IPv6便对包进行分段。根据MTU路径发现所获取的信息,发送节点将数据包进行分段,在包头中添加分段扩展头,告知接收者包是如何分段的。将数据包分段的能力在从以太网向令牌环网发送包或者在具有不同大小包的快速以太网和千兆以太网之间传输数据时尤为重要。当把一个包进行分段后,每一个段都分配到了一个分段组内的标识符(每组是唯一的),该标识符含有32位标识符域,这样在接收数据的时候,不同组的分段就可以很容易地被区分开。
               验证扩展头可用于确认数据包的完整性(IP头、TCP头和数据),即保证接收到的数据包和发送的数据包是一致的。每一个扩展头的每一个域以及负载数据都需要进行验证。如果在数据包发出后某个域中的值有所改动(对于步跳计数来说肯定要发生变化,因此步跳计数除外),该字域的验证值则为0。通常,验证扩展头和安全负载封装扩展头是一起使用的,这样便可以对包进行验证和加密/解密。当使用这两个扩展头时,在接收节点上将做如下处理。
               (1)首先验证IP头,然后验证TCP头(如果IP头或者TCP头被加密,则首先需要进行解密)。
               (2)在验证之后,使用安全负载封装扩展头中的信息对负载进行解密。
               (3)在解密了负载后,对负载进行验证。
               在有安全需求的网络上,可以使用安全负载封装扩展头对IP包负载或者TCP/IP头负载进行加密,该扩展头支持与数据加密标准(DES)相兼容的密钥加密技术。
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