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  第31题      
  知识点:   IPv6   IP地址   隧道技术
  章/节:   因特网与物联网       

 
6to4是一种支持IPv6站点通过IPv4网络进行通信的技术,下面IP地址中( )属于6to4地址。
 
 
  A.  FE90::5EFE:10.40.1.29
 
  B.  FE80::5EFE:192.168.31.30
 
  C.  2002:C000:022A::
 
  D.  FF80:2ABC:0212
 
 
 

 
  第59题    2013年下半年  
   26%
在IPv4向IPv6的过渡期间,如果要使得两个IPv6结点可以通过现有的IPv4网络进行通信,则应该使用(58):如果要使得纯IPv6结点可以与..
  第60题    2015年上半年  
   40%
IPv6站点通过IPv4网络通信需要使用隧道技术,常用的3种自动隧道技术是(60)。
  第58题    2013年下半年  
   31%
在IPv4向IPv6的过渡期间,如果要使得两个IPv6结点可以通过现有的IPv4网络进行通信,则应该使用(58):如果要使得纯IPv6结点可以与..
   知识点讲解    
   · IPv6    · IP地址    · 隧道技术
 
       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。
 
       IP地址
        一个IP地址由网络号和主机号两部分组成,由4字节共32位的数字串组成,这4字节通常用小数点分隔。每字节可用十进制表示,如192.46.8.22。IP地址也可以用二进制和十六进制表示。
               IP地址分类
               IP地址分为5类,如下表所示,其中A、B、C类是常用地址。
               
               Internet的IP地址空间容量
               
               IP地址除了标识一台主机外,还有几种具有特殊意义的形式。
               (1)本网络的本台主机。若一个IP地址由全0组成,即0.0.0.0,表示在本网络上本台主机,当一台主机在运行引导程序但又不知道其IP地址时使用该地址。
               (2)本网络的某台主机。网络号各位全为"0"的IP地址,表示在这个网络中的特定主机。它用于一个主机向同网络中其他主机发送报文。
               (3)网络地址。主机号各位全为"0"的IP地址标识本网络的网络地址,不分配给任何主机。
               (4)直接广播地址(有时就简称为广播地址)。主机号各位全为"1"的IP地址,不分配给任何主机,它用于将一个分组发送给特定网络上的所有主机,即对全网广播。
               (5)受限(本地)广播地址。受限广播地址是32位全1的IP地址(255.255.255.255)。该地址用于主机配置过程中IP数据报的目的地址,此时,主机可能还不知道它所在网络的网络掩码,甚至连它的IP地址也不知道。在任何情况下,路由器都不转发目的地址为受限的广播地址的数据报,这样的数据报仅出现在本地网络中。
               (6)回送地址(Loopback Address)。A类网络地址127.X.X.X是一个保留地址,用于网络软件测试以及本地进程间的通信。
               如果一个组织不需要接入到因特网上,但需要在其网络上运行TCP/IP协议,最佳选择是使用私网地址,但Internet中路由器一般不转发目标地址为私网地址的数据包。私网地址如下表所示。
               
               私网IP地址空间
               子网划分和子网掩码
               由于IP地址的分配是以"网络"为单位进行的,如果一个部门拥有256个用户接入Internet,至少应该为该部门分配两个连续的C类网地址。很显然,这种分配制度导致了大量的IP地址资源的浪费。为了提高IP地址的使用效率,可采用借位的方式将一个网络划分为子网:从主机号最高位开始借位变为新的子网号,所剩余的部分仍为主机号。这使得IP地址的结构分为3部分:网络号、子网号和主机号。
               引入子网划分技术后带来了一个重要问题,即主机路由和路由设备如何判断一个给定的IP地址是否已经进行了子网划分,从而能正确地从IP地址中分离出有效的网络标识。通常,将引入子网划分技术前的A、B、C类地址称为有类别(Classful)的IP地址;将引入子网划分技术后的IP地址称为无类别(Classless)的IP地址,并因此引入子网掩码来描述IP地址中关于网络标识和主机号位数的组成情况。
               子网掩码(Subnetmask)通常与IP地址配对出现,其功能是告知主机或路由设备,IP地址的哪一部分代表网络号部分,哪一部分代表主机号部分。子网掩码使用与IP地址相同的编码格式,长32位,由一串1和跟随的一串0组成。子网掩码中的1对应于IP地址中的网络号(net-id)和子网号(subnet-id),而子网掩码中的0对应于IP地址中的主机号(host-id)。要得到网络或子网地址,只需将IP地址和子网掩码按位进行"与"运算即可。
               子网掩码有两种表示方法。
               (1)用点分十进制表示法表示,如256.256.256.0、256.256.256.240等。
               (2)在IP地址后加一个"/网络号和子网号的位数"。例如,210.46.12.58/28就表示该IP地址的网络号(net-id)和子网号(subnet-id)共占用28位,主机号占用32-28=4位,如果用点分十进制表示法表示,则子网掩码为256.256.256.240,其二进制表示为
               11111111 11111111 11111111 11110000
               采用子网掩码是对网络编址的有益补充,但是还存在着一些缺陷,如划分的子网中较小的会浪费许多地址。为了解决这个问题,避免任何可能的地址浪费,就出现了可变长子网掩码(Variable Length Subnetwork Mask, VLSM)的编址方案。VLSM允许一个网络使用不同的网络掩码以适应不同规模的子网要求。
 
       隧道技术
        所谓隧道技术,就是把IPv6分组封装到IPv4分组中,通过IPv4网络进行转发的技术。根据隧道端节点的不同,可以分为4种不同的隧道:主机到主机的隧道、主机到路由器的隧道、路由器到路由器的隧道、路由器到主机的隧道。
               隧道中介技术
               隧道中介技术是要求隧道端点必须运行双协议栈,两个端点之间不能使用NAT技术,因为IPv4地址必须是全局可路由的。对于IPv4/IPv6双栈主机,可以配置一条默认的隧道,以便把不能连接到任何IPv6路由器的分组发送出去。双栈边界路由器的IPv4地址必须是已知的,这是隧道端点的地址。这种默认隧道建立后,所有的IPv6目标地址都可以通过隧道传送。
               自动隧道
               两个双栈主机可以通过自动隧道在IPv4网络中进行通信。实现自动隧道的节点必须采用IPv4兼容的IPv6地址。当分组进入双栈路由器时,如果目标地址是IPv4兼容的地址,分组就被重定向,并自动建立一条隧道。如果目标地址是当地的IPv6地址,则不会建立自动隧道。被传送的分组决定了隧道的端点,目标IPv4地址取自IPv6地址的低32位,源地址是发送分组的接口的IPv4地址。
               6to4隧道
               6to4隧道技术是一种支持IPv6站点通过IPv4网络进行通信的技术,这种技术不需要显式地建立隧道,可以使得一个原生的IPv6站点通过中继路由器连接到IPv6网络中。
               IANA在可聚合全球单播地址范围内指定了一个格式前缀0x2002来表示6to4地址。通常把带有16位前缀"2002"的IPv6地址称为6to4地址,而把不使用这个前缀的IPv6地址称为原生地址。
               中继路由器是一种经过特别配置的路由器,用于在原生IPv6地址与6to4地址之间进行转换。6to4技术都是在边界路由器中实现的,不需要对主机的路由配置做任何改变。6to4路由器应该配置双协议栈,应该具有全局IPv4地址,并能实现6to4地址转换。这种方法对IPv4路由表不增加任何选项,只是在IPv6路由表中引入了一个新的选项。
               6to4路由器应该向本地网络公告它的6to4前缀2002:IPv4::/48,其中,IPv4是路由器的全局IPv4地址。在本地IPv6网络中的6to4主机要使用这个前缀,可以用作自动的地址赋值,或用作IPv6路由,或用在6over4机制中。
               6to4技术也支持原生IPv6站点到6to4站点的通信,还可以支持6to4站点到原生IPv6站点的通信。
               6over4隧道
               RFC 2529定义的6over4是一种由IPv4地址生成IPv6链路本地地址的方法。IPv4主机的接口标识符是在该接口的IPv4地址前面加32个"0"形成的64位标识符。IPv6链路本地地址的格式前缀为FE80::/64,在其后面加上64位的IPv4接口标识符就形成了完整的IPv6链路本地地址。
               RFC 2529规定,IPv6组播分组要封装在目标地址为239.192.x.y的IPv4分组中发送,其中x和y是IPv6组播地址的最后两个字节。由于239.192.0.0/16是IPv4机构本地范围内的组播地址块,所以实现6over4的主机都要位于同一IPv4组播区域内。
               IPv6邻居发现的过程如下:首先是IPv6主机组播ICMPv6邻居邀请报文,然后是收到对方的邻居公告报文,其中包含了64位的链路层地址。当IPv6主机获得了对方主机的IPv4地址后,就可以用无状态自动配置方式构造源和目标的链路本地地址,向通信对方发送IPv6分组了。当然,IPv6分组还是要封装在IPv4分组中传送的。
               ISATAP
               RFC 4214定义了一种自动隧道技术——ISATAP, ISATAP意味着通过IPv4地址自动生成IPv6站点本地地址或链路本地地址,IPv4地址作为隧道的端点地址,把IPv6分组封装在IPv4分组中进行传送。
               一般来说,ISATAP地址有64位的格式前缀,FEC0::/64表示站点本地地址,FE80::/64表示链路本地地址。在格式前缀之后要加上修改的EUI-64地址,其形式如下:
               24位的IANA OUI+40位的扩展标识符
               如果40位扩展标识符的前16位是OxFFFE,则后面是24位的制造商标识符;如果40位扩展标识符的前8位是0xFE,则后面是32位的IPv4地址。
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