IPv4与IPv6

IPv4报文格式

 

字段	长度	含义
版本 Version	4比特	IP协议的版本号，分为IPv4和IPv6协议。
首部长度 （IHL） Header Length	4比特	IPv4的首部长度。首部长度占4位，单位为4字节，可表示最小值5、最大值15，即5*32=160bit=20Byte，15*32bit=480bit=60Byte
区分服务字段 (TOS字段) DS Field	8比特	用来获得更好的服务。只有在使用区分服务时，这个字段才起作用。由3bit优先权字段、4bitTOS字段、1bit未用位组成
总长度 Total Length	16比特	指IP报文首部和数据部分之和的长度。
标识 Identification	16比特	IPv4软件在存储器中维持一个计数器，每产生一个数据报，计数器就加1，并将此值赋给标识字段。
分段标志 Fragment Flags	3比特	目前只有两位有意义。最低位为1表示后面“还有分片”的数据报，为0表示这已经是最后一个数据片；中间一位为1表示“不能分片”，为0才允许分片。
片位移 Fragment Offset	13比特	指出较长的分组在分片后，该片在原分组中的相对位置。
生存时间TTL（Time To Live）	8比特	表示数据报在网络中的寿命，功能是“跳数限制”。
协议 Protocol	8比特	指出此数据报携带的数据是使用何种协议。
首部检验和 Header Checksum	16比特	数据报每经过一个设备，设备都要重新计算一下首部检验和，若首部未发生变化，则此结果必为0，于是就保留这个数据报。这个字段只检验数据报的首部，但不包括数据部分。
源地址 Source IP	32比特	报文发送方的IPv4地址。
目的地址 Destination IP	32比特	报文接收方的IPv4地址。
选项字段	0～40字节（长度可变）	用来支持排错、测量以及安全等措施。在必要的时候插入值为0的填充字节。
数据部分	可变	用来填充报文。

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IPv6

IPv4问题与改进

• 网络地址短缺：IPv4为32为，只能提供43亿个地址

IPv6128

• 路由速度慢：随着网络规模扩大，路由表越来越大，路由处理速度越来越慢，IPv4头部多大13个字段

IPv6只有8个字段

• 缺乏安全功能：IPv4没有加密、认证等机制

IPv6集成IPSec

• 不支持新的业务模式：IPv4没有扩展字段

IPv6支持多报头嵌套

• IPv6只能由源发节点进行分段，中间路由器不能分段，目的是简化路由处理

 

IPv6报文格式

共40个字节，8个字段：

1. 版本（4位）：用0110只是IPv6
2. 通信类型（8位）：用于区分不同的IP分组，相当于IPv4中服务类型字段（实际不用）
3. 流标记（20位）：标识某些需要特别处理的分组（实际不用）
4. 负载长度（16位）：表示除了IPv6固定头部40个字节之外的负载长度，扩展头包含在负载长度之中
5. 下一跳头部（8位）：指明下一个头部类型，可能是IPv6扩展头部或高层协议的头部
6. 跳数限制（8位）：用于检测路由循环，类似TTL
7. 源地址（128位）：发送节点的地址
8. 目标地址（128位）：接收节点的地址

 

IPv6扩展头部：

	头部名称	解释
0	逐条选项 (hop-by-hop option)	由沿途各个路由器处理
60	目标选项 (Destination option)	选项中的信息由目标节点检查处理
43	路由选择 (routing)	给出一个路由器地址列表组成，类似于IPv4的松散路由和路由记录
51	认证 (AH, Authentication）	由接收者进行身份认证
50	封装安全负荷 (ESP, Encrypted security payload)	对分组内容进行加密的有关信息

 

 

IPv6地址格式

 

• IPv6地址扩展到128位
• 地址采用冒号分隔的十六进制数表示
• 例如：8000:0000:0000:0000:0123:4567:89AB:CDEF
  • 每个字段前面的0可以剩去，例如0123可以简写为123
  • 一个或多个全0字段，可以用1对冒号 "::" 代替

以上地址可简写为 8000::123:4567:89AB:CDEF

• IPv4兼容地址可以写为::192.168.10.1
• 有效0为不可以简写，双冒号只能出现一次

 

 

IPv6地址分类

单播地址

• 不确定地址：地址 0:0:0:0:0:0:0:0 称为不确定地址，不能分配给任何节点
• 环回地址：地址 0:0:0:0:0:0:0:1 称为环回地址
• 可聚合全球单播地址：这种地址在全球范围内有效，相当于IPv4的公网地址（前缀为001）
• 链路本地地址：用于同一链路的相邻节点间的通信（前缀为1111 1110 10）结合MAC地址自动生成
• 站点本地地址：相当于IPv4中的私网地址（前缀为1111 1110 11）

任意播地址

• 表示一组接口的标识符，通常是路由距离最近的接口
• 任意播地址不能用作源地址，只能作为目标地址
• 任意播地址不能指定给IPv6主机，只能指定给IPv6路由器

组播地址

• 表示一组接口的地址
• 发往组播地址的分组被传送给该地址表示的所有接口
• IPv6中没有广播地址，它的功能已被组播地址所代替
• IPv6组播地址的格式前缀为 1111 1111

 

IPv4与IPv6地址对比

IPv4与IPv6地址比较

IPv4地址	IPv6地址
点分十进制表示	带冒号的十六进制表示，0可以压缩
分为A,B,C,D,E 5类	不分类
组播地址 224.0.0.0/4	组播地址 FF00::/8
广播地址（主机位为全1）	任意播（限于子网内部）
默认地址 0.0.0.0	不确定地址 ::
环回地址 127.0.0.1	环回地址 ::1
公共地址	可聚合全球单播地址 FP(前缀)=001
私网地址 10.0.0.0/8 172.16.0.0/12 192.168.0.0/16	站点本地地址 FEC0::/48
自动专用IP地址 169.254.0.0/16	链路本地地址 FE80::/48
	6to4隧道地址 2002::/16

 

 

IPv6路由协议

RIPng

OSPFv3

BGP4+

DHCPv6 无状态配置

ICMPv6（新增加的邻居发现功能代替了ARP协议的功能）

 

 

IPv4到IPv6过度技术

2023年9月20日

21:19

• 隧道技术：解决IPv6节点之间通过IPv4网络进行通信
  • ISATAP隧道

自动隧道技术，可穿透NAT设备，与私网之外的主机建立IPv6连接

• 双栈技术：同时运行IPv4和IPv6
• 翻译技术：解决纯IPv6节点与纯IPv4节点之间的通信
  • NAT-PT
    • 静态NAT-PT
    • 动态NAT-PT
    • 基于端口的NAPT-PT