IPv6寻址模式及地址分配技术.ppt
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1、第3章 IPv6寻址模式及地址分配,IPv4的IP地址长32位,分为A、B、C、D、E五类,其地址分配是以“类”进行的;IPv6的IP地址长128位,分为单播地址、组播地址和泛播地址,其地址分配是以“聚合”的原则以及“地址前缀+前缀长度”的策略进行的。本章在介绍IPv4地址结构的基础上,对IPv6的地址结构、寻址模式及地址分配方法进行全面的介绍。本章的主要内容有:l IPv4地址结构;l IPv6地址结构;l IPv6寻址模式;l IPv6地址分配技术。,3.1 IPv6地址结构,3.2 IPv6寻址模式,3.3 IPv6地址分配,第3章 IPv6寻址模式及地址分配技术,3.1 IPv6地址结
2、构,本节内容:3.1.1 IPv4地址结构回顾 3.1.2 IPv6地址体系结构,3.1.1 IPv4地址结构回顾1.IP地址 IPv4的IP地址长32位长,分为4段,每个段称为一个地址节,每个地址节长8位。为了书写方便,每个地址节用一个十进制数表示,每个数的取值范围为0255,地址节之间用小数点“.”隔开,如贵州大学域名服务器IP地址为210.40.0.33。最小的IP地址为0.0.0.0,最大的IP地址为255.255.255.255。2.IP地址的分类 IPv4的IP地址分为A、B、C、D和E五类。A类地址适用于大型网络,B类地址适用于中型网络,C类地址适用于小型网络,D类地址用于组播,
3、E类地址用于实验。一个单位或部门可拥有多个IP地址,比如可拥有2个B类地址和50个C类地址。地址的类别可从IP地址的最高8位进行判别,如表3-1所示。,表3-1 IP地址分类表,例如,清华大学的IP地址是A类地址,北京大学的IP地址是B类地址,贵州大学的IP地址是C类地址。,IP地址用网络号+主机号的方式来表示,A类地址用高8位表示网络号,其中最高位固定为0(实际只用7位),用低24位表示主机号;B类地址用高16位表示网络号(实际只用14位),低16位表示主机号;C类地址用高24位表示网络号(实际只用21位),用低8位表示主机号。如图3-1所示。,在Internet中,各种类别地址所能包含的网
4、络个数是不一样的,A类地址只有128个网络,但每个网络却可连入16777216台主机;而C类地址拥有2097152个网络,每个网络只能连入256台主机。如表3-2所示。表3-2 IP地址分类表,3.1.2 IPv6地址体系结构1.IPv6地址表示方式(1)IPv4地址表示方式 IPv4地址长32位,由4个地址节组成,每个地址节长8位,用十进制书写,每个地址节之间用点“.”分隔,下面是一些合法的IPv4地址。,(2)IPv6地址表示方式 IPv6地址长度4倍于IPv4地址,表达起来的复杂程度也是IPv4地址的4倍。IPv6地址长128位,由8个地址节组成,每个地址节长16位,用十六进制书写,地址
5、节之间用冒号“:”分隔,其基本表达方式是X:X:X:X:X:X:X:X,其中X是一个4位十六进制整数。下面是一些合法的IPv6地址:CDCD:910A:2222:5498:8475:1111:3900:2020 2001:250:2100:2:1:5 1030:0:0:0:C9B4:FF12:48AA:1A2B 2000:0:0:0:0:0:0:1 地址中的每个整数都必须表示出来,但左边的“0”可以不写(其中第2个地址是贵州大学IPv6网站的IP地址)。,从上可看出:IPv4地址是“点分十进制地址格式”,而IPv6地址是“冒分十六进制地址格式”。这是一种比较标准的IPv6地址表达方式,此外还有
6、另外两种更加清楚和易于使用的方式。有些IPv6地址中可能包含一长串的0(如上面的第3个和第4个地址)。当出现这种情况时,IPv6地址中允许用简写成双冒号来表示这一长串的0。例如,地址“2000:0:0:0:0:0:0:1”可以简写成:“2000:1”。在这种表示方法中,只有当16位组全部为0时才会被两个冒号取代,且两个冒号在一个地址中只能出现一次,否则就会产生二义性而导致IP地址错误。在IPv4和IPv6的混合环境中还有第三种表示方法。IPv6地址中的最低32位可以用于表示IPv4地址,该地址可以按照一种混合方式表达,即X:X:X:X:X:X:d.d.d.d,其中X表示一个16位整数,而d表示
7、一个8位十进制整数。就是一个基于IPv6网络的IPv4地址的表示,该地址也可以表示为::210.0.0.1。,(3)IPv6地址前缀 IPv6地址前缀就是IPv6地址中的高位部份,属于128位地址空间范围之内。地址前缀部份或者有固定的值,或者是路由或子网的标识。其表示方式为“地址/前缀长度”。例如:12AB:0:0:CD30:/60,2.IPv6地址体系结构 IPv4地址只是一台终端计算机的网络代号,不能表达网络路由结构,而IPv6地址则能充分表达网络路由结构信息,即为点对点通信设计了一种具有分级结构的地址,这种地址被称为可聚合全球单点广播地址(又称为可聚合全球单播地址)。其地址的最开头的3个
8、地址位是地址类型前缀,用于区别其它地址类型。其后是13位TLA ID、32位NLA ID、16位SLA ID和64位主机接口ID,分别用于标识分级结构中的TLA(Top Level Aggregator,顶级聚合体)、NLA(Next Level Aggregat-or,下级聚合体)、SLA(Site Level Aggregator,站点级聚合体)和主机接口。TLA是与长途服务供应商和电话公司相互连接的公共网络接入点,它从国际互联网注册机构如IANA处获得地址。NLA通常是大型ISP,它从TLA处申请获得地址,并为SLA分配地址。SLA也可称为订户(subscriber),它可以是一个机构或
9、一个小型ISP。SLA负责为属于它的订户分配地址。SLA通常为其订户分配由连续地址组成的地址块,以便这些机构可以建立自己的地址分级结构以识别不同的子网。分级结构的最底级是网络主机。,IPv6地址的体系结构体现在可聚合全球单播地址的分层结构上,IPv6可聚合全球单播地址具有3个层次。l 公共拓扑(Public Topology):是提供公用Internet传送服务的网络提供商和网络交换商群体;l 站点拓扑(Site Topology):是本地的特定站点或组织,其功能是提供本站点之内的传输服务;l 网络接口标识(Interface Topology):是用于标识链路上的网络接口。IPv6地址的体系
10、结构如图3-3所示。,3.2 IPv6寻址模式,本节内容:3.2.1 单播地址寻址模式 3.2.2 组播地址寻址模式 3.2.3 泛播地址寻址模式,IPv6能为主机接口提供不同类型的地址配置:l 全球地址(Globally);l 全球单播地址(unicast);l 区域地址(on-site);l 链路本地地址(link local address);l 地区本地地址(site local address);l 广播地址(Broadcast);l 多播群地址(multicast group address);l 任播地址(anycast address);l 移动地址(Mobility);l 家
11、乡地址(home address);l 转交地址(care-of address)。,3.2.1 单播地址1.单播地址的概念 单播地址又叫单目地址,单播表示一个单接口的标识符。送往一个单播地址的数据包将被传送至该地址标识的接口上。单播地址标识了一个单独的IPv6接口。一个节点可以具有多个IPv6网络接口。每个接口必须具有一个与之相关的单播地址。单播地址可被认为包含了一段信息,这段信息被包含在128位字段中:该地址可以完整地定义一个特定的接口。此外,地址中数据可以被解释为多个小段的信息。IPv6地址本身可以为节点提供关于其结构的信息。例如,节点可能只需简单地了解整个128位地址是一个全球唯一的标
12、识符,而无须了解节点在网络中是否存在。另一方面,路由器可以通过该地址来决定,地址中的一部分标识了一个特定网络或子网上的一个唯一节点。,最简单的方法是把IPv6地址作为不加区分的一块128位的数据,而从格式化的观点来看,可把它分为两段,即接口标识符和子网前缀。RFC 2373中表示的格式如图3-2所示。接口标识符的长度取决于子网前缀的长度。两者的长度是可以变化的,这取决于谁对它进行解释。对于非常靠近寻址的节点接口(远离骨干网)的路由器可用相对较少的位数来标识接口。而离骨干网近的路由器,只需用少量地址位来指定子网前缀,这样,地址的大部分将用来标识接口标识符。,2.单播地址格式 RFC 1884定义
13、了几种不同类型的IPv6单播地址。有可聚合全球单播地址、NSAP地址、IPX地址、链路本地地址、站点本地址等。可聚合全球单播地址 可聚合全球单播地址包括地址格式的起始3位为“001”的所有地址。可聚合全球单播地址格式如图3-3所示。,字段含义如下:l FP字段。IPv6地址中的格式前缀,3位长,用来标识该地址在IPv6地址空间中属于哪类地址。目前该字段为“001”,标识这是可聚合全球单播地址。l TLA ID字段。顶级聚合标识符,包含最高级地址选路信息,指的是网络互连中最大的选路信息。该字段为13位,可得到最大8192个不同的顶级路由。l 接口标识符字段。是64位的IEEE EUI-64接口标
14、识符。l NLA ID字段。下一级聚合标识符,24位。该字段又称二级聚合标识,该标识符被机构用于控制顶级聚合以安排地址空间。换句话说,这些机构(可能包括大型ISP和其他提供公网接入的机构)能按照自身的寻址分级结构来将此24位字段切分开来使用。这样,一个实体可以用2位分割成4个实体内部的顶级路由,其余的22位地址空间分配给其他实体(如规模较小的本地ISP)。这些实体如果得到足够的地址空间,可将分配给它们的空间用同样的方法再子分。,具体做法是,由具有顶级聚合的组织机构按照自身的地址分级结构来将此24位字段再进一步细分。比如,可用n位作为第一级NLA1 ID,其余24-n位作为获得该组织服务的站点标
15、识。如图3-4所示。,l SLA ID字段。站点级聚合标识符,16位,被用来安排内部的网络结构。每个机构可以用与IPv4同样的方法来创建自己内部的分级网络结构。若16位字段全部用作平面地址空间,则最多可有65536个不同子网。如果用前8位作为该组织内较高级的选路,那么允许255个高级子网,每个高级子网可多达255个子网。也可以像二级聚合标识一样,在站点级聚合标识内部再进一步进行内部层次划分,将16位的站点级聚合标识字段划分为两层或多层结构,这样做就可以使站点内部的路由表很小,使得网络的处理效率提高。通过建立层次结构的方法来分配站点级聚合标识如图3-5所示。,(4)特殊地址和保留地址 在第一个1
16、/256 IPv6地址空间中,所有地址的第一个8位:0000 0000被保留。大部分空的地址空间用作特殊地址,这些特殊地址包括:未指定地址:这是一个“全0”地址,当没有有效地址时,可采用该地址。例如当一个主机从网络第一次启动时,它尚未得到一个IPv6地址,就可以用这个地址,即当发出配置信息请求时,在IPv6包的源地址中填入该地址。该地址可表示为0:0:0:0:0:0:0:0,如前所述,也可简写成“:”。回返测试地址:在IPv4中,回返地址定义为127.0.0.1。任何发送回返地址的包必须通过协议栈到网络接口,但不发送到网络链路上。网络接口本身必须接受这些包,就好像是从外面节点收到的一样,并传回
17、给协议栈。回返功能用来测试软件和配置。IPv6回返地址除了最低位外,全为0,即回返地址可表示为0:0:0:0:0:0:0:1或:1。,(5)嵌有IPv4地址的IPv6地址 嵌有IPv4地址的IPv6地址:有两类地址,这两类地址高8 0位均为0,低3 2位包含IPv4地址。当中间的16位被置为全“1”时,则指示该地址为IPv4映象的IPv6地址(简称为“IPv6映象地址”),当中间的16位被置为全“0”时,则指示该地址为IPv4兼容的IPv6地址(简称为“IPv6兼容地址”)。图3-6显示了这两类地址结构。IPv4兼容地址用于访问既能理解IPv4又能理解IPv6的节点(当前,这类节点主要指双栈路
18、由器);IPv4映象地址则被IPv6节点用于访问只支持IPv4而不支持IPv6的节点,需通过IPv4路由器以隧道方式传送IPv6包。,(6)链路本地和站点本地地址,链路本地地址 链路本地地址用于单个网络链路上给主机编号。链路本地地址前缀的前10位为“1111111010”的地址为链路本地地址。链路本地址是IPv6网络中应用范围受到限制的地址类型,只能在连接到同一本地链路的节点之间使用。路由器在它们的源端和目的端对具有链路本地地址的包不予处理,因此永远也不会转发这些包。该地址的中间54位为“0”。而64位接口标识符如下所述,地址空间的这部分允许个别网络连接多达(264-1)台主机。,从图3-8中
19、可以看出,链路本地址由一个特定的前缀和接口标识符两部份组成:其前缀为FE80:/64,同时将接口标符添加在后面作为地址的低64比特。该64比特接口标识使用的是EUI-64地址格式。IPv6地址中的接口ID是64位,而MAC地址是48位,因此需要在MAC地址的中间插入一个16位编码:“11111111 11111110”。并根据实际情况,设置U/L位和I/G位的值。U/L(统一/本地标识):又叫全球/本地标识符,位于图3-8中的u位,用以指定该地址是统一管理地址还是本地管理地址。U/L=1表示本地管理地址方式,U/L=0则表示统一管理地址方式。I/G(单播/组播标识):位于图3-8中的g位。用以
20、指定该地址是单播地址还是组播地址。I/G=0表示单播,I/G=1表示组播。,U/L标志,I/G标志,例如:MAC 地 址:0012:3400:ABCD二进制形式:00000000 00010010 00110100 00000000 10101011 11001101插入FFFFE:00000000 00010010 00110100 11111111 11111110 00000000 10101011 11001101设U/L位:00000010 00010010 00110100 11111111 11111110 00000000 10101011 11001101EUI-64地址:0
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