第七章計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)之網(wǎng)絡(luò)層

第7章網(wǎng)絡(luò)層為什么需要網(wǎng)絡(luò)層？網(wǎng)絡(luò)層如何提供服務(wù)？網(wǎng)絡(luò)層的標識是什么？如何進行地址規(guī)劃？數(shù)據(jù)包如何從源點到達終點？7.1網(wǎng)絡(luò)層功能概述7.1.1為什么需要網(wǎng)絡(luò)層？HA14HB23567.1.1網(wǎng)絡(luò)層功能概述網(wǎng)絡(luò)層是通信子網(wǎng)的邊界，實現(xiàn)端到端的網(wǎng)絡(luò)連接，屏蔽低端不同技術(shù)的差異，向上層提供一致的服務(wù)7.1.2主要功能：

異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的連接分組的組裝、拆卸路由選擇和轉(zhuǎn)發(fā)擁塞控制與負載均衡7.1.3網(wǎng)絡(luò)層的服務(wù)A數(shù)據(jù)報方式過程：報文-〉分組-〉各分組單獨路由、處理-〉同一目的地-〉排序重裝說明：1、同一報文的各個分組的傳輸路徑可能不同。2、每個分組必須有源地址、目的地址3、到達時可能出現(xiàn)亂序、重復和丟失現(xiàn)象B、虛電路方式發(fā)送前建立邏輯連接的虛電路，所有分組順序在其上傳輸。虛電路的建立數(shù)據(jù)傳輸-〉以存儲轉(zhuǎn)發(fā)的方式，順序傳送虛電路的拆除特點：1、發(fā)送前建立一條邏輯連接2、分組傳輸?shù)穆窂较嗤?〉不用源地址/目的地址；不用路由信息。3、分組的傳輸不會出現(xiàn)丟失、重復或亂序4、子網(wǎng)中兩個節(jié)點間可以建立多條虛電路連接虛電路與數(shù)據(jù)報方式的比較

比較項目數(shù)據(jù)報虛電路連接設(shè)置地址信息路由選擇傳輸質(zhì)量不需要需要地址虛電路號單獨路由不需要面向無連接面向連接7.2TCP/IP模型的網(wǎng)絡(luò)層

IP:因特網(wǎng)協(xié)議ICMP:因特網(wǎng)消息控制協(xié)議ARP:地址解析協(xié)議RARP:反向地址解析協(xié)議應(yīng)用層傳輸層互連層/網(wǎng)際層主機—網(wǎng)絡(luò)層telnetftpsmtphttpsnmpUDPTCPIP以太網(wǎng)令牌網(wǎng)X.25等…TCP/IP參考模型中的協(xié)議ARPRARPICMP7.2.1.IP協(xié)議IP協(xié)議是網(wǎng)際層的核心協(xié)議網(wǎng)際層的數(shù)據(jù)稱為IP數(shù)據(jù)報4位版本號4位頭長度8位服務(wù)類型16位總長16位身份標識

DFMF13位分段偏移生存時間協(xié)議頭校驗和32位源IP地址32位目標IP地址任選項＋填充項數(shù)據(jù)…….20字節(jié)頭長固定部分可變部分04816192431版本標志生存時間協(xié)議標識服務(wù)類型總長度片偏移填充首部檢驗和源地址目的地址可選字段（長度可變）比特首部長度01234567DTRC未用優(yōu)先級數(shù)據(jù)部分比特數(shù)據(jù)部分首部傳送IP數(shù)據(jù)報首部IP數(shù)據(jù)報部分字段說明版本：數(shù)據(jù)報協(xié)議的版本，IPV4首部長度：占4bit，可表示的最大數(shù)值是15個單位(一個單位為4字節(jié))，因此IP的首部長度的最大值是60字節(jié)?？傞L：IP數(shù)據(jù)報的最大長度

216-1=65535字節(jié)生存時間：限定數(shù)據(jù)報生存期的計時器。最長為28-1=255源/目標IP地址：分別指出源主機和目的主機的網(wǎng)絡(luò)地址首部04816192431版本標志生存時間協(xié)議標識服務(wù)類型總長度片偏移填充首部檢驗和源地址目的地址可選字段（長度可變）比特首部長度01234567DTRC未用優(yōu)先級數(shù)據(jù)部分比特固定部分可變部分服務(wù)類型——占8bit，用來獲得更好的服務(wù)這個字段以前一直沒有被人們使用首部04816192431版本標志生存時間協(xié)議標識服務(wù)類型總長度片偏移填充首部檢驗和源地址目的地址可選字段（長度可變）比特首部長度數(shù)據(jù)部分固定部分可變部分標識(identification)占16bit，用來產(chǎn)生數(shù)據(jù)報的標識，用于數(shù)據(jù)報的分段與重裝。首部04816192431版本標志生存時間協(xié)議標識服務(wù)類型總長度片偏移填充首部檢驗和源地址目的地址可選字段（長度可變）比特首部長度數(shù)據(jù)部分固定部分可變部分標志：占3bit，數(shù)據(jù)報是否分段，如果有分段的IP數(shù)據(jù)報，除了最后一個分段將該標志置0，其余置1。首部04816192431版本標志生存時間協(xié)議標識服務(wù)類型總長度片偏移填充首部檢驗和源地址目的地址可選字段（長度可變）比特首部長度數(shù)據(jù)部分固定部分可變部分片偏移(12bit)指出：較長的分組在分片后某片在原分組中的相對位置。片偏移以8個字節(jié)為偏移單位。偏移=0/8=0偏移=0/8=0偏移=1400/8=175偏移=2800/8=350140028003799279913993799需分片的數(shù)據(jù)報數(shù)據(jù)報片1首部數(shù)據(jù)部分共3800字節(jié)首部1首部2首部3字節(jié)0數(shù)據(jù)報片2數(shù)據(jù)報片314002800字節(jié)0IP數(shù)據(jù)報分片的舉例首部04816192431版本標志生存時間協(xié)議標識服務(wù)類型總長度片偏移填充首部檢驗和源地址目的地址可選字段（長度可變）比特首部長度01234567DTRC未用優(yōu)先級數(shù)據(jù)部分比特固定部分可變部分協(xié)議(8bit)字段指出此數(shù)據(jù)報攜帶的數(shù)據(jù)使用何種協(xié)議以便目的主機的IP層將數(shù)據(jù)部分上交給哪個處理過程運輸層網(wǎng)絡(luò)層首部TCPUDPICMPIGMPOSPF數(shù)據(jù)部分IP數(shù)據(jù)報協(xié)議字段指出應(yīng)將數(shù)據(jù)部分交給哪一個進程首部04816192431版本標志生存時間協(xié)議標識服務(wù)類型總長度片偏移填充首部檢驗和源地址目的地址可選字段（長度可變）比特首部長度01234567DTRC未用優(yōu)先級數(shù)據(jù)部分比特固定部分可變部分首部檢驗和(16bit)字段只檢驗數(shù)據(jù)報的首部不包括數(shù)據(jù)部分。這里不采用

CRC

檢驗碼而采用簡單的計算方法。發(fā)送端接收端16bit字116bit字2置為全0檢驗和16bit字n16bit反碼算術(shù)運算求和……取反數(shù)據(jù)報首部IP數(shù)據(jù)報16bit檢驗和16bit字116bit字216bit檢驗和16bit字n16bit反碼算術(shù)運算求和16bit結(jié)果……取反數(shù)據(jù)部分若結(jié)果為0,則保留；否則，丟棄該數(shù)據(jù)報數(shù)據(jù)部分不參與檢驗和的計算例如：（1）在發(fā)送端用反碼運算將各段相加（最高位有進位，加到尾部），得到n位結(jié)果即校驗和。然后把校驗和與數(shù)據(jù)一起傳送。例如，對于數(shù)據(jù)1000110101011110，可以分成如下的段：

1000

1101

0101

1110

利用反碼運算求和，得到

1000+1101+0101+1110對結(jié)果求反，得到校驗和：0101。將校驗和作為一個段與數(shù)據(jù)一起傳送。

（2）在接收端，將帶有校驗和的各段再用反碼運算相加一次，并將結(jié)果取反。如果得到的結(jié)果為0，則說明在傳輸中沒有出現(xiàn)錯誤；否則就說明傳輸中有數(shù)據(jù)出錯。

進行反碼求和運算：

1000+1101+0101+1110+0101=1111

對結(jié)果求反，得：0000首部04816192431版本標志生存時間協(xié)議標識服務(wù)類型總長度片偏移填充首部檢驗和源地址目的地址可選字段（長度可變）比特首部長度01234567DTRC未用優(yōu)先級數(shù)據(jù)部分比特固定部分可變部分源地址和目的地址都各占4字節(jié)2.IP數(shù)據(jù)報首部的可變部分IP首部的可變部分就是一個選項字段，用來支持排錯、測量以及安全等措施，內(nèi)容很豐富。選項字段的長度可變，從1個字節(jié)到40個字節(jié)不等，取決于所選擇的項目。增加首部的可變部分是為了增加IP數(shù)據(jù)報的功能，但這同時也使得IP數(shù)據(jù)報的首部長度成為可變的。這就增加了每一個路由器處理數(shù)據(jù)報的開銷。實際上這些選項很少被使用。7.2.2分類的IP地址

1.IP地址及其表示方法

我們把整個因特網(wǎng)看成為一個單一的、抽象的網(wǎng)絡(luò)。IP地址就是給每個連接在因特網(wǎng)上的主機（或路由器）分配一個在全世界范圍是惟一的32bit的標識符。IP地址現(xiàn)在由因特網(wǎng)名字與號碼指派公司ICANN(InternetCorporationforAssignedNamesandNumbers)進行分配IP地址的編址方法分類的IP地址。這是最基本的編址方法，在1981年就通過了相應(yīng)的標準協(xié)議。子網(wǎng)的劃分。這是對最基本的編址方法的改進，其標準[RFC950]在1985年通過。構(gòu)成超網(wǎng)。這是比較新的無分類編址方法。1993年提出后很快就得到推廣應(yīng)用。分類IP地址每一類地址都由兩個固定長度的字段組成，其中一個字段是網(wǎng)絡(luò)號net-id，它標志主機（或路由器）所連接到的網(wǎng)絡(luò)，而另一個字段則是主機號host-id，它標志該主機（或路由器）。兩級的IP地址可以記為：IP地址::={<網(wǎng)絡(luò)號>,<主機號>}net-id24bithost-id24bitnet-id16bitnet-id8bitIP地址中的網(wǎng)絡(luò)號字段和主機號字段0A類地址host-id16bitB類地址C類地址011host-id8bitD類地址1

1

1

0多播地址E類地址保留為今后使用1

1

1

1

001A類地址的網(wǎng)絡(luò)號字段net-id為1字節(jié)B類地址的網(wǎng)絡(luò)號字段net-id為2字節(jié)C類地址的網(wǎng)絡(luò)號字段net-id為3字節(jié)A類地址的主機號字段host-id為3字節(jié)B類地址的主機號字段host-id為2字節(jié)C類地址的主機號字段host-id為1字節(jié)D類地址是多播地址

E類地址保留為今后使用

2.常用的三種類別的IP地址IP地址的使用范圍

網(wǎng)絡(luò)最大第一個最后一個每個網(wǎng)絡(luò)類別網(wǎng)絡(luò)數(shù)可用的可用的中最大的網(wǎng)絡(luò)號網(wǎng)絡(luò)號主機數(shù)A126(27–2)112616,777,214B16,384(214)128.0191.25565,534C2,097,152(221)192.0.0223.255.255254關(guān)于IP地址的說明1、網(wǎng)絡(luò)地址和網(wǎng)絡(luò)標識網(wǎng)絡(luò)號

----主機部分為全“0”的IP地址保留作為網(wǎng)絡(luò)的標識即網(wǎng)絡(luò)號。只有在同一個網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的主機才能進行相互間的直接通信

---具有相同的網(wǎng)絡(luò)號.2、廣播地址當源要向某一個網(wǎng)絡(luò)中的所有主機發(fā)送數(shù)據(jù)時，如何處理？-------使用網(wǎng)絡(luò)廣播地址廣播地址：IP地址的主機部分以全“1”表示的IP地址舉例:55-----（向一個A類網(wǎng)絡(luò)進行廣播）

55-----（向一個C類網(wǎng)絡(luò)進行廣播）3、其他保留地址回路本網(wǎng)中的主機局域網(wǎng)中的廣播對遠程網(wǎng)廣播本機全“0”網(wǎng)絡(luò)部分全“0”Host全“1”網(wǎng)絡(luò)號主機部分全“1”127任意4、私有/專有地址---55---55—555、子網(wǎng)掩碼（SubnetMask)

如何得到網(wǎng)絡(luò)地址？如何從IP地址種分離網(wǎng)絡(luò)地址和主機地址？

-----子網(wǎng)掩碼子網(wǎng)掩碼：網(wǎng)絡(luò)部分和子網(wǎng)絡(luò)部分對應(yīng)的位全為“1”，主機部分對應(yīng)的位全為“0”。舉例：三類IP網(wǎng)絡(luò)的子網(wǎng)掩碼11111111.00000000.00000000.00000000---ClassA

11111111.11111111.00000000.00000000----ClassB

11111111.11111111.11111111.00000000----ClassC通過將子網(wǎng)掩碼與IP地址進行“與”操作，可得到IP地址所屬的網(wǎng)絡(luò)號（包括子網(wǎng)絡(luò)號）IP地址11001010.01101100.00000010.00000010子網(wǎng)掩碼11111111.11111111.11111111.00000000&--------------------------------------------10000011.01101100.00000010.00000000網(wǎng)絡(luò)地址和子網(wǎng)地址練習某B類網(wǎng)絡(luò)中一主機IP地址為4求：該網(wǎng)絡(luò)的子網(wǎng)掩碼網(wǎng)絡(luò)號廣播地址SubnetMask---Networkid---廣播地址---553劃分子網(wǎng)和構(gòu)造超網(wǎng)

3.1劃分子網(wǎng)1.從兩級IP地址到三級IP地址在ARPANET的早期，IP地址的設(shè)計確實不夠合理。IP地址空間的利用率有時很低。給每一個物理網(wǎng)絡(luò)分配一個網(wǎng)絡(luò)號會使路由表變得太大因而使網(wǎng)絡(luò)性能變壞。兩級的IP地址不夠靈活。

從1985年起在IP地址中又增加了一個“子網(wǎng)號字段”，使兩級的IP地址變成為三級的IP地址。這種做法叫作劃分子網(wǎng)(subnetting)。劃分子網(wǎng)已成為因特網(wǎng)的正式標準協(xié)議。三級的IP地址劃分子網(wǎng)純屬一個單位內(nèi)部的事情。單位對外仍然表現(xiàn)為沒有劃分子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)。從主機號借用若干個比特作為子網(wǎng)號subnet-id，而主機號host-id也就相應(yīng)減少了若干個比特。IP地址::={<網(wǎng)絡(luò)號>,<子網(wǎng)號>,<主機號>}劃分子網(wǎng)后IP地址就變成了三級結(jié)構(gòu)。劃分子網(wǎng)只是將IP地址的本地部分進行再劃分，而不改變IP地址的因特網(wǎng)部分。劃分子網(wǎng)的基本思路IP地址的各字段和子網(wǎng)掩碼網(wǎng)絡(luò)號net-id主機號host-id兩級IP地址網(wǎng)絡(luò)號net-idhost-id三級IP地址主機號subnet-id子網(wǎng)號子網(wǎng)掩碼因特網(wǎng)部分本地部分因特網(wǎng)部分本地部分劃分子網(wǎng)時的網(wǎng)絡(luò)地址1111111111111111

1111111100000000net-idsubnet-idhost-id為全0最大的子網(wǎng)位長度網(wǎng)絡(luò)的類

不劃分子網(wǎng)主機位長度劃分子網(wǎng)最大的子網(wǎng)位長度A2422B1614C862、子網(wǎng)掩碼的改變與網(wǎng)絡(luò)號部分對應(yīng)部分置為“1”，與子網(wǎng)絡(luò)號對應(yīng)的部分也置為“1”；而在與主機相對應(yīng)的部分仍保留為“0”。C類子網(wǎng)劃分舉例如何對一個C類網(wǎng)絡(luò)劃分，以得到兩個可用的子網(wǎng)劃分子網(wǎng)在一定程度上緩解了因特網(wǎng)在發(fā)展中遇到的困難。然而在

1992

年因特網(wǎng)仍然面臨三個必須盡早解決的問題，這就是：B類地址在1994年3月全部分配完畢！因特網(wǎng)主干網(wǎng)上的路由表中的項目數(shù)急劇增長（從幾千個增長到幾萬個）。整個IPv4的地址空間最終將全部耗盡。7.2.3無分類編址CIDR

1.網(wǎng)絡(luò)前綴

1987年，RFC1009就指明了在一個劃分子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)中可同時使用幾個不同的子網(wǎng)掩碼。使用變長子網(wǎng)掩碼VLSM(VariableLengthSubnetMask)可進一步提高IP地址資源的利用率。在VLSM的基礎(chǔ)上又進一步研究出無分類編址方法，它的正式名字是無分類域間路由選擇CIDR(ClasslessInter-DomainRouting)。IP編址問題的演進CIDR消除了傳統(tǒng)的A類、B類和C類地址以及劃分子網(wǎng)的概念，因而可以更加有效地分配IPv4的地址空間。CIDR使用各種長度的“網(wǎng)絡(luò)前綴”(network-prefix)來代替分類地址中的網(wǎng)絡(luò)號和子網(wǎng)號。IP地址從三級編址（使用子網(wǎng)掩碼）又回到了兩級編址。CIDR最主要的特點無分類的兩級編址的記法是：IP地址::={<網(wǎng)絡(luò)前綴>,<主機號>}CIDR還使用“斜線記法”(slashnotation)，它又稱為CIDR記法，即在IP地址后面加上一個斜線“/”，然后寫上網(wǎng)絡(luò)前綴所占的比特數(shù)（這個數(shù)值對應(yīng)于三級編址中子網(wǎng)掩碼中比特1的個數(shù)）。CIDR將網(wǎng)絡(luò)前綴都相同的連續(xù)的IP地址組成“CIDR地址塊”。

無分類的兩級編址CIDR地址塊/20表示的地址塊共有212個地址（因為斜線后面的20是網(wǎng)絡(luò)前綴的比特數(shù)，所以主機號的比特數(shù)是12）。/20地址塊的最小地址：/20地址塊的最大地址：55全0和全1的主機號地址一般不使用。/20表示的地址（212個地址）1000000000001110

00100000000000001000000000001110

00100000000000011000000000001110

00100000000000101000000000001110

00100000000000111000000000001110

00100000000001001000000000001110

00100000000001011000000000001110

00111111111110111000000000001110

00111111111111001000000000001110

00111111111111011000000000001110

00111111111111101000000000001110

0011111111111111所有地址的20bit前綴都是一樣的最小地址最大地址一個CIDR地址塊可以表示很多地址，這種地址的聚合常稱為路由聚合/超網(wǎng)(supernetting)。它使得路由表中的一個項目可以表示很多個（例如上千個）原來傳統(tǒng)分類地址的路由。路由聚合也稱為CIDR雖然不使用子網(wǎng)了，但仍然使用“掩碼”這一名詞（但不叫子網(wǎng)掩碼）。路由聚合(routeaggregation)構(gòu)成超網(wǎng)前綴長度不超過23bit的CIDR地址塊都包含了多個C類地址。CIDR地址塊中的地址數(shù)一定是2的整數(shù)次冪。網(wǎng)絡(luò)前綴越短，其地址塊所包含的地址數(shù)就越多。而在三級結(jié)構(gòu)的IP地址中，劃分子網(wǎng)是使網(wǎng)絡(luò)前綴變長。CIDR地址塊劃分舉例因特網(wǎng)/22/18ISP大學X一系二系三系四系28/2692/26/2528/25/2528/25/264/2628/2692/26/24/25/264/2628/25/23單位地址塊二進制表示地址數(shù)ISP/1811001110.00000000.01*16384大學/2211001110.00000000.010001*1024一系/2311001110.00000000.0100010*512二系/2411001110.00000000.01000110.*256三系/2511001110.00000000.01000111.0*128四系28/2511001110.00000000.01000111.1*128CIDR地址塊劃分舉例因特網(wǎng)/22/18ISP大學X一系二系三系四系28/2692/26/2528/25/2528/25/264/2628/2692/26/24/25/264/2628/25/23這個ISP共有64個C類網(wǎng)絡(luò)。如果不采用CIDR技術(shù)，則在與該ISP的路由器交換路由信息的每一個路由器的路由表中，就需要有64個項目。但采用地址聚合后，只需用路由聚合后的1個項目/18就能找到該ISP。2.最長前綴匹配使用CIDR時，路由表中的每個項目由“網(wǎng)絡(luò)前綴”和“下一跳地址”組成。在查找路由表時可能會得到不止一個匹配結(jié)果。應(yīng)當從匹配結(jié)果中選擇具有最長網(wǎng)絡(luò)前綴的路由：最長前綴匹配(longest-prefixmatching)。網(wǎng)絡(luò)前綴越長，其地址塊就越小，因而路由就越具體。最長前綴匹配又稱為最長匹配或最佳匹配。

最長前綴匹配舉例收到的分組的目的地址D=/22路由表中的項目：/22（ISP）28/25（四系）查找路由表中的第1個項目ANDD=206.0.01000100.0第1個項目/22的掩碼M有22個連續(xù)的1。M=11111111111111111111110000000000因此只需把D的第3個字節(jié)轉(zhuǎn)換成二進制。M=11111111111111111111110000000000206.0.01000100.0與/22匹配7.3.1下一代的網(wǎng)際協(xié)議IPv6(補充)

1解決IP地址耗盡的措施從計算機本身發(fā)展以及從因特網(wǎng)規(guī)模和網(wǎng)絡(luò)傳輸速率來看，現(xiàn)在IPv4已很不適用。最主要的問題就是32bit的IP地址不夠用。要解決IP地址耗盡的問題的措施：采用無類別編址CIDR，使IP地址的分配更加合理。采用網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換NAT方法以節(jié)省全球IP地址。采用具有更大地址空間的新版本的IP協(xié)議IPv6。

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(baseheader)。將不必要的功能取消了，首部的字段數(shù)減少到只有8個。取消了首部的檢驗和字段，加快了路由器處理數(shù)據(jù)報的速度。在基本首部的后面允許有零個或多個擴展首部。所有的擴展首部和數(shù)據(jù)合起來叫做數(shù)據(jù)報的有效載荷(payload)或凈負荷。IPv6數(shù)據(jù)報的一般形式基本首部擴展首部1擴展首部N…數(shù)據(jù)部分選項IPv6數(shù)據(jù)報有效載荷IPv6數(shù)據(jù)報首部與

IPv4數(shù)據(jù)報首部的對比04816192431版本標志生存時間協(xié)議標識服務(wù)類型總長度片偏移填充首部檢驗和源地址目的地址可選字段（長度可變）比特首部長度固定部分20字節(jié)可變部分IPv4首部取消有變化上面是IPv4數(shù)據(jù)報的首部041631版本比特目的

地址源地址下一個首部流標號12通信量類（128bit）（128bit）有效載荷長度跳數(shù)限制24擴展首部/數(shù)據(jù)IPv6的基本首部（40B）IPv6的有效載荷（至64KB）041631版本比特目的

地址源地址下一個首部流標號12通信量類（128bit）（128bit）有效載荷長度跳數(shù)限制24IPv6的基本首部40B版本(version)——4bit。它指明了協(xié)議的版本，對IPv6該字段總是6。041631版本比特目的

地址源地址下一個首部流標號12通信量類（128bit）（128bit）有效載荷長度跳數(shù)限制24IPv6的基本首部40B通信量類(trafficclass)——8bit。這是為了區(qū)分不同的IPv6數(shù)據(jù)報的類別或優(yōu)先級。目前正在進行不同的通信量類性能的實驗。041631版本比特目的

地址源地址下一個首部流標號12通信量類（128bit）（128bit）有效載荷長度跳數(shù)限制24IPv6的基本首部40B流標號(flowlabel)——20bit。“流”是互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)上從特定源點到特定終點的一系列數(shù)據(jù)報，“流”所經(jīng)過的路徑上的路由器都保證指明的服務(wù)質(zhì)量。所有屬于同一個流的數(shù)據(jù)報都具有同樣的流標號。041631版本比特目的

地址源地址下一個首部流標號12通信量類（128bit）（128bit）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)——16bit。它指明IPv6數(shù)據(jù)報除基本首部以外的字節(jié)數(shù)（所有擴展首部都算在有效載荷之內(nèi)），其最大值是64KB。041631版本比特目的

地址源地址下一個首部流標號12通信量類（128bit）（128bit）有效載荷長度跳數(shù)限制24IPv6的基本首部40B下一個首部(nextheader)——8bit。它相當于IPv4的協(xié)議字段或可選字段。041631版本比特目的

地址源地址下一個首部流標號12通信量類（128bit）（128bit）有效載荷長度跳數(shù)限制24IPv6的基本首部40B跳數(shù)限制(hoplimit)——8bit。源站在數(shù)據(jù)報發(fā)出時即設(shè)定跳數(shù)限制。路由器在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報時將跳數(shù)限制字段中的值減1。當跳數(shù)限制的值為零時，就要將此數(shù)據(jù)報丟棄。041631版本比特目的

地址源地址下一個首部流標號12通信量類（128bit）（128bit）有效載荷長度跳數(shù)限制24IPv6的基本首部40B源地址——128bit。是數(shù)據(jù)報的發(fā)送站的IP地址。041631版本比特目的

地址源地址下一個首部流標號12通信量類（128bit）（128bit）有效載荷長度跳數(shù)限制24IPv6的基本首部40B目的地址——128bit。是數(shù)據(jù)報的接收站的IP地址。7.3.2IPv6的擴展首部

1.擴展首部及下一個首部字段

IPv6將原來IPv4首部中選項的功能都放在擴展首部中，并將擴展首部留給路徑兩端的源站和目的站的主機來處理。數(shù)據(jù)報途中經(jīng)過的路由器都不處理這些擴展首部（只有一個首部例外，即逐跳選項擴展首部）。這樣就大大提高了路由器的處理效率。IPv6的擴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）有效載荷有效載荷TCP/UDP首部和數(shù)據(jù)(TCP/UDP報文段）無擴展首部有擴展首部2.分片擴展首部舉例IPv6將分片限制為由源站來完成。源站可以采用保證的最小MTU（1280字節(jié)），或者在發(fā)送數(shù)據(jù)前完成路徑最大傳送單元發(fā)現(xiàn)(PathMTUDiscovery)，以確定沿著該路徑到目的站的最小MTU。分片擴展首部的格式如下：

0291631比特下一個首部片偏移8標識符保留保留M擴展首部舉例IPv6數(shù)據(jù)報的有效載荷長度為3000字節(jié)。下層的以太網(wǎng)的最大傳送單元MTU是1500字節(jié)。分成三個數(shù)據(jù)報片，兩個1400字節(jié)長，最后一個是200字節(jié)長。IPv6基本首部分片首部1第一個分片1400字節(jié)IPv6基本首部分片首部2第二個分片1400字節(jié)IPv6基本首部分片首部3第三個分片200字節(jié)擴展首部用隧道技術(shù)來傳送長數(shù)據(jù)報當路徑途中的路由器需要對數(shù)據(jù)報進行分片時，就創(chuàng)建一個全新的數(shù)據(jù)報，然后將這個新的數(shù)據(jù)報分片，并在各個數(shù)據(jù)報片中插入擴展首部和新的基本首部。路由器將每個數(shù)據(jù)報片發(fā)送給最終的目的站，而在目的站將收到的各個數(shù)據(jù)報片收集起來，組裝成原來的數(shù)據(jù)報，再從中抽取出數(shù)據(jù)部分。用隧道技術(shù)將一個IPv6數(shù)據(jù)報

分成3個數(shù)據(jù)報片基本首部有效載荷F1F2F3新的基本首部F1分片1擴展首部新的基本首部F3分片3擴展首部新的基本首部分片2擴展首部F27.3.3IPv6的地址空間

1.128bit的地址空間

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)的點對點通信。(2)多播(multicast)多播是一點對多點的通信。(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，但數(shù)據(jù)報在交付時只交付給其中的一個，通常是距離最近的一個。冒號十六進制記法

(colonhexadecimalnotation)

每個16bit的值用十六進制值表示，各值之間用冒號分隔。68E6:8C64:FFFF:FFFF:0:1180:960A:FFFF零壓縮(zerocompression)，即一連串連續(xù)的零可以為一對冒號所取代。FF05:0:0:0:0:0:0:B3可以寫成：FF05::B3點分十進制記法的后綴CIDR的斜線表示法仍然可用。60bit的前綴12AB00000000CD3可記為：12AB:0000:0000:CD30:0000:0000:0000:0000/60或12AB::CD30:0:0:0:0/60或12AB:0:0:CD30::/60

2.地址空間的分配IPv6將128bit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128bit前綴為00000000的地址前綴為00000000是保留一小部分地址與IPv4兼容的，這是因為必須要考慮到在比較長的時期IPv4和IPv6將會同時存在，而有的結(jié)點不支持IPv6。因此數(shù)據(jù)報在這兩類結(jié)點之間轉(zhuǎn)發(fā)時，就必須進行地址的轉(zhuǎn)換。IPv4兼容的IPv6地址0000..................00000000IPv4地址IPv4映射的IPv6地址0000..................0000FFFFIPv4地址801632比特數(shù)IPv6單播地址的等級結(jié)構(gòu)IPv6擴展了地址的分級概念，使用以下三個等級：(1)第一級（頂級），指明全球都知道的公共拓撲。(2)第二級（地點級），指明單個的地點。(3)第三級，指明單個的網(wǎng)絡(luò)接口。3138241664P保留TLA標識符接口標識符NLA標識符SLA標識符頂級第三級地點級比特數(shù)第一級地址（有四個字段）(1)P字段——3bit，即格式前綴。(2)頂級聚合標識符TLAID——13bit，指派給ISP或擁有這些地址的匯接點(exchange)。(3)保留字段——8bit。(4)下一級聚合標識符NLAID——16bit。指派給一個特定的用戶。3138241664P保留TLA標識符接口標識符NLA標識符SLA標識符頂級第三級地點級比特數(shù)第二級地址IPv6地址中間的第二級對應(yīng)于在一個地點的一組計算機和網(wǎng)絡(luò)，它們通常是相距較近的且都歸一個單位來管理。SLA級表示SiteLevelAggregation，即地點級聚合，它和IPv4中的子網(wǎng)字段相似。3138241664P保留TLA標識符接口標識符NLA標識符SLA標識符頂級第三級地點級比特數(shù)第三級地址IPv6地址的最低的第三級對應(yīng)于計算機和網(wǎng)絡(luò)的單個接口。IPv6地址的后綴有64bit之多，它足夠大，因而可以將各種接口的硬件地址直接進行編碼。3138241664P保留TLA標識符接口標識符NLA標識符SLA標識符頂級第三級地點級比特數(shù)EUI-64IEEE定義了一個標準的64bit全球惟一地址格式EUI-64。EUI-64的前三個字節(jié)（24bit）仍為公司標識符，但后面的擴展標識符是五個字節(jié)（40bit）。較為復雜的是當需要將48bit的以太網(wǎng)硬件地址轉(zhuǎn)換為IPv6地址。0xFFFE將以太網(wǎng)地址轉(zhuǎn)換為IPv6地址低位24bitcccccc1gcccccccccccccccc1111111111111110cccccc0gcccccccccccccccc比特

082447比特

08244063IEEE802地址接口標識符低位24bitG/L比特G/L比特置1x76.8.5從IPv4向IPv6過渡向IPv6過渡只能采用逐步演進的辦法，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（或路由器）裝有兩個協(xié)議棧，一個IPv4和一個IPv6。雙協(xié)議棧IPv6數(shù)據(jù)鏈路層物理層數(shù)據(jù)鏈路層物理層IPv6IPv4/IPv6雙協(xié)議棧IPv4IPv4IPv6TCP或UDP應(yīng)用層TCP或UDP應(yīng)用層TCP或UDP應(yīng)用層數(shù)據(jù)鏈路層物理層IPv4和IPv4通信和IPv6通信用雙協(xié)議棧進行

從IPv4到IPv6的過渡雙協(xié)議