计算机网络:网络层 - IPv6

2024-06-15 05:44

本文主要是介绍计算机网络:网络层 - IPv6,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

计算机网络:网络层 - IPv6

    • IPv6 数据报
    • IPv6 地址
      • 冒号十六进制记法
      • 地址分类
    • IPv4 到 IPv6 过渡
      • 双栈协议
      • 隧道技术


IPv6 是互联网协议的最新版本,它被设计用来取代现有的 IPv4 协议。这是因为 IPv4 存在一些根本性的限制,而 IPv6 则可以解决这些问题。

最典型的问题就是地址空间不足, IPv4 只有大约 43 亿个可用的 IP 地址,而随着互联网的快速发展,这一数量已经远远不够。而IPv6340282366920938463463374607431768211456个地址,你已经看到眼花了吧,这里也就是 2 128 2 ^ {128} 2128 个地址,也说明IPv6的地址有128,这个数据几乎接近于无穷,估计未来上百年都不会用完这么多地址。

IPv6 数据报

IPv6数据报格式如下:

在这里插入图片描述

IPv6数据报分为两部分:基本首部有效载荷

  • 基本首部:长度为固定的40 byte,携带数据报的基本信息
  • 有效载荷:该部分包含了数据报真正的数据部分和任意数量的扩展首部

接下来我从前往后依次讲解每个字段的功能。

版本

4 bit,指明了IP协议的版本,IPv6中版本号就是6

通信量类

8 bit,为了区分不同数据报的优先级。范围为 0 - 70 代表最低优先级,7 代表最高优先级。

流标号

20 bit,流标号字段用于标识来自同一数据流的不同数据报,并允许网络设备对它们进行优先处理。

所谓的,就是一个源点到一个终点的一系列数据报,它们有共同的流标号。

有效载荷长度

16 bit,指明有效载荷部分所占的字节数。最大值是65535

下一个首部

8 bit,这个部分相当于IPv4可选字段,用于对IPv6的首部进行拓展。

其有两种情况:

  1. 如果该数据报没有扩展首部,那么该字段指明有效载荷中的高层协议类型。比如有效载荷为TCP数据报时,该字段值为6;为UDP数据报时,该字段值为17
  2. 如果该数据报有扩展首部,该字段指向的是第一个扩展首部类型。

比如以下可以扩展的首部:

  • 路由头部 :用于指定数据包的路由路径。
  • 分片头部 :用于将数据包分割成多个片段,以便在网络中传输。
  • 鉴别头部 :用于对数据包进行身份验证。
  • 封装安全负载头部:用于对数据包进行加密。

跳数限制
8 bit,用于限制数据报的传输次数,相当于IPv4中的TTL。每当路由器转发一次数据报,跳数限制就减一,当为0时,路由器就会丢弃该报文。

可以看到,相比于IPv4数据报,IPv6数据报的设计更加简单。

主要来说,IPv6数据报对IPv4数据报的首部做了以下更改:

  1. 取消首部长度字段
  2. 取消服务类型字段
  3. 取消总长度字段,改用有效载荷长度字段
  4. 取消TTL字段,改用跳数限制字段
  5. 取消协议字段,改用下一个首部字段
  6. 取消首部检验和字段
  7. 取消选项字段,改用扩展首部来实现扩展功能

可以看到,IPv6几乎一直在做减法,从而使数据报更加简洁。

剩下的就是源地址目的地址了,因为IPv6数据报的地址长度为128,所以这两个字段长度也是128 bit,接下来我们就来看看IPv6地址。


IPv6 地址

冒号十六进制记法

由于地址要占128位,如果用之前的点分十进制表示这个地址,就会很长。因此IPv6冒号十六进制的方法来记录一个IPv6地址。

其基本记法为:16位二进制分为一组,用4个十六进制表示,各组之间用冒号分隔

比如下面这个地址:

68E6:8C64:00FF:FFFF:0000:1180:960A:FFFF

最后一个地址就被分为了8个组。

以上只是基本记录方法,冒号十六进制记法还允许对满足特定要求的地址进行缩写。

一个组内部,如果0前面没有数字,且后面有数字,那么这个0可以省略

比如刚刚的地址:

68E6:8C64:00FF:FFFF:0000:1180:960A:FFFF

第三组00FF,由于00都在数字F前面,可以将其省略为FF;第五组0000,前三个0可以被省略,最后表示为0

但是比如说960A这个组,由于这个0前面有数字,所以不能省略。

最后这个地址就写为:

68E6:8C64:FF:FFFF:0:1180:960A:FFFF

确实简短了一些。

零压缩:一串连续的0可以被压缩为一对冒号::

比如地址:

FF05:0:0:0:0:0:0:B3 

中间连续的六组0000,可以被压缩为一对冒号::,最后地址就变成了:

FF05::B3

因为一个IPv6数据报被分为了8组,上面这个地址只有两组,中间用一对冒号,说明中间剩下的6组都是0000

但是要注意:一个地址只能进行一次零压缩

因为如果进行了多次零压缩,就不能确定一个地址了。

比如这个地址:

FF05::B3::9FFF

这个地址只有三个组,说明有五个组都是0000,请问FF05::B3有几组,B3::9FFF中间又有几组呢?

可以看到,这是不确定的,所以当进行多次零压缩,就无法确定一个地址了。

兼容IPv4地址

由于IPv4地址采用点分十进制,如果想要在点分十进制冒号十六进制之间转换,还是有点麻烦的。因此如果冒号十六进制内部的地址是一个IPv4地址,可以采用点分十进制作为地址后缀。

比如一个IPv4地址128.10.2.1,在IPv6中其实就只占用了最后两个分组,前六个分组都是0000。于是我们可以这样表示:

0:0:0:0:0:0:128.10.2.1

前半部分是冒号十六进制,最后两个分组是点分十进制。我们可以再进行一次零压缩,此时就变成了:

::128.10.2.1

通过这种方式,我们就可以很快把一个IPv4地址转化为IPv6地址了。

不过要注意:IPv4地址一定可以转化为IPv6地址,但是IPv6地址不一定可以转化为IPv4地址

结合CIDR

IPv6地址也可以使用CIDR来划分网络前缀主机号,和IPv4是相同的。

比如一个网络的60位网络前缀为:

12AB:0000:0000:CD30:0000:0000:0000:0000

其可以表示为以下三种方式:

12AB:0000:0000:CD30:0000:0000:0000:0000/60
12AB::CD30:0000:0000:0000:0000/60
12AB:0000:0000:CD30::/60

第二种和第三种方式其实就是进行了一次零压缩,不过压缩了不同的部分。


地址分类

接下来我们看看特殊的IPv6地址:

地址类型二进制形式CIDR结合冒号十六进制
未指明地址128位全0::/128
环回地址前127位全0最后一位为1::1/128
多播地址前8位全1后120位全0FF00::/8
本地站点单播地址前10位为1111111011后120位全0FEC0::/10
本地链路单播地址前10位为1111111010后120位全0FE80::/10

除了这些地址,剩下的都是全球单播地址

一个IPv6数据报,有以下三种传输方式:

  1. 单播:即点对点通信
  2. 多播:一对多的通信,IPv6广播视为一种多播
  3. 任播IPv6增加的一种类型,任播的终点是一组主机,但是只有一个主机会受到数据报,也就是“传播给这一组内部的任意一个计算机”,所以叫任播。一般来说是传递给距离最近的一个。

IPv4 到 IPv6 过渡

推行IPv6不是一蹴而就的,只能慢慢逐步演进,让IPv6慢慢地替代IPv4。由于目前主流的数据报还是IPv4,所以IPv6数据报想要在网络中传输,就必须兼容IPv4。主要有两种方法:双栈协议隧道技术

双栈协议

在这里插入图片描述

双栈协议的运行过程可以概括为:

  1. 地址绑定: 设备同时拥有 IPv4 和 IPv6 地址。
  2. 协议选择: 设备根据需要选择使用 IPv4 还是 IPv6 协议进行通信。
  3. 数据包封装: 根据选择的协议,数据包被封装成相应的协议格式。

上图中,路由器B和路由器E就是两个支持双栈协议的设备,当主机A要给主机F发送IPv6数据报时,由于要经过IPv4网络。路由器B会把IPv6数据报按照一定格式转化为IPv4数据报,随后在IPv4网络中传输。当路由器E接收到该数据报后,再将其转化成IPv6数据报。这样就可以完成IPv6数据报在IPv4网络中的传输。

双栈协议通过同时使用 IPv4IPv6 协议,确保设备能够与现有网络和设备进行通信,并为未来 IPv6 时代做好准备。它通过灵活选择协议,提高通信效率,并确保与现有网络的兼容性。

双栈协议的优缺点:

  • 优点:效率高
  • 缺点:由于会发生IPv4IPv6数据报的格式转化,有可能会造成损失

隧道技术

在这里插入图片描述

隧道技术是一种在现有网络基础上建立虚拟网络连接的技术。它通过将一种网络协议的数据包封装在另一种网络协议的数据包中,实现跨越不同网络环境的通信。

相比于双栈协议隧道技术不是直接把IPv6转化为IPv4,而是把IPv6数据报作为数据,封装在IPv4内部。这样就可以通过IPv4传输了。

隧道技术的优缺点如下:

  • 优点:这个过程不会修改原始的数据报,是无损的
  • 缺点:由于进行额外封装,整个数据报变大,效率降低

这篇关于计算机网络:网络层 - IPv6的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



http://www.chinasem.cn/article/1062577

相关文章

【IPV6从入门到起飞】5-1 IPV6+Home Assistant(搭建基本环境)

【IPV6从入门到起飞】5-1 IPV6+Home Assistant #搭建基本环境 1 背景2 docker下载 hass3 创建容器4 浏览器访问 hass5 手机APP远程访问hass6 更多玩法 1 背景 既然电脑可以IPV6入站,手机流量可以访问IPV6网络的服务,为什么不在电脑搭建Home Assistant(hass),来控制你的设备呢?@智能家居 @万物互联

计算机网络基础概念 交换机、路由器、网关、TBOX

提示:文章写完后,目录可以自动生成,如何生成可参考右边的帮助文档 文章目录 前言一、VLAN是什么?二 、交换机三、路由器四、网关五、TBOXTelematics BOX,简称车载T-BOX,车联网系统包含四部分,主机、车载T-BOX、手机APP及后台系统。主机主要用于车内的影音娱乐,以及车辆信息显示;车载T-BOX主要用于和后台系统/手机APP通信,实现手机APP的车辆信息显示与控

CCF推荐C类会议和期刊总结(计算机网络领域)

CCF推荐C类会议和期刊总结(计算机网络领域) 在计算机网络领域,中国计算机学会(CCF)推荐的C类会议和期刊为研究者提供了广泛的学术交流平台。以下是对所有C类会议和期刊的总结,包括全称、出版社、dblp文献网址以及所属领域。 目录 CCF推荐C类会议和期刊总结(计算机网络领域) C类期刊 1. Ad Hoc Networks 2. CC 3. TNSM 4. IET Com

基于IPv6的下一代网络技术的特征分析

1.引言   随着IPv4地址的耗尽,以及网络接入用户的不断庞大,向IPv6过渡已经是势在必行,IPv6作为新一代的网络协议,不仅具有海量的IP地址资源,而且由于其数据包可以更大,从而实现更可靠、更快速地进行数据的传输,同时通过在数据报头中添加流标记和业务级别大大地改善QoS,且任何设备接入IPv6后即可获取相应的设置,大大地简化用户操作,满足移动性等要求,最重要的一点是,IPv6通过I

网络层 VII(IP多播、移动IP)【★★★★★★】

一、IP 多播 1. 多播的概念 多播是让源主机一次发送的单个分组可以抵达用一个组地址标识的若干目的主机,即一对多的通信。在互联网上进行的多播,称为 IP 多播(multicast , 以前曾译为组播)。 与单播相比,在一对多的通信中,多播可大大节约网络资源。假设视频服务器向 90 台主机传送同样的视频节目,单播与多播的比较如下图所示。 下图(a)是视频服务器用单播方式向 90 台主机传

【IPV6从入门到起飞】4-RTMP推流,ffmpeg拉流,纯HTML网页HLS实时直播

【IPV6从入门到起飞】4-RTMP推流,ffmpeg拉流,纯HTML网页HLS实时直播 1 背景2 搭建rtmp服务器2.1 nginx方案搭建2.1.1 windows 配置2.1.2 linux 配置 2.2 Docker方案搭建2.2.1 docker 下载2.2.2 宝塔软件商店下载 3 rtmp推流3.1 EV录屏推流3.2 OBS Studio推流 4 ffmpeg拉流转格式

[计算机网络]-计网学习笔记-计网知识点总结(附完整笔记)

本笔记是跟着 b站 湖科大教书匠 视频做的笔记,其中图片为视频中的 PPT,加上了自己的注释。         这是原视频链接。大家可以参照着笔记看原视频。视频中的 PPT 做的非常好。         【计算机网络微课堂(有字幕无背景音乐版)】https://www.bilibili.com/video/BV1c4411d7jb?vd_source=1146b07cc2d66

IPv6归属地查询-IPv6归属地接口-IPv6归属地离线库

1、接口介绍 IP归属地是将网络空间地图测绘技术与人工智能(AI)算法相结合,利用动态密度聚类算法和基于多层神经网络的IP地址定位算法,完成IP地址地理位置定位。IP归属地离线库是IP地址定位数据的离线数据包,分为高精准-公安版、高精准-商业版、区县级、城市级和IPv6版共5个版本类型,能够满足客户不同定位精度的需求。 2、接口地址 接口地址:https://www.wapi.cn/api_d

【PyTorch】使用容器(Containers)进行网络层管理(Module)

文章目录 前言一、Sequential二、ModuleList三、ModuleDict四、ParameterList & ParameterDict总结 前言 当深度学习模型逐渐变得复杂,在编写代码时便会遇到诸多麻烦,此时便需要Containers的帮助。Containers的作用是将一部分网络层模块化,从而更方便地管理和调用。本文介绍PyTorch库常用的nn.Sequen

计算机网络知识自学笔记(Chatgpt 回答)

目录 文章目录 phy芯片 lan8720A 和网卡的区别???MAC地址 和IP的区别是啥???1. **用途和作用范围**:2. **层次差异**:3. **分配方式**:4. **持久性和作用**:5. **数据传输中的作用**:小结: 还有网关 是啥 可以举个通俗易懂的例子吗通俗易懂的例子:具体应用:小结: 结合这个案例 可以讲下 ip地址和mac地址分别是啥 和作用分别是啥吗?