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  第27题      
  知识点:   IPv4向IPv6的过渡   IPv4向IPv6过渡   IPv6
  关键词:   IPv4   IPv6   通信   网络        章/节:   Internet 协议       

 
在从IPv4向IPv6过渡期间,为了解决IPv6主机之间通过IPv4网络进行通信的问题,需要采用(27),为了使得纯IPv6主机能够与纯IPv4主机通信,必须使用(28)。
 
 
  A.  双协议栈技术
 
  B.  隧道技术
 
  C.  多协议栈技术
 
  D.  协议翻译技术
 
 
 

 
  第28题    2015年下半年  
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在从IPv4向IPv6过渡期间,为了解决IPv6主机之间通过IPv4网络进行通信的问题,需要采用(27),为了使得纯IPv6主机能够与纯IPv4主..
 
   知识点讲解    
   · IPv4向IPv6的过渡    · IPv4向IPv6过渡    · IPv6
 
       IPv4向IPv6的过渡
        虽然IPv6已经被公认为是下一代互联网络的核心通信协议,但由于IPv4已经经过20多年的发展和完善,几乎所有的计算机和路由器正在使用IPv4协议,要在很短的时间内把它们全部转换成为IPv6协议是不切实际的。IPv6协议的设计者认识到从IPv4过渡到IPv6可能会花费数年的时间,所以在相当长的时间内IPv6和IPv4网络将会需要进行通信和共存。要提供平稳的过渡,对现有的用户和应用软件影响最小,就需要有良好的转换机制。为此IPv6的设计者们在“IP下一代协议的建议”(RFC 1752)中定义了下列过渡标准:
        (1)现存的IPv4主机必须可以随时升级到IPv6,它本身的升级与其他主机和路由器的升级无关。
        (2)新使用IPv6协议的主机,可以随时加入IPv6网络,不依赖于其他主机和路由器。
        (3)现存的IPv4主机,安装IPv6协议后,可以继续使用其IPv4的地址,而不需要其他地址。
        (4)将现有的IPv4节点升级到IPv6,或部署新的IPv6节点只需要很少的准备工作。
        基于这种标准,IPv4和IPv6可以长期共存,尽管现在IPv4是“海洋”,IPv6是“小岛”,但随着时间的推移,IPv6研究的进展,会有越来越多的节点加入到IPv6,那时IPv6就变成“海洋”,而IPv4成了“小岛”,最终实现全部迁移到IPv6网络。
        下面介绍几种IPv4向IPv6过渡的方案。
               双协议栈
               双栈机制是处理过渡问题最简单的方式,通过在一台设备上同时运行IPv4和IPv6协议栈使得设备能够处理两种类型的协议。主机根据目的IP地址来决定采用IPv4还是IPv6协议发送或接收数据包。在过渡的初始阶段,所有支持IPv6的主机将同时具有IPv4协议栈。他们能够使用IPv4分组直接和IPv4节点通信,使用IPv6分组直接和IPv6节点通信。双协议栈并不一定要和隧道技术一起使用,但创建隧道一定要有双栈技术的支持。双栈结构如下图所示。
               
               双协议栈结构
               双栈节点有4种工作方式,简单描述如下:
               (1)如果应用程序使用的目的地址是IPv4地址,则使用IPv4协议。
               (2)如果应用程序使用的目的地址是IPv6中的IPv4兼容地址,则同样使用IPv4协议,但此时IPv6封装在IPv4中。
               (3)如果应用程序使用的目的地址是一个非IPv4兼容的IPv6地址,则使用IPv6协议,而且很可能此时要采用隧道等机制来进行路由转发。
               (4)如果应用程序使用域名,则首先解析域名得到IP地址,然后根据地址情况按上面的分类进行相应的处理。
               隧道模式
               随着IPv6的发展,出现了一些被运行IPv4协议的骨干网络所隔离开的局部IPv6网络,为了实现这些IPv6网络之间的通信,必须采用隧道技术。隧道技术提供了一种以现有IPv4路由体系来传递IPv6数据的方法,在两者都具备双栈的节点间,将IPv6分组作为无结构意义的数据,封装在IPv4分组中,IPv4数据报头的“协议”字段设置为41,指示这个分组的净荷是一个IPv6分组,IPv4数据报文的源地址和目的地址分别对应隧道入口和出口的IPv4地址,到了隧道的出口处,再将IPv6报文取出转发给目的站点。封装结构如下图所示。
               
               IPv4封装IPv6数据包
               NAT-PT
               网络地址协议转换(Network Address Translation-Protocol,NAT-PT)网关能够实现IPv4和IPv6协议栈的互相转换,包括网络层协议、传输层协议以及一些应用层协议之间的互相转换,原有的各种协议可以不加改动就能与新的协议互通,但该技术在应用上有一些限制:
               (1)在拓扑结构上要求一次会话中双向数据包的转换都在同一个路由器上完成,因此地址/协议转换方法较适用于只有一个路由器出口的网络;
               (2)一些协议字段在转换时不能完全保持原有的含义。
 
       IPv4向IPv6过渡
        IPv6与IPv4不兼容,但同所有其他的TCP/IP协议簇中的协议兼容,即IPv6完全可以取代IPv4。
        在IPv6成为主流协议之前,首先使用IPv6协议栈的网络希望能与当前仍被IPv4支撑着的Internet进行正常通信,因此必须开发出IPv4/IPv6互通技术以保证IPv4能够平稳过渡到IPv6。
        目前解决过渡问题的基本技术主要有3种,即兼容IPv4的IPv6地址(RFC2766)、双IP协议栈(RFC2893 obsolete RFC1933)和基于IPv4隧道技术的IPv6(RFC2893)。
 
       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。
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第27题    在手机中做本题