从 IPv4 到 IPv6 过渡，无法错过这些知识点

让我们明确下各层的工作职责(以五层协议为例):

• 应用层,该层协议主要负责各个应用程序之间交互的规则.如HTTP,DNS,其交互的数据单元可以称为”报文”.运输层,为应用层提供通用的数据传输服务.为上层跑腿的.TCP,UDP均是运输层协议.
• 网络层,为网络中不同的主机提供通信服务.IP协议工作在该层.
• 数据链路层,负责相邻两点的数据传送.
• 物理层, 传输比特流, 0 或 1. 每一层将数据封装成自己能理解的数据格式,交付给下一层,下一层将收到的作为自己的数据再次添加本层的必要数据,向下交付,直到链路层,传递到目的地后,每层再将该层的必要数据去掉,交付给上层.

如下图:

• 首部校验和, 占16位.数据报的首部校验和,不包括数据部分.
• 源地址, 目的地址, 各占32位

IPV6

IPv6的出现是解决IPv4资源枯竭的问题.其仍然支持无连接的传送, 但传送的是PDU分组,而不是IPv4的数据报.

IP地址

IPv6的地址是128bit,在可预见的未来是够用的.但和IPv4版本并不兼容, 若使用IPv4版本的主机A和使用IPv6版本的主机B之间通信是需要特殊处理的,在后面会介绍方法.

IPv6的地址表示

IPv6的地址采用冒号十六进制记法 , 8组4个16进制数字,中间使用冒号隔开.例如:

6845:8C64:FFFF:FFFF:0:1180:9000:FFFF

• 若一组中全是0,可以省略三个.
• 若存在连续多组0,可以使用冒号取代,但只能压缩一次 FF05:0:0:0:0:0:0:B3 可以压缩为 FF05::B3 1090:0:0:0:8:800:200C:417A 可以压缩为 1090::8:800:200C:417A 全零可记为 ::
• 最后的2组可以使用IPv4的点分十进制表示 0:0:0:0:0:0:128.10.2.1 可表示为 ::128.10.2.1

数据报格式

IPv6数据报由两大部分组成, 基本首部和有效载荷.有效载荷运行有0个或多个扩展首部.

可以看到,IPv6的首部是固定的40字节,和IPv4不同;在组成上也有很大区别,下面看下各部分的意思.

• 版本, 占4位, 协议的版本,通信双方需要相同
• 通信量类, 占8位.区分不同的IPv6的数据报或优先级.
• 流标号, 占20位. IPv6一个新机制就是支持资源预分配, 运行路由把每个数据报与特定的资源分配和联系.IPv6提出流的概念.指互联网上从特定源点到特定终点的一系列数据报(如实时的音频或视频传输), 在这个流经过的路径上路由都保证指明的服务质量.所有属于同一个流的数据报具有相同的流标号.赋值为0即为关闭.
• 有效载荷长度, 占16位.指明除基本首部以外的字节数.大64KB.
• 下一首部, 占8位.相当于IPv4的协议字段或可选字段.
• 当IPv6没有扩展首部时, 该字段和IPv4的协议字段一样.
• 有扩展首部时,表示第一个扩展首部的类型.
• 跳数限制, 和IPv4的TTL一样
• 源地址,目的地址, 各占128位

从IPv4向IPv6过渡

网络如此庞大,从IPv4向IPv6的变换不可能一蹴而就.若要在两个版本的协议下通信,有下面的2个方法

双协议栈

简单的说就是一个主机能够理解两个版本的内容,这样主机也要有2个版本对应的IP地址.具有双协议栈的主机, 可以通过DNS系统知道目的主机使用的协议版本.

下面是两台使用IPv6的主机通信示意图,它们之间需要通过IPv4网络, 在必要的时候经过双协议栈的主机进行协议的转换,当然转换的时候有些信息可能丢失,这也是不可避免的.

使用隧道技术

隧道技术的原理是,在IPv6的数据需要进入IPv4网络时,将IPv6的数据报(准确的说是PDU)当成IPv4数据报的数据部分,使用IPv4版本传输,在离开IPv4网络时在此组装成IPv6的数据,发往目的地.下面是一个示意图:

结束语

关于IP协议,还有很多可以谈的地方, 这里就不再深入了.读完希望你能有一个”明镜一样”的感觉。

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