专业课程-计算机网络原理知识点梳理

内容纲要

计算机网络原理

引言

本课程以TCP/IP协议为主线,按照体系结构所划分的层次,结合计算机网络的新技术和新应用,讲解网络的基本原理和协议

计算机网络概述

计算机网络基本概念

定义:计算机网络利用通信线路将地理上分散的具有独立功能的计算机系统和通信设备按不同的形式连接起来,以功能完善的网络软件及协议实现资源共享和信息传递的系统

功能

  1. 连通性(信息的传递)
  2. 共享

分类

  1. 按照作用范围分类
    • 广域网WAN
    • 城域网MAN
    • 局域网LAN
    • 个人区域网PAN
  2. 按使用者
    • 公用网(移动、联通))
    • 专用网(部队)

性能指标

  1. 速率(数据率/比特率)
  2. 带宽
    • 指信号具有的频带宽度(单位赫)
    • 指数字信道所能传送的最高数据率
  3. 吞吐量
    表示在单位时间内通过某个网络(或者信道、接口)的数据量
  4. 时延
    • 指数据从网络(链路)的一端传送到另一端所需的时间
    • 根据产生的位置所起到的作用不同
      • 发送时延(数据帧长度/发送速率)
      • 传播时延(信道长度/传播速率))
      • 排队时延
      • 处理时延
      • 总时延 = (发送+传播+排队+处理)时延
  5. 往返时间RTT
  6. 信道利用率
  7. 费用
  8. 质量
  9. 易于维护和管理等

互联网概述

Internet是世界上最大的国际性计算机互联网(网络的网络)

发展阶段

  1. 1983年TCP/IP协议成为 ARPANET 标准协议(互联网诞生)
  2. 建成主干网、地区网、校园网(或企业网)的三级结构
  3. 形成多层次ISP(互联网服务提供者)结构的互联网

制定互联网的三个阶段

  • 互联网草案(Internet Draft)
  • 建议标准(Proposed Standrad)
  • 互联网标准(Internet Standrad)

互联网组成

可理解为环形:

  • 内环为核心网络设备
  • 外环为分散的终端主机

边缘部分:资源子网
由所有连接在Internet上的主机组成,实现通信和资源共享

  • 客户服务器Client/Server 方式
    • 客户发出服务请求
    • 服务器提供服务
  • 对等(Peer-to-Peer)方式
    • 两台主机运行对等连接软件(P2P软件),进行平等、对等连接通信

核心部分:通信子网
由大量网络和连接网络的路由器组成,为边缘部分提供连通性和交换服务

  • 路由器是实现分组交换的关键构件,负责转发收到的的分组
  • 路由器是网络核心部分最重要的功能

电路交换和分组交换特点

电路交换(拨号-通话-挂断)

  • 通话时,始终占用端到端的通信资源
  • 传输计算机数据时效率低

分组交换(将传输数据划分为多组)

  • 高效:动态分配带宽,逐段占用通信链路
  • 灵活:以分组为传送单位和查找路由
  • 迅速:不必先建立连接就能发送分组
  • 可靠:保证可靠性的网络协议,分布式的路由选择

电路交换和分组交换的总时延计算

试在下列条件下分析电路交换和分组交换的总时延分别为多少。
设要传送的报文共 x(bit), 数据率为 b(b/s)
在电路交换时电路的建立时间为S(s)
从源站到目的站共经过 k 段链路,每段链路的传播时延为d(s)
在分组交换时分组长度为p(bit),且各结点的排队等待时间可忽略不计。

总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 排队时延 + 处理时延

电路交换总时延 = s + k*d + x/b
= 发送时延 + 传播时延 + 处理时延
分组交换总时延 = (k-1) * (p/b) + k*d + (x/p) * (p/b)
= k-1段存储转发时延 + 传播时延 + 分组数*各分组处理时延

协议使网络有很好的生存性

理解互联网+

互联网+两化(信息化和工业化)融合的升级版
将互联网作为当前信息化发展的核心特征,提取出来
并与工业、商业、金融业等服务业的全面融合
这其中关键就是创新
只有创新才能让这个+真正有价值、有意义

协议与体系结构

网络协议:Network Protocol
是为进行网络中的数据交换而建立的规则啊、标准或约定

三要素:语法、语义、同步(事件同步顺序)

体系结构

计算机网络的体系结构是计算机网络的各层及其协议的集合。

计算机网络系统设计时,要用分层的方法,将庞大问题转换成若干局部小问题

  • 各层相互独立
  • 灵活性好
  • 结构上可分割
  • 易于实现和维护

TCP/IP的体系结构

  • 4 应用层
  • 3 运输层
  • 2 网际层
  • 1 网络接口层

五层结构

具有五层协议的体系结构

  • 5 应用层:直接为用户的应用进程提供服务
  • 4 运输层:负责向两个主机中进程之间的通信提供服务
  • 3 网络层:负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务
  • 2 数据链路层:在两个相邻节点间的链路上透明传送帧数据
  • 1 物理层:在物理媒体上透明传输比特流

数据通信过程

数据单元的变化

  1. 应用程序–>数据
  2. 应用层->PDU(应用层协议数据单元)—>应用层·数据
  3. 运输层—>运输层·应用层·数据
  4. 网络层->IP数据报(或分组)—>网络层·运输层·应用层·数据
  5. 数据链路层->数据链路层帧—>链路层首部·网络层·运输层·应用层·数据·链路层尾部
  6. 物理层–>传输比特流

另一端收到数据,逆向层级剥离附加数据项,直到数据传送给应用程序

数据通信过程的传输计算

长度为100字节的应用层数据交给运输层传送,需加上20字节的TCP首部
再交给网络层传送,需加上20字节的IP首部
最后交给数据链路层的以太网传送,加上首部和尾部共18字节
试求数据的传输效率。
数据的传输效率是指发送的应用层数据除以所发送的总数据。
若应用层数据长度为1000字节,数据的传输效率是多少?

传输效率 = 应用层数据长度 / 总数据长度

当应用层数据长度为100字节时,
传输效率 = 100 / (100+20+20+18) = 63.3%
当应用层数据长度为1000字节时,
传输效率 = 1000 / (1000+20+20+18) = 94.5%

三网融合的现状和存在的问题

电信网、广播电视网、互联网简称三网

现状

  1. 三网融合是指电信网、广播电视网、互联网在向宽带通信网、数字电视网、下一代互联网演进过程中,三大网络通过技术改造,其技术功能趋于一致,业务范围趋于相同,网络互联互通、资源共享,能为用户提供语音、数据和广播电视等多种服务。
  2. 三网合一并不意味着三大网络的物理合一,而主要是指高层业务应用的融合。
  3. 三网融合应用广泛,遍及智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居等多个领域。

存在的问题

  1. 三网业务定位不同
    • 有线电视网主要提供广播式的视象业务,要发展交互式业务,就要进行大规模的双向化改造,工程巨大。
    • 电信网络则免面临着最后一百米的宽带化问题;
    • 而计算机网也不能保证语音和视频信号的服务质量和实施性要求
  2. 三网标准不统一
    • 三种网络结构都不尽相同,存在不兼容的问题
    • 要完成三网融合必须找到共同认可的网络结构、技术标准和通信协议
    • IP交换是可以被三网接纳的通信协议,而找到三网融合最大的困难是接入网,要找到既物美价廉又便于建设的接入网还需要一段时间
  3. IP协议问题
    • 虽然IP技术的优点在三网融合的过程中可以得到充分的发挥,但是基于IP技术的三网融合仍有许多问题需要解决,目前主要集中在传输网络层和中间网络层。
  4. 不同行业和网络的利益冲突
    • 由于三大网分别由不同的行业部门经营管理,网络互联互通目前存在技术、网关、资费结算等许多问题。
    • 三网融合将带来各种业务和应用的重新整合,也必须会带来工作方式、业务流程的转变和各方利益的调整,三网融合最终必须解决好各行业各部门之间的利益冲突问题。

物理层

物理层基本概念

物理层(或称实体层 Physical Layer)

是计算机网络OSI模型中最低的一层
物理层规定:为传输数据所需要的物理链路建立、维持、拆除,而提供具有机械的,电子的,功能的和规范的特性
简单的说,物理层确保原始的数据可在各种物理媒体上传输

基本任务:确定与传输媒体的四个特性

  • 机械特性:接口形状、尺寸和引线数目等
  • 电气特性:接口线缆的电压范围
  • 功能特性:某一电平电压的意义
  • 过程特性:对不同功能的各种可能事件的出现顺序

数据通信基础知识

  • 数据:运送消息的实体
  • 信号:数据的电气或电磁的表现
  • 模拟信号:代表消息的参数取值是连续
  • 数字信号:代表信息的参数取值是离散
  • 信道;向某一方向传递消息的通道

数据通信系统的模型

物理层通信系统的模型

通信双方信息交互方式

  • 单向通信(单工通信)—>有线电视网络
  • 双向交替通信(半双工通信)—>对讲机
  • 双向同时通信(全双工通信)—>互联网/电话网

信源数据与传输信号转换关系

数据–转换为->信号

转换关系 模拟信号 数字信号
模拟数据 电话 脉码调制PCM
数字数据 调制解调 编码
调制解调

调制:使用载波调制,把数字信号的频率范围搬移到较高的频段,并转换成模拟信号以便在模拟信道中传输

  • 调幅(振幅AM)
    • AM
  • 调频(频率FM)
    • FM
  • 调相(相位PM)
    • PM

解调:把收到的模拟信号还原成数字信号

调制解调器即俗称的

两种调制方法

  • 基带调制:把数字信号转换为另一种形式的数字信号,即仅对信号的波形进行变换,可称之为编码调制
  • 带通调制:使用载波进行调制,将基带信号的频率般到高频段,并将之转换为模拟信号

数字数据的编码

简单的编码方式

非归零码NRZ

简单的用高电压和低电压分别代表1或0

没有包含数据的同步信号
需要一条专用信道传输同步信号,增大了信道的冗余

以太网所使用的编码方式

曼彻斯特编码

曼彻斯特

差分曼彻斯特编码
差分曼彻斯特

信道的极限容量

码间串扰:实际信道的噪声、干扰等造成数据的失真现象

为避免码间串扰

  1. 奈奎斯特定理

    定义理想条件下,码元的传输速率的上限值
    任何信道中,码元传输的速率有上限
    信道频带越宽,则可以更高速率传输码元

  2. 香农公式

频带确定的信道,信噪比也无法提高,并且码元速率达到了上限值,如何提高信息传输率?

答:用编码的方法,让一个码元携带更多的信息量

传输媒体

引导性传输媒体
双绞线,同轴电缆,光缆

非引导型传输媒体
即无线传输

信道复用技术

多路用户共享一条信道,提高信道的利用率

发送方–>(复用器)–>中间设备–>(分用器)–>接收方

频分复用FDM

将信道分为多个子频带(不同用户占用相应的频率范围)

时分复用TDM

将时间划分为一段段等长时隙

同步时分复用

时隙和用户为1:1的关系,但是当用户没有数据传输时,可能造成线路资源的浪费

异步(统计)时分复用:为时隙带上地址信息,可以解决上述问题,在用户无数据传输时进行跳过,但是会造成额外开销

波分复用WDM

实际上是光的频分复用

根据传输的光波波长(频率)不同
不同波长的光波—>合波器—>共享光纤—>分波器—>多束光束

码分复用CDM

也称码分多址CDMA

多路用户分配不同码型,彼此不造干扰(强抗干扰),可以在同样的时间占用同样的带宽资源传送数据

数字传输系统

有线宽带接入——ADSL技术和FTTX技术
非对称数字用户线ASDL技术是用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造,使其能够承载宽带业务的一种技术;
光纤同轴混合网HFC在有线电视网的基础上开发的光纤到户技术FTTH

数据链路层

OSI参考模型的第二层,介乎物理层和网络层之间

数据链路层基本概述

数据链路基本模型

2个主机H
3个路由器R

H1->电话网->R1->局域网->R2->广域网->R3->局域网->H2

设置目的

原始的、有差错物理传输线路的基础上
采取差错检测、差错控制与流量控制等方法
将有差错的物理线路改进成逻辑上无差错的数据链路
网路层提供高质量的服务

几个基本概念

链路(link):是从一个结点到相邻结点的一段物理线路,中间没有任何其他交换结点

数据链路(data link):把实现通信协议的硬件和软件加到链路上,就构成了数据链路,也成为逻辑链路

  • 由适配器(即网卡)来实现这些协议的硬件和软件

适配器:一般包括数据链路层和物理层的功能

数据链路层的基本功能

  1. 封装成帧
    • 数据链路层传输单位是帧
    • 把数据封装成帧,正确发送、接收、解封
  2. 透明传输
    • 无论哪种比特组合都可以在数据链路上有效传输
    • 要区分数据信息、控制信息
  3. 差错控制
  4. 流量控制
    • 控制数据通信的流量,确保通信有序进行
    • 避免接收方来不及接收造成数据丢失
  5. 链路管理
    • 通信时,双方要建立一条数据链路
    • 传输时,要维持数据链路
    • 通信完毕时,要释放数据链路
  6. MAC寻址
    • MAC子层主要功能
    • 指的是网卡MAC地址,即物理地址硬件地址

网络层

网络层的两种服务

计算机通信中,可靠交付应当由网络还是端系统负责?

虚电路服务

借助于电信网成功经验,由网络负责可靠交付

建立虚电路:逻辑上连接而不是物理上连接

主机H1向主机H5发送一个特定格式的控制信息分组,要求进行通信
若主机H5同意通信就发回响应,然后双方就建立了虚电路

到达目的站的分组顺序和发送顺序一致,因此网络提供虚电路服务对通信服务质量QoS有较好保证

特点

  • 面向连接的通信方式
  • 建立虚电路保证双方通信所需的一切资源
  • 分组首部不需要完整目标主机地址,只需要虚电路编号
  • 辅以可靠的传输协议,即可使发送分组无差错地按序到达终点

数据报服务

因特网采用的设计思路

特点

  • 之向上提供简单灵活、无连接的、尽最大努力交付的数据报服务
  • 网络发送分组不需要先建立连接,且独立发送,与前后分组无关
  • 不提供服务质量的承诺,即传送的分组可能出错、丢失、重复和无序

尽最大努力交付的好处

  • 路由器可以做得简单且价格低廉(相比较电信网的交换机)
  • 如果主机(端系统)之间的进程通信要求可靠,可以由运输层负责(差错处理、流量控制)
  • 网络造价大大降低、运行方式灵活且能适应多种应用

IP地址

什么是IP地址?

把整个因特网看作一个单一的、抽象的网络。
IP地址就是给每个连接在Internet网的主机(路由器)分配一个在全世界范围唯一的32位标志符

分配的IP地址

两级IP地址 {网络号,主机号} (32位)

  1. A类地址:0-8位-24位
  2. B类地址:10-16位-16位
  3. C类地址:110-24位-8位
  4. D类地址:1110-多播地址
  5. E类地址:1111-保留为今后使用

点分十进制记法

每个八位插入一个空格提高可读性

10000000 00001011 00000011 00011111
点分十进制:128.11.3.31

IP地址的特点

  1. 是一种分等级的地址结构
    • 分配IP只分配网络号,主机号自行分配,方便了IP管理
    • 路由器仅根据所连接的网络号转发分组而不考虑主机号,减少了路由表的项目数量(存储空间)
  2. 是标志主机(路由器)和一条链路的接口
    • 一台主机连接到两个网络,必须有两个网络号
    • 路由器至少应该有两个不同的IP地址
    • 转发器或网桥连接的若干局域网仍为一个网络,具有相同网络号
    • 分配到网络号的网络都是平等的

IP地址和硬件地址

数据报首部放IP地址 (网络层及以上使用IP地址)
MAC帧首部放硬件地址 (链路层及以下使用硬件地址)

地址解析协议ARP

计算机通信使用两个地址

  1. IP地址:220.168.10.16
  2. MAC地址:00-15-C5-C6-C8-11

地址解析协议ARP作用

从网络层使用的IP解析出在链路层使用的硬件地址

ARP高速缓存

  1. 每个主机都有ARP高速缓存,存着所在的局域网上的各主机和路由器的IP地址到硬件地址的映射表
  2. 每个映射项目都有生存时间,过期删除

ARP工作过程

主机A向B发送数据报,先在ARPcache中查找是否有B的IP

  1. 有则写入MAC帧,再通过局域网发送此硬件地址
  2. 没有则广播ARP请求分组,收到响应后再将映射写入ARPcache

ARP相关问题

  1. ARP解决同一局域网的内的IP-硬件地址映射问题
  2. IP到硬件的地址解析是自动进行的,主机的用户对这种地址的解析过程是不知道的
  3. 只要主机或路由器要和本地网络的另一个已知IP地址主机进行通信,ARP就会自动将IP地址解析为硬件地址

使用ARP的典型情况

  1. 发送方主机要发送数据报到本网络上主机,用ARP找到主机硬件地址
  2. 发送方主机要发送数据报到另一网络主机,用ARP找到本网络的一个路由器硬件地址,剩下由路由器完成
  3. 发送方路由器要把IP数据报转发到本网络上主机,用ARP找到主机硬件地址
  4. 发送放路由器要发送数据到另一网络主机,用ARP找到本网络上另一个路由器硬件地址,剩下由该路由器完成

IP数据报的格式

格式

格式:首部+数据

什么进行数据报分片

  1. IP数据报的总长度必须不超过链路层的最大传输单元MTU
  2. 若传送的数据报长度超过链路层的MTU值,就必须把过长的数据报进行分片处理

IP层转发分组的流程

根据目的网络地址就能确定下一跳路由器(而不是完整路径),这样做的结果是

  • IP数据报最终一定能找到目的主机所在目的网络的路由器
  • 只有到达最后一个路由器时,才试图向目的主机进行直接交付

特定主机路由

含义:为特定的目的主机指定一个路由

用处:

  1. 方便管理员控制和测试网络
  2. 解决某种安全问题

默认路由

适用性

  1. 默认路由可减少路由表占用空间和搜索路由表所需时间
  2. 在一个网络只有很少的对外连接时是很有用的
  3. 主机连接在小网络上,且网络只用一个路由器和互联网进行连接

划分子网

划分子网 已成为因特网的正式标准协议
IP地址 {网络号,子网号,主机号}

如B类网络145.13.0.0
划分为三个子网
145.13.3.0 145.13.7.0 145.13.21.0

划分子网的特点

  1. 纯属内部事务,对外没有表现为划分子网的网络
  2. 只是把IP地址的主机号部分进行再划分,而不改变网络号
  3. 划分子网后IP地址就变成了三级结构

划分子网后的寻址过程

  1. 其他网络接收到IP数据报,仍是根据网络号找到相应路由器
  2. 然后此路由器根据网络号和子网号后找到目的子网
  3. 将IP数据报直接交付目的主机

子网相关问题

IP地址能否看出子网进行了划分?
不能
使用子网掩码可以找出IP地址的子网部分

子网掩码

子网掩码:使用子网掩码可以找出IP地址的子网部分

  • 32位,对应于IP地址
  • 其中网络号和子网号位对应1
  • 主机号对应0

如三级结构IP地址:145.13.3.10
子网掩码:11111111 11111111 1111111 00000000
即255.255.255.0

默认的子网掩码
  1. A类地址:255.0.0.0
  2. B类地址:255.255.0.0
  3. C类地址:255.255.255.0
计算网络地址

已知IP地址和子网掩码,如何确定网络地址?
如IP地址141.14.72.24,子网掩码 255.255.192.0
(IP地址) AND (子网掩码) = 网络地址 (AND 位运算)

无分类编址CIDR

CIDR

  1. 无分类域间路由选择(CIDR)
  2. CIDR消除了传统A、B、C类地址及其划分子网的概念,可以更有效分配IPv4地址空间
  3. CIDR使用各种长度的网络前缀来代替分类地址中的网络号和子网号

无分类的两级编址

IP地址 {网络前缀,主机号}

斜线记法(CIDR记法)

在IP地址后加上一个斜线'/',然后写上网络前缀所占位数
例如: 128.14.35.7/20

地址掩码

  • 32位,对应于IP地址
  • 其中网络前缀对应1
  • 主机号对应0

CIDR地址块

网络前缀都相同的连续的IP地址组成CIDR地址块

路由聚合

一个CIDR地址块可以包含很多地址,在路由表中就利用CIDR地址看来查找目的网络
因此这种地址的聚合称为路由聚合(构成超网)

构成超网:一个CIDR地址块可以包含多个B类和C类地址

CIDR其它相关

  1. ISP(206.0.64.0/18)共包含64个C类网络
  2. 如果不采用CIDR技术,则在与该ISP的路由器交换路由信息的每一个路由器的路由表中,就需要有64个项目

采用地址聚合后,只需用路由聚合后的一个项目206.0.64.0/18 就能找到该ISP

RIP协议

路由信息协议 Routing Information Protocol

  1. 是内部网关协议,IGP中最先得到广泛使用的协议
  2. 是一种分布式的、基于距离向量的路由选择协议
  3. 要求网络中的每一个路由器都要维护从它自己到其它每一个目的网络的距离纪录

"距离"的定义

  1. 从一路由器直接连接的网络距离定义为1
  2. 从一路由器到非直接连接的网络距离定义为所经过的路由器数+1
  3. RIP认为好的距离就是经过的路由器数量少,即距离短
  4. RIP允许一条路径最多只能包含15个路由器
  5. "距离"的最大值为16时即相当于不可达

RIP工作要点

  1. 仅和邻路由器交换信息
  2. 交换的信息是当前本路由器所知道的全部信息,即自己的路由表
  3. 固定的时间间隔交换路由信息,例如每隔30s

工作过程:

  1. 路由器刚开始工作只知道直接连接网络的距离(1)
  2. 以后每一个路由器也只和邻路由器交换并更新路由信息
  3. 经过若干次更新,所有路由器最终都会知道到达本自治系统中任一网络的最短距离和下一跳路由器的地址
  4. RIP协议的收敛比较快,即在自治系统中所有结点都得到正确的路由选择信息的过程

距离向量算法

移步更新路由表的相关题型

RIP协议的优缺点

  1. 优点
    • 简单实现,开销较小
  2. 缺点
    • 限制了网络规模
    • 当网络出现故障,要较长时间才能将此信息传送到所有路由器
    • 路由器之间交换的路由信息是路由器中的完整路由表,因而随着网络规模扩大,开销增大

OSPF协议

开放最短路径优先协议 Open Shortest Path First

  1. 一种内部网关协议
  2. "开放"表明OSPF协议不是受一家厂商控制,而是公开发表的
  3. OSPF是分布式的链路状态协议

OSPF的工作要点

  1. 使用洪泛法向本自治系统中的所有路由发送信息
  2. 发送的信息就是本路由器相邻的所有路由器的链路状态
    • 链路状态:说明本路由器都和哪些路由器相邻,以及该链路的"度量"
  3. 只有当链路状态发送变化时,路由器才用洪泛法向所有路由器发送此信息
  4. 由于路由器频繁交换链路状态信息,最终所有路由器能建立一个链路状态数据库
  5. 链路状态数据库实际上就是全网的拓扑结构图
  6. 每一个路由器使用链路状态数据库中的数据,构造自己的路由表

OSPF的区域

区域:将自治系统划分为更小区域

好处:将利用洪泛法的范围局限在每一个区域,减少网络的通信量

OSPF的分组类型

  1. 问候分组
  2. 数据库描述分组
  3. 链路状态请求分组
  4. 链路状态更新分组
  5. 链路状态确认分组

BGP

边界网关协议BGP是目前使用最多的外部网关协议

为什么不同自治系统间不能使用内部网关协议
1.互联网规模太大,使得路由选择困难
2.自治系统的路由选择必须考虑有关策略

BGP工作原理

  1. BGP力求寻找一条能够到达目的网络且比较好的路由(不兜圈子,并非最佳)
  2. 采用路径向量路由选择协议
  3. 每个自治系统要选择至少一个路由器作为该自治系统的BGP发言人
  4. BGP发言人与其它自治系统BGP发言人交换路由信息
  5. BGP所交换的网络可达性信息就是要到达某个网络所要经过的一系列AS
  6. 当BGP发言人互相交换了网络可达性的信息后,各BGP发言人就根据所采用的策略从收集到的路由信息中找出到达各AS的较好路由

BGP协议特点

  1. BGP交换路由信息的结点数量是自治系统数的量级
  2. 要找到较好的路径,需要寻找正确的BGP发言人
  3. BGP支持CIDR
  4. BGP刚运行,邻站交换整个BGP路由表,在此之后只更新变化部分

BGP四种报文

  1. 打开报文
  2. 更新报文
  3. 保活报文
  4. 通知报文

IPv6协议

解决了IPv4地址耗尽的问题

IPv6特点

  1. 新格式,最大程度减少协议头开销
  2. 地址长度128位,地址空间大于3.4e38
  3. 有效的分级寻址和路由结构,使得路由寻址简便
  4. 有状态和无状态的地址自动配置,简化了主机配置
  5. 内置安全性
  6. 更好地支持QoS

IPv6数据报

IP地址:基本首部+有效荷载

  1. 将原来IPv4首部中的选项的功能放在拓展首部中,并将拓展首部留给路径两端的源站和目的站的主机来处理
  2. 数据报途中经过的路由器都不处理这些拓展首部
  3. 大大提高路由器的处理效率

IPv6的地址

  1. 地址的类型
    • 单播:传统点对点通信
    • 多播:一对多通信
    • 任播:IPv6新增,目的站为一组计算机,但数据报交付时只交付距离最近的一个
  2. IPv6将实现IPv6的主机和路由器均称为结点
  3. IPv6给结点的每一个接口指派一个IP地址

一个接口可以有多个单播地址
一个结点接口的每一个单播地址可用来唯一地标志该结点

Ipv6的地址记法

  1. 冒号16进制记法
    • 每16位用16进制表示,用冒号分隔
    • 零压缩:连续的零用两个冒号替代
  2. 未声明地址(::)
    • 全0地址,"::"
    • 没分配到标准IP的主机当源地址
    • 这类地址仅此一个
  3. 环回地址(::1)
    • 作用和IPv4环回地址相同
    • 仅此一个
  4. 多播地址(FFFF::/8)
    • 11111111 (8位)
    • 作用和IPv4多播地址相同
    • 这类地址占IPv6总数的1/256
  5. 本地链路单播地址(FE80::/8)
    • 1111111010 (10位)
    • 有些单位网络使用TCP/IP协议但没有连接互联网,作本地通信
    • 这类地址占IPv6总数的1/1024
  6. 全球单播地址

从Ipv4向IPv6过渡

  1. 双协议栈
  2. 隧道技术

ICMPv6

面向报文的协议,利用报文报告差错,获取信息,探测邻站或管理多播通信

  1. 不保证数据报的可靠交付
  2. 使用ICMPv6反馈一些差错信息
  3. IPv4中的ARP和网际组管理协议IGMP已经合并到ICMPv6

分类

  1. 差错报文
  2. 信息报文
  3. 邻站发现报文
  4. 组成员关系报文

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