計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理及應(yīng)用 課件 模塊五：主題5擴(kuò)展IP技術(shù)

擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)立體空間-網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理及應(yīng)用課前回顧課前回顧1．理論上，IPv4最多有__________億個地址。__________、__________和__________對放緩IPv4地址空間的耗盡起了不可或缺的作用。在萬物互聯(lián)時代，交互對象關(guān)系正在經(jīng)歷從人與人到人與物到物與物的深刻變化，因此，當(dāng)今的Internet設(shè)備不僅僅只有計算機(jī)、平板電腦和智能手機(jī)，還有嵌入通信與計算功能設(shè)備，甚至包括安裝有傳感器和Internet預(yù)留裝置的設(shè)備如汽車、家用器械以及自然生態(tài)系統(tǒng)等一切事物。IPv4地址空間已經(jīng)無法滿足巨大聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量的需求。2．到目前為止，全球IPv4地址空間已耗盡?？紤]到Internet用戶數(shù)量的不斷增加、有限的IPv4地址空間和萬物互聯(lián)等問題，是時候向IPv6地址過渡了。IPv6地址不但擁有更大的__________位地址空間，提供__________個地址，還修復(fù)了IPv4的一些限制，如__________和__________等，并開發(fā)了額外的增強(qiáng)功能。需要注意的是，過渡到IPv6不是一朝一夕可以完成的，因此，IPv4和IPv6共存會花費數(shù)年時間。課前回顧（IPv6網(wǎng)絡(luò)離我們還遠(yuǎn)嗎？）2．IPV6是下一代互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展基礎(chǔ)，目前中國IPV6網(wǎng)絡(luò)已全面建成，IPV6從“能用”步入“好用”階段。截至2023年8月底，IPV6活躍用戶數(shù)達(dá)7.62億，占互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)民總數(shù)的71%，網(wǎng)絡(luò)中IPV6流量超過IPV4流量，標(biāo)志著中國推進(jìn)IPV6規(guī)模部署及應(yīng)用迎來新里程。主題5：擴(kuò)展IP技術(shù)學(xué)習(xí)目標(biāo)知識目標(biāo)本節(jié)目標(biāo)了解IPv6地址的基本概念。掌握IPv6地址的表示方法。了解IPv6過渡技術(shù)。了解IP多播技術(shù)。了解SDN的特點。通過分析IPv4地址必然向IPv6地址演化的本質(zhì)原因，幫助學(xué)生認(rèn)識事物發(fā)展的基本規(guī)律，建立對“量變到質(zhì)變”的正確認(rèn)知。素質(zhì)目標(biāo)能力目標(biāo)能夠在終端、中間設(shè)備上配置IPv6地址。IPv4的主要問題7

IPv4地址枯竭、安全、服務(wù)質(zhì)量、路由IPv4電信網(wǎng)絡(luò)電視網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)03NAT02CIDR01子網(wǎng)劃分IPv6IPv6的改進(jìn)措施8

1最本質(zhì)的改變：IPv6的地址長度為128位3支持即插即用功能沒有DHCP服務(wù)器也可以實現(xiàn)自動分配IP地址5QoS考慮：提供網(wǎng)路歐服務(wù)質(zhì)量能力2簡單是美簡化首部結(jié)構(gòu)，減輕路由器負(fù)荷4貼身安全集成了IPSec用于網(wǎng)絡(luò)層的認(rèn)證與加密思考：IPv4與IPv6兼容嗎？IPv6協(xié)議數(shù)據(jù)單元9

IPV6包含兩部分：由固定首部和有效載荷組成。041631版本位目的地址源地址下一個首部流標(biāo)號12通信量類（128位）（128位）有效載荷長度跳數(shù)限制24有效載荷（擴(kuò)展首部/數(shù)據(jù)）IPv6的基本首部（40B）IPv6的有效載荷（至64KB）40字節(jié)長的IPv6基本首部IPv6協(xié)議數(shù)據(jù)單元10

版本占4位指明協(xié)議的版本041631版本位目的地址源地址下一個首部流標(biāo)號12通信量類（128位）（128位）有效載荷長度跳數(shù)限制24有效載荷（擴(kuò)展首部/數(shù)據(jù)）IPv6的基本首部（40B）IPv6的有效載荷（至64KB）40字節(jié)長的IPv6基本首部IPv6協(xié)議數(shù)據(jù)單元11

通信量類占8位區(qū)分不同的IPv6數(shù)據(jù)包的類別或優(yōu)先級(ToS)，沒有廣泛使用

思考：與IPv4與相比，誰的首部更為簡單？041631版本位目的地址源地址下一個首部流標(biāo)號12通信量類（128位）（128位）有效載荷長度跳數(shù)限制24有效載荷（擴(kuò)展首部/數(shù)據(jù)）IPv6的基本首部（40B）IPv6的有效載荷（至64KB）40字節(jié)長的IPv6基本首部IPv6協(xié)議數(shù)據(jù)單元12

流標(biāo)簽占20位指明IPV6數(shù)據(jù)報屬于哪一個數(shù)據(jù)流。屬于同一個數(shù)據(jù)流的報文，流標(biāo)簽的值是相同的（資源預(yù)分配時使用）041631版本位目的地址源地址下一個首部流標(biāo)號12通信量類（128位）（128位）有效載荷長度跳數(shù)限制24有效載荷（擴(kuò)展首部/數(shù)據(jù)）IPv6的基本首部（40B）IPv6的有效載荷（至64KB）40字節(jié)長的IPv6基本首部IPv6協(xié)議數(shù)據(jù)單元13

有效載荷長度指明IPv6數(shù)據(jù)報除基本首部以外的字節(jié)數(shù)（所有擴(kuò)展首部都算在有效載荷之內(nèi)。041631版本位目的地址源地址下一個首部流標(biāo)號12通信量類（128位）（128位）有效載荷長度跳數(shù)限制24有效載荷（擴(kuò)展首部/數(shù)據(jù)）IPv6的基本首部（40B）IPv6的有效載荷（至64KB）40字節(jié)長的IPv6基本首部IPv6協(xié)議數(shù)據(jù)單元14

下一個首部相當(dāng)于IPv4的協(xié)議字段或可選字段041631版本位目的地址源地址下一個首部流標(biāo)號12通信量類（128位）（128位）有效載荷長度跳數(shù)限制24有效載荷（擴(kuò)展首部/數(shù)據(jù)）IPv6的基本首部（40B）IPv6的有效載荷（至64KB）40字節(jié)長的IPv6基本首部IPv6協(xié)議數(shù)據(jù)單元15

跳數(shù)限制用來防止數(shù)據(jù)報在網(wǎng)絡(luò)中無限期地存在041631版本位目的地址源地址下一個首部流標(biāo)號12通信量類（128位）（128位）有效載荷長度跳數(shù)限制24有效載荷（擴(kuò)展首部/數(shù)據(jù)）IPv6的基本首部（40B）IPv6的有效載荷（至64KB）40字節(jié)長的IPv6基本首部IPv6協(xié)議數(shù)據(jù)單元16

源地址占128位，即數(shù)據(jù)報的發(fā)送端的IPv6地址。目的地址占128位，即數(shù)據(jù)報的接收端的IPv6地址。041631版本位目的地址源地址下一個首部流標(biāo)號12通信量類（128位）（128位）有效載荷長度跳數(shù)限制24有效載荷（擴(kuò)展首部/數(shù)據(jù)）IPv6的基本首部（40B）IPv6的有效載荷（至64KB）40字節(jié)長的IPv6基本首部IPv6地址表示17

首選格式表示方法：使用冒號將IP地址分割成8個16比特的數(shù)組，每個數(shù)組表示成4位十六進(jìn)制數(shù)。IPv6地址表示18

壓縮表示方法

若以零開頭可以省略，連續(xù)全零的組可用“::”表示，如:1:2::ACDE:….，一個地址中“::”只能出現(xiàn)一次

0001:0123:0000:0000:0000:ABCD:0000:0001/961:123:0:0:0:ABCD:0:1/961:123::ABCD:0:1/96IPv6地址表示19

內(nèi)嵌IPv4的IPv6地址：此時地址常表示為X:X:X:X:X:X:d.d.d.d。例：0:0:0:0:0:0:0::0前96比特采用冒分十六進(jìn)制表示，后32比特則使用IPv4的點分十進(jìn)制表示1）12AB::CD30:0:0:0:0/602）12AB:0:0:CD30::/603）12AB::CD30/60下列地址表達(dá)正確是哪一個IPv6地址表示20

“地址/前綴長度”表示法地址前綴用“/xx”表示，如2001:0410:0000:0001:0000:0000:0000:45ff/64使用IPv6地址訪問web瀏覽器：http://[2001:0db8:3c4d:0012:0000:0000:1234:56ab]:80/default.htmlIPv6地址的類型21

1單播(Unicast)：點對點通信。2多播(Multicast)：一對多點通信。3任意播(Anycast)：IPv6地址增加的一種類型。任播的目的站是一組計算機(jī)，但數(shù)據(jù)報在交付時只交付其中的一個，通常是距離最近的一個。IPv6地址的類型22

僅此一個節(jié)點自動生成，路由器之間通信使用地址類型二進(jìn)制前綴未指明地址00…0（128位），可記為

::/128。環(huán)回地址00…1（128位），可記為

::1/128。多播地址11111111（8位），可記為

FF00::/8。本地鏈路單播地址1111111010（10位）,可記為

FE80::/10。全球單播地址（除上述四種外，所有其他的二進(jìn)制前綴）僅此一個課堂同步23

將地址2001:0db8:4004:0010:0000:0000:6543:0ffd寫為壓縮格式的IPv6地址。IPv6過渡技術(shù)24

IPv4對Internet具有很好的支撐作用。IPv6是下一代Internet的核心協(xié)議。IPv4到IPv6的轉(zhuǎn)換需要有一個過程。IPv6過渡技術(shù)25

1IPv6/v4雙協(xié)議棧：節(jié)點同時運(yùn)動兩種協(xié)議棧，根據(jù)不同的報文類型進(jìn)行處理和轉(zhuǎn)發(fā)。2隧道技術(shù)：將整個報文作為數(shù)據(jù)部分封裝在另一個協(xié)議里進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。IPv6過渡技術(shù)26

隧道技術(shù)。手動配置隧道方式。自動配置隧道方式。多路復(fù)用技術(shù)27

考研考點：全國統(tǒng)考，院校自主命題均涉及1．IPv6地址體系中的接口標(biāo)識符有( )，對每個站點來說，該接口標(biāo)識符（）?！?018北京工業(yè)大學(xué)】A.128僅在子網(wǎng)內(nèi)部是唯一的 B.32比特

是全球唯一的

C.64比特是全球唯一的 D.16比特僅在子網(wǎng)內(nèi)部是唯一的2．參見“課后檢測”二、5。【2023全國統(tǒng)考】IP多播技術(shù)28

視頻點播、可視電話及視頻會議等是互聯(lián)網(wǎng)重要的視頻業(yè)務(wù)。具有網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)量大、對網(wǎng)絡(luò)時延較為敏感的特點。采用傳統(tǒng)的單播、廣播技術(shù)無法滿足視頻業(yè)務(wù)的需求。IP多播（互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行的多播）技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。IP多播技術(shù)29

IP多播技術(shù)的概念。多播可以極大地節(jié)省網(wǎng)絡(luò)資源。IP多播技術(shù)30

IP多播地址。多IPv4中的D類地址是IP多播地址。多播地址只能用作目的地址。使用每一個D類地址來標(biāo)識一個多播組。IP多播機(jī)制僅應(yīng)用于UDP。IP多播分為在局域網(wǎng)范圍內(nèi)的硬件多播和互聯(lián)網(wǎng)范圍內(nèi)的多播IP多播技術(shù)31

局域網(wǎng)上的硬件多播。MAC多播地址：01-00-5E-00-00-00～01-00-5E-7F-FF-FF。MAC多播地址與IP多播地址之間的映射關(guān)系，但映射關(guān)系并不唯一。如：MAC地址：80-C0-F6-A0-4A-B1，IP多播組地址：0，對應(yīng)的MAC多播地址為01-00-5E-00-01-0A。IP多播技術(shù)32

IP多播需要的兩種協(xié)議。利用IGMP協(xié)議加入或退出多播組，獲得多播組成員信息。多播路由器周期性地探詢局域網(wǎng)上的主機(jī)是否在多播組內(nèi)。多播路由選擇協(xié)議：形成以源主機(jī)為根節(jié)點的多播轉(zhuǎn)發(fā)樹。多路復(fù)用技術(shù)33

考研考點：全國統(tǒng)考，院校自主命題均未涉及軟件定義網(wǎng)絡(luò)34

傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用分布式，數(shù)據(jù)平面和控制平面分離。存在路由調(diào)整不靈活、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實現(xiàn)復(fù)雜、運(yùn)行維護(hù)成本高、網(wǎng)絡(luò)新業(yè)務(wù)升級困難等問題。軟件定義網(wǎng)絡(luò)35

軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）概述。集中化控制（OpenFlow），組網(wǎng)靈活（軟件編程）。SDN的控制平面也可能是網(wǎng)絡(luò)的瓶頸所在。軟件定義網(wǎng)絡(luò)36

軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）概述。集中化控制（OpenFlow），組網(wǎng)靈活（軟件編程）。SDN的控制平面也可能是網(wǎng)絡(luò)的瓶頸所在。軟件定義網(wǎng)絡(luò)37

SDN架構(gòu)。ONF用戶角度SDN架構(gòu)（重要影響）；ETSI運(yùn)營商角度NVF；網(wǎng)絡(luò)巨頭OpenDaylight。ONF定義的SDN架構(gòu)是典型的3層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，由數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)平面