IPv6和路由协议

IPv6 和路由协议

1. IPv6 协议

IPv6 概述

IPv6（Internet Protocol version 6）是 IPv4 的下一代协议，解决了 IPv4 地址耗尽等问题。

IPv6 主要特点

• 地址空间大：128 位地址，约 340 万亿个地址
• 简化首部：固定 40 字节，无选项字段
• 增强安全：内置 IPsec 安全功能
• 支持移动性：内置移动 IP 功能
• 自动配置：无状态地址自动配置

IPv6 地址结构

• 128 位地址：分为 8 个 16 位段
• 冒号分隔：每段用十六进制表示
• 压缩表示：连续的 0 可以用::表示
• 示例：2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334

IPv6 地址类型

单播地址：

• 全球单播地址：2000::/3
• 链路本地地址：fe80::/10
• 站点本地地址：fec0::/10

组播地址：

• 范围：ff00::/8
• 用途：一对多通信

任播地址：

• 从单播地址中分配
• 多个接口共享同一地址

IPv6 首部结构

• 版本（4 位）：协议版本，IPv6 为 6
• 流量类别（8 位）：服务质量标识
• 流标签（20 位）：流标识
• 载荷长度（16 位）：数据部分长度
• 下一首部（8 位）：上层协议类型
• 跳数限制（8 位）：最大跳数
• 源地址（128 位）：发送方地址
• 目的地址（128 位）：接收方地址

2. 路由协议

自治系统（AS）

定义：

• 在单一管理域下的网络集合
• 使用相同的路由策略
• 具有唯一的 AS 号

AS 类型：

• 端系统 AS：只连接到一个其他 AS
• 传输 AS：连接到多个 AS，提供传输服务
• 多宿主 AS：连接到多个 AS，但不提供传输服务

域内路由协议

RIP（路由信息协议）

• 类型：距离向量协议
• 度量：跳数（最大 15 跳）
• 更新周期：30 秒
• 适用场景：小型网络

特点：

• 实现简单
• 收敛速度慢
• 容易产生路由环路
• 跳数限制限制了网络规模

OSPF（开放最短路径优先）

• 类型：链路状态协议
• 度量：链路成本
• 更新方式：触发更新
• 适用场景：大型网络

特点：

• 收敛速度快
• 支持大型网络
• 支持多种度量
• 不容易产生路由环路

域间路由协议

BGP（边界网关协议）

• 类型：路径向量协议
• 功能：在 AS 之间交换路由信息
• 特点：
  • 策略性强
  • 稳定性好
  • 支持复杂的路由策略
  • 适合大型网络

BGP 工作原理：

1. 建立连接：BGP 路由器建立 TCP 连接
2. 交换路由：交换网络可达性信息
3. 应用策略：根据策略选择最佳路径
4. 更新路由表：更新本地路由表

3. IP 组播

组播概念

• 一对多通信：一个发送方，多个接收方
• 组播组：接收组播数据的设备集合
• 组播地址：标识组播组的地址

组播地址

IPv4 组播地址：

• 范围：224.0.0.0 - 239.255.255.255
• 格式：1110 + 28 位组标识

IPv6 组播地址：

• 范围：ff00::/8
• 格式：ff + 4 位标志 + 4 位范围 + 112 位组标识

组播协议

IGMP（互联网组管理协议）

• 功能：管理组播组成员
• 版本：IGMPv1、IGMPv2、IGMPv3
• 工作过程：
  1. 主机加入组播组
  2. 路由器查询组成员
  3. 主机报告组成员身份

PIM（协议无关组播）

• 功能：在路由器间建立组播树
• 模式：
  • 密集模式（PIM-DM）
  • 稀疏模式（PIM-SM）

4. 移动 IP

移动 IP 概念

• 移动节点：可以改变网络位置的设备
• 家乡代理：移动节点的家乡网络中的路由器
• 外地代理：移动节点当前网络中的路由器
• 家乡地址：移动节点的永久 IP 地址
• 转交地址：移动节点在外地网络的临时地址

移动 IP 工作原理

1. 家乡注册：移动节点向家乡代理注册
2. 外地注册：移动节点向外地代理注册
3. 数据转发：
   • 家乡代理接收发往移动节点的数据
   • 通过隧道转发到外地代理
   • 外地代理将数据转发给移动节点

移动 IP 通信过程

• 移动节点 → 通信节点：直接发送
• 通信节点 → 移动节点：通过家乡代理转发

5. 网络层设备

路由器

主要功能：

• 分组转发：根据路由表转发数据包
• 路由表维护：维护网络拓扑信息
• 网络互联：连接不同的网络
• 协议转换：在不同协议间转换

路由表结构：

• 目的地址：目标网络地址
• 下一跳：下一跳路由器地址
• 接口：出接口
• 度量：路径成本

路由器类型：

• 核心路由器：骨干网络路由器
• 边缘路由器：接入网络路由器
• 边界路由器：连接不同 AS 的路由器

三层交换机

特点：

• 集成功能：集成了交换机和路由器功能
• 高性能：硬件转发，速度快
• VLAN 支持：支持虚拟局域网
• QoS 支持：支持服务质量保证

工作原理：

• 硬件转发：使用专用硬件进行转发
• 路由缓存：缓存常用路由信息
• 快速收敛：支持快速路由收敛

练习题

练习 1

简述 RIP 和 OSPF 的基本原理。

练习 2

路由器的主要作用是什么？