IPv4报文格式
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字段 |
长度 |
含义 |
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版本 Version |
4比特 |
IP协议的版本号，分为IPv4和IPv6协议。 |
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首部长度 （IHL） Header Length |
4比特 |
IPv4的首部长度。首部长度占4位，单位为4字节，可表示最小值5、最大值15，即5*32=160bit=20Byte，15*32bit=480bit=60Byte |
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区分服务字段 (TOS字段) DS Field |
8比特 |
用来获得更好的服务。只有在使用区分服务时，这个字段才起作用。由3bit优先权字段、4bitTOS字段、1bit未用位组成 |
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总长度 Total Length |
16比特 |
指IP报文首部和数据部分之和的长度。 |
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标识 Identification |
16比特 |
IPv4软件在存储器中维持一个计数器，每产生一个数据报，计数器就加1，并将此值赋给标识字段。 |
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分段标志 Fragment Flags |
3比特 |
目前只有两位有意义。最低位为1表示后面“还有分片”的数据报，为0表示这已经是最后一个数据片；中间一位为1表示“不能分片”，为0才允许分片。 |
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片位移 Fragment Offset |
13比特 |
指出较长的分组在分片后，该片在原分组中的相对位置。 |
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生存时间TTL（Time To Live） |
8比特 |
表示数据报在网络中的寿命，功能是“跳数限制”。 |
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协议 Protocol |
8比特 |
指出此数据报携带的数据是使用何种协议。 |
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首部检验和 Header Checksum |
16比特 |
数据报每经过一个设备，设备都要重新计算一下首部检验和，若首部未发生变化，则此结果必为0，于是就保留这个数据报。这个字段只检验数据报的首部，但不包括数据部分。 |
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源地址 Source IP |
32比特 |
报文发送方的IPv4地址。 |
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目的地址 Destination IP |
32比特 |
报文接收方的IPv4地址。 |
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选项字段 |
0～40字节（长度可变） |
用来支持排错、测量以及安全等措施。在必要的时候插入值为0的填充字节。 |
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数据部分 |
可变 |
用来填充报文。 |
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IPv6
IPv4问题与改进
- 网络地址短缺：IPv4为32为，只能提供43亿个地址
IPv6128
- 路由速度慢：随着网络规模扩大，路由表越来越大，路由处理速度越来越慢，IPv4头部多大13个字段
IPv6只有8个字段
- 缺乏安全功能：IPv4没有加密、认证等机制
IPv6集成IPSec
- 不支持新的业务模式：IPv4没有扩展字段
IPv6支持多报头嵌套
- IPv6只能由源发节点进行分段，中间路由器不能分段，目的是简化路由处理
IPv6报文格式
共40个字节，8个字段：
- 版本（4位）：用0110只是IPv6
- 通信类型（8位）：用于区分不同的IP分组，相当于IPv4中服务类型字段（实际不用）
- 流标记（20位）：标识某些需要特别处理的分组（实际不用）
- 负载长度（16位）：表示除了IPv6固定头部40个字节之外的负载长度，扩展头包含在负载长度之中
- 下一跳头部（8位）：指明下一个头部类型，可能是IPv6扩展头部或高层协议的头部
- 跳数限制（8位）：用于检测路由循环，类似TTL
- 源地址（128位）：发送节点的地址
- 目标地址（128位）：接收节点的地址
IPv6扩展头部：
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头部名称 |
解释 |
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0 |
逐条选项 (hop-by-hop option) |
由沿途各个路由器处理 |
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60 |
目标选项 (Destination option) |
选项中的信息由目标节点检查处理 |
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43 |
路由选择 (routing) |
给出一个路由器地址列表组成，类似于IPv4的松散路由和路由记录 |
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51 |
认证 (AH, Authentication） |
由接收者进行身份认证 |
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50 |
封装安全负荷 (ESP, Encrypted security payload) |
对分组内容进行加密的有关信息 |
IPv6地址格式
- IPv6地址扩展到128位
- 地址采用冒号分隔的十六进制数表示
- 例如：8000:0000:0000:0000:0123:4567:89AB:CDEF
- 每个字段前面的0可以剩去，例如0123可以简写为123
- 一个或多个全0字段，可以用1对冒号 "::" 代替
以上地址可简写为 8000::123:4567:89AB:CDEF
- IPv4兼容地址可以写为::192.168.10.1
- 有效0为不可以简写，双冒号只能出现一次
IPv6地址分类
单播地址
- 不确定地址：地址 0:0:0:0:0:0:0:0 称为不确定地址，不能分配给任何节点
- 环回地址：地址 0:0:0:0:0:0:0:1 称为环回地址
- 可聚合全球单播地址：这种地址在全球范围内有效，相当于IPv4的公网地址（前缀为001）
- 链路本地地址：用于同一链路的相邻节点间的通信（前缀为1111 1110 10）结合MAC地址自动生成
- 站点本地地址：相当于IPv4中的私网地址（前缀为1111 1110 11）
任意播地址
- 表示一组接口的标识符，通常是路由距离最近的接口
- 任意播地址不能用作源地址，只能作为目标地址
- 任意播地址不能指定给IPv6主机，只能指定给IPv6路由器
组播地址
- 表示一组接口的地址
- 发往组播地址的分组被传送给该地址表示的所有接口
- IPv6中没有广播地址，它的功能已被组播地址所代替
- IPv6组播地址的格式前缀为 1111 1111
IPv4与IPv6地址对比
IPv4与IPv6地址比较
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IPv4地址 |
IPv6地址 |
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点分十进制表示 |
带冒号的十六进制表示，0可以压缩 |
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分为A,B,C,D,E 5类 |
不分类 |
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组播地址 224.0.0.0/4 |
组播地址 FF00::/8 |
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广播地址（主机位为全1） |
任意播（限于子网内部） |
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默认地址 0.0.0.0 |
不确定地址 :: |
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环回地址 127.0.0.1 |
环回地址 ::1 |
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公共地址 |
可聚合全球单播地址 FP(前缀)=001 |
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私网地址 10.0.0.0/8 172.16.0.0/12 192.168.0.0/16 |
站点本地地址 FEC0::/48 |
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自动专用IP地址 169.254.0.0/16 |
链路本地地址 FE80::/48 |
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6to4隧道地址 2002::/16 |
IPv6路由协议
RIPng
OSPFv3
BGP4+
DHCPv6 无状态配置
ICMPv6（新增加的邻居发现功能代替了ARP协议的功能）
IPv4到IPv6过度技术
2023年9月20日
21:19
- 隧道技术：解决IPv6节点之间通过IPv4网络进行通信
- ISATAP隧道
自动隧道技术，可穿透NAT设备，与私网之外的主机建立IPv6连接
- 双栈技术：同时运行IPv4和IPv6
- 翻译技术：解决纯IPv6节点与纯IPv4节点之间的通信
- NAT-PT
- 静态NAT-PT
- 动态NAT-PT
- 基于端口的NAPT-PT
- NAT-PT