新一代Internet协议IPv6.docx

1、清 华 大 学 出 版 社（京）新登字 158 号内 容 简 介TCP/IP 网络体系结构和协议标准是近年来计算机网络研究与应用的热点技术，以它为基础组 建的 Internet 己成为国 际上 规模最大 的计 算机网络 系统 。目前得 到广 泛应用的 IP 协议是其 第四 版IPv4。随着网络规模的急剧扩张，新应用的不断涌现，IPv4 己经不能满足人们的要求。为此， 众多的科研人员、研究机构和商业性大公司在 IETF 的支持下推出了新一代的 IP 协议IPv6。本书以 IPv4 与 IPv6 的比较为主线，深入探讨了 IPv6 的原理，着重讨论了 IPv6 的地址方案、 IPv6 的数据报文格

2、式、ICMP 协议第六版、IPv6 下的路由算法、IPv6 在不同物理网络上的实现、IPv6 的安全性以及 IPv6 的性能：在应用层讨论了与 IPv6 密切相关的新的 DNS 系统：还讨论了 IPv6 下 的网络编程界面 socket，最后一章对 IPv6 协议的各个方面作了总结，并对互联网由 IPv4 向 IPv6 过 渡的情况以及 IPv6 的最新动态作了简要介绍。本书可用作计算机网络教学的参考教材，也可供有关技术培训人员及工程技术人员参考。版权所有，翻印必究。 本书封面贴有清华大学出版社激光防伪标签，无标签者不得销售。书名： 新一代 Internet 协议 IPv6作者： 卢显良宋杰黄

3、淳编著出 版 者： 清华大学出版社（北京清华大学学研楼，邮编 100084) 责任编辑： 李幼哲印 刷 者： 北京市清华园胶印厂发 行 者： 新华书店总店北京发行所开本： 7871092 1/16印张：11字数：244 千字版次： 2000 年 7 月第 1 版2000 年 7 月第 1 次印刷书号： ISBN 7-302-01122-2/TP310印数： 00000000定价： 00.00 元新一代 Internet 协议IPv6 前言计算机网络的出现改变了人们使用计算机的方式，它提供了一种比电话更便利、 更强大的方式，让我们与其他人互通信息。最初，只有少数科学家才有机会使用网络， 它所能提

4、供的服务也相当有限。Internet 的飞速发展以及其中所蕴涵的巨大生产力使 网络冲破了实验室的樊篱，走入千家万户的日常生活中。TCP/IP 协议是 Internet 的基础，而 TCP 又是建立在 IP 的基础之上的。因此，要 想理解 TCP/IP 的细节，就必须理解 IP 协议。目前我们使用的 IP 协议是它的第四版 IPv4。随着时间的推移，它已经不能适应 Internet 发展的需要，为此，以 IETF 为首的 众多组织和科学家经过多年的研究讨论，推出 IPv6 作为 21 世纪 Internet 的骨干协议。 本书就是一本对 IPv6 各个方面进行专门介绍的书籍。我们相信，对计算机网

5、络感兴 趣的读者通过阅读本书一定能对 IPv6 有一个比较全面的了解。全书由四个部分组成。第一部分包括两章，主要介绍了 TCP/IP 协议族的整体结 构，IPv6 的历史由来以及它与 IPv4 之间的比较。第二部分包括五章，详细介绍了 IPv6 设计的各个方面，探讨了设计方案中的一些得失。第三部分包括三章，讨论了 IPv6 与上下层协议之间的关系，以及程序员如何通过传统的 socket 编程界面使用 IPv6 提 供的新功能。第四部分包括两章，讨论了从 IPv4 向 IPv6 过渡将会遇到的问题以及相 应的解决方案，还简要介绍了 IPv6 目前的发展状况。本书第一、二章由任立勇编写，第三、四、

6、五章由黄淳编写，第六、七、八章由 宋杰编写，其余四章由卢显良编写。卢显良和宋杰共同完成全书的审校工作。在本书 的编写过程中，有许多同志提出了宝贵的建议，在此对他们表示衷心的感谢。本书是针对具有计算机网络基础知识、同时对 TCP/IP 协议有一定了解的读者而 编写的。第十章还要求读者对 socket 编程有一定的了解。如果缺乏这方面的基本知识， 可以先参照本书第一章的参考资料列表，读几本这方面的入门书籍。I新一代 Internet 协议 IPv6目录前 言 第一部分TCP/IP 简介第一章TCP/IP 协议简介1.1 TCP/IP的历史31.2 TCP/IP协议族41.3 TCP/IP协议相关性

7、61.4 TCP/IP协议的应用与发展81.5 小结8 1.6 参考读物. 8 第二章IPv6 的发展之路2.1 IPv4的局限性92.2 IPng的发展之路102.2.1 IPng规范102.2.2 几种建议112.2.3 IPv6的诞生122.3 IPv6的特点132.4 对IPv6的一些误解132.5 小结152.6 参考读物15 III第二部分IPv6 详解第三章IPv6 的地址方案3.1 IPv4的地址方案简介193.1.1 IPv4地址的文本表示193.1.2 IPv4的地址分类193.1.3 IPv4的一些特殊地址213.1.4 子网和子网掩码213.1.5 超网和无类域间路由协

8、议CIDR223.2 IPv6的地址方案233.2.1 IPv6地址的类型233.2.2 IPv6寻址模型243.2.3 IPv6地址的文本表示243.2.4 IPv6地址前缀的文本表示263.2.5 IPv6的地址格式前缀FP及地址的总体划分263.3 单目地址283.3.1 可聚合全局单目地址293.3.2 NSAP地址343.3.3 IPX地址343.3.4 局部用IPv6单目地址353.3.5 IPv4协议主机的IPv6地址363.3.6 IPv6的特殊地址363.4 群集地址373.4.1 群集地址提出的动因373.4.2 群集地址的结构格式383.4.3 IPv6群集地址的用途39

9、3.4.4 IPv6必须的群集地址393.5 多目地址403.5.1 组播机制提出的动因403.5.2 多目地址的格式结构403.5.3 预定义的通用多目地址423.5.4 如何分配一个多目地址433.6 一个IPv6节点所需要的地址43IV3.6.1 一个主机节点所需要的地址443.6.2 一个路由器节点所需要的地址443.7 小结443.8 参考读物. 45 第四章IPv6的数据报文格式4.1 IPv4数据报文格式简介474.2 IPv6数据报文的基本首部514.3 IPv6数据报文的扩展首部534.4 IPv6扩展首部使用的TLV可选项544.4.1 TLV可选项的对齐表示554.4.2

10、 设计新的TLV可选项564.5 Hop-by-Hop选项扩展首部594.6 源路径选择扩展首部604.6.1 路由类型为0的源路径选择扩展首部614.6.2 源路径选择扩展首部和IPv4源路径路由选项的比较644.7 分片扩展首部644.7.1 原始报文在源节点的拆分654.7.2 分片在目的节点的重组674.8 目的选项扩展首部684.9 无后继扩展首部标识694.10 IPv6扩展首部在IPv6报文中的出现次序694.11 IPv6上层协议的有关问题704.11.1 上层协议的校验和问题704.11.2 最长报文生命时间714.11.3 最大上层协议负载714.11.4 对携带有源路径扩

11、展首部报文的响应724.12 IPv6报文的长度问题724.13 小结734.14 参考读物. 73 第五章Internet控制报文协议第六版5.1 ICMP简介75V5.1.1 ICMP的基本报文格式765.1.2 ICMP报文的类型775.2 ICMPv6775.2.1 ICMPv6报文的基本格式795.2.2 ICMPv6报文源地址的确定795.2.3 ICMPv6报文校验和的计算805.2.4 ICMPv6报文处理的规则805.2.5 ICMPv6错误报文815.2.6 ICMPv6信息报文845.3 对ICMPv6报文安全性的考虑865.3.1 ICMPv6报文的加密和认证865.3

12、.2 对ICMPv6报文可能存在的攻击865.4 小结875.5 参考读物. 87 第六章IPv6的邻节点探测协议 6.1 邻节点探测协议896.2 路由器请求报文和路由器广告报文906.3 邻节点请求报文和邻节点广告报文926.4 重定向报文936.5 小结946.6 参考读物94第七章IPv6的安全体系结构IPsec7.1 网络安全简介957.1.1 安全性的定义957.1.2 攻击形式957.2 IPsec总体结构967.2.1 安全关联977.2.2 认证977.2.3 加密987.3 IPsec的认证机制987.3.1 AH的结构98VI7.3.2 认证数据的计算997.4 IPse

13、c的加密机制1007.4.1 ESP结构1007.4.2 加密数据的计算1017.4.3 认证与加密1027.4.4 关于加密的其他问题1027.5 密钥的管理1037.5.1 手工密钥配置1037.5.2 因特网简单密钥管理协议1037.5.3 因特网安全关联与密钥管理协议1047.6 使用IPsec1047.6.1 防火墙1047.6.2 安全主机1057.7 小结1057.8 参考读物. 106 第三部分IPv6 与上下层协议的关系第八章IPv6 下的域名系统 DNS 扩展8.1 扩展了什么1098.2 新的资源类型1098.3 逆向域名记录1108.4 对查询过程的修改1118.5 小

14、结1118.6 参考读物111第九章IPv6 在不同物理网络上的实现9.1 IPv6在以太网上的实现1139.1.1 以太网的最大传输单元1139.1.2 以太网帧格式1139.1.3 以太网上实现无状态的地址自动配置和链路局部地址1149.1.4 单目地址到以太网地址的映射1159.1.5 从多目地址到以太网地址的映射115VII9.2 在FDDI上传送IPv6报文1169.2.1 FDDI上的最大传输单元1169.2.2 FDDI的帧格式1169.2.3 FDDI网络与网桥的交互1179.2.4 在FDDI上实现无状态地址自动配置和链路局部地址1189.2.5 单目地址到FDDI地址的映射

15、1189.2.6 多目地址到FDDI地址的映射1199.3 在令牌环网上传送IPv6报文1199.3.1 令牌环网上的最大传输单元1209.3.2 令牌环网的帧格式1219.3.3 令牌环网上无状态地址自动配置和链路局部地址的实现1239.3.4 单目地址到令牌环网地址的映射1239.3.5 多目地址到令牌环网地址的映射1249.4 在PPP上传送IPv6报文1259.4.1 PPP上的最大传输单元1259.4.2 IPv6CP1259.4.3 PPP上的接口标识1269.4.4 PPP上的地址自动配置和链路局部地址1269.4.5 在PPP上使用压缩的IPv6协议1279.5 在ATM上实现

16、IPv61279.6 小结1299.7 参考读物. 129 第十章IPv6 下的 socket 编程界面10.1 概述13110.1.1 需要改变什么13110.1.2 兼容性和互操作性13210.2 IPv6协议地址结构13210.2.1 地址族和协议族13210.2.2 IPv6地址结构13310.2.3 socket协议地址结构13310.2.4 函数socket()13410.2.5 IPv6通配地址13510.2.6 IPv6回路地址136VIII10.3 socket选项13710.3.1 改变socket类型13710.3.2 驿站限制13810.3.3 组播13910.4 库函

17、数13910.4.1 域名到地址的转换14010.4.2 地址到域名的转换14110.4.3 与协议无关的名字转换函数14210.4.4 socket地址结构到域名和服务名的转换14410.4.5 ASCII到二进制地址转换函数14510.4.6 地址测试宏14610.5 小结14710.6 参考读物147 第四部分IPv6 的发展现状第十一章IPv6 的过渡问题11.1 过渡机制15111.2 双IP栈15211.3 隧道技术15211.3.1 配置隧道15411.3.2 自动隧道15611.4 小结15711.5 参考读物158第十二章IPv6 的成就与发展12.1 IPv6的应用1591

18、2.2 IPv6综述16212.3 IPv6的发展与前景16212.4 小结163IX TCP/IP 简介 Internet Protocol（IP 协议）并不是一个孤立的协 议，而是一个协议栈的有机组成部分。它位于 7 层协 议模型的第三层，起着承上启下的枢纽作用：向下， 它屏蔽了链路层和物理层的物理差异；向上，它对 TCP 和 UDP 协议提供了接口规范的无连接的数据报服务。第一部分由以下两章组成：“第一章 TCP/IP 协议简介”介绍了 TCP/IP 协议族的整体结构，对协议族中比较重要的 协议作了扼要介绍，并且讨论了各个协议之 间的依赖关系。“第二章 IPv6 的发展之路”介绍了 IP

19、v6 的 发展历程，并且在总体上对 IPv4 和 IPv6 作 了初步的比较。第一章TCP/IP 协议简介 自从 20 世纪 60 年代计算机网络出现以后，人们使用计算机的方式发生了很大的 变化，他们可以随时与其他人共享研究成果、传输文件和数据。但是，最初的网络所 能提供的服务相当有限，不同的机种、不同的操作平台往往不能实现互联，所以人们 仅能在小范围内交流信息，这在很大程度上限制了网络的使用。TCP/IP 技术的研究与 发展，以及随之而来的 Internet 的飞速发展，让每一位网络研究者和使用者激动不已。 尤其是近几年 Internet 的爆炸式膨胀，更充分地证明了 TCP/IP 的成功。

20、应用领域的扩 展和用户需求的增加反过来又推动了 TCP/IP 技术的发展。为充分理解 TCP/IP 的细节 及其在 Internet 上提供的服务，本章将对 TCP/IP 的历史作一个简要的回顾，并着重介 绍 TCP/IP 协议族中部分常用协议及各协议间的相互关系。1.1 TCP/IP 的历史1969 年，ARPA（Advanced Research Project Agency,即 DARPADefense Advanced Research Project Agency的前身）建立了著名的 ARPANET，它是世界上最早的计 算机网络之一。现代计算机网络的许多概念和方法都来自于 ARPAN

21、ET。以其为代表的计算机网 络主导了当时的分组交换思想。20 世纪 70 年代中期，ARPA 为了实现异种网之间的互 联与互通，开始大力资助互联网技术的研究，尤其是在 ARPANET 上进行分组交换技 术的研究。这最终导致了 TCP/ICP 的出现。1980 年，挂接在 ARPANET 上的计算机逐步开始向 TCP/IP 协议过渡，到 1983 年1 月，美国国防部长办公室命令连入 ARPANET 的所有计算机都必须采用 TCP/IP 协议， 这标志着 ARPANET 向 TCP/IP 的转换全部结束。从此 ARPANET 迅速发展成为 Internet 的主干网。为了推广 TCP/IP 协议

22、，鼓励研究人员采纳、使用并研究新的协议，DARPA 以低 价出售各种 TCP/IP 产品，并且资助加州大学伯克利(Berkeley)分校将 TCP/IP 协议融入 BSD UNIX。1983 年，伯克利推出了内置 TCP/IP 协议的第一个 BSD 版本，它提供了 比基本 TCP/IP 协议更多的功能。首先，除提供标准的 TCP/IP 应用程序外，它还支持 一组网络服务工具程序。这些工具的调用格式与 UNIX 命令调用格式相似。一个有经 验的 UNIX 用户可以迅速学会使用 BSD UNIX 的远程拷贝工具（rcp），像在本机拷贝 文件一样在远程机器间传送文件。另外，BSD UNIX 还提供一

23、套网络编程界面套 接字（socket），它允许程序员直接访问通信协议。套接字的出现使程序员可以很方便第一章 TCP/IP 协议简介9IP地编写 TCP/IP 应用程序，极大地促进了研究人员对 TCP/IP 的研究与使用。TCP/IP 在 BSD UNIX 上的成功实现，加速了研究人员对 Internet 的使用，同时也 增强了其他团体对 TCP/IP 技术的信心，并吸引他们也投入到 TCP/IP 的研究与使用中 来。美国国家科学基金会(NSF，National Scientific Foundation)从 1985 年开始涉足 TCP/IP 的研究与开发，在扩展互联网并使它为更多的科学家服务

24、的过程中，扮演了一个重要 角色。NSF 首先围绕其 6 个超级计算中心建立了基于 TCP/IP 的骨干网，并于 1986 年 资助建立了连通 NSF 全部超级计算中心并与 ARPANET 相联的主干网 NSFNET。同年， NSF 开始资助地区网的建设，每个网络都在指定的区域连接到主要的科学研究机构上， 由此使全美主要的科研机构联入了 NSFNET。NSF 资助的所有网络均采用 TCP/IP 协议， 而且是 Internet 的一部分。目前 NSFNET 已代替 ARPANET，成为 Internet 新的主干。目前，TCP/IP 以及 Internet 已经为广大计算机工作者、厂商和用户所接

25、受，成为 许多人工作环境的一部分，对 TCP/IP 技术的研究也在继续进行，本书的内容即是对 TCP/IP 的最新研究成果 IPv6 的介绍。1.2 TCP/IP 协议族运行于互联网上的协议被统称为 TCP/IP 协议族，它把互联网抽象为一个四层模 型：网络界面层、互联网络层、传输层及应用层，不同的协议作用于网络的不同层次。 表 1-1 展示了 TCP/IP 中主要协议及它们在四层模型和 OSI/RM 模型的对应关系。表 1-1 TCP/IP 中的主要协议ARPA层OSI层应用层文件传输电子邮件虚拟终端文件传输客户/服务 器网络管理应用层文件传输 协议(FTP)简单邮件 传输协议(SMTP)T

26、ELNET协议简单文件 传输协议(TFTP)网络文件 系统协议(NFS)简单网络 管理协议(SNMP)表示层会话层传输层传输控制协议(TCP)用户数据报协议(UDP)传输层互联网 络层地址解析协议(ARP，RARP)网络互联协议(IP)Internet控制报文协议 (ICMP)网络层网络界 面层网络接口卡(Ethernet, Token Ring ,ARCNET ,etc.)链路层传输媒体（双绞线，光纤等）物理层地址解析协议（ARP，Address Resolution Protocol）。众所周知，TCP/IP 编址方 案给每台主机分配了一个 32 位的 IP 地址，网络中的主机依靠 IP

27、地址相互通信。但具体实现时，只有当主机知道对方的物理地址时，才能与之进行通信。因此必须有一 种方法能将 IP 地址映射到物理地址上，ARP 就是这样一个协议。该协议以请求-应答 的方式工作：当一台主机需要知道另一主机的物理地址时，它向网上广播含有后者 IP 地址的 ARP 请求报文，并等待相应的主机回送含有其物理地址的应答报文。ARP 并不是对每一个 IP 地址映射请求都到网上去查找，而是采取 cache 的方式，将已经 转换过且有效的 IP 地址-物理地址对保存在一个缓冲区中，这极大的提高了地址转 换效率。逆向地址解析协议（RARP，Reverse Address Resolution Pr

28、otocol）。TCP/IP 规定每 台主机都必须有属于自己的 IP 地址。但对无盘工作站而言，由于它没有办法存储 IP 地址，若想与其他主机通信，它必须首先获得一个 IP 地址。RARP 就是这样一个协议。 它以客户机/服务器的模式工作：无盘工作站启动时，它向网络广播 IP 地址请求报文， 收到请求报文的一个或多个服务器将从自己负责维护的数据库中取出该工作站对应的 IP 地址，形成应答报文后发回给工作站。互联网协议（IP，Internet Protocol）。IP 作为 TCP/IP 协议族的两大核心协议之一， 其主要功能是为主机提供无连接的数据报服务。IP 数据报是网络层的基本传输单元，

29、每一个数据报都包含源和目的主机的地址以及部分控制信息，IP 正是通过这些信息将 每一个数据报准确无误地投递到目的主机。作为无连接协议，IP 不要求为数据报预先 指定一条到达目的主机的路径，而是依靠路由器根据网络的当前状况动态决定数据报 的传递路径。Internet 控制报文协议（ICMP，Internet Control Message Protocol）。由于 IP 数据 报在传输过程中，可能需要将发生的一些错误通知双方主机，主机之间也可能有一些 控制信息需要交换。ICMP 就是这样一个利用控制报文来实现上述功能的协议。当数 据报发生差错时，ICMP 向数据报的源网点发回差错报文，源网点将差

30、错交给应用程 序或采取其他措施来纠正问题。由于 ICMP 是 IP 的一部分，因此每一个 IP 的实现都 必须支持它。Internet 群组管理协议（IGMP，Internet Group Management Protocol）。为了实现本 地网络上的 IP 组播，路由器和主机必须使用 IGMP 来交换群组成员信息。IGMP 的工 作分为两个阶段：第一阶段，当主机加入一个新的群组时，它以组播地址为目的地址 发送一个 IGMP 报文，本地路由器收到报文后，将通告互联网上的其他路由器。第二 阶段：路由器将周期性地轮询本地主机，以确定现在的各个群组中有哪些主机。路由信息协议（RIP，Routing

31、 Information Protocol）。RIP 是一种内部路由协议（IGP， Interior Gateway Protocol），其实现基于矢量距离路由算法。它依靠物理网络的广播功 能来交换路由信息，并计算到达不同网络的最佳路径。RIP 用跳数衡量到达目的网络 的距离，并选择跳数最小的路由为代价最小的数据报路由。每一个路由器都保持着一 个路由表，表中包含有与路由有关的各种信息。在使用 RIP 的网络中，路由器每隔一 段时间广播一次包含其完整路由表的报文。当一个路由器收到报文后，将利用该报文对自己的路由表进行更新。开放最短路径优先协议（OSPF，Open Shortest Path Fi

32、rst）。当网络变大时，SPF 路 由传播算法比矢量距离算法要好。因此 IETF 设计了第二代内部路由协议OSPF。 OSPF 允许路由器与其他路由器交换可达性信息和到达该网络的最小代价。由于支持 OSPF 的路由器仅在网络拓扑结构发生变化时，才向其相邻路由器发送路由更新报文， 且报文中仅包含变化的部分，这大大减轻了网络的负担。用户数据报协议（UDP，User Datagram Protocol）。UDP 使用 IP 在机器间传递报 文，提供了一种不可靠、无连接的数据传输服务。它对收到的报文不进行确认，不排 序，也不提供流控机制。UDP 利用协议端口号对目标主机上多个应用程序进行区分。 它常被

33、用于面向事务的应用，如简单网络管理协议（SNMP）、简单文件传输协议（TFTP）等。传输控制协议（TCP，Transmission Control Protocol）。TCP 在 IP 协议的基础上， 通过流控、确认、重传等机制实现了一种可靠的、面向连接的数据传输服务。常用的 应用程序 FTP 就使用了 TCP 协议。通过“握手”的方式，TCP 提供了主机间建立、维 持与终止连接的机制。同 UDP 一样，TCP 也是通过协议端口号来区分同一主机上的多 个连接。简单邮件传输协议（SMTP，Simple Mail Transfer Protocol）。为了方便、统一地在 机器间交换邮件，TCP/I

34、P 制订了计算机系统间交换邮件的标准协议 SMTP。利用 SMTP， 互联网上的主机可以自由地交换电子邮件。简单网络管理协议（SNMP，Simple Network Management Protocol）。SNMP 主要 解决两个问题：1）管理请求的传递；2）管理数据的存储。它是 TCP/IP 中应用最广泛 的网络管理协议，具有简单、高效的特点，它的主要缺点是安全性比较差。域名系统（DNS，Domain Name System）。Internet 域名系统有两层含义：第一， 它提供了一个分级命名方案，每台主机都被赋予一个具有层次结构的域名；第二，DNS 使用一组软件进行分布式查询，实现将域名

35、映射到 IP 地址的功能。文件传送与存取（FTP，TFTP，NFS）。TCP/IP 协议族中有多个文件传输协议，其 中 FTP（File Transfer Protocol）是最主要的。它提供了本机与远地机器进行可靠的双向 文件传送的能力。简单文件传输协议（TFTP，Trivial File Transfer Protocol）是 FTP 的 替代方案，其实现基于 UDP，它的特点是比较简单，但不能保证文件传送的可靠性。 网络文件系统（NFS，Network File System）由 Sun 公司设计，它提供共享式的联机文 件存取。1.3TCP/IP 协议相关性上一节我们对 TCP/IP 协

36、议族中的主要协议作了简要回顾，实际上 TCP/IP 中的协 议远远不止这些，随着时间的推进和技术的发展，TCP/IP 协议的内容和功能还在不断地增加和增强。因此，在学习 TCP/IP 的过程中，知道存在哪些协议和协议之间的相互 关系至关重要。本节就是对 TCP/IP 重要协议的相互关系的一个介绍。图 1-1 显示了主要协议间的相关性。图中每个封闭的多边性对应一个协议，并且 位于它所直接依赖的协议之上。用户应用程序NFSSNMPFTPANS.1XDRSMTPRPCRloginTELNETDNSTFTPBOOTPRPCTCPUDPIP（加ICMP和IGMP）ARPRARP硬件设备驱动和媒体接入协议

37、硬件图 1-1 主要的 TCP/IP 高层协议间的相关性图的最低层包含了与硬件有关的所有协议，其中包括各种逻辑链路控制协议和介 质访问协议。任何可用于 IP 数据报交换的分组传递系统均位于该层。倒数第二层主要由 ARP 和 RARP 组成，这一层协议主要功能是地址解析。当然， 不是所有的场合都要用到它们，比如 RARP 一般就只用于无盘工作站，其他情况下很 少用到。这一层协议屏蔽了物理地址的细节，保证了 IP 在异构网络上的运行。除此以 外，还有一些地址绑定协议也属于这一层，但它们的使用没有 ARP 和 RARP 广泛。倒数第三层是重要的 IP 层，IP 既可以建立在 ARP 和 RAPR 之

38、上，也可以直接建 立在硬件接口协议之上。IP 层中包含内部网关协议（IGP）和外部网关协议（EGP）， 这些协议不依赖于别的协议，也不易被别的协议所依赖。另外，IP 层还含有所要求的 差错和控制报文协议 ICMP 和组播群组管理协议 IGMP。应该注意，IP 是唯一的横跨 整个层的协议，所有的底层协议都把得到的信息交付给 IP，同时，所有的高层协议都 必须使用 IP 发送和接收报文。TCP 和 UDP 构成了传输层。其中 TCP 协议提供可靠的、面向连接的数据传输服 务，而 UDP 则只提供简单的不可靠、无连接的数据传输服务。TCP/IP 的应用层由于具体应用种类繁多，因此应用层协议也比其他层

39、多，其依赖 关系也相当复杂。例如，FTP 在使用 TCP 协议传输数据时，又使用 TELNET 协议传递 控制信息。所以，图中的 FTP 同时依赖于 TELNET 和 TCP。1.4TCP/IP 协议的应用与发展TCP/IP 不为某个厂商所专有，是网络上的事实标准。TCP/IP 的应用范围很广，它 不仅用于 DARPANET 广域网，而且可以在众多著名的局域网（以太网、令牌环网、令 牌总线网、光纤网等）和广域网（CSNET，DDN，NSFNET，MILNET 等）上运行。 其使用范围遍及政府部门、军事机构、大学、研究所、工矿企业和金融商业。随着技 术的进步和用户需求的改变，TCP/IP 也在不

40、断地发展和完善。近几年对 IPv6 研究和应 用的热潮更加让 TCP/IP 焕发出无穷的生机和活力。1.5小结本章首先回顾了 TCP/IP 协议的历史，并简要介绍了 TCP/IP 协议族中的主要协议， 在此基础上，从宏观上对 TCP/IP 族中的协议间的相互关系进行了较为细致的描述，便 于初学者更为透彻地理解各协议的相互作用与影响。1.6参考读物关于 TCP/IP 的历史与协议间的相互关系更进一步的介绍，读者可参考以下文献：1.周明天，汪文勇. TCP/IP网络原理与技术. 北京：清华大学出版社,19932.DOUGLAS E.COMER Internetworking With TCP/IP

41、 Vol.1:Principles, Protocol and Architecture .Third Edition.第二章IPv6 的发展之路 记得曾有一位哲学家说过：“存在就是合理的”。从 IPv4 的历史以及它所带来的巨 大贡献来看，我们可以毫不犹豫地说，IPv4 是成功的，它的设计曾经是合理、灵活且 强有力的，今天绝大多数网络还使用着 IPv4。但世间没有绝对永恒的东西，IPv4 也不 例外。随着技术和应用的发展与更新，IPv4 也必然走向衰败、消亡，最终被新的协议 所取代。本章从分析 IPv4 存在的局限性入手，介绍新一代 IP 协议 IPv6 产生的过程及其特 点，同时剖析对 IPv6 的一些误解和偏见。2.1IPv4 的局限性目前 Internet 使用的 IP 协议是它的第四个版本 IPv4。自被采纳以来，IPv4 的结构几 乎没有什么大的变化，这表明协议的最初设计是灵活的、强有力的。尽管如此，在迅猛 发展的 Internet 面前，IPv4 也开始显露出垂垂老态，越来越不能适应网络发展的需要。IPv4 的局限性主要体现在以下几个方面：1. 随着 Internet 用户数目的剧增，IPv4 的 32 位地址空间开始显得不足，可用地址 数严重匮乏。虽然采取了一些补救的措施（如无类域间路由协议 CIDR），但