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本资料来源
2
第3章 网际协议
3
主要内容
IPv4协议
IP的基本概念及分类编址
子网划分
IP分组
分片
下一代IP：IPv6
移动IP
4
IP地址的概念
IP地址是网络上任一设备用来区别于其他设备的标志。
网络上的每一台设备为了与其他设备相区别，就应该
有自己的特殊标志，而别人不会拥有这个标志，IP地
址就是这一标志 (就象公用电话网中的电话号码一样)。
IP提供的是不可靠的、无连接的、尽最大努力交付的
分组传输机制。
5
IP提供的3个重要定义
IP定义了数据传输所用的基本单元，即规定了传输的
数据格式
IP定义了IP分组的路由机制
除了数据格式和路由机制外，还包括了一组体现不可
靠分组交付思路的规则。
规则表明：
主机和路由器应如何处理IP分组
何时及如何发出错误信息
在什么情况下可以放弃分组
6
IP地址的表示形式
每个IP地址共占32位（bit)，这32位被分为4个段（segment)
，每一个段占8个位（即一个字节）每个字节之间用“.”隔开。
有两种表示形式：
1、十进制表示 例：
2、二进制表示 例：
上图表示二进制格式中的IP地址: X代表二进制的0或1
注：在实际应用中多用十进制表示，每8位二进制数对应一位十进
制数。
byte2
xxxxxxxx
byte3
xxxxxxxx
byte4
xxxxxxxx
byte1
xxxxxxxx
IP分类编址
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IP地址的分类
IPv4中一般采用两级的地址结构，一个IP地址包
括两个部分：网络号和主机号。
Internet组织根据网络规模的不同将IP地址分为
（A、B、C、D、E）五类，每一类网络可以从IP地址
的第一个数字看出。网络类决定了IP地址4个字节如何
划分成网络和主机部分。
从下图说明五个地址类：
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网络号 主机号A类
网络号 主机号B类
网络号 主机号C类
多播地址D类
0
1 0
1 1 0
1 1 1 0
保留未用E类 1 1 1 1
第1个字节(0~7) 第2个字节(8~15) 第3个字节(16~23) 第4个字节(23~31)
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D类 1110xxxx xxxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx
多播地址
224—239
E类 1111xxxx xxxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx
实验室保留
240—255
A类 0xxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxxx
网络 主机
1—126 224-2=16,777,214
27-2=126
网络 主机
B类 10xxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxx
128—191 216-2=65534214=16384
网络 主机
C类 110xxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx
192—223 28-2=254221=2097152
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每一类网络中的网络数量和主机数量
分类 第1个字节 地址范围 网络数量 主机数量
A 1 ~ 126
~
27-2 = 126 224-2= 16 777 214
B 128 ~ 191 ~
214 = 16384 216-2 = 65 534
C 192 ~ 223 ~
221 = 2 097 152 28-2 = 254
D 224 ~ 239 ~
不适用 不适用
E 240 ~ 255 ~
不适用 不适用
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说 明
1、IP地址中，主机号全为0或全为1时分别作为本网络
地址和广播地址使用，所以这个特殊的IP地址不能
分配给用户使用。
2、D类网络用于广播，它可以将信息同时传送到 网
上的所有设备，而不是点对点的信息传送，这种网
络可以用来召开电视电话会议。
3、E类网络常用于进行试验。
4、网络管理员在配置网络时不应该采用D类和E类网
络。
5、IP地址可以由网络管理员手动配置，也可由安装动
态主机配置协议(DHCP)的服务器来自动配置。
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互联网上的每个IP地址标识的不是某台设备(主
机或路由器)，而是设备和网络之间的一个连接。与
多个网络有连接的设备必须为每个连接分配一个IP
地址。每一个地址对应路由器中的一个接口。
在同一个物理网络上，所有设备（主机或路由器）
的IP地址对应的网络地址相同，一台设备连接了多
个网络，则分别有对应不同网络的IP地址。
互联网上的IP地址对应连接关系
13
14
特殊地址
特殊地址 网络号 主机号 源地址/目的地址
网络地址 特定的 全0 都不是
直接广播地址 特定的 全1 目的地址
受限广播地址 全1 全1 目的地址
本网络上的本主机 全0 全0 源地址
本网络上的特定主机 全0 特定的 目的地址
环回地址 127 任意 目的地址
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私有地址
类 网络地址 网络数
A 1
B ~
16
C ~
256
16
IP地址配置原则
为了确保网络上的主机能够正常工作，在为主机配IP
地址时，应遵守以下原则：
a) 同一物理网络上的所有主机应该采用相同的网络号；
b) 在一个网络中主机号必须是惟一的；
c) 主机号不能为全“1”(主机号为全“1”是广播地址)
；
d) 主机号不能为全“0”(主机号为全“0”表示网络)；
e) 因特网上的网络号必须是惟一的；
f) 网络号不能为全“1”；
g) 网络号不能为全“0”(“0”表示一个本地网)；
h) 网络号不能以127开头(127是环回地址)。
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各类网络地址块的示例
类
别
起始地址 结束地址 网络地址 主机地址范围 广播地址
A类
～
B类
～
C类
～
每个网络都要占用两个IP地址，一个用于标识网络，一个用于网络广播。
每个网络使用该网络地址块的起始地址作为网络地址，该地址仅作为网
络的标识，主要用在网络路由中。网络地址块的结束地址被用作该网络
的广播地址。
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一个标准的A类、B类和C类网络可以进一
步划分为子网。子网划分技术能够使单块
网络地址横跨几个物理网络，这样路由器
所连接的多个物理网络可以是同属于一个
网络的不同子网。
子网划分
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创建子网的目的
1、扩展网络。如果你的网络达到了物理限制，可以通过增加路
由器并创建子网来扩展网络，以连接更多的主机，增加网上的
用户。
2、减少竞争。同一网络中主机越多，需要带宽越大，创建子网
减少每个网络的主机数，竞争也减少了。
3、减少CPU使用负载。这与减少竞争类似，网络中比较多的主
机会产生较多的广播。即使广播没有被发送给所有的主机，但
是每个主机必须听网络广播，以便决定是否接收还是丢弃，这
占用主机CPU。 ——改进系统性能
4、隔离网络问题。通过将大网隔离成小网，你可以限制子网对
其它网络的影响。——提高系统的可靠性
5、有利于网络管理员对网络的管理。提高网络的安全性。
20
32比特
网络部分（网络号） 主机部分
（主机号）
子网部分
（子网号）
网络部分（网络号） 主机部分（主机号）两级地址结
构
三级地址结
构
划分子网的方法
划分子网的方法是将IP地址的主机号部分划分成两部分，
拿出一部分来标识子网，另一部分仍然作为主机号。
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子网划分举例
例：C类网络，主机号部分的前三位用于
标识子网号，即：
11000000 10101000 00000001 xxxyyyyy
网络号+子网号 新的主机号部分
子网号为全“0”全“1”不能使用，于是划分出23-2=6
个子网，子网地址分别为：
11000000 10101000 00000001 00100000 --
11000000 10101 01000000 --
11000000 10101 01100000 --
11000000 10101 10000000 --
11000000 10101 10100000 --
11000000 10101 11000000 --
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在划分子网后，我们如何知道网络号、子网号以及主机号
的长度呢？为此，TCP/IP采用了子网掩码。
子网掩码是一个32位的二进制数字，指定了子网标识和主
机号的分界点。子网掩码中对应于网络号和子网号的所
有比特都被设为1，而对应于主机号的所有比特都被设为
0。
23
子网掩码计算
上例中：网络号24位，子网号3位，总共27位。所以子网掩码为：
即 255 . 255 . 255 . 224
缺省子网掩码：A类：
B类：
C类：
例：C类网络，主机号部分的前三位用于标识子
网号，即：
11000000 10101000 00000001 xxxyyyyy
网络号+子网号 新的主机号部分
24
子网掩码既不能作为IP地址使用，也不能单独存在，
必须结合IP地址一起使用。
TCP/IP协议使用子网掩码判断目的主机是位于本地子
网，还是位于远程子网。
获得子网地址的方法是将子网掩码和IP地址进行按位
“与”运算。
子网掩码使用
25
子网地址计算
子网掩码∧ IP地址，结果就是该 IP地址的网络号。
例如：IP地址，子网掩码
11000000 10101000 00000001 110 01011
∧ 11111111 11111111 11111111 111 00000
11001010 01110101 00000001 110 00000
∴子网地址为：
主机号为：11
26
究竟拿出多少比特作为子网号来标识子网，取决于子网的数量
和子网的规模。
各类网络的主机号的比特数用p表示，如果从p比特主机号中拿
出m比特来划分子网，则剩下n=p-m比特用于标识主机。
m比特可以标识2m个子网，但一般不建议使用m比特子网号为
全“0”和全“1”的子网。这样，m比特实际可以划分2m-2个
可用的子网。
n比特可以标识2n台主机，但n比特为全“0”时用于标识子网，
为全“1”时用于表示子网广播地址。这样，n比特主机号实际
可以标识2n-2台主机。
27
通常规划一个网络时划分子网的步骤如下：
1) 确定需要划分的子网数量。
2) 确定被划分网络地址主机部分的位数。
3) 根据子网数量，确定子网部分所需的位数。
4) 计算子网掩码
5) 确定每一个子网的地址范围
定长子网掩码
28
例：假设已经得到一个B类网络地址。要求把整个
网络划分成18个不同的子网，该网络的最大的段要求1800
个可供主机寻址的地址。
想要提供18个子网，必须占用主机地址的5比特。除去子网
号为全“0”和全“1”的子网外，5比特可以提供30个可用
的子网（25-2=30）。这样，子网掩码为：。
每个子网可以容纳的主机数为211-2=2046，可以满足要求。
下表给出了各个子网的地址、子网中主机IP地址的范围以
及子网的直接广播地址。
29
30
在上面所讨论的子网划分中，各个子网的地址空间
是一样大，各个子网的掩码也是一样的。但为了提
高地址空间的利用率，需要将子网进行进一步的划
分，从主机号中再拿出一些比特来划分子网，这就
使得在一个网络中有多个不同规模的子网，每个子
网都有其惟一的子网掩码，这便是可变长子网掩码
VLSM（Variable-Length Subnet Mask）。
31
网络中变长子网掩码的划分步骤如下：
1) 按每个子网所含主机地址数从小到大排列。
2) 计算每个子网所需主机部分位数。
3) 对主机部分位数以从小到大的顺序对子网号进行
编码。
4) 划分得到的子网地址和子网掩码。
变长子网掩码
32
变长子网掩码
33
在IP层传输的分组叫IP分组(Packet)。通常IP分组
由首部和数据两部分组成。 IP分组首部中包含选
项字段，所以是可变长度的，基本首部的长度是20
字节，包含选项的最大长度是60字节。
IP分组
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1 2 3 4 5 60 7
优先级 D T R C 未用
版本 IHL 服务类型 总长
标识 分片偏移
生命期 协议 头校验和
源地址
目标地址
选项（0或多个32位）
D M
F F
~
~
~
~
32比特
IPv4头部的组成
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1 2 3 4 5 60 7
优先级 D T R C 未用
版本 IHL 服务类型 总长
标识 分片偏移
生命期 协议 头校验和
源地址
目标地址
选项（0或多个32位）
D M
F F
~
~
~
~
32比特
IPv4头部的组成
版本
（Version）:占
4bit，记录数据报
属于那个版本的协
议,通过版本字段，
可以长期在不同版
本间传输数据。
36
1 2 3 4 5 60 7
优先级 D T R C 未用
版本 IHL 服务类型 总长
标识 分片偏移
生命期 协议 头校验和
源地址
目标地址
选项（0或多个32位）
D M
F F
~
~
~
~
32比特
IPv4头部的组成 IHL：占4bit，用来说
明头部的长度，默认的
最小值为5个单位(一个
单位为4个字节)，可表
示的最大数值是15个单
位，因此IP的头部长度
的最大值是60字节，可
选字段最多只能为40字
节。
当IP分组的头部长度不
是4字节的整数倍时，用0
加以填充，从而保证数据
部分始终在4字节的整数倍
时开始。
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1 2 3 4 5 60 7
优先级 D T R C 未用
版本 IHL 服务类型 总长
标识 分片偏移
生命期 协议 头校验和
源地址
目标地址
选项（0或多个32位）
D M
F F
~
~
~
~
32比特
IPv4头部的组成
服务类型：占8bit，
是主机可以告诉子网所
需的各种可靠性和速度
的组合服务，包含1个3
比特的优先级字段，从
0（一版）到7（网络控
制分组）；3个标志位D、
T和R，说明主机最关心
组合{延迟，吞吐量，
可靠性}中的哪一项。
C比特：是新增加的，
表示要求选择费用更低
廉的线路，
最后一个比特未用。
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1 2 3 4 5 60 7
优先级 D T R C 未用
版本 IHL 服务类型 总长
标识 分片偏移
生命期 协议 头校验和
源地址
目标地址
选项（0或多个32位）
D M
F F
~
~
~
~
32比特
IPv4头部的组成 总长：占16bit，是
头部和数据之和的长
度，单位为字节。
数据报的最大长度
为65535字节。
当很长的数据报要
分片传送时，“总长
”不是指未分片前的
数据报长度，而是指
分片后每片的头部长
度与数据长度的总和。
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1 2 3 4 5 60 7
优先级 D T R C 未用
版本 IHL 服务类型 总长
标识 分片偏移
生命期 协议 头校验和
源地址
目标地址
选项（0或多个32位）
D M
F F
~
~
~
~
32比特
IPv4头部的组成 标识：占16bit，使
分片后的各数据报片最
后能准确地重装成为原
来的数据报。
注意：这里的“标识
”并不代表顺序号，因
为IP是无连接的服务，
数据报不存在按序接收
的问题，而是让目的主
机判断新来的分片属于
哪个分组，所有属于同
一分组的分片包含同样
的标识值。
40
1 2 3 4 5 60 7
优先级 D T R C 未用
版本 IHL 服务类型 总长
标识 分片偏移
生命期 协议 头校验和
源地址
目标地址
选项（0或多个32位）
D M
F F
~
~
~
~
32比特
IPv4头部的组成
标志：占3bit
当DF=0时允许分片；
当DF=1时不要分片，此
时命令路由器不要将数
据报分片，因为目的端
不能重组分片。
MF=1表示后面还有分
片的数据报，MF=0表示
这已是最后一个数据报
片。
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1 2 3 4 5 60 7
优先级 D T R C 未用
版本 IHL 服务类型 总长
标识 分片偏移
生命期 协议 头校验和
源地址
目标地址
选项（0或多个32位）
D M
F F
~
~
~
~
32比特
IPv4头部的组成 分片偏移：占
13bit，表示较长的
分组在分片后，某
个分片在原分组中
的相对位置。
以8字节为一个偏
移单位；每个数据
报最多由213即8192
个分片组成；这样
的数据报长度是
65536字节，比总长
字段提供的最大值
还大。
42
1 2 3 4 5 60 7
优先级 D T R C 未用
版本 IHL 服务类型 总长
标识 分片偏移
生命期 协议 头校验和
源地址
目标地址
选项（0或多个32位）
D M
F F
~
~
~
~
32比特
IPv4头部的组成
生命期：占8bit，是
一个用来限制分组生命
周期的计数器。
建议值为32秒，最长
生命期时255秒。
必须在每个节点中都递
减，而且当在一个路由器
中排队时间过长时，可以
以倍数递减。
实际上只以节点计数，
当它减到零时，该分组就
要丢弃，并向源主机发送
一个警告分组，这一特性
能防止数据报在网中无限
制地漫游。
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1 2 3 4 5 60 7
优先级 D T R C 未用
版本 IHL 服务类型 总长
标识 分片偏移
生命期 协议 头校验和
源地址
目标地址
选项（0或多个32位）
D M
F F
~
~
~
~
32比特
IPv4头部的组成
协议：占8bit，指
出数据报携带的传输
层数据所使用的协议，
以便目的主机的IP层
知道应将此数据报上
交给哪个进程。
常用的协议字段值：
UDP（17bit）
TCP（6bit）
ICMP（1bit）
CGP（3bit）
EGP（8bit）
IGP（9bit）
OSPF（89bit）
TP4（29 bit）
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优先级 D T R C 未用
版本 IHL 服务类型 总长
标识 分片偏移
生命期 协议 头校验和
源地址
目标地址
选项（0或多个32位）
D M
F F
~
~
~
~
32比特
IPv4头部的组成
头校验和：占8bit
，只检验数据报的头
部，不包括数据部分，
数据报每经过一个节
点，节点处理机都要
重新计算一下头校验
和，如果校验出错，
便将此数据报丢弃。
源地址和目标地址
:各占32bit，指明了
网络号和主机号。
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优先级 D T R C 未用
版本 IHL 服务类型 总长
标识 分片偏移
生命期 协议 头校验和
源地址
目标地址
选项（0或多个32位）
D M
F F
~
~
~
~
32比特
IPv4头部的组成
选项：允许后续版本
的协议中引入最初版本
中没有的信息，让试验
者进行新的尝试，避免
为很少使用的信息分配
头部位。
可选项是变长的，每
个可选项以一个字节表
明内容。
有些可选项有一字节的
可选项长度字段，其后是
一个或多个数据字节，可
选项字节字段的长度以4
字节计。
可选字段的五个可选项：
安全性：指明数据报的机密程度；
严格源站路由选择：给出后跟的完整路由；
非严格源站路由选择：给出一个不能漏掉的路由器列表；
记录路由：使每个路由器都附上它的IP地址；
时间标记：使每个路由器都附上它的IP地址和时间标记。
46
分片
最大传输单元（MTU）
任何一个物理网络的数据链路层都有其
自己的帧格式，在帧格式中规定了一个
物理帧中允许传输数据量的上限值，这
个上限值称作网络最大传输单元，或
MTU（Maximum Transfer Unit）。
47
具有不同MTU的互联网
分组首部 数据（1480字节）
数据（600字节）分片首部1
数据（600字节）分片首部2
数据（280字节）分片首部3
48
举例
具有不同MTU值的一个互联网的拓扑，主机A向主机B发送
一个满足最大MTU值的IP分组1，当该分组通过网络2和网
络3时发生分片，表3-18给出了分组1经过此网络时的分片
情况，给出了分片总长度、标识、标志和分片偏移的关系。
49
下一代IP：IPv6
IPv6地址
IPv6分组格式
IPv4向IPv6的过渡
50
IPv4与IPv6地址最大的差别在于长度：IPv4地址长度是32位，
IPv6的地址长度是128位。IPv6有2128个地址。
一个典型的IPv6地址中若干起始位组成的可变长度域被称为格式
前缀(Format Prefix，FP)。根据这些格式前缀形成的地址分配如
下图:
IPv6地址
可变长度可变长度
128比特
类型前缀 地址的其余部分
51
52
IPv6地址在表示和书写时，用冒号将128比特分割成8个16比特的部分，每个
部分包括4位的16进制数字。
例如：1080:0000:0000:0000:0008:0800:200C:123A
在每个4位一组的十六进制数中，如其高位为0，则可省略。
例如：1080:0000:0000:0000:0008:0800:200C:123A
可缩写成：1080:0:0:0:8:800:200C:123A
为进一步简化，采取重叠冒号规则，即“0压缩”规则：用重叠冒号置换地址
中的连续16比特的0。——“0压缩” 规则在一个地址中只能使用一次。
例如：上例压缩后可表成如下形式: 1080::8:800:200C:123A
可以用“IPv6地址/前缀长度”来表示地址前缀，前缀长度是一个十进制值，
指定该地址中最左边的用于组成前缀的比特数。
例 如 ： 对 32比 特 的 前 缀 10800000(十 六 进 制 )， 可 以 如 下 表 示 :
1080::8:800:200C:123A/32 和 1080::/32
53
单播地址(Unicast Address):用来标识单一网络接口，目标地址是单
播地址的数据包将发送给以这个地址为标识的网络接口。
——单播地址按照地址的传输范围分为：可聚合全球单播地址、本地单播地
址、特殊地址、兼容地址等。
任播地址(Anycast Address):用来标识一组网络接口(通常属于不同的
节点)，目标地址是任播地址的数据包将发送给路由意义上最近的一个
网络接口地址。
多播地址(Multicast Address):用来标识一组网络接口(通常属于不同
的节点)，发送到多播地址的数据包将发送给本组中所有的网络接口。
——在IPv6中用多播地址取代广播地址（Broadcast Address）。
地址类型
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可聚集全球单播地址可聚集全球单播地址
可聚集全球单播地址是可以在全球范围内进行路由转发的地址，格式前
缀为001，相当于IPv4公共地址。IPv6支持更高效的层次寻址和路由
机制。
13位的TLAID、8位的Res、24位的NLAID、16位SLAID和64位主机
接口ID。
TLA（Top Level Aggregator，顶级聚集符）、NLA（Next Level
Aggregator，下级聚集符）、SLA（Site Level Aggregator，网点
级聚集符）三者构成了自顶向下排列的三个网络层次。
55
本地单播地址
传送范围限于本地，又分为本地链路地址和本地网点地址两类，
分别适用于单条链路和一个网点内：
1)本地链路地址的格式前缀为1111111010，用于同一链路的
相邻结点间通信。
2)本地网点地址的格式前缀为1111111011，相当于IPv4私用
地址空间。
56
兼容地址
1) IPv4兼容地址，使用IPv6的源站要将分组发送给另一个使
用IPv6的目的站，但分组必须通过使用IPv4地址的网络。
2) 表示为0:0:0:0:0:0:或::。
3) IPv4映射地址，使用IPv6的源站要将分组发送给另一个使
用 IPv4的目的站。可表示为0:0:0:0:0:FFFF:或
::FFFF:。。
4) 特殊地址
5) IPv6中有两个特殊地址：
6) 不指明地址：是一个全0地址（即::）。
7) 环回地址：相当于IPv4中的地址（::1）
57
IPv6多播地址
IPv6多播地址格式前缀为，此外还包括标志、范围和组ID字段。
第2标志字段是定义“永久/临时地址”的标志。永久地址，标志
为0， 由全球因特网编号权威机构来分配。临时地址，标志为1
，是临时分配的。第3个字段是定义地址的范围(见书表3-21)。
最后一个字段是标识不同的多播地址群组。
58
IPv6分组格式
可选
基本首部 扩展首部1 … 扩展首部n 数据
IPv6数据报的通用格式
59
——IPv6数据报的通用格式包括基本头部，扩展头部和数据负载三部分。
基本头部的长度是固定的40B，扩展头部可根据需要选用零个或多个。
IPv6的基本头部尺寸是IPv4的两倍。
IPv6的基本头部格式
32比特
版本 流标记
负载长度 下一头部 跳限制
源地址
目的地址
优先级
IPv6基本首部格式
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IPv6的基本头部格式
32比特
版本 流标记
负载长度 下一头部 跳限制
源地址
目的地址
优先级
版本字段：占4位，取值为6，作用是使负责管理路由和公布路由协议的
Internet机制知道将处理何种路由协议，在这里标志着这个分组是IP版本6的
分组。
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IPv6的基本头部格式
32比特
版本 流标记
负载长度 下一头部 跳限制
源地址
目的地址
优先级
16种取值可进一步
分两组：优先权值0到
7用来指定通信量从低
到高的优先权，信息
包发送方用它来进行
通信量控制；优先权
值8到15用来指定那些
遇到拥塞时不会后退
的通信量从低到高的
优先权。
优先级：也称通信量等级，包含不同种类信息流量的优先级标识符，目的是标识
IP优先级，根据该字段的优先级在路由器上使用优先级排队策略来决定“谁最先转
发”。
该字段占4位，可以有16种不同的取值，使源节点可以通过向它所产生的信息包分
配不同的优先权来区分它们。
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IPv6的基本头部格式
32比特
版本 流标记
负载长度 下一头部 跳限制
源地址
目的地址
优先级
当一条路径建立之
后，网络系统返回一
个路径标记，发送方
将这一标记放在每一
个经此路径发送的数
据报中，路由器使用
流标记字段中的这一
标记来将数据报送入
预先安排的路径中去。
流标记：是为了那些需要性能保证的新应用而准备的，能将数
据报与一个已分配的资源相联系。
IPv6支持资源预留，允许路由器将每一个分组与一个给定的资源相联系。从特
定的源站向特定的目的站发送的分组序列称为分组流，并由源地址与流标号的
组合唯一定义。一个分组流包含了互联网上的一条路径以及其上的路由器，保
证一定的的服务质量。
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IPv6的基本头部格式
32比特
版本 流标记
负载长度 下一头部 跳限制
源地址
目的地址
优先级
负载长度（也称为有效长度字段）：定义了IP分组除基本首部外的总长度，
以字节为单位；该字段占16位，允许的IPv6分组最大长度可达到65535B的数据，
IPv6这种允许大分组的能力增加了Internet作为一个整体的有效性。
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IPv6的基本头部格式
32比特
版本 流标记
负载长度 下一头部 跳限制
源地址
目的地址
优先级
下一头部字段：该字段占8位。用于指定基本头部后面的首部。
例如：如果数据包含有一个扩展头部，则下一头部字段指明扩展头部的类型；
如果没有其他扩展头部，下一头部字段指明数据报中携带的数据类型。
IPv6标准为每种可能的头
部类型规定一个唯一的标
识值，接收方用每一头部
的下一头部字段来确定头
部后面跟的是什么：如果
字段中的值对应于数据类
型，接收方将数据报传给
处理数据的软件模块；如
果字段中的值对应于另一
个头部，IP软件负责解释
其内容。
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IPv6的基本头部格式
32比特
版本 流标记
负载长度 下一头部 跳限制
源地址
目的地址
优先级
跳限制：该字段占8位，和IPv4中的生命周期(TTL)字段的目的一样。
信息包每经过一个转发点（通常是路由器）8位的跳限制字段的数值就会减1
，当该字段的数值减少为0时，信息包就会被丢弃，最大跳数为28 ，即255。
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IPv6的基本头部格式
32比特
版本 流标记
负载长度 下一头部 跳限制
源地址
目的地址
优先级
128位的源地址字段包含的是产生信息包的IPv6地址。
128位的目的地址字段包含的是接收信息包的IPv6地址。
67
一个或多个选项
下一个首部 首部长度
IPv6的扩展首部被放在IPv6基本首部和上层首部之间。
扩展首部是通过下一个首部值来区分的。一个IPv6信息包可
以有0个或多个扩展首部，每一个扩展首部都是通过前一个首
部中的下一个首部字段来确定。
扩展首部格式
68
69
目前的IPv6规范定义了6种扩展首部：
逐跳选项首部：当源站需要将某些信息传递给分组经
过的所有路由器时采用的扩展首部。
目的站点选项首部：当源站需要将信息仅传递给目的
站时所采用的扩展部首。
源路由选择扩展首部：由源站列出分组要经过的中间
路由器地址。可设置为严格源路由和不严格源路由。
鉴别首部：此扩展首部提供了一种鉴别机制，对数据
的完整性和数据源的可靠性进行鉴别。
70
分片扩展首部
在IPv6中分片只能由最初的源站完成。源站主要由两种方法
(1)采用路径MTU发现机制。在发送任意长度的包之前，必须检
查由源节点到目的节点的路径上最小的MTU。简化了中间节点
对包的处理。
(2)只用1280B的最小保证MTU，这是连接互联网上的每个网络
必须支持的MTU的最小值。
以下给出分片扩展首部的格式：
M：为1表示还有分片，为0表示最后一个分片。
下一首部 保留 片偏移值 保留 M
分片标识
0 8 16 29 31
71
IPv4向IPv6的过渡
72
双IP协议栈
路由器中安装双协议栈
双IP协议栈：主机和路由器在
同一个网络接口上运行IPv4和
IPv6两个协议栈，分别有一个
IPv4地址和IPv6一个地址
73
基于IPv4隧道的IPv6
路由器-路由器之间建立隧道
74
移动IP
移动IP的基本术语
移动IP工作原理
代理发现
代理注册
两次穿越的效率问题
75
移动IP的基本术语
与移动IP技术相关的重要术语：
1. 移动代理(Mobility Agent)
移动代理分归属代理(Home Agent)和外地代理(Foreign Agent)
两类，它们是服务器或路由器，能知道移动结点实际连接在何处。
InternetInternet
( 转交地址)
归属地址
外区网络
归属网
外地代理 转交地址
归属代理
76
归属代理又称为家乡代理，是一个在移动结点归属网(Home
network)上的路由器，它至少有一个接口在归属网上，当移动结点
离开归属网后，它通过IP隧道把数据包转发给移动结点，并且负责
维护移动结点的当前位置信息。
外地代理位于移动结点当前连接的外地网络上，它向已注册的移
动结点提供路由服务。当使用外地代理转交地址时，外地代理负责
解除原始数据包的隧道封装，取出原始数据包，并将其转发到该移
动结点。对于那些由移动结点发出的数据包而言，外地代理可作为
已注册的移动结点的缺省路由器使用。
77
2. 移动IP地址
移动IP节点拥有两个IP地址：
归属地址(Home Address)又称为本地地址，这是用来识别端到端
连接的静态地址，也是移动结点与归属网连接时使用的地址。不
管移动结点连至网络何处，其归属地址保持不变。
转交地址就是隧道终点地址，转交地址可能是外地代理转交地址，
也可能是驻留本地的转交地址（配置转交地址）。通常用的是外
区代理转交地址。
转交地址是一个临时分配给移动结点的地址。它由外部获得（如
通过DHCP），移动结点将其与自身的一个网络接口相关联。
78
外地代理转交地址模式可使很多移动节点共享同一个转交地
址，所以这种地址模式被优先使用。在这种地址模式中，外
区代理就是隧道的终点，它接收隧道数据包，解除数据包的
隧道封装，然后将原始数据包转发到移动结点。
一个配置转交地址仅能被一个移动结点使用。当使用驻留归
属的转交地址时，移动结点自身就是隧道的终点，执行解除
隧道功能。
转交地址是仅供数据包路由使用的动态地址，也是移动结点
与外区网连接时使用的临时地址。每当移动结点接入到一个
新的网络，转交地址就发生变化。
79
3. 位置注册(Registration)
移动节点必须将其位置信息向其归属代理进行注册，以便被找
到。在移动IP技术中，按照网络连接方式的不同，有两种不同
的注册规则。
通过外地代理进行注册，即移动结点向外地代理发送注册请求
报文，外地代理接收并处理注册请求报文，然后将报文中继到
移动结点的归属代理。
直接向归属代理进行注册，即移动结点向其归属代理发送注册
请求报文，归属代理处理后向移动结点发送注册答复报文。
80
通过外地代理进行注册
归
属
代
理
外
地
代
理
移
动
主
机
1．注册请求2．转发注册请
求
3．注册响应 4．转发注册响
应
81
移动主机直接注册
归
属
代
理
移
动
主
机
1．注册请求
2．注册响应
82
4. 代理发现（Agent Discovery）
为了随时随地与其他结点进行通信，移动结点必须实现代理
发现。移动IP定义了两种发现移动代理的方法：
被动发现，移动结点等待代理周期性地广播代理通告报文；
主动发现，移动结点广播一条请求代理的报文。
所有移动代理都应具备代理通告功能，并对代理请求作出响
应。所有移动结点必须具备代理请求功能。
移动结点发送代理请求报文的条件:
没有收到移动代理的代理通告
无法通过链路层协议或其他方法获得转交地址
83
移动IP工作原理
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两次穿越的效率问题
容易导致通信的低效率和归属代理的瓶颈问题。
85
解决这一问题的办法：
(1)将移动主机的转交地址与其归属地址进行绑定，当归属代理收
到发给移动主机的第一个包时，将包转发给外区代理，同时发一
个更新绑定包给远地主机，以便远地主机以后向这台移动主机发
送信息时直接使用转交地址。远程主机将绑定信息存放在高速缓
冲中。所以当移动主机再次移动时，归属代理必须向远程主机发
送报警包，通告变化。
(2)优化路由：当一个移动主机和本地主机进行大量交互，网络管
理员可以为该移动主机设置一条特定于具体主机的路由。这样对
于移动主机来说通信量一直在外地网络内部。
86
作 业
1、网络的子网掩码为给出IP地址，求子网
地址和主机地址
IP地址 子网地址 主机地址
