计算机网络：下一代因特网

Posted 2020-10-03 野路子

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     《计算机网络》学习的最后一章，我们来简单看看未来的因特网。这里面主要涉及三个方面：IPv6、MPLS协议与P2P。作为一个粗略的浏览，我们简要地梳理一下问题。
一、IPv6协议
     传统的IPv4协议面临的最大挑战是地址空间无法满足现实飞速增长的需求，尽管我们使用了CIDR和子网IP进行了最大程度的优化，依然只能推迟而不能消除地址用尽的结局。因此IETF很早就在研究IPv4的替代方案：IPv6协议。IPv6协议的最大特点是提供了足够的地址空间，有种说法是IPv6可以为地球上的每一个粒沙子分配一个地址。IPv6的头部具有128位的地址空间，并且还加入了IPv4未曾考虑过的安全功能。IPv6所引进的主要变化如下：
-1. 更大的地址空间：128位的地址；
-2. 扩展的地址层次结构：大量的地址空间可以划分为多个层次；
-3. 灵活的首部格式：IPv6数据分组的首部包含一个基本首部和0-N个个扩展首部，扩展首部不属于“数据分组的首部”；
-4. 改进的选项；
-5. 允许协议继续扩充；
-6. 支持即插即用；
-7. 支持资源的预分配；
-8. IPv6首部改为8字节对齐，而IPv4是4字节对齐；
     
     IPv6的功能扩展依靠扩展首部实现，扩展首部不属于IPv6分组的首部，而是属于其后的“有效载荷”。IPv6的头部格式如下：

-1. 版本：占4位，它指明了协议的版本，对于IPv6来说该字段是‘6’；
-2. 通信量类：占8位，为了区分不同的IPv6数据分组的类别或优先级，目前正在进行不同的通信量类性能的实验；
-3. 流标号：占20位，IPv6的一个新机制是支持资源的预分配，利用流标号将特定服务的流量与路由器的某种资源分配方案绑定起来，从而获得路由器保证的服务质量；流标号和通信量类共同实现了IPv4中服务类型字段的功能；
-4. 有效载荷长度：占16位，它指明了IPv6数据分组除基本首部之外的字节数，该字段最大值是64KB（65535字节）；
-5. 下一个首部：占8位，指出基本首部后面的数据单元的类型，可以是上层数据或一个扩展首部；
-6. 跳数限制：占8位，最大255跳；
-7. 源地址、目的地址
     IPv6的基本首部没有首部长度字段，因为其基本首部为40字节的定长，分片的相关变量位于一个扩展首部当中，IPv6一共有6种扩展首部，分别是：
-1. 逐跳选项；
-2. 路由选择；
-3. 分片；
-4. 鉴别；
-5. 封装安全有效载荷；
-6. 目的站选项；
     每个扩展首部都由若干字段组成，长度也各不相同，但所有扩展首部的第一个字段都是8位的“下一个首部”：


二、多协议标记交换MPLS
     这里所说的MPLS的思想主要是针对当前路由器的路由表搜索越来越费时费力，于是想把路由的查找放到硬件层去实现，这有点像Cisco的VLAN技术，MPLS路由器为每个进入的数据分组插入一个MPLS段作为标记，并且转发到相应的接口；后续的MPLS路由器检查分组，更新标记继续转发；最后一个MPLS路由器会去掉数据分组的MPLS段，还原为一个正常的IP数据报。由于每个MPLS只识别自己网段的标记，因此每经过一个MPLS都需要更新标记：


三、P2P 
     传统的C/S模式最终都将面临服务器不堪重负的问题，因此逐渐出现了分布式服务器的网络模式，既一台主机既是客户端又是服务器，从而大大提高了文件传输的速度。以电驴为例，将一个文件分为若干个文件小块，客户端启动时先访问服务器获知该文件涉及的主机IP信息，然后向这些主机发送请求，传输文件块，当并行将所有的文件块传输完毕后，就可以执行该文件了。但是P2P会带来网络中巨大的流量，影响网络的整体性能。