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【H3C技术】IPV6 相关概念浅谈-开篇

2012-8-10 10:12:13互联网

  1 开篇

  随着Internet的日益膨胀,现有的IPv4地址已经十分紧缺,虽然使用分配临时IPv4地址或网络地址翻译(NAT)等地址使用技术,在一定程度上缓解了IPv4地址不足的状况,但同时也增加了地址解析和处理方面的开销,导致某些高层应用失效,而且仍然无法回避IPv4地址即将被分配殆尽这个问题。采用长度为128 b IP地址的IPv6协议,彻底解决了IPv4地址不足的难题,并且在地址容量、安全性、网络管理、移动性以及服务质量等方面有明显的改进,是下一代互联网络协议采用的核心标准之一。IPv6与IPv4不兼容,但他同所有其他的TCP/IP协议族中的协议兼容,即IPv6完全可以取代IPv4.

  在开始介绍协议之前需要说明两个概念:

  l 报文(Packet):指IPV6头加上载荷;

  l 链路MTU(link MTU):最大传输单元,也就是能被放在一个链路上一起传送的最大报文尺寸(maximum packet size in octets, that can be conveyed in one piece over a link),这里是说的报文尺寸,而不是帧尺寸。

  当IPV6节点有大量数据要送往其它节点的时候,这些数据会被封装为一系列的IPV6报文。为了尽量充分使用带宽,理论上说这些报文被封装在一个报文中是效率最高的,但是受到MTU的限制,我们需要将报文分开封装,报文的长度尽量长,前提是要保证成功到达目的地。这个尽量长的长度就被称之为路径MTU,也就是PMTU。它等于到达目的地过程中所有链路MTU的最小值。

  如果IPV6节点想使用比最小链路MTU(在RFC1883中定义了最小链路MTU为576 octets)更大一些的PMTU的话,以便充分利用网络带宽,那么就应该应用PMTU发现(Path MTU Discovery)机制。自然,仅仅使用最小链路MTU的系统可以不采用这种机制。

  不使用Path MTU Discovery的节点使用最小链路MTU作为最大的报文尺寸。大多数情况下会造成使用的实际报文长度比允许的MTU更小,这是因为大多数链路的MTU都比最小链路MTU要大。相应的,节点发送的报文比路径MTU所允许的要小很多的话,就会浪费带宽,进而达不到最理想的吞吐量。

  Path MTU Discovery机制其基本思想是从源节点假设PMTU为路径上第一跳的MTU,如果沿途有节点认为超过了自己的MTU而不能转发的话,那么该节点就会将报文丢弃,同时向源节点返回Packet Too Big消息(ICMPV6,参考RFC1885)。源节点收到Packet Too Big消息后,会根据消息的内容降低其PMTU假设值。当节点的PMTU估计值小于等于实际的PMTU时,就意味着一轮Path MTU Discovery机制的结束。需要指出的是,在Path MTU Discovery结束之前,可能会有很多轮的packet-sent/Packet-Too-Big-Message-received过程,这是由于沿途总有更小的MTU出现。

  相应的,节点也可以选择停止发送比最小链路MTU更大的报文来终止Path MTU Discovery过程,这就意味着它采用了最小链路MTU做为PMTU。

  随着路由拓扑的变化,某条路径的PMTU会发生变化。探测PMTU的减小是很简单的,通过Packet Too Big消息可以做到。而为了探测到PMTU的增大,节点需要周期性地提高它所假设的PMTU,这样的话,总会造成报文的丢弃和Packet Too Big消息的产生。由于大多数情况下PMTU将不会改变,所以不应该频繁地去探测PMTU的增大。

  Path MTU发现机制也支持组播目的地址,在这种情况下,一个报文的拷贝会穿过许多不同的路径到达不同的节点,每条路径都有不同的PMTU,而且一个组播报文可能会产生大量的Packet Too Big消息,每个消息都会报告一个下一跳MTU。穿过这一系列路径的最小PMTU值决定了接下来发送到组播地址报文的尺寸。

  需要指出的是,即使节点认为某个目的地址和自己是一个链路上的,它也需要使用Path MTU发现机制,这是由于当邻居路由器充当某个目的地址的代理时,那么目的地址看上去是直接连在节点的链路上,但实际上可能在一跳以外的地方。


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