介绍 IPv6、组播、移动 IP、SDN 和网络层设备，说明其寻址、转发与控制平面的关键机制。

# IPv6

IPv6 是为解决 IPv4 地址空间不足等问题设计的新一代 IP 协议。

IPv6 地址长度为 128 bit，通常用冒号十六进制表示。

示例：

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2001:0db8:0000:0000:0000:ff00:0042:8329

可压缩为：

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2001:db8::ff00:42:8329

# IPv6 主要特点

# IPv6 地址表示

# 零压缩

规则：

• 每组前导 0 可以省略。
• 连续多个 0 组可以用 :: 压缩。
• :: 在一个地址中只能出现一次。

示例：

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原始: 2001:0db8:0000:0000:0000:0000:0000:0001
压缩: 2001:db8::1

# 常见地址类型

IPv6 不再使用广播地址，广播功能由组播实现。

# IPv4 到 IPv6 过渡

常见过渡技术：

# IP 组播

组播是一种一对多通信方式：发送方只发送一份数据，网络负责把数据复制给组播组成员。

与单播、广播对比：

IPv4 组播地址使用 D 类地址：

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224.0.0.0 ~ 239.255.255.255

组播适合：

• 视频会议。
• 在线直播。
• 路由协议组播通告。
• 多接收者实时数据分发。

# 移动 IP

移动 IP 允许主机在移动到外地网络后，仍然保持原有 IP 地址进行通信。

核心角色：

# 通信过程

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sequenceDiagram
    participant CN as 通信对端
    participant HA as 归属代理
    participant FA as 外地代理
    participant MN as 移动结点
    MN->>HA: 注册转交地址
    CN->>HA: 发往移动结点归属地址的数据报
    HA->>FA: 隧道转发到转交地址
    FA->>MN: 交付给移动结点

基本思想：

1. 移动结点进入外地网络，获得转交地址。
2. 移动结点向归属代理注册当前位置。
3. 通信对端仍向移动结点的归属地址发送数据。
4. 归属代理把数据通过隧道转发到转交地址。
5. 外地代理或移动结点接收后交付。

# SDN

SDN（Software Defined Networking，软件定义网络）把网络设备的控制平面和数据平面分离。

传统路由器：

• 控制平面和数据平面都在设备内部。
• 每台设备独立运行路由协议并转发。

SDN：

• 控制平面集中到控制器。
• 交换设备主要负责按流表转发。
• 控制器通过南向接口下发规则。

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flowchart TB
    A[应用层<br/>网络应用] --> B[SDN 控制器<br/>控制平面]
    B --> C[交换设备 1<br/>数据平面]
    B --> D[交换设备 2<br/>数据平面]
    B --> E[交换设备 3<br/>数据平面]

# SDN 优点

• 集中控制，便于统一管理。
• 网络可编程。
• 策略调整灵活。
• 有利于自动化运维。

# SDN 风险

• 控制器可能成为性能瓶颈。
• 控制器故障影响范围大。
• 安全要求更高。

# 路由器

路由器是网络层设备，用于连接不同网络，并根据 IP 地址转发分组。

主要功能：

• 路由选择。
• 分组转发。
• 分片处理。
• 隔离广播域。
• 连接异构网络。

# 路由器组成

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flowchart LR
    A[输入端口] --> B[交换结构]
    B --> C[输出端口]
    D[路由处理器] --> B
    D --> E[路由表/转发表]

# 路由表与转发表

教材中有时不严格区分二者。理解上可以认为：路由表偏控制平面，转发表偏数据平面。

# 分组转发过程

路由器收到 IP 数据报后：

1. 检查 IP 首部。
2. TTL 减 1，若为 0 则丢弃并发送 ICMP 超时。
3. 重新计算首部校验和。
4. 根据目的 IP 查转发表。
5. 使用最长前缀匹配选择路由。
6. 确定下一跳和输出接口。
7. 交给数据链路层重新封装成帧。

# 本节考点

1. IPv6 地址 128 bit，基本首部固定 40B。
2. IPv6 不使用广播，使用组播实现类似功能。
3. IPv6 地址压缩中 :: 只能出现一次。
4. IPv4 组播使用 D 类地址。
5. 移动 IP 的关键是归属地址、转交地址、归属代理和隧道转发。
6. SDN 的核心是控制平面和数据平面分离。
7. 路由器工作在网络层，根据 IP 地址转发分组并隔离广播域。
8. 路由器每跳会修改 TTL 并重新计算 IP 首部校验和。