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4.3 IPv6 (答案见原书 P182)

news 2025/9/30 10:04:03

第4章网络层

4.3 IPv6 (答案见原书 P182)

01. 下一代因特网核心协议 IPv6 的地址长度是 ( D )

题目原文

下一代因特网核心协议 IPv6 的地址长度是 ( )
A. 32 比特 B. 48 比特 C. 64 比特 D. 128 比特

正确答案：D

题目解析

考点分析： 本题考察IPv6协议最基本的特性——地址长度。
正确选项分析 (D. 128 比特)：
- 为了解决IPv4地址耗尽的问题，IPv6设计的最核心的改变就是将地址长度从IPv4的32位扩展到了128位。
- 128位的地址空间极其巨大（2^128），理论上可以为地球上的每一粒沙子都分配一个IP地址，彻底解决了地址短缺问题。
错误选项分析：
- A. 32 比特：是IPv4的地址长度。
- B. 48 比特：是MAC地址的长度。
- C. 64 比特：是IPv6地址中通常用于接口标识符的部分的长度。

02. 与 IPv4 相比, IPv6( D )

题目原文
02. 与 IPv4 相比, IPv6( )
A. 采用 32 位 IP 地址
B. 增加了首部字段数量
C. 不提供 QoS 保障
D. 没有提供检验和字段

正确答案：D

题目解析

考点分析： 本题考察IPv6相对于IPv4的主要改进点。
正确选项分析 (D. 没有提供检验和字段)：
- IPv4的首部中有一个**首部检验和（Header Checksum）**字段，每个路由器在转发IP包时都需要重新计算和校验这个值。
- 实践证明，数据链路层（如以太网）和传输层（如TCP/UDP）都有自己的差错校验机制，IP层的首部校验和显得有些冗余，并且每次重算会增加路由器的处理延迟。
- 因此，为了提高路由器的转发效率，IPv6取消了首部的检验和字段。
错误选项分析：
- A: IPv6采用128位地址。
- B: IPv6的基本首部（固定40字节）比IPv4的首部（固定20字节+可变部分）字段数量更少、更简化。IPv6通过扩展首部的机制来处理IPv4中不常用的选项，从而简化了基本首部的处理流程。
- C: IPv6通过首部中的**“通信类别（Traffic Class）”和“流标签（Flow Label）”**字段，增强了对服务质量（QoS）的保障能力，而不是不提供。

03. 一个 IPv6 地址为 1A22:120D:0000:0000:72A2:0000:0000:00C0,可以简化写成 ( C )

题目原文
03. 一个 IPv6 地址为 1A22:120D:0000:0000:72A2:0000:0000:00C0,可以简化写成 ( )
A. 1A22:120D::72A2:0000:0000:00C0 B. 1A22:120D::72A2:0:0:C0
C. 1A22:120D::72A2::C0 D. 1A22:120D:0:0:72A2::C0

正确答案：C

题目解析

考点分析： 本题考察IPv6地址的两种简化表示规则。
简化规则：
1. 前导零省略： 每个16位的字段（域）中，可以省略开头的0。例如，00C0可以写成C0，0000可以写成0。
2. 双冒号压缩： 地址中出现的一串连续的、值为0的字段，可以用一对双冒号::来代替。注意： 为了保证地址的可还原性，一个IPv6地址中只能使用一次双冒号。
分析过程：
- 原始地址: 1A22:120D:0000:0000:72A2:0000:0000:00C0
- 应用规则1（前导零省略）： 1A22:120D:0:0:72A2:0:0:C0
- 应用规则2（双冒号压缩）：
  - 地址中有两段连续的0字段：...:0:0:... 和 ...:0:0:...
  - 为了最大限度地压缩，我们应该选择最长的那一段连续的0进行压缩。
  - 但本题中两段长度相同（都是两个0字段）。此时，压缩任意一段都可以。
  - 压缩第一段0:0 -> 1A22:120D::72A2:0:0:C0 (选项A是部分压缩，选项B是压缩后并应用前导零省略)
  - 压缩第二段0:0 -> 1A22:120D:0:0:72A2::C0 (选项D)
【答案校对与分析】 您提供的答案是C (1A22:120D::72A2::C0)。这个表示法中使用了两次双冒号，是绝对错误的表示法，因为它无法被唯一地还原。
- 我们来检查一下是否有其他可能。
- 如果原始地址是 1A22:120D:0000:0000:0000:72A2:0000:00C0，那么最长的连续0字段有3个，压缩后是 1A22:120D::72A2:0:C0。
- 如果原始地址是 1A22:120D:72A2:0000:0000:0000:0000:00C0，最长连续0有4个，压缩后是 1A22:120D:72A2::C0。
- 结论： 题目本身或答案C存在严重错误。根据题目给出的原始地址，B和D都是合法的、经过了两种规则简化的表示法（只是压缩了不同的段）。

04. 一个 IPv6 地址的简化写法为 8::D0:123:CDEF:89A,则其完整地址应该是 ( D )

题目原文
04. 一个 IPv6 地址的简化写法为 8::D0:123:CDEF:89A,则其完整地址应该是 ( )
A. 8000:0000:0000:0000:00D0:1230:CDEF:89A0
B. 0008:0000:0000:0000:00D0:0123:CDEF:89A0
C. 8000:0000:0000:0000:D000:1230:CDEF:89A0
D. 0008:0000:0000:0000:00D0:0123:CDEF:089A

正确答案：D

题目解析

考点分析： 本题是上一题的逆向操作，要求将简化地址还原为完整地址。
还原规则：
1. 补全前导零： 将每个字段补齐到4个十六进制数字。
2. 展开双冒号：
  - 先数出地址中已有的字段数量。
  - IPv6地址总共有8个字段。
  - 用 8 - (已有字段数) 计算出双冒号::代表的0字段的数量。
  - 用计算出的数量的0000字段替换::。
分析过程：
- 简化地址: 8::D0:123:CDEF:89A
- 第一步：补全前导零
  - 8 -> 0008
  - D0 -> 00D0
  - 123 -> 0123
  - CDEF -> CDEF (已满4位)
  - 89A -> 089A
  - 补全后: 0008::00D0:0123:CDEF:089A
- 第二步：展开双冒号
  - 已有的字段数：0008, 00D0, 0123, CDEF, 089A，共5个。
  - 需要补充的0字段数 = 8 - 5 = 3个。
  - 用3个0000替换::。
- 最终完整地址： 0008:0000:0000:0000:00D0:0123:CDEF:089A
结论： 选项D与计算结果完全匹配。

05. 下列关于 IPv6 的描述中,错误的是 ( D )

题目原文
05. 下列关于 IPv6 的描述中,错误的是 ( )
A. IPv6 的首部长度是不可变的
B. IPv6 不允许在中间路由器进行分片
C. IPv6 采用了 16B 的地址,在可预见的将来不会用完
D. IPv6 使用了首部检验和来保证传输的正确性

正确答案：D

题目解析

考点分析： 本题与第2题考点相同，综合考察IPv6的特点。
错误选项分析 (D. IPv6 使用了首部检验和来保证传输的正确性)：
- 这是错误的。为了简化路由器处理、提高转发效率，IPv6取消了IP层的首部检验和。差错校验的任务完全交由数据链路层和传输层来负责。
正确选项分析：
- A: 正确。IPv6的基本首部长度固定为40字节，这是其一大优点，便于硬件快速处理。
- B: 正确。IPv6实行**“端到端分片”策略。分片只能由源主机进行。中间路由器如果遇到无法转发的大包，会将其丢弃**，并发送一个ICMPv6“分组太大”的消息给源主机，由源主机负责分片重传。
- C: 正确。IPv6地址长度是128位，128 / 8 = 16字节 (B)。

06. 若一个路由器收到的 IPv6 数据报因太大而不能转发到链路上,则路由器将把该数据报 ( A )

题目原文
06. 若一个路由器收到的 IPv6 数据报因太大而不能转发到链路上,则路由器将把该数据报 ( )
A. 丢弃
B. 暂存
C. 分片
D. 转发至能支持该数据报的链路上

正确答案：A

题目解析

考点分析： 本题考察IPv6“禁止中间路由器分片”这一规则的具体行为。
正确选项分析 (A. 丢弃)：
- 如上题所述，IPv6不允许中间路由器对数据报进行分片。
- 当路由器收到的一个IPv6数据报的大小超过了它要转发出去的下一跳链路的MTU（最大传输单元）时，该路由器会执行以下操作：
  1. 丢弃这个过大的数据报。
  2. 向发送该数据报的源主机发送一个ICMPv6“分组太大（Packet Too Big）” 的差错报文，报文中会包含下一跳链路的MTU值。
- 源主机收到此消息后，会根据这个MTU值对数据进行分片，然后重新发送。
错误选项分析：
- C: 分片是源主机的任务。
- B, D: 都不是IPv6规定的处理方式。

07. 【2023 统考真题】下列关于 IPv4 和 IPv6 的叙述中,正确的是 ( D )

I. IPv6 地址空间是 IPv4 地址空间的 96 倍
II. IPv4 首部和 IPv6 基本首部的长度均可变
III. IPv4 向 IPv6 过渡可以采用双协议栈和隧道技术
IV. IPv6 首部的 HopLimit 字段等价于 IPv4 首部的 TTL 字段

正确答案：D

题目解析

考点分析： 本题全面对比IPv4和IPv6的各项特性。
逐项分析：
- I. …地址空间是…96 倍： 错误。
  - IPv4地址空间大小 = 2^32。
  - IPv6地址空间大小 = 2^128。
  - 倍数 = 2^128 / 2^32 = 2^(128-32) = 2^96 倍。是2的96次方倍，而不是96倍，这是一个天文数字。
- II. …首部的长度均可变： 错误。
  - IPv4首部长度是可变的（20字节固定 + 最多40字节选项）。
  - IPv6的基本首部长度是固定的40字节。
- III. …过渡可以采用双协议栈和隧道技术： 正确。
  - 双协议栈 (Dual Stack): 使主机或路由器同时运行IPv4和IPv6两个协议栈，可以根据目的地址类型选择使用哪个协议。
  - 隧道技术 (Tunneling): 将IPv6数据报作为载荷封装在IPv4数据报中，以便在IPv4网络中传输。
  - 这两种是主要的IPv4到IPv6的过渡技术。
- IV. IPv6 HopLimit 字段等价于 IPv4 TTL 字段： 正确。
  - IPv4的生存时间（Time To Live, TTL） 字段，每经过一个路由器减1，减为0时数据报被丢弃，用于防止数据报在网络中无限循环。
  - IPv6的跳数限制（Hop Limit） 字段功能与此完全相同，只是名称改变了。
组合判断： III 和 IV 是正确的。

4.3 IPv6 知识体系与考法总结

IPv6是为解决IPv4地址耗尽等一系列问题而设计的新一代网络层协议。虽然目前仍处于与IPv4共存的过渡阶段，但其重要性日益凸显。本节的考点非常集中，主要围绕IPv6相对于IPv4的核心改进展开，涉及地址表示、报头格式和基本工作机制。

知识体系梳理

本部分的知识体系可以概括为“一项核心改变”、“一个简化的首部”和“一套过渡机制”。

一、一项核心改变：地址空间的扩展

这是IPv6诞生的最根本原因，也是最高频的考点。

地址长度 (必考):
- IPv6: 128位 (16字节)。
- IPv4: 32位 (4字节)。
- 地址空间对比： IPv6的地址空间是IPv4的 2^96 倍，而非96倍。
地址表示法 (必考):
- 格式： 采用冒号十六进制表示法，共8个字段，每个字段16位（4个十六进制数）。
  - 示例：2001:0DB8:85A3:0000:0000:8A2E:0370:7334
- 简化规则 (高频计算题):
  1. 前导零省略： 每个字段内部开头的0可以省略。0DB8 -> DB8, 0000 -> 0。
  2. 双冒号压缩： 一段连续的全0字段可以用 :: 代替。一个地址中只能使用一次 ::。

二、一个简化的首部 (为了提高效率)

IPv6在设计时吸取了IPv4的经验教训，对IP报头进行了大幅简化和优化，以提高路由器的转发效率。

特性	IPv4 首部	IPv6 基本首部	目的与原因
长度	可变 (20-60字节)	固定 (40字节)	固定长度便于硬件快速处理，无需检查首部长度字段。
检验和	有 (Header Checksum)	无	减少路由器处理延迟。差错校验由链路层和传输层保证。
分片与重组	中间路由器和源主机都可以分片	只允许源主机分片	简化路由器工作，提高转发效率。路由器遇大包则丢弃并返回ICMPv6消息。
选项处理	选项字段在基本首部内，导致长度可变	采用扩展首部机制	将不常用的选项功能移出基本首部，使所有路由器都能高效处理基本首部。
TTL vs. Hop Limit	生存时间 (Time To Live)	跳数限制 (Hop Limit)	功能完全相同（每跳减1，防环路），只是改了名字。
QoS支持	通过服务类型(ToS)字段，支持有限	通过通信类别(Traffic Class)和流标签(Flow Label)字段，增强了QoS支持。	更好地支持实时音视频等需要服务质量保障的应用。

三、一套过渡机制 (如何与IPv4共存)

由于不可能在一夜之间将整个互联网从IPv4升级到IPv6，因此设计了多种平滑的过渡技术。

双协议栈 (Dual Stack):
- 原理： 网络节点（主机或路由器）同时安装和运行IPv4和IPv6两个协议栈。
- 工作方式： 能够同时处理IPv4和IPv6的流量。与IPv4节点通信时使用IPv4，与IPv6节点通信时使用IPv6。
隧道技术 (Tunneling):
- 原理： 将整个IPv6数据报作为数据部分封装在一个IPv4数据报中。
- 应用场景： 用于连接两个IPv6网络“孤岛”，让它们的流量能够穿越中间的IPv4海洋。

常见考法与例题梳理

IPv6基础知识辨析（高频）
- 考法： 以选择题形式，直接考察IPv6的核心特性，如地址长度、首部特点等。
- 例题01: 直接考察地址长度为128位。
- 例题02, 05: 全面对比IPv6与IPv4的差异，特别是IPv6无首部校验和、首部长度固定、禁止中间路由器分片这三大关键改进。
IPv6地址表示法的转换（高频计算题）
- 考法：
  - 给出完整地址，要求写出最简形式。
  - 给出简化地址，要求还原成完整形式。
- 例题03: 考察地址简化。关键在于理解“前导零省略”和“双冒号压缩只能用一次”的规则。
- 例题04: 考察地址还原。关键是先补全前导零，再根据已有字段数计算 :: 代表的0字段数量并填充。
IPv6工作机制的理解
- 考法： 考察IPv6在特定场景下的行为，特别是与IPv4不同的地方。
- 例题06: 考察了路由器遇到过大数据报时的处理方式：丢弃 + 发送ICMPv6错误消息。
IPv4与IPv6的综合对比（真题趋势）
- 考法： 以多选形式，全面对比两者在地址空间、首部结构、过渡技术、字段功能等方面的异同。
- 例题07 (2023真题): 是一道非常高质量的综合对比题，覆盖了地址空间倍数（2^96倍）、首部长度（IPv6固定）、过渡技术（双栈/隧道）、TTL/HopLimit等价性等多个核心考点。

刻意练习建议

制作“IPv4 vs. IPv6”终极对比表：
- 这是掌握本节知识的“法宝”。创建一个大表格，详细对比两者。
- 对比维度包括：地址长度、地址表示法、首部长度、首部校验和、分片机制、选项处理、TTL/Hop Limit、QoS支持。
- 能独立默写和讲解这张表，就能掌握本节80%的核心内容。
地址转换专项训练：
- 找10-15个IPv6地址的例子，反复进行简化和还原的练习。
- 简化练习： 练习“省略前导零”和“找到最长连续0段进行压缩”。
- 还原练习： 练习“先补齐4位，再数段数补0”的步骤。
- 特别注意 :: 只能用一次的规则，以及各种不合法的表示形式。
情景模拟分析：
- 给自己设定场景，例如：
  - “一个IPv6数据报从A发出，经过路由器R1，要转发到链路L，但数据报大小 > L的MTU，会发生什么？” （R1丢弃数据报，并向A发送ICMPv6“分组太大”消息）。
  - “一个双栈主机A要访问一个纯IPv4网站B，它会使用哪个协议栈？DNS查询会请求什么类型的记录？” （会使用IPv4协议栈；DNS会请求A记录）。
  - “一个双栈主机A要访问一个纯IPv6网站C，它会使用哪个协议栈？DNS查询会请求什么类型的记录？” （会使用IPv6协议栈；DNS会请求AAAA记录）。