5.7 IP隧道

IP隧道技术顾名思义，是用于在两片网络区域间直接建立通信的通路，而绕过此间的其他网络的一种技术，如下图所示：

网络A与网络B使用IPv6技术，使用IP隧道技术，便可以绕过网络C。

那么其工作原理是怎样的呢？

IP隧道技术将从网络A中发过来的IPv6的包统合为一个数据，并为之追加一个IPv4的首部，再转发给网络C。通常情况下，IP首部后紧接着的是TCP或是UDP首部，然而现如今，IP首部后紧跟IP或者IPv6首部的情况越来越多。这种在网络层的首部后面继续追加网络层首部的通信方法就叫做“IP隧道”，如下图所示：

那么为什么要有IP隧道技术呢？首先我们要知道，构造一个既支持IPv4又支持IPv6的网络是一项极其庞大的工程，路由表的数量有可能会翻一倍，给网络管理员增加了不小的负担。那么给路由器设置，令其支持IPv4和IPv6可不可以呢？可以，但是相当费劲。

骨干网上通常使用IPv4或IPv6进行传输，那些不支持其中某种的路由器就以采用IP隧道的技术转发数据包，IP地址则无需在路由器中进行管理而是在一旁进行统一管理。

一般什么数据包会使用IP隧道技术呢？书中给出了以下几种例子：

• Mobile IP
• 多播包的转播
• IPv4网络中传送IPv6的包（6to4，指IPv6包使用IPv4进行封装，使其看起来像是IPv4）
• IPv6网络中传送IPv4的包（4to6）
• 数据链路帧通过IP包发送（L2TP，指数据链路中的PPP包用IP包转发的一种技术）

书中给出了一种利用IP隧道转发多播消息的例子，见下图：

5.8 其他IP相关技术

这个部分我们就粗略的过一遍吧。

首先提到了IP多播相关技术，多播通信时确认接收端是否存在相当重要。确认的方式是MLD（Multicast Listener Discovery，多播监听发现），这也是IPv4中IGMP（Internet Group Management Protocol）he IPv6中ICMPv6的重要功能之一。

这之后是IP任播技术，该技术重要勇于报警电话110和消防电话119。当人们拨打110或者119是，接收的电话不止一个，而是拨打到一个区域管辖范围内的所有公安或者消防部门。这背后使用到的技术就是IP任播。

IP任播是指为那些提供同一种服务的服务器配置同一个IP地址，并与其中最近的服务器进行通信的一种方法。既可以适用于IPv4也可以适用于IPv6。

其中最有名的应用应当是DNS根域名服务器。此前我们介绍DNS技术时，多多少少有所提及。

世界上一共有13种类型（历史原因）的根服务器，但想想就知道不可能只有13处，目前全世界一共有上千个根DNS服务器的镜像服务器，通过IP任播技术，就可以让这些服务器遍布世界的各个角落。

虽然听上去IP任播很方便，但是其无法保证第一个包和第二个包都发送给同一个主机。使用UDP的时候自然没有问题，但若使用的是TCP或者UDP中要求连续的多个包进行通信的情况时，就显得有些力不从心了。

之后涉及到的内容有关于通信质量控制。既然我们有了IP协议，那么如何评价IP协议的好坏，如何保证其服务质量（QoS：Quality of Service），就成了一个关键的问题。

通信线路上的拥塞也叫做收敛，当网络发生收敛是，路由器和集线器的buffer会溢出，出现大量的丢包现象。

通信质量，包括带宽、延迟、时延波动等情况，路由器在内部缓存中可以用先处理那些要求保证通信质量的包，有时甚至不得已丢弃那些没有优先级的包以保证通信质量。

为了控制通信质量，人们提出了RSVP（Resolution Reservation Protocol，资源预留协议）技术，其包括两个内容，提供点对点的详细优先控制（IntServ），另一个则是提供相对较为粗粒度的优先控制（DiffServ）。

简要来说，IntServ提供的是对特定应用之间的通信的控制。特定应用指“源IP、目标IP、源端口、目标端口、以及协议号”五项内容完全一致。其涉及的通信并非一直进行，而只是在必要的时候进行，在路由器上进行“流量设置“，使用的协议正式RSVP。

而DiffServ则更为灵活（也更粗糙），其会根据某个特定的供应商进行顾客排名，从而进行数据包的优先处理。其控制的网络叫做DiffServ域。该域中的路由器会对所有进入该域中IP包首部的DSCP字段进行替换，即进行优先级设置。

既然讲了流量控制，那么接下来就可以讲讲什么叫做显式拥塞通知。

当网络发生拥塞时，主机应当减少数据包的发送。虽然TCP也可以控制网络拥塞，但是它是通过数据包的实际损坏情况来判断是否发生拥塞，这种方法并不能在数据包损坏之前减少数据包的发送量。

为了解决这个问题，人们使用ECN（Explicit Congestion Notification，显式拥塞通知），其将IP首部的TOS字段替换为ECN字段，在TCP的保留位中增加CWR（Congestion Window Reduced，拥塞窗口减少）和ECE（ECN-Echo）标志.

ECN的机制概括起来就是，在发送包的IP首部中记录路由器是否遇到了拥塞，并在返回包的TCP首部中通知是否发生过拥塞。拥塞检查在网络层进行，而拥塞通知则在传输层进行，两层相互协助，实现了显示拥塞通知的功能。

最后一部分，有关于Mobile IP，即移动设备（例如手机、笔记本等）的IP。

移动设备进行通信时， 一旦连接的子网发生变化，则无法通过TCP继续通信（比如从数据连接切换到WiFi会有延迟，而WiFi切换到移动，则会断开连接）。

UDP通信也不行，但是鉴于UDP是面向非连接的协议，但或许可以在应用层面上处理变更IP地址的问题。

所以，Mobile IP登上了历史舞台。这种技术在主机所连接的子网IP发生变化时，令主机IP地址仍保持不变，应用不需要做任何改动。下图则是书中给出的一个具体用例：

最后需要提的是，Mobile IPv6，比起Mobile IP，更加完善。

本篇小结

5.7与5.8小节是本章最后两节。

主要介绍的技术是IP隧道，其原理也简单，就是给IP包的首部再加包，令其可以如同拿了门禁卡一般，在不同协议的网络层中畅通无阻。

其余的IP相关技术，提到了IP多播、任播，任播有一个重要的应用范例就是13个DNS根域名服务器部署在全世界各地。

之后提到了一部分做通信控制的相关内容，提到了RSVP，资源预留协议，其中既有点对点详细控制的IntServ，又有粗却灵活的DiffServ，两者工作的原理都是对IP包首部中的字段进行替换。

而显示拥塞通知则是用到了ECN（就是显示拥塞通知的意思）技术，其工作原理也是如此，替换的是IP包首部中的TOS字段。机制即在发送包的IP首部中记录路由器是否遇到了拥塞，并在返回包的TCP首部中通知是否发生过拥塞。

最后，Mobile IP，应用场景为移动设备因为各种原因出现IP更换时，令其IP地址保持不变的一种方式。

到此为止，IP层的相关内容已经介绍完了，较为浅显，还有很多可以深挖的地方。下一章正式进入，与网络层同样重要的“传输层”，领略TCP与UDP的赫赫威名。