IPv6基础介绍
1.IPv6简介
随着互联网的快速发展，IPv4地址变的越来越紧缺，即使有NAT技术来进行缓解，但是也只能缓解燃眉之急。同时，IPv4的报文头部设计的不合理，导致IPv4转发不具有安全性，头部字段太多且头部长度可变，导致转发效率低下。
IPv6有128个比特，几乎地球上的每一粒沙子都可以分配一个IPv6的地址，解决了IPv4地址不够用的问题。IPv6针对于报文头部也进行了调整优化，分为了基本头部和扩展头部。基本头部保留转发需要的必要信息，所以长度是固定的，为40个字节。剩余其他信息使用扩展头部来进行封装，提高了转发效率。
2.IPv6报文格式
IPv6头部字段只保留了转发需要的必要信息，同时增加了一个next header字段，通过此字段来判断是否有下一个扩展头部信息。数据在进行转发的时候，只需要读取基本包头即可。
version：版本信息
traffic class：流分类
flow label：流标签
payload lenth：长度
next header：下一个头部标识
hop limit：相当于IPv4中的TTL
sourece address：源IP
destination address：目的IP
extension header：扩展头部
3.IPv6地址的表示
IPv6地址共有共16个字节，也就是128比特。由于位数比较长，因此是用冒号分十六进制来表示的。128个比特分为了8段，每段16个比特，每段都用十六进制来表示，各段之间用冒号分开。例如：2001:0FCE:3F00:4C02:0000:0000:0001:0002，每段的最前面的0可以省略，可以缩写为：2001:FCE:3F:4C02:0:0:1:2，连续的段为0的时候，可以缩写为::，因此这个IPv6地址最简化的表示为2001:FCE:3F:4C02::1:2。双冒号在一个地址中只能出现一次。
4.IPv6地址分类
IPv6地址分为三大类，分别是单播、组播和任播。
4.1 单播地址
IPv6的单播地址又可以分为全球单播地址、链路本地地址、唯一本地地址、特殊地址等几大类，单播地址由网络前缀和接口标识组成，常见单播地址要求网络前缀和接口标识都是64位，其中::1/128为本地回环地址，::/128表示未分配地址。
接口标识生成的方式有三种，可以手工分配、自动获取、EUI-64生成。
EUI-64规范是指将MAC地址中间插入FFFE，并且将MAC地址的第7位即LG位变为1，例如：
MAC地址为：00e0-fc31-6f8e
插入FFFE：00e0-fcff-fe31-6f8e
LG位置为1：02e0-fcff-fe31-6f8e
全球单播地址
全球单播地址网段是2000::/3，范围2000——3FFF。全球单播地址用来标识唯一一台终端或者接口，它的地址格式如下：
唯一本地地址
唯一本地地址是私网地址，地址段是FC00::/7，目前只是用了FD00::/8，唯一本地地址只在内网中有效，不能跨越公网，公网中没有私网的路由。地址格式如下：
链路本地地址
链路本地地址的有效范围是本链路生效，不能跨越路由器，前缀为:FE80::/10。链路本地地址可用于邻居发现，自动获取等场景。这个地址可以手工配置或者系统根据EUI-64自动生成。它的地址格式如下：
4.2 组播地址
IPv6的组播地址可用于标识多个接口，只可用作目的地址来使用。地址格式如下：
前8个比特固定全为1，后32比特是组播的组ID。
Flags：为0标识永久，为1表示临时。
Scope： 为0是预留
为1表示节点
为2表示链路本地
为5表示站点本地
为8表示组织本地
为E表示全球范围
为F是预留
组播中比较重要的一种是被请求节点组播地址，主要用于地址检测或者邻居发现。每个单播地址都会自动生成对应的被请求节点组播地址，并加入这个组播组。被请求节点组播地址格式如下：
被请求节点组播地址的前104个比特是固定的，后24位根据单播地址的后24来进行填充。
例如：全球单播地址：2001:172:16:12::1
对应被请求节点组播地址为：FF02::1:FF00:01
组播中FF02::1表示所有主机，FF02::2表示所有路由器。
4.3 任播地址
在IPv6中没有广播的概念，但是有任播地址，它的范围和全球单播地址一致，只不过可以重复配置，用于用户访问最近的业务节点，任播地址也是只能作为目的地址使用。
5.NDP协议
IPv6中没有ARP地址解析协议，IPv6是通过NDP邻居发现协议来进行地址冲突检测和MAC地址解析的。IPv6通过新增ICMPv6报文来承载NDP协议，ICMPv6协议通过不同type类型来区别不同的承载协议。
| ICMPv6 type类型 | 代表协议 |
| type=133 | RS报文：路由请求 |
| type=134 | RA报文：路由通告 |
| type=135 | NS报文：邻居请求 |
| type=136 | NA报文：邻居通告 |
| type=136 | 重定向 |
5.1 IPv6的DAD（地址冲突检测）
IPv4是通过免费ARP来进行地址冲突检测的，IPv6根据NS报文来进行DAD检测，如果没有收到NA的应答，则表示地址没有冲突，收到NA的回复，则表示地址冲突，不可用。
DAD的原理：当接口第一次获取到IPv6单播地址时，会发送一个NS报文，NS的格式如下：
| ICMPv6头部 | IPv6头部 | 以太帧头部 |
| target address：要检测的IPv6地址 | 源：:: 目的：检测IP的被请求节点地址 | 源：本端MAC 目的：组播MAC |
组播MAC地址前16为固定为33-33，后32为取被请求节点地址的后32位组成。
例如：被请求节点地址为FF02::1:FF00:1
组播MAC地址为：33-33-FF-00-00-01
没有收到NA的应答，则表示地址不冲突，一旦地址冲突，收到的NA应答报文格式如下：
| ICMPv6头部 | IPv6头部 | 以太帧头部 |
| target address：冲突的IPv6地址 link-layer address：本端MAC地址 | 源：本端接口IPv6地址 目的：FF02::1 | 源：本端MAC 目的：组播MAC |
5.2 IPv6的ping通原理
R1 ping R2
1.R1查看路由表，没有则不发包。
2.R1有R2的路由，进行ICMPv6的封装，封装到二层，不知道目的MAC地址。
3.查看IPv6邻居表项，有邻居则拿出邻居的MAC进行封装，没有，则发送NS请求。
| ICMPv6头部 | IPv6头部 | 以太帧头部 |
| target addres：2001::2 | 源：2001::1 目的：FF02::1:FF00:2 | 源：本端MAC 目的：33-33-FF-00-00-02 |
4.R2收到R1的NS报文，侦听目的组播MAC地址，接收解封装，产看目的IP是自己，则回复NA报文，同时把R1的MAC地址和IP加入自己的IPv6邻居表。
| ICMPv6头部 | IPv6头部 | 以太帧头部 |
| target addres：2001::2 link-layer address：本端MAC地址 | 源：2001::2 目的：2001::1 | 源：本端MAC 目的：R1的MAC |
5.R1收到R2的NA响应，把R2的MAC地址和IP加入自己的IPv6邻居表，完成ICMPv6的封装，按路由表转发数据。
6.自动获取
IPv6支持有状态自动获取和无状态自动获取两种，IPv4只有有状态的自动获取。
6.1 无状态自动获取
IPv6地址具有即插即用的快捷方便性，此机制通过无状态获取来实现。服务端开启RA功能，周期性的向所有主机发送RA报文，发送的周期在600秒和200秒之间随机，但是一旦收到客户端发来的RS请求，则会立即响应一次RA。RA报文中包含本端接口地址的前缀信息，客户端根据服务端的前缀加上自己的EUI-64组成自己的接口地址。
服务端开启RA功能命令：接口下undo ipv6 nd ra halt
客户端获取命令：接口下ipv add auto global default------获取地址的同时产生默认路由
RS报文格式如下：
| ICMPv6头部 | IPv6头部 | 以太帧头部 |
| link-layer address：本端MAC地址 | 源：本端的连接本地地址 目的：FF02::1 | 源：本端MAC 目的：组播MAC |
RA报文格式如下：
| ICMPv6头部 | IPv6头部 | 以太帧头部 |
| link-layer address：本端MAC地址 IP前缀信息 | 源：本端的连接本地地址 目的：FF02::1 | 源：本端MAC 目的：组播MAC |
6.2 IPv6的有状态自动获取
IPv6的有状态获取是通过DHCPv6获取的，可分为4-way模式和2-way模式，默认是4-way模式，也就是有四种报文交互。
4-way模式：
1.首先由客户端发起solicit请求，寻找全网的DHCPv6服务端，包含本端MAC地址等信息，以组播的形式发送。
2.服务端回复advertise回复给客户端，包含网络前缀，客户端MAC、服务端MAC等信息，以单播形式发送。
3.客户端发起request请求地址是否可用，包含请求使用的IPv6地址，客户端MAC、服务端MAC等信息，以组播形式发送。
4.服务端回复reply给客户端，包含对方请求使用的IPv6地址，客户端MAC、服务端MAC等信息，以单播形式发送。
2-way模式：
当网络中只有一个DHCPv6服务端时，可以配置快速分配模式。
1.DHCPv6客户端在发送的Solicit报文中携带Rapid Commit选项，标识客户端希望服务器能够快速为其分配地址和网络配置参数。
2.DHCPv6服务器接收到Solicit报文后，将进行如下处理：
如果DHCPv6服务器支持快速分配地址，则直接返回Reply报文，为客户端分配IPv6地址和其他网络配置参数，Reply报文中也携带Rapid Commit选项。
如果DHCPv6服务器不支持快速分配过程，则采用四步交互方式为客户端分配IPv6地址/前缀和其他网络配置参数。
快速获取地址配置方式：
服务端：接口下dhcpv6 server A rapid-commit
客户端：接口下ipv6 address auto dhcp rapid-commit
无状态获取只能获取到IP前缀信息，获取不到其他一系列的参数，例如DNS等，当无状态需要向有状态迁移时，可以配置flag位中的M位和O位置为1。
服务端：ipv6 nd autoconfig managed-address-flag----M位置为1
ipv6 nd autoconfig other-flag------O位置为1
7.IPv6基础实验
拓扑：
描述：R1和R2手动配置，R2作为DHCPv6服务器，R3采用有状态的获取方式，R4采用无状态的获取方式并都能生成缺省路由，在R1上配置静态路由，使能全网通。
基本信息：
| 设备 | 接口 | IP地址 | 前缀 |
| R1 | G0/0/0 | 2001::1 | 64 |
| R2 | G0/0/0 | 2001::2 | 64 |
| G0/0/1 | 2003::2 | 64 | |
| G0/0/2 | 2004::2 | 64 | |
| R3 | G0/0/0 | 有状态获取 | |
| R4 | G0/0/0 | 无状态获取 |
R1配置：
#
ipv6
#
interface GigabitEthernet0/0/0
ipv6 enable
ipv6 address 2001::1/64
#
ipv6 route-static 2003:: 64 2001::2
ipv6 route-static 2004:: 64 2001::2 R2配置：
#
ipv6
#
dhcp enable
#
dhcpv6 pool A
address prefix 2003::/64
excluded-address 2003::1 to 2003::2
#
interface GigabitEthernet0/0/0
ipv6 enable
ipv6 address 2001::2/64
#
interface GigabitEthernet0/0/1
ipv6 enable
ipv6 address 2003::2/64
undo ipv6 nd ra halt
ipv6 nd autoconfig managed-address-flag
ipv6 nd autoconfig other-flag
dhcpv6 server A
#
interface GigabitEthernet0/0/2
ipv6 enable
ipv6 address 2004::2/64
undo ipv6 nd ra halt
R3配置：
#
ipv6
#
dhcp enable
#
interface GigabitEthernet0/0/0
ipv6 enable
ipv6 address auto link-local
ipv6 address auto global default
ipv6 address auto dhcp
R4配置：
#
ipv6
#
interface GigabitEthernet0/0/0
ipv6 enable
ipv6 address auto global default查看R1接口的DAD报文：
查看R1pingR2的NS和NA报文：
查看R4无状态获取的报文信息：
查看R3有状态获取的报文信息：
R1上ping测试 ：
旨在为数千万中国开发者提供一个无缝且高效的云端环境，以支持学习、使用和贡献开源项目。
更多推荐
16
0- 0
已为社区贡献2条内容
所有评论(0)