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IPv6概念

IPv6特点

128bits的地址方案，为未来数十年提供了巨大的IP地址空间
多等级层次有助于路由聚合，提高了因特网网络路由的效率及可扩展性
自动配置过程允许IPv6网络中的节点更加便捷的接入IPv6网络
重新编址机制使得IPv6提供商之间的转换对最终用户是透明的
无需NAT
不再有广播、不再有ARP
IPv6的包头比IPv4更有效率，数据字段更少，去掉了包头校验和。更简单的报头提高了路由器的处理效率。新的扩展包头替代了IPv4的选项字段，并且提供了更多的灵活性
更有效的支持移动性和安全性
v4v6过渡方式丰富多彩
测试IPv6的情况：http://www.test-ipv6.com/

IPv6报头

IPv6报头改进

取消了IP的校验
第二层和第四层的校验已经足够健壮了，因此IPv6直接取消了IP的三层校验。
取消中间节点的分片功能
分片重组功能由源目端自己进行，通过PMTU机制来发现路径MTU
定义最长的IPv6报头
有利于硬件的快速处理，如此一来中间节点可以避免处理而节省大量的资源
安全选项的支持
IPv6提供了对Ipsec的完美支持，如此上层协议可以省去许多安全选项，例如OSPFv3就取消了认证
增加流标签
提高QoS效率

扩展报头

在IPv6中，v4中的选项被移到了扩展报头中。一个IPv6数据包可能包括0个或多个扩展包头，当使用多个扩展包头时，通过前面的包头的Nexthead字段指明该扩展包头后的扩展包头。有了扩展包头，中间路由器就不需要处理每一个可能出现的选项，提高了路由器处理数据包的速度，提高了其转发性能。在扩展报头链的最后就是有效负载。

扩展报头可选，只有需要该扩展报头对应的功能，发送主机才会添加相应扩展报头

逐跳选项报头Hop-by—Hop Options Header（协议0）
- 传送路径上每个路由器都要处理，用于巨型数据包和路由器警报。如RSVP资源预留协议
目标选项报头Destination Options Header（协议60）
- 该包头承载特别针对数据包目的地的可选信息，例如用在移动节点和家乡代理之间交换注册信息，移动
  IP是这样的一个协议，即使移动节点改变了连接点，仍允许它保持永久的IP地址
分段报头Fragment Header （协议44）
- 在IPv6中，建议所有的节点使用PMTUD机制来发现链路的MTU，这样就不需要对数据进行分段了。但是如果IPv6节点不支持PMTUD，但又必须发送比路径MTU还大的数据包时，就不得不分段了，这时候需使用分段包头，节点将数据分段，使用分段包头发送每个分段。
认证报头Authentication Header （协议51）
封装安全有效载荷报头Encapsulating Security Payload Header（协议51）

IPv6编址

地址简写

IPv6地址在简写的时候多个前导0可以省略成一个0；
如：2001:00a8:0207:0000:0000:0000:0000:8207
可缩写成：2001:a8:207:0:0:0:0:8207
一个或多个连续的16比特字段为0时，可用::表示，但整个缩写中只允许有一个::
如上面的例子，可以进一步缩写成：2001:a8:207::8207

URL表示

http://[ipv6地址]:8080 !! 必须用[ ] 括起来

地址分类

单播地址

可聚合全局单播地址（Aggregatable global unicast address）
- 一般从运营商处申请到的IPv6地址空间为/48，再由自己根据需要进一步规划

本地站点地址 (Site-local address)
- 类似IPv4中的私有地址。
- 以FEC0::/10为前缀。
链路本地地址 (Link-local address)
- 以FE80::/10为前缀，11-64位为0，外加一个64bits的接口标识（一般是EUI-64）。
- 只能在连接到同一本地链路的节点之间使用，也就是链路范围内有效。
- 用于自动地址配置、邻居发现、路由器发现等。
- 当一个节点启动IPv6协议栈时，节点的每个接口会自动配置一个链路本地地址。这种机制使得两个连接到同一链路的IPv6节点不需要做任何配置就可以通信。缺省网关建议使用链路本地地址，因为这个地址是最稳定的。

EUI-64

将48bits的MAC对半劈开，插入FFFE，然后设置第7位，也就是U/L位，该比特位确定48bits的MAC地址的唯一性与否。一个以太网地址可以有两种含义，地址可被全球管理或本地管理。全球管理指使用如0800-2bxx-xxxx之类的厂商MAC，本地管理指使用自己的值重写MAC地址，在这种情况下，这个特殊的位=1表示本地管理；为0表示全球管理。但是在EUI-64格式中，U/L的含义正好相反，0表示本地管理，1表示全球管理，所以使用EUI-64格式的地址IPv6地址，U/L位为1，则地址是全球唯一的，如果为0，则为本地唯一。

特殊的地址

回环地址：::1 0:0:0:0:0:1/128 或者::1/128
- 用于IPv6节点发送报文给自己
IPv4兼容地址
- 在过渡技术中会使用到一些包含IPv4地址的IPv6地址，为了让IPv4地址显得更加突出一些，定义了内嵌IPv4地址的IPv6地址格式。
- 0:0:0:0:0:0:192.168.1.2或者::192.168.1.2（96个0）

组播

组播地址最高位前8位固定为全1，比如:FFXX：：/8

Flags
- 4bits，0000：永久分配或众所周知的; 0001：临时的
Scop用来限制组播数据流在网络中发送的范围。
- 0：预留
- 1：节点本地范围；单个接口有效，仅用于Loopback通讯
- 2：链路本地范围；如FF02::1表示链路上的所有节点；FF02::9：表示链路上的所有RIP路由器
- 3：本地子网范围
- 4：本地管理范围
- 5：本地站点范围
- 8：组织机构范围
- E：全球范围
- F：预留
Group-ID
- 该字段长度可以为112位，用来标识组播组，而112位最多可以生成2112个组ID
- 建议仅使用该112位的最低32位组ID，将剩余的80位都置0

组播地址的MAC映射

特殊组播地址

FF01::1 节点本地范围所有节点组播地址
FF01::2 节点本地范围所有路由器组播地址
FF02::1 链路本地范围所有节点组播地址
FF02::2 链路本地范围所有路由器组播地址
……

被请求节点组播地址Solicited-node

是一种特殊用途的地址,主要用于重复地址检测（DAD）和替代IPv4中的ARP。
由前缀FF02::1:FF00:0 / 104和ipv6单播地址的最后24位组成。
一个IPv6单播地址对应一个Solicited-node地址。
Solicited-node地址有效范围为本地链路范围。

Anycast

任播地址没有专门的地址空间，使用的是单播的地址空间。一个IPv6地址被分配给多个接口，仅用于路由器，发往任播地址的数据包被路由给分配了任播地址中的最近的一个（由路由协议判断远近）。

配置IPv6地址

拓扑

手工配置

R1(config)#int e0/0
R1(config-if)#ipv6 enable
R1(config-if)#ipv6 address 2012::/64 eui-64
R1(config-if)#no shutdown
R1#show ipv6 interface brief
Ethernet0/0            [administratively down/down]
    FE80::A8BB:CCFF:FE00:1000
    2012::A8BB:CCFF:FE00:1000

上面这条命令的意思是使用2012::/64作为前缀，并且追加64bits的EUI-64格式接口ID，构成接口的全局唯一IPv6地址。

R2(config)#int e0/0
R2(config-if)#ipv6 add 2012::2/64
R2(config-if)#no sh
R2(config-if)#int e0/1
R2(config-if)#ipv6 add 2023::2/64
R2(config-if)#no sh
R2#ping 2012::A8BB:CCFF:FE00:1000
Type escape sequence to abort.
Sending 5, 100-byte ICMP Echos to 2012::A8BB:CCFF:FE00:1000, timeout is 2 seconds:
.!!!!
Success rate is 80 percent (4/5), round-trip min/avg/max = 1/163/650 ms

自动配置

IPv6地址的自动配置一般有两种方式

无状态地址自动配置

IPv6通过前缀公告实现无状态地址自动配置，报文如下

Cur Hop Limit
- 表示当PC使用该RA通告的前缀构建IPv6地址，那么该PC发送的IPv6报文hoplimit都是该值（64）
Flags
- 如果not managed位为1表示主机使用有状态地址自动配置（如DHCPv6）
- not other位为1则表示主机使用有状态地址自动配置来获取除了地址以外的参数
RouterLifetime
- 该RA关联的前缀发给PC后，PC将Router视为网关
Reachable time及retrans timer如果为0则表示为指定，下面为指定的地方

有效生存期（Valid lifetime）
首选生存期（preferred lifetime）
- 当地址处于Deprecated状态，地址不能主动的发起连接只能是被动的接受连接，这也是为了保证上层应用而设计的，但是过了valid lifetime时间地址就变为invalid，这时任何连接都会down掉

拓扑

R2负责分配IP地址

R2(config)#ipv unicast-routing
R2(config)#int e0/0
R2(config-if)#ipv add 2012::2/64
R2(config-if)#no ipv nd ra suppress 
R2(config-if)#no sh
R2(config-if)#int e0/1
R2(config-if)#ipv add 2023::2/64
R2(config-if)#no ipv nd ra suppress 
R2(config-if)#no sh

R1(config)#int e0/0
R1(config-if)#ipv add autoconfig default
R1(config-if)#no sh
R1#sh ipv int br
Ethernet0/0            [up/up]
    FE80::A8BB:CCFF:FE00:1000
    2012::A8BB:CCFF:FE00:1000
R1#sh ipv route
ND  ::/0 [2/0]
     via FE80::A8BB:CCFF:FE00:2000, Ethernet0/0
NDp 2012::/64 [2/0]
     via Ethernet0/0, directly connected
L   2012::A8BB:CCFF:FE00:1000/128 [0/0]
     via Ethernet0/0, receive
L   FF00::/8 [0/0]
     via Null0, receive

如果加default关键字，则会在获取到地址的接口上添加一个默认网关（默认路由）

有状态地址自动配置（DHCPv6）

拓扑

R1为DHCP服务器

R1(config)#ipv6 unicast-routing 
R1(config)#ipv6 dhcp pool dhcppool
R1(config-dhcpv6)#prefix-delegation pool dhcppool lifetime 1800 600
R1(config-dhcpv6)#dns-server 2400:3200::1
R1(config)#ipv6 local pool dhcppool 2001::/16 16
R1(config)#int e0/0
R1(config-if)#ipv add 2001::1/64
R1(config-if)#no sh
R1(config-if)#ipv6 nd other-config-flag 
R1(config-if)#ipv6 nd managed-config-flag 
R1(config-if)#ipv6 dhcp server dhcppool

R2(config)#int e0/0
R2(config-if)#ipv dhcp client pd test
R2(config-if)#ipv6 address test ::/64 eui-64
R2(config-if)#no sh
R2#sh ipv int br
Ethernet0/0            [up/up]
    FE80::A8BB:CCFF:FE00:2000
    2001::A8BB:CCFF:FE00:2000

当一个主机收到RA路由器通告的时候，它会去查看RA里M位，如果Ｍ位为1，则开始在LAN上寻找DHCP服务器。主机将使用linklocal地址作为源发送DHCP-solicit message，目的是ALL_DHCP_Agents

以下是DHCPv6可能使用到的地址及端口：
FF02::1:2 = ALL DHCP Agents（servers or relays,link-local scope）
FF05::1:3 = ALL DHCP servers（Site-local scope）
DHCP报文 client侦听UDP546；servers及agents侦听UDP547

本文标题：IPv6概念
本文作者：Aaron
本文链接：https://iproute.cn/2020/03/29/IPv6概念/
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