IPv6 基础知识简介

Page1,IPv6基础知识简介,培训目标,学完本课程后，您应该能：了解IPv6基础协议特点了解IPv6基础模块的基本原理掌握IPv6基础模块的配置方法,Page2,目录,Page3,IPv6产生的背景IPv6地址IPv6报文结构ICMPv6协议IPv6邻居发现协议IPv6PathMTU无状态的地址分配有状态的地址分配：DHCPV6用户接入认证：PPPoEv6DNS6,1、IPv6的产生背景,以IPv4为基础的应用对IP地址的巨大需求，宽带技术、移动IP和物联网的发展要求更多的IP地址，而IPv4地址资源短缺。2011年2月，IANA（TheInternetAssignedNumbersAuthority，互联网分配编号资源机构）一次性分配了最后仅存的5个/8地址块，每个RIR（RegionalInternetRegistries，二级地址分配机构，全球总共5个区域RIR）分得一个地址块。IPv4地址分配的状态，可在此查阅：/assignments/ipv4-address-space/ipv4-address-space.txtCIDR,VLSM,NAT,混合地址等技术只能暂时缓解IPv4地址紧张，但无法根本解决地址问题。,Page4,根本原因：IPv4地址的短缺,1、IPv6的产生背景,Page5,Page6,IPv6的技术特点,128位的地址长度新的地址分类和地址分配方案简化、高效的报文结构内置的安全特性用组播代替广播更好的支持移动性自动地址配置方便IPv6网络的部署提供多种过渡机制,目录,Page7,IPv6产生的背景IPv6地址IPv6报文结构ICMPv6协议IPv6邻居发现协议IPv6PathMTU无状态的地址分配有状态的地址分配：DHCPV6用户接入认证：PPPoEv6DNS6,Page8,2、IPv6地址-IPv6地址的表示,IPv6地址的表示用十六进制表示，如：FE08:.4位十六进制数一组，中间用“:”隔开，共8组(共16个字节、128bit)2001:0410:0000:0001:0000:0000:0000:45FF以零开头组可以省略前面的0，连续多个全0的组可用“:”表示，如：2001:410:0:1:45FF（注意：“:”只能出现一次）地址前缀长度用“/xx”来表示，如：1:1/64同一个地址不同表示法的例子2001:0410:0000:0001:0000:0000:0000:45FF/642001:410:0:1:0:0:0:45FF/642001:410:0:1:45FF/64,Page9,2、IPv6地址分类,单播地址（Unicast）:标识一个接口，目的为单播地址的报文会被送到被标识的接口。未指定地址：全0地址:,回环地址：:1,全球单播地址例2001:A304:6101:1:E0:F726:4E58内嵌IPv4地址的IPv6地址,例:00，0:0:0:0:0:FFFF:00链路本地地址，用于本地链路寻址，自动地址配置和邻居发现，以FE80开头,例FE80:E0:F726:4E58站点本地地址(4291已废弃)，站点内寻址，以FEC0开头,例FEC0:E0:F726:4E58组播地址（MulticastAddress）任播地址（AnycastAddress）,Page10,2、IPv6单播地址-地址的组成,IPv6地址组成：前缀+接口标识前缀：通常带有注册者、提供商和授权的信息、子网信息，相当于IPv4地址中的网络ID。接口标识：相当于IPv4地址中的主机ID地址2001:A304:6101:1:E0:F726:4E58/64的构成如下：,E0:F726:4E58,接口标识,IPv6地址,2001:A304:6101:1,前缀,Page11,2、IPv6地址IPv6接口ID的生成方式,依据IEEE-EUI-64自动生成：将48比特的MAC地址转化为64比特的接口ID48比特的MAC地址(前24位是OrganizationallyUniqueIdentifiers(OUI)，c是公司标识，第7bit是(U/L)位，0表示本地唯一的，1表示全球唯一，第8bit是(I/G)位，m就是扩展标识符)转化后的64比特的接口ID(在中间插入FFFE,将表示Universal/Local(U/L)位由0改成1,)RFC4291:IPVersion6AddressingArchitecture.(ObsoletesRFC3513)(UpdatedbyRFC5952,RFC6052)(Status:DRAFTSTANDARD),Page12,Hardwareaddressis00e0-fa17-8100Quidway-GigabitEthernet1/0/0dispipv6interGigabitEthernet1/0/0GigabitEthernet1/0/0currentstate:UPIPv6protocolcurrentstate:UPIPv6isenabled,link-localaddressisFE80:2E0:FAFF:FE17:8100NoglobalunicastaddressconfiguredJoinedgroupaddress(es):FF02:1:FF17:8100FF02:2FF02:1MTUis1500bytes,2、IPv6地址IPv6接口ID的生成方式,Page13,2、IPv6地址IPv6接口ID的生成方式,设备随机生成（设备接口索引、时间等生成）手工配置,Page14,2、IPv6地址IPv6组播地址,组播地址：标识多个接口，目的为组播地址的报文会被送到被标识的所有接口。最高8位为FF，表示这是一个组播地址Flags永久标志0RP0：永久多播地址0RP1：临时多播地址Scope应用范围0001：接口本地范围，单个接口范围有效，仅用于多播的Loopback操作0010：链路本地范围0100：管理本地范围，管理员配置的0101：站点本地范围1000：组织本地范围，属于同一个组织的多个站点范围1110：全局范围其他的为保留或未定义，可由管理员来定义附加的多播范围GroupID：组播组ID,Page15,2、IPv6地址IPv6组播地址,预定义的AllNodesAddresses组播地址：FF01:0:0:0:0:0:0:1(interface-local)FF02:0:0:0:0:0:0:1(link-local).预定义的AllRoutersAddresses组播地址：FF01:0:0:0:0:0:0:2(interface-local)FF02:0:0:0:0:0:0:2(link-local).FF05:0:0:0:0:0:0:2(site-local).Solicited-Node多播地址：IPv6的ND模块中用于报文目的地址、IPv6重复地址检测（DAD）用于目的地址：FF02:0:0:0:0:1:FFXX:XXXXXX:XXXX取单播/任播地址的接口ID的后24Bits,Page16,2、IPv6地址IPv6任播地址,该地址是一组接口上的地址，典型的情况下它们属于不同的节点。发送到一个任播地址的信息包只会发送到这组接口中最近的一个节点。任播地址没有独立的地址空间，它们使用单播地址的格式。通常我们认为任播地址的格式是一个用前缀表示的格式，如111:，如果该地址被赋予了多个节点，那么就自动成为任播地址。任播地址目前很多规定还处于讨论阶段，仅有的一些应用的都是具体针对某一领域的，如移动IPv6中的应用。配置地址时须使用anycast关键字，以此区别单播和任播,Page17,2、IPv6地址地址配置,启动IPv6报文转发功能,配置接口的IPv6地址,Page18,2、IPv6地址地址配置,检查地址配置结果,Page19,目录,IPv6产生的背景IPv6地址IPv6报文结构ICMPv6协议IPv6邻居发现协议IPv6PathMTU无状态的地址分配有状态的地址分配：DHCPV6用户接入认证：PPPoEv6DNS6,Page20,3、IPv6报文结构基本报文头,Page21,3、IPv6报文结构扩展头的组织,IPv6的基本报头里面携带了转发所需要的基本信息，而原来IPv4中的选项部分被放在扩展报头中,逐跳选项头路由头分段头目的选项头身份验证头(AH)封装安全性净荷(ESP)头,Page22,3、IPv6报文结构优势,IPv6将选项信息放在扩展报头中，基本报头就可以固定为40个字节不是所有的扩展头都需要转发路由器查看和处理的。路由器转发时根据基本报头中NextHeader值来决定是否要处理扩展头当根据扩展头的类型判定不需要转发路由器处理该扩展头时，转发路由器将直接根据基本报头作转发，提高效率。,Page23,目录,IPv6产生的背景IPv6地址IPv6报文结构ICMPv6协议IPv6邻居发现协议IPv6PathMTU无状态的地址分配有状态的地址分配：DHCPV6用户接入认证：PPPoEv6DNS6,Page24,4、ICMPv6协议,ICMPv6是IPv6的基础协议之一邻居发现、PathMTU发现机制均是基于ICMPv6协议报文实现的ICMPv6由ICMPv4（RFC792）而来，做了一部分的改动，但报文基本格式和用法是一样的ICMPv6的NextHeader值为58ICMPv6的RFC编号2463,Page25,4、ICMPv6协议报文格式,Type：ICMPv6消息的类型Code：代码，取决于Type值，可将某一类型的ICMPv6消息细分为更具体的用途Checksum：校验和，校验的部分包括了ICMPv6数据和IPv6的包头部分（IPv6包头不含校验）Data：ICMPv6数据,Page26,4、ICMPv6协议报文类型,ICMPv6错误消息（RFC2463）Type1目的地不可达Type2数据包过大Type3超时（包括HopLimit超时，和分片重组超时）Type4参数问题ICMPv6通告消息（RFC2463）Type128EchoRequestType129EchoReply,Page27,4、ICMPv6协议报文类型,用于邻居发现的ICMPv6消息（RFC2461）133路由器请求134路由器公告135邻居请求136邻居公告137重定向用于多播听众发现协议(MLDv1-RFC2710,v2-RFC3810)130多播听众查询131多播听众报告132多播听众退出143多播听众报告v2,Page28,4、ICMPv6协议ICMPv6与ICMPv4报文类型对比,ICMPv6ICMPv4,Page29,目录,IPv6产生的背景IPv6地址IPv6报文结构ICMPv6协议IPv6邻居发现协议：NDIPv6PathMTU无状态的地址分配有状态的地址分配：DHCPV6用户接入认证：PPPoEv6DNS6,Page30,5、IPv6邻居发现协议,使用ICMPv6报文实现其功能确定邻居的链路层地址重复地址检测发现链路上的路由器重定向,133路由器请求134路由器公告135邻居请求136邻居公告137重定向,Page31,5、IPv6邻居发现协议-确定邻居的链路层地址,使用NS和NA的交互过程邻居请求NS使用组播，比ARP效率高邻居公告NA返回则直接使用单播,NS,ICMPType=135Src=ADst=solicited-nodemulticastofBData=link-layeraddressofAQuery=Whatisyourlinkaddress?,我要找B去喝茶，它在哪个角落混？,我在这，赶紧请我吃饭！,NA,ICMPType=136Src=BDst=AData=link-layeraddressofB,5、IPv6ND-确定邻居的链路层地址,Page32,Page33,5、IPv6邻居发现协议-重复地址检测,重复地址检测(DAD)使用NS和NA交互的过程,2000:1,新配置地址2000:1,XDuplicated!,5、IPv6邻居发现协议-重复地址检测,Page34,如果发生地址冲突，将会收到从冲突地址发来的RA报文，,Page35,5、IPv6邻居发现协议地址自动配置,无状态地址自动配置需要在多播链路上进行，使用重复地址检测来保证地址的唯一非多播链路，如PPP，有相应的协商机制来配置地址以及验证地址的唯一性,Page36,5、IPv6邻居发现协议link-local地址自动配置,主机和路由器在接口初始化时都会自动生成Link-local地址接口ID通常使用EUI-64格式生成需要作重复地址检测,5、IPv6邻居发现协议邻居的状态,Page37,Page38,5、IPv6邻居发现协议非link-local地址自动配置,非Link-local地址的自动配置只应用于主机主机需要从路由器公告获取前缀信息接口ID通常使用EUI-64格式生成需要作重复地址检测,主机根据RA公告的前缀+自己的接口ID生成IPv6地址.,Page39,5、IPv6邻居发现协议路由器发现（定时发送）,链路上的路由器会定期的发送RA（默认不启动RA的发送，需在接口下执行undoipv6ndrahalt）,ICMPType=134Src=routerlink-localaddressDst=all-nodesmulticastaddress(FF02:1)Data=Routerlifetime,Curhoplimit,Autoconfigflag,options(prefix、MTU).,收到RA的主机将加入默认路由器列表中收到RA的路由器将检查RA内容的一致性,Page40,5、IPv6邻居发现协议路由器发现（响应请求发送）,主机接口初始化时发RS，路由器回应RA,注：回复的RA可以直接单播给请求的主机，也可以多播到所有节点,ICMPType=133Src=selfinterfaceaddressDst=all-routermulticastaddress(FF02:2),Page41,5、IPv6邻居发现协议重定向,主机A的默认路由器为R1，当A要给主机B发送数据时：,R1,R2,没有重定向的情况,Page42,5、IPv6邻居发现协议重定向,主机A的默认路由器为R1，当A要给主机B发送数据时：,R1,R2,有重定向的情况,Redirect,A应该把R2直接作为到达B的下一跳,ICMPType=137Src=R1Dst=ATgtAdr=R2slink-localaddress,Page43,IPv6ND配置(1),配置静态邻居,配置ND的跳数限制,Page44,IPv6ND配置(2),配置ND的参数,设置自动配置的标志位,Page45,IPv6ND配置(3),配置RA消息的相关参数,Page46,IPv6ND配置(4),检查配置结果,Page47,目录,IPv6产生的背景IPv6地址IPv6报文结构ICMPv6协议IPv6邻居发现协议IPv6PathMTU无状态的地址分配有状态的地址分配：DHCPV6用户接入认证：PPPoEv6DNS6,Page48,6、IPv6PathMTUPMTU发现过程,PMTU的实现过程,PacketSize=1500,OK,放行,超重,回去减肥,TooBigMTU=1400,PacketSize=1400,OK,放行,此时的PathMTU=1400,小结：路由器转发时，将数据包的大小和出接口的MTU比较，不大于MTU就可以通过，否则就给源节点发送ICMPv6的数据包过大消息，并告知MTU的值,Page49,6、IPv6PathMTUPMTU发现过程,PMTU的实现过程,Page50,6、IPv6PathMTU配置,静态PMTU表项配置,查看PMTU表项,Page51,目录,IPv6产生的背景IPv6地址IPv6报文结构ICMPv6协议IPv6邻居发现协议IPv6PathMTU无状态的地址分配有状态的地址分配：DHCPV6用户接入认证：PPPoEv6DNS6,7、无状态地址分配,IPv6无状态地址分配，使用ND协议的RSRA交互完成通过RA中的M、O标志位决定是无状态还是有状态地址分配M标记：值为0时，表示RA中携带的PrefixInformationOption可以用于完成无状态地址分配；值为1时，表示需要使用DHCPv6协议获取IPv6地址。M标记为0时，Host可以使用RA中PrefixInformationOption中的IPv6Prefix和自己的接口ID组成IPv6全球单播地址,7、无状态地址分配过程,1.IPv6主机根据本地接口ID自动产生链路本地（link-local）地址2.Link-local地址DAD检测，如不重复，链路本地地址生效，节点具备IP连接能力3.主机发送RS消息4.路由器返回RA消息（携带分配的IPv6前缀信息，M=0）5.主机根据路由器回应的RA消息，获得本链路前缀信息，由前缀+接口ID生成主机的全局地址或网点地址6.DAD检测,RS,RA（IPv6前缀，M=0）,NS（globaladdressDAD）,RA报文可以是对RS的响应，也可以由路由器定期发送,Page54,目录,IPv6产生的背景IPv6地址IPv6报文结构ICMPv6协议IPv6邻居发现协议IPv6PathMTU无状态的地址分配有状态的地址分配：DHCPV6用户接入认证：PPPoEv6DNS6,8、有状态地址分配：DHCPv6,如果RA报文中的M标记为1时，表明主机地址需通过DHCPv6协议分配,Msg-type报文类型：地址申请：SOLICITADVERTISEREQUESTREPLY地址续租：RENEWREBIND地址冲突：DECLINE地址释放：RELEASE地址确认：CONFIRM信息获取：INFORMATION-REQUEST,DHCPv6Client/Server间报文交互格式,8、DHCPv6消息,Solicit：由Client发组播报文查找可用的ServerAdvertise：Server响应Client，置单播选项Request：Client向Server请求配置参数，如客户端单播地址、服务器DNS地址、域名列表、SIP服务器地址、SIP列表等Reply：Server回应Client，为Client分配配置信息Renew：Server分配的地址租期到了时，Client向Server发送地址续租单播报文Rebind：Client发Renew报文Server无响应时，在Rebind时间时，Client向所有Server发地址续租组播报文Confirm：Client断开或重启后，向Server发Confirm报文确定地址是否有效Release：Client向Server发送的释放地址的报文Decline：Client发现地址被使用时通知Server的报文INFORMATION-REQUEST：Client向Server发送information-request消息请求配置信息，但不请求IP地址,Page57,8、DHCPv6的重要Option,Option-code,Option-len,Optiondata,Option采用TLV格式,Option-code包括：1.ClientDUID2.ServerDUID3.RapidCommit：用于地址的快速配置4.IA_NA5.IA_TA6.IA_PD7.Preferrence,Page58,8、DHCPv6地址分配的几个基本概念,有效时间（ValidLifetime）：地址/前缀的生命周期首选时间(PreferredLifetime)：指导续租的时间T1：Renew时间，默认是PreferredLifetime的0.5T2：Rebind时间，默认是PreferredLifetime的0.8IA(Identityassociation)：地址集合，包括IANA，IATA，IAPDDUID(DHCPUniqueID）：DUID用来唯一标志一台设备，每个客户端、服务器、中继都有自己的DUID，DUID的类型包括三种,type:1,hardwaretype,time,Link-Layeraddress,type:3,hardwaretype,Link-Layeraddress,type:2,Eneterprise-,Identifier,-number,1)DUID-LLT,3)DUID-LL,2)DUID-EN,Page59,8、DHCPv6信息交互过程:地址申请,Client首先发送Solicit定位DHCPv6服务器，报文的目的地址是特定的组播地址。Solicit请求中带有ClientDUID、IA_NA、RapidCommit等选项Server检查合法后，则回应Advertise报文，报文中带有ServerDUID、ClientDUID、IA_NA、IAaddress、preference等选项如果Client收到多个Advertise，则根据优先级选择一个服务器，并发送Request请求Server回应Reply，申请地址交互过程结束,Page60,8、DHCPv6信息交互过程：快速地址申请,Client首先发送Solicit定位DHCPv6服务器，报文的目的地址是特定的组播地址，请求中带有ClientDUID、IA_NA、RapidCommit等选项，Server检查合法后，直接回应Reply报文，报文中带有ServerDUID、ClientDUID、IA_NA、IAaddress、preference等选项客户端收到Reply报文，申请地址交互过程结束,当Client知道本地链路上只有一台Server时，Client通过发送RapidCommit选项，实现与Server间的SolicitReply两次地址申请交互,Page61,8、DHCPv6信息交互过程:地址续租,Client在T1时间点发起Renew单播请求，续租IP地址Client收到回应则重置T1、T2，如果没有回应则一直发Renew报文直到T2时间点或者收到回应为止在T2时间点Client向所有server发起Rebind请求续租，直到收到回应为止如果一直没有收到回应，Client在validlifetime后就不能再使用该IP地址说明：1）如果T1、T2为0，则说明由客户端决定何时发起请求；2）如果T1、T2为全F，则说明地址不用续租,Page62,8、DHCPv6信息交互过程:地址冲突,Client完成地址申请后，在使用地址前，发起DAD检测如果收到回应，Client发送Decline消息通知server，并不再使用该地址；Server接收到Decline报文，则标志地址冲突，并不再分配该地址多次重发后如果没有回应，则说明该地址没有冲突，Client可以使用,Page63,8、DHCPv6交互过程:地址释放,Client不需要再使用该地址时，发起Release地址请求Server端释放相应的地址，并回应Client,Page64,8、DHCPv6交互过程:地址确认,当有断电、掉线、漫游等情况时，Client发送Confirm报文确认自己的IP地址是否可用要求该报文目的地址必须是组播地址如果Client的地址可用，则Server给回应，否则不处理如果没有回应，则Client需要重新启动地址申请流程,Page65,8、DHCPv6交互过程:信息获取,如果M标记=0，O标记=1，Client通过无状态方式获取地址时需通过DHCPv6协议获取其他配置信息，如DNS、SIP等Client发起Information-Request，带OptionRequest选项，表明自己想要获取哪些配置信息Server从本地配置获取相应的配置信息，回应reply,Page66,目录,IPv6产生的背景IPv6地址IPv6报文结构ICMPv6协议IPv6邻居发现协议IPv6PathMTU无状态的地址分配有状态的地址分配：DHCPV6用户接入认证：PPPoEv6DNS6,9、PPPoE与PPPoEv6的差异,二者在LCP阶段的定义完全相同，PPPoEv6只是在NCP阶段定义了IPv6CP协议IPCP协议可以完成IPv4地址的协商，DNSserver信息的下发IPv6CP只能协商接口ID（用于生成link-local地址）和IPv6压缩协议，地址分配和配置信息的获取需通过ND协议或DHCPv6协议完成,9、IPv6CP：InterfaceIDConfigurationOption,Type=1Length=10Interface-ID：与FE80:一起组成link-local地址。,9、IPv6CP：IPv6-Compression-Protocol,Type=2Length=4不支持协商IPv6压缩协议。,Page70,目录,IPv6产生的背景IPv6地址IPv6报文结构ICMPv6协议IPv6邻居发现协议IPv6PathMTU无状态的地址分配有状态的地址分配：DHCPV6用户接入认证：PPPoEv6DNS6,Page71,10、DNS简介,DNS：域名系统DomainNameSystem实现域名和IP地址的解析有三个组成部分：域名空间和相关资源记录DNS名称服务器DNS解析器DNS6是在DNSV4版本上进行的扩展,以支持IPv6地址,Page72,10、DNS子域,DNS域树上的每个结点可以由一个完全合格域名（FQDN）标识，能准确表示出它相对于DNS域树根的位置。,Page73,10、DNS查询,递归查询DNS客户机发送到DNS服务器的查询，即使DNS服务器没有所请求的信息，它也会联系其它DNS服器迭代名字查询DNS客户机允许DNS服务器根据自己的高速缓存或DNS区域提供的最佳答案。这种类型的查询通常由试图解析DNS客户机的迭代查询的DNS服务器发出,Page74,10、DNS解析过程,Page75,DNS配置(1),配置静态DNS表项,配置动态DNS服务,Page76,DNS配置(2),检查配置结果,Page77,DNS配置(3),Page78,附录：相关的IETFRFC列表,RFC1881：IPv6AddressAllocationManagementRFC1883：InternetProtocol,Version6(IPv6)SpecificationRFC1887：AnArchitectureforIPv6UnicastAddressAllocationRFC1888：OSINSAPsandIPv6RFC1924：ACompactRepresentati