IPv6基础知识

1、IPv6 IPv6 基础知识基础知识20152015年年7 7月月中国电信广东公司中国电信广东公司综综 合合 部部2省省NOCNOC宽带基础网络室宽带基础网络室2目录引言引言213NDND协议协议IPv6IPv6地址及报文结构地址及报文结构中国电信广东公司中国电信广东公司综综 合合 部部3省省NOCNOC宽带基础网络室宽带基础网络室3IPv4地址枯竭 随着网络的快速发展，IPv4地址面临严重短缺 到2012年以后将面临无IP地址可分的局面中国电信广东公司中国电信广东公司综综 合合 部部4省省NOCNOC宽带基础网络室宽带基础网络室4地址归属地址总数全国占比电信12183142412183142

2、436.7336.73%联通6252134418.85%移动3519283210.61%CERNET161873924.88%合计23573299271.07% 中国IPv4地址总数3.32亿，占全球第2位l 三大运营商共占67%l 教育网地址占比约5% 电信地址量是联通的2倍，是移动的3倍中国电信广东公司中国电信广东公司综综 合合 部部5省省NOCNOC宽带基础网络室宽带基础网络室5IPv4地址地域分配情况 IPv4地址空间地域分配不均是造成IPv4地址紧缺问题的主要原因 历史原因造成 占世界人口5%的美国占用了60%的IPv4地址空间 亚洲、非洲等地地址空间较紧缺地区地区人口人口（亿）（亿

3、）人口比人口比例例Internet用户用户（亿）（亿）用户比用户比例例拥有的拥有的IPv4地址地址全球65.74100%11.14（16.9%）100%100%美国（北美）3.345.1%2.33（69.7%）20.9%60%+亚洲（太平洋）37.4656.9%4.16（11.1%）37.3%15%+欧洲（中东）10.0315.2%3.33（33.4%）29.8%15%+非洲、拉美14.8922.6%1.29（8.6%）11.5%10%-中国电信广东公司中国电信广东公司综综 合合 部部6省省NOCNOC宽带基础网络室宽带基础网络室6IPv4的其他局限性 地址配置与使用不够简便l 手动配置地址复

4、杂，需要了解网络结构，如地址和网关等l DHCP技术部署复杂，维护也不方便 IP协议本身的安全性不足l IPv4协议本身并没有提供安全技术l IPSec、SSL等安全技术只是IPv4的补充l 要使用这些安全技术就需要大规模的对IPv4节点升级 QoS功能难以满足现实需求l IPv4协议在设计之初是采用简单的尽力而为（Best Effort）的服务l 新兴业务的多媒体业务，需要在时延、抖动、带宽、差错率方面提供服务质量保障功能l 现有的IPv4的QoS相关协议实现复杂，难以部署和维护l 加密技术造成服务得不到满足。l IPv4本身的缺陷，使得IPv4节点难以通过硬件来实现QoS中国电信广东公司中

5、国电信广东公司综综 合合 部部7省省NOCNOC宽带基础网络室宽带基础网络室7IPv6新特性（1） 巨大的地址空间l 128比特，大约3.41038个地址！世界上的每个人都可以拥有5.71028个IPv6地址！l 无需再使用NAT，支持端到端的应用 数据报文处理效率提高l IPv6使用了新的协议头格式，字段减少，报头固定 良好的扩展性l IPv6的扩展报头使其更易扩展 路由选择效率提高l 地址分配有严格的等级l 有严格的路由聚合策略中国电信广东公司中国电信广东公司综综 合合 部部8省省NOCNOC宽带基础网络室宽带基础网络室8 支持自动配置与即插即用l 无状态自动配置机制使IPv6的部署和使用

6、更加方便 更好的服务质量l 设计之初就考虑QoS支持特性l 报头简化、路由效率提高 l 流量类型（Traffic Class）字段、流标签（Flow Label）的字段 内置的安全机制l AH、ESP扩展报头，支持标准IPSec 全新的邻居发现协议l IPv6的基础和核心 增强对移动IP的支持IPv6新特性（2）中国电信广东公司中国电信广东公司综综 合合 部部9省省NOCNOC宽带基础网络室宽带基础网络室9目录引言引言213NDND协议协议IPv6IPv6地址及报文结构地址及报文结构中国电信广东公司中国电信广东公司综综 合合 部部10省省NOCNOC宽带基础网络室宽带基础网络室10IPv6地址

7、表示 IPv4地址：l 32 bit，4个字节（Byte）l 点分十进制表示： d.d.d.dl 由“网络号主机号”组成 IPv6地址：l 128位，16个字节l 由“网络ID接口ID”组成网络网络IDID0010000111011010000000001101001100000000000000000010111100111011接口接口IDID00100001110110100000000011010011000000000000000000101111001110110000001010101010000000001111111111111110001010001001110001011

8、0100000001010101010000000001111111111111110001010001001110001011010IPv6IPv6地址二进制表示地址二进制表示中国电信广东公司中国电信广东公司综综 合合 部部11省省NOCNOC宽带基础网络室宽带基础网络室11IPv6地址首选格式 冒号十六进制表示法。地址被分成8段，每16位为一段，用“:”分隔。形如：X:X:X:X:X:X:X:X （X代表一个4位十六进制数）。 地址：表示成：2001:0410:0000:0001:0000:0000:0000:45FF 另外的例子：l ABCD:EF01:2345:6789:ABCD:EF

9、01:2345:6789l 2001:0DB8:0000:0000:0008:0800:200C:417A 前导零可以删除，但是每段至少要有一个数字，如：l 2001:410:0:1:0:0:0:45FFl 2001:DB8:0:0:8:800:200C:417A0010000000000001 0000010000010000 0000000000000000 0000000000000001 0010000000000001 0000010000010000 0000000000000000 0000000000000001 0000000000000000 000000000000000

10、0 0000000000000000 01000101111111110000000000000000 0000000000000000 0000000000000000 0100010111111111 中国电信广东公司中国电信广东公司综综 合合 部部12省省NOCNOC宽带基础网络室宽带基础网络室12IPv6地址压缩格式 多个连续为0的段可用:表示。如：l 2001:410:0:1:0:0:0:45FF可压缩表示成2001:410:0:1:45FF 更多例子： 注意，一个IPv6地址只允许用一次“:”。另外，不能把有效的0压缩。 以下是错误的压缩表示：l :AAAA:1l 3FFE:101

11、0:2A2A:1l FF02:30:0:0:0:0:0:5压缩成FF02:3:5中国电信广东公司中国电信广东公司综综 合合 部部13省省NOCNOC宽带基础网络室宽带基础网络室13内嵌IPv4地址的IPv6地址 一般格式为：x:x:x:x:x:x:d.d.d.d，是在IPv4向IPv6过渡机制中特有的地址表示方法，主要包含有两种：l IPv4兼容IPv6地址l IPv4映射IPv6地址 IPv4兼容IPv6地址l 用于在IPv4网络上建立自动隧道，传输IPv6数据报文l 如：0:0:0:0:0:0:192.168.1.2 或者 :192.168.1.2 IPv4映射IPv6地址l 仅用于IPv

12、4/IPv6双栈节点内部使用l 如：0:0:0:0:0:FFFF:192.168.1.2 或者 :FFFF:192.168.1.2中国电信广东公司中国电信广东公司综综 合合 部部14省省NOCNOC宽带基础网络室宽带基础网络室14IPv6地址分类IPv6IPv6地址地址单播单播众所周知的组播众所周知的组播FF00:/8FF00:/8被请求节点组播被请求节点组播FF02:1:FF00:/104FF02:1:FF00:/104与全球单播与全球单播地址同空间地址同空间链路本地链路本地FE80:/10FE80:/10全球单播全球单播2000:/32000:/3站点本地站点本地FEC0:/10FEC0:

13、/10兼容地址兼容地址0:0:0:0:0:0:/960:0:0:0:0:0:/960:0:0:0:0:FFFF:/960:0:0:0:0:FFFF:/96特殊地址特殊地址:/128:/128:1/128:1/128全球唯一本地全球唯一本地FC00:/7FC00:/7组播组播任意播任意播中国电信广东公司中国电信广东公司综综 合合 部部15省省NOCNOC宽带基础网络室宽带基础网络室15可聚合全球单播地址 全球唯一，由IANA统一分配 传播范围：整个Internet 目前前缀：2000:/3（前3位为001） 由三部分组成l global routing Prefix：网络前缀，Internet统

14、一管理l Subnet ID：子网或站点，组织内部管理 l Interface ID：接口ID，区分链路上的不同接口 前两部分组成网络ID，有严格的路由聚合策略global routing prefixinterface IDn bits128-n-m bitssubnet IDm bits001001中国电信广东公司中国电信广东公司综综 合合 部部16省省NOCNOC宽带基础网络室宽带基础网络室16链路本地地址 传播范围：受限，在接口所连接的链路上 使用前缀 FE80:/10（前10位1111111010） Interface ID：l 使用EUI-64l 也可以手工配置 启用IPv6的节点

15、的每个接口会自动配置一个本地链路地址 IPv6邻居节点之间的通信一般使用本地链路地址，如l ND（邻居发现协议）l 路由协议（建立邻居关系时）等interface ID10 bits64 bits54 bits01111111010中国电信广东公司中国电信广东公司综综 合合 部部17省省NOCNOC宽带基础网络室宽带基础网络室17EUI-64接口标识 扩展惟一标识符，IEEE定义，64比特 在以太网接口上，由48位以太网链路层地址转换而来中国电信广东公司中国电信广东公司综综 合合 部部18省省NOCNOC宽带基础网络室宽带基础网络室18IPv6报文封装层次 IPv6 IPv6基本基本报头报头

16、IPv6 IPv6扩展报头扩展报头 上层协议上层协议PDUPDU扩展报头扩展报头1 1扩展报头扩展报头2 2扩展报头扩展报头n npayloadpayloadIPv6 packetIPv6 packet帧帧头头帧帧尾尾中国电信广东公司中国电信广东公司综综 合合 部部19省省NOCNOC宽带基础网络室宽带基础网络室19IPv6基本报头 报头长度固定，为40字节l Version：长度4位，值为6。l Traffic Class：流分类。用于区分不同级别的报文，相当于IPv4的TOS字段。l Flow Label：流标记。新增字段，20位，标识一系列属于同一流的信息报文。l Payload Len

17、gth：净载荷长度。指除去报头之后的数据字段的长度，以字节为单位，最大净载荷长度为65535字节。l Next Header：下一个报头。8位，标示IPv6报头之后的报头类型，相当于IPv4的协议号。l Hop Limit：跳数限制。报文经过一个转发节点该字段减1，当跳数限制减至0，则丢弃该信息包，相当于IPv4的TTL。VersionVersionTraffic classTraffic classPayload lengthPayload lengthFlow labelFlow labelNext headerNext headerSource AddressSource Address

18、Destination AddressDestination AddressHop limitHop limit32 bit32 bit中国电信广东公司中国电信广东公司综综 合合 部部20省省NOCNOC宽带基础网络室宽带基础网络室20OptionsOptionsIPv4与IPv6报头比较 删减的部分：l 报头长、总长度、ID、标记位、偏移量、报头校验和、选项Source addressSource addressTTLTTLHeader ChecksumHeader ChecksumFlagsFlagsFragment OffsetFragment OffsetVersionVersionI

19、HLIHLTOSTOSTotal LengthTotal LengthIdentificationIdentificationProtocolProtocolDestination addressDestination address32 bits32 bitsVersionVersionTraffic classTraffic classPayload lengthPayload lengthFlow labelFlow labelNext headerNext headerSource AddressSource AddressDestination AddressDestination

20、AddressHop limitHop limit32 bit32 bit中国电信广东公司中国电信广东公司综综 合合 部部21省省NOCNOC宽带基础网络室宽带基础网络室21IPv6扩展报头 跟在IPv6基本报头之后的可选报头 一个IPv6报文可以包括0个、1个或多个扩展报头 报头由Next header字段组成，呈链式结构 扩展报头按其出现的顺序被处理Next headerNext header扩展报头扩展报头1 1Next headerNext header扩展报头扩展报头2 2Next headerNext header有效载荷有效载荷中国电信广东公司中国电信广东公司综综 合合 部部22

21、省省NOCNOC宽带基础网络室宽带基础网络室22目录引言引言213NDND协议协议IPv6IPv6地址及报文结构地址及报文结构中国电信广东公司中国电信广东公司综综 合合 部部23省省NOCNOC宽带基础网络室宽带基础网络室23Page 23ND协议 ND协议是IPv6的基础协议，ND协议共有五种ICMPv6报文，完成缺省路由发现，无状态地址分配，链路层地址解析，可达性检测、DAD(Duplicate Address Detection)检测和路由重定向的功能。lRouter SolicitationlRouter AdvertisementlNeighbor SolicitationlNeig

22、hbor AdvertisementlRedirect中国电信广东公司中国电信广东公司综综 合合 部部24省省NOCNOC宽带基础网络室宽带基础网络室24缺省路由发现 IPv6协议使用ND协议的RSRA交互完成缺省路由发现，RA报文的源IPv6地址就是IPv6的网关地址，该地址必须是link-local类型的地址，如红色所示，Router A的接口link-local地址是HOST A的网关地址。中国电信广东公司中国电信广东公司综综 合合 部部25省省NOCNOC宽带基础网络室宽带基础网络室25无状态地址分配 IPv6有两种地址分配方式，一种是无状态地址分配，使用ND协议的RSRA交互完成；一

23、种是有状态地址分配，使用DHCPv6协议完成。 RA报文中有两个标志位：l M标记，值为0时，表示RA中携带的Prefix Information Option可以用于完成无状态地址分配，协议规定此最大长度为64位掩码的前缀+固定64位的接口ID就是128位地址；值为1时，表示需要使用DHCPv6协议获取IPv6地址。l O标记，值为0时，标志RA中携带的配置信息选项(如RDNSS (Recursive DNS Server) option)可以使用；值为1，表示需要使用DHCPv6 Information-RequestReply交互获取DNS配置信息。 M标记为0时，HOST可以使用RA中

24、Prefix Information Option中的IPv6 Prefix和自己的接口ID（固定位64位）组成IPv6全球单播地址。中国电信广东公司中国电信广东公司综综 合合 部部26省省NOCNOC宽带基础网络室宽带基础网络室26链路层地址解析 IPv4使用ARP协议完成链路层地址解析。 IPv6使用ND协议的NSNA报文交互完成链路层地址解析中国电信广东公司中国电信广东公司综综 合合 部部27省省NOCNOC宽带基础网络室宽带基础网络室27可达性探测 ND协议用NS和NA报文来验证邻居节点的可达性。节点在确定邻居的链路层地址后，跟踪邻居缓存表的状态，定时发送NS报文，如果邻居在规定的可达时间内（缺省值为30秒）不能接收或者发送返回的报文，则删除此邻居缓存表项。 与用于链路层地址解析的NS相比，用于可达性探测的NS报文的目的地址是单播地址（探测该地址的可达性）。用于链路层地址解析的NS报文的目的地址是组播地址。中国电信广东公司中国电信广东公司综综 合合