高级TCP-IP知识-10 IPv6基础-认识IPv6

情境四：高级TCP/IP知识10IPv6基础-认识IPv6教学目标情感目标IPv6优势。IPv6数据包封装。IPv6地址表达方式。IPv6地址分类。通过课堂交流，培养学生的创新精神、合作意识以及严谨踏实的学习习惯和精益求精的工作态度。知识目标教学目标思政元素创新意识：IPv6作为新一代网络协议，具有许多创新性的特点和优势，引导学生树立创新意识，勇于探索新技术。全球视野：IPv6协议支持更大的地址空间，有助于实现全球范围内的网络通信，培养学生的全球视野和国际合作意识。可持续发展：IPv6协议的推广和使用有助于解决IPv4地址枯竭问题，实现网络的可持续发展，引导学生关注可持续发展理念。勇于探索：鼓励学生勇于探索新技术，敢于尝试和创新，培养勇于探索的精神。开放包容：IPv6协议的推广需要国际合作和交流，引导学生树立开放包容的心态，积极参与国际合作。绿色发展：引导学生关注网络技术的绿色发展和可持续发展，培养环保意识和责任感。思政内容引入IETF在20世纪90年代提出了下一代互联网协议，即IPv6。IPv6地址空间几乎无限，可以给沙漠中的每一粒沙子分配IP地址的描述也说明了IPv6地址空间的丰富。IPv6使用了全新的地址配置方式，使配置更加简单。IPv6还采用了全新的报文格式，提高了报文处理的效率、安全性，也能更好地支持QoS。IPv6地址空间中还有很多地址尚未分配。IPv6协议概述Part01IPv4与IPv6的对比2019年11月，因为IPv4地址几乎已经分配完毕，ISP和其他大型网络基础设施提供商无法得到更多的IPv4地址。随着物联网技术的快速发展，万物互联的基础是大量的IP地址，IPv4的后继版本IPv6，其地址长度为128位，是IPv4地址长度的4倍，能提供海量IP地址。IPv4与IPv6的对比1、IPv4的局限性IPv4是目前广泛部署的互联网协议，它经过了多年的发展，己经非常成熟，易于实现，得到了所有厂商和设备的支持，但也有一些不足之处。（1）能够提供的地址空间不足且分配不均。互联网起源于20世纪60年代的美国国防部，每台连上网的设备都需要一个IP地址，初期只有上千台设备联网，使得采用32位长度的IP地址看来几乎不可能被耗尽。但随着互联网的发展，用户数量大量增加，尤其是随着互联网的商业化后，用户呈现几何倍数的增长，IPv4地址资源即将耗尽，IPv4可以提供的232个地址，由于协议设计初的规划问题，部分地址不能被分配使用，如D类地址（组播地址）和E类地址（实验保留），造成整个地址空间进一步缩小。IPv4与IPv6的对比另外，在初期看来是不可能被耗尽的IP地址，在具体数量的分配上也是非常不均匀的，美国占了一半以上的IP地址数量，特别是一些大型公司比如IBM，申请并获得了1000万个以上的IP地址，但实际上往往用不了，造成非常大的浪费。另一方面，亚洲人口众多，但获得的地址却非常有限，互联网发展起步较晚，地址不足这个问题显得更加突出，进一步地限制了互联网的发展和壮大。（2）互联网骨干路由器的路由表非常庞大。由于IPv4发展初期缺乏合理的地址规划，造成地址分配的不连续，导致当今互联网骨干设备的BGP路由表非常庞大，已经达到数十万条的规模，并且还在持续增长中。由于缺乏合理的规划，也导致无法实现进一步的路由汇总，这样对骨干设备的处理能力和内存空间带来较大压力，影响了数据包的转发效率。IPv4与IPv6的对比2、IPv6的优势IPv6采用128位地址长度，其地址数量总数可达2128个，它使得地球上的每一粒沙子都可以拥有一个IP地址。这不但解决了网络地址资源数量的问题，同时也为万物互联所限制的IP地址数量扫清了障碍。因此，相比IPv4，IPv6具有诸多优点：（1）地址空间巨大。（2）层次化的路由设计。（3）效率高，扩展灵活。（4）支持即插即用。（5）更好的安全性保障。（6）引入了流标签的概念。IPv6数据包封装IPv4数据包封装时包含过多的功能字段，好多字段都是空的，路由器在转发时是需要读取每个字段的，这会导致转发效率低下。IPv6数据包封装做了改变，其报文的报头分为基本报头和扩展报头2部分，基本报头中只包含基本的必要属性比如源IP地址、目的IP地址等，扩展功能用扩展报头添加在基本报头的后面。IPv6数据包封装版本：4bit，指定IPv6，数值=6。TrafficClass:8bit，FlowLabel:20bit，PayloadLength:16bit，NextHeader:8bit，SourceAddress:128bit，数据包的源IPv6地址，必须是单播地址。DestinationAddress:128bit，数据包的目标IPv6地址，可以是单播或组播地址。IPv6地址表示IPv6地址128位，是IPv4地址长度的4倍，RFC1884规定的标准语法建议把IPV6地址的128位（16个字节）写成8个16位的无符号整数，每个整数用四个十六进制位表示，这些数之间用冒号分开，例如：3ffe:3201:1401:1:280:c8ff:fe4d:db39。rfc2373提出了简化的方法，如每段中前面的0可以省略，连续的0可省略为\”::\”，但只能出现一次。IPv6的地址结构为：网络前缀+接口ID，网络前缀相当于IPv4中的网络位，接口ID相当于IPv4中的主机位。IPv6地址作用域和地址分类IPv6地址指定给接口，一个接口可以指定多个地址。1、IPv6地址作用域每一个IPv6地址都属于且只属于一个对应于其地址范围的区域。例如，可聚合的全球单播地址地址范围就是全球；链路本地地址的地址范围就是由一条特定的网络链路和连接到这条链路的多个接口组成的区域。这样，地址的唯一性只能在其范围区域内得到保证。linklocal地址本链路有效sitelocal地址本区域内有效，一个site通常是个校园网global地址全球有效，即可汇聚全球单播地址IPv6地址作用域和地址分类2、IPv6地址分类在RFC1884中指出了三种类型的IPv6地址，他们分别占用不同的地址空间：（1）unicast单播（单点传送）地址：这种类型的地址是单个接口的地址。发送到一个单点传送地址的信息包只会传送到地址为这个地址的接口。单播地址可细分为链路本地地址、唯一本地地址、全球单播地址和嵌入IPv4地址的IPv6地址。（2）anycast任播（任意点传送）地址：这种类型的地址是一组接口的地址，发送到一个任意点传送地址的信息包只会发送到这组地址中的一个（根据路由距离的远近来选择）。（3）multicast组播（多点传送）地址：这种类型的地址是一组接口的地址，发送到一个多点传送地址的信息包会发送到属于这个组的全部接口。IPv6地址作用域和地址分类3、常见的IPv6地址及其前缀::/128即0:0:0:0:0:0:0:0，只能作为尚未获得正式地址的主机的源地址，不能作为目的地址，不能分配给真实的网络接口。::1/128即0:0:0:0:0:0:0:1，回环地址，相当于IPv4中的localhost（127.0.0.1），pinglocalhos可得到此地址。2001::/16全球可聚合地址，由IANA按地域和ISP进行分配，是最常用的IPv6地址，属于单播地址。fe80::/10本地链路地址，用于单一链路，适用于自动配置、邻机发现等，路由器不转发以fe80开头的地址。

ff00::/8（11111111）组播地址。::FFFF:A.B.C.D是IPv4映射过来的IPv6地址，其中<A.B.C.D>代表IPv4地址。IPv6地址配置Part02IPv6地址配置根据下图，在HCL中完成实验拓扑搭建。IPv6地址配置任务分析路由器的IPv6功能在华三设备v5默认关闭，v7默认开启。本次实验HCL软件为v7系统，默认开启。（1）进入路由器R1、R2接口G0/1，配置IPv6地址。（2）测试两台路由器的连通性。IPv6地址配置任务实施（1）进入R1路由器g0/0接口，配置IPv6地址，如图4-10-7所示<H3C>system-view//进入系统视图[H3C]sysnameR1//修改系统名为R1[R1]intg0/0//进入G0/0接口[R1-GigabitEthernet0/0]ipv6address2::2/64//配置IPv6地址IPv6地址配置任务实施（2）进入R2路由器g0/0接口，配置IPv6地址，如图4-10-8所示<H3C>system-view//进入系统视图[H3C]sysnameR2//修改系统名为R2[R1]intg0/0//进入G0/0接口[R1-GigabitEthernet0/0]ipv6address2::1/64//配置IPv6地址IPv6地址配置任务实施（3）连通性测验在路由器R1查询G0/0接口ipv6地址配置情况，如图所示在路由器R2查询G0/0接口ipv6地址配置情况，如图所示从R1上pingR2测试连通性，如图所示IPv6静态路由配置任务要求企业网络中，Ipv6的应用越来越普遍，在ipv6的网络环境中同样需要路由支持。在跨网段的ipv6主机通信时同样需要路由表进行转发。构建如下图所示的网络拓扑，完成基于ipv6的静态路由配置。IPv6静态路由配置任务分析（1）配置pc终端、路由器R1、R2接口IPv6地址。（2）路由器R1、R2中配置IPv6静态路由。（3）验证终端pc1和pc2的连通性。IPv6静态路由配置任务实施（1）配置IPv6地址。R1：如下图所示。R2：如下图所示PC1：如图所示。PC2：如图所示。IPv6静态路由配置任务实施（2）静态路由配置。R1：在路由器R1上配置去往3：：/64的静态路由，下一跳地址指向2::2。[R1]ipv6route-static3::642::2R2：在路由器R2上配置去往1：：/64的静态路由，下一跳地址指向