IPv6技术与应用.ppt

1、IPv6技术与应用,中国电信股份公司广州研究院,2,内容提要,IPv6技术发展背景 IPv6技术及相关协议 IPv6过渡机制 IPv6发展与应用 IPv6实施策略,3,IPv6提出背景,IETF IPv6 工作组在90年代初成立，最初目的是解决地址增长危机问题,但是： CIDR, NAT, 提出 其它考虑： QoS、Routing、Security、Mobility、Performance IPv4 32 位地址 = 4 billion hosts 37% IPv4地址空间还没有分配 尽管使用下面的技术，但是地址紧张局面仍然存在 PPP / DHCP 地址分配 NAT (网络地址转换) CID

2、R (无类域间路由) 32位地址空间的实际应用上限: 250 million devices (RFC 3194),4,为什么需要大的地址空间?,Internet 用户数量 600M用户(Q4 CY2002), 945M (CY 2004) 仅占全球人口的10-15% 如何解决全球? (9B in CY 2050) Mobile Internet 引入了新一代的Internet设备 PDA (20M in 2004), Mobile Phones (1.5B in 2003), Tablet PC 其它新兴技术, eg: 3G, 802.11, 交通 移动网络 10亿（1B) 汽车数量 （至2

3、008年） 飞机上网, eg. Lufthansa 火车, eg. Narita express 家用消费、工业电器工具,5,新型Internet电器大量出现,Source: N+I Tokyo, July 2002,6,端到端网络应用的需求,Internet最初对任何应用提供 end-to-end连接 取代了ALG（ Decnet/SNA gateway） 今天，NAT/NAT-PT的使用重新网络失去了end-to-end连接特性 Peer-to-Peer（P2P)应用大量出现重新提出了end-to-end要求，如 IP Telephony, Fax, Video Conf Mobile,

4、Residential, Distributed Gaming Remote monitoring Instant messenger,新“永远在线”的应用 对网络重新提出了的end-to-end需求,Global Addressing Realm,7,3GPP 移动无线网络,ISP,针对GPRS (data MTU在源节点存储下来。 最小实现中当数据包小于1280个字节时，可省略路径MTU发现功能。,28,邻居发现 (RFC 2461),也是通过 ICMPv6来实现的 (RFC 2463) 结合了几个 IPv4协议 (ARP, ICMP,) 邻居发现: 确定同一链路邻居的链路层地址,重复地址

5、检测 发现邻居路由器，跟踪邻居状态 定义5种类型 ICMPv6 数据包 Router Solicitation / Router Advertisements Neighbor Solicitation / Neighbor Advertisements Redirect,At boot time, an IPv6 host build a Link-Local address, then its global IPv6 address(es) from RA,RA indicates SUBNET PREFIX,IPv6 自动配置,无状态Stateless (RFC2462) 主机自动配置其

6、Link-Local地址 主机节点向路由器发送Router solicitation信息，路由器发送RA来进行配置. 有状态Stateful DHCPv6 (在 IETF进行定义) 重新编址Renumbering 在RA中，对前面的地址前缀宣告给定一个短时间的生命周期，然后再通告一个新的地址前缀. 这个协议 (RFC 2894),允许域内路由器学习和回收地址前缀。,SUBNET PREFIX + MAC ADDRESS,SUBNET PREFIX + MAC ADDRESS,SUBNET PREFIX + MAC ADDRESS,SUBNET PREFIX + MAC ADDRESS,30,S

7、tateless 自动配置,引导中的节点发出Router 请求，请求 RAs 来配置接口.,1 - ICMP Type = 133 (RS) Src = : Dst = All-Routers multicast Address query= please send RA,2. RA,2. RA,1. RS,2 - ICMP Type = 134 (RA) Src = Router Link-local Address Dst = All-nodes multicast address Data= options, prefix, lifetime, autoconfig flag,31,重复

8、地址检测,ICMP type = 135 Src = 0 (:) Dst = Solicited-node multicast of A Data = link-layer address of A Query = what is your link address?,A,B,重复地址检测 (DAD) 使用 neighbor solicitation 来验证配置的地址是否存在。,32,IPv6路由协议,与IPv4一样, IPv6有两种类型的路由协议: IGP and EGP, 并使用最长前缀（longest-prefix match）路由算法。 IGP RIPng (RFC 2080) OSP

9、Fv3 (RFC 2740) Integrated IS-ISv6 (draft-ietf-isis-ipv6-02) Cisco EIGRP for IPv6 EGP : MP-BGP4 (RFC 2858 and RFC 2545),33,OSPFv3 概要,OSPFv3 (RFC 2740)针对 for IPv6设计的 OSPF 以 OSPFv2为基础, 进行了一些扩展 分发 IPv6 prefixes 直接通过IPv6运行 Ships-in-the-night with OSPFv2,34,与 OSPFv2的区别,运行在链路上,而不是子网 每个链路可以有多个instance 不是特有的

10、IPv6拓扑 Router ID Link ID 标准的认证机制IPSec 使用link local 地址 Generalized flooding scope 两个新的LSA类型,35,IS-IS 路由协议,IETF IS-IS for IP Internets 工作组 /html.charters/isis-charter.html ISO 10589 规定 OSI IS-IS路由协议用于CLNS路由选择 Tag/Length/Value (TLV) options to enhance the protocol A Link State protoco

11、l with a 2 level hierarchical architecture. RFC 1195 增加了IP支持能力, 也成为集成IS-IS (I/IS-IS) IS-IS运行在数据链路层上 要求配置 CLNP Draft RFC 定义在ISIS如何增加IPv6地址族 /internet-drafts/draft-ietf-isis-ipv6-05.txt Draft RFC 在 IS-IS种引入了多拓扑的概念 /internet-drafts/draft-ietf-isis-wg-multi-topology-0

12、6.txt,36,支持IPv6的IS-IS,增加2 个Tag/Length/Values来支持IPv6路由 IPv6 可达性 TLV (0 xEC) External bit Equivalent to IP Internal/External Reachability TLVs IPv6 接口地址 TLV (0 xE8) 对于Hello PDUs, 必须包含Link-Local地址 对于LSP,只能包含非Link Local地址 IPv6 NLPID (0 x8E) 由启动IPv6功能的路由器通告 多拓扑扩展新增的TLV Multi-topology TLV MT Intermediate

13、Systems TLV Multi-Topology Reachable IPv4 Prefixes TLV Multi-Topology Reachable IPv6 Prefixes TLV,37,针对IPv6的MP-BGP RFC2545,针对IPv6 特殊扩展: 不同地址类型: Next-hop包含 global IPv6地址和/或link-local地址 NEXT_HOP 和 NLRI 支持 IPv6 地址和前缀 地址族信息 (AFI) = 2 (IPv6) Sub-AFI = 1 (NLRI 用于 unicast) Sub-AFI = 2 (NLRI用于multicast RPF

14、check) Sub-AFI = 3 (NLRI用于unicast和multicast RPF check) Sub-AFI = 4 (label),38,IP Service,IPv4 Solution,IPv6 Solution,MLDv1, v2,Protocol Independent All IGPs,and BGP4+,IGMPv1, v2, v3,Group Management,Routing,IPv4 与 IPv6 Multicast比较,32-bit, class D,128-bit,Address Range,Domain Control,Scope Identifier

15、,Boundary/Border,Forwarding,PIM-SM, PIM-SSM, PIM-bidir,PIM-DM, PIM-SM, PIM-SSM, PIM-bidir,Protocol Independent All IGPs,and BGP4+ with v6 mcast SAFI,Interdomain Solutions,MSDP across Independent PIM Domains,Single RP within Globally Shared Domains,39,移动IPv6简介,1. MN 使用stateless or stateful 自动配置获取本地地址

16、 Neighbor Discovery 2. MN通过发送 Binding Update至HA进行注册 3. 对于注册的MN, HA拦截流量,并将来自CN的流量使用TUNNEL发送至MN 4. MN 直接发送数据包至CN,或者使用Tunnel通过HA发送.,HA,1.,2.,MN,CN,4.,3.,40,移动IPv6 路由优化,流量直接从CN路由到MN IPv6节点必须实现Binding Update IPv4 也能够实现路由优化，但是实现需要扩展很多协议栈功能，并且IPSec实现没有IPv6便利 安全问题 Shared Key或者PKI Problem ，需要可扩展性的解决方案,Mobile

17、 Node,Home Agent,Correspondent Host,CN to MN,41,IPv6 安全性,IPsec标准已经在IPv4和IPv6中应用 需要支持认证和加密功能 认证独可以和加密功能分离，便于有些情况下不能应用加密功能或者使用加密比较昂贵 密钥分发协议目前还没有正式定义 (independent of IP v4/v6) 目前一般实现支持人工配置密钥，基于CA方式的密钥分发互通性需要进一步测试，已经有运营商开展相关业务。,42,IPv6对QoS支持,IETF提出的两种基本模型，适合于IPv6/IPv4协议: 综合业务“Integrated Service” (int-se

18、rv) 细颗粒度 (per-flow), 定量承诺 (e.g., x bits per second), 使用RSVP信令 区分业务“Differentiated Service” (diff-serv) 粗颗粒度 (per-class), 定性承诺 (e.g., higher priority), 没有直接的信令 信令化区分服务 (RFC 2998) 对于定量汇聚标记的类使用RSVP信令 考虑策略控制，但不要求每个路由维护负责的状态,43,IPv6对QoS支持,IPv6 对Int-Serv的支持 除RSVP外，IPv6还使用20-bit流标签来辨识需要特殊QoS的数据流 每个源选择自己的Fl

19、ow Label 值; 路由器使用源地址 + Flow Label 来辨识独特的流 目前使用的情况是,在没有特殊QoS请求的情况下，Flow Label 值为0 目前有关流标签IETF定义了一个标准 /rfc/rfc3697.txt IPv6对DiffServ的支持 8比特Traffic Class字段域标识不用QoS要求的数据包 与IPv4协议中Type-of-Service自己最新定义一致 可以在源或者途中的路由器初始化，也可以被途中路由器修改 没有特殊QoS要求的情况下，traffic Class值为0,IPv4,IPv6,Hostname to IP

20、 address,A record: www.abc.test. A ,IPv6 和 DNS,AAAA record: www.abc.test AAAA 3FFE:B00:C18:1:2,IP address to hostname,PTR record: .....8.1.c.0. 0.0. PTR www.abc.test.,PTR record: 92.. PTR www.abc.test.,45,IP Ser

21、vice,IPv4 Solution,IPv6 Solution,Mobile IP with Direct Routing,DHCP,Mobile IP,IGMP/PIM/Multicast BGP,IP Multicast,MLD/PIM/Multicast BGP,Scope Identifier,Mobility,Autoconfiguration,Serverless, Reconfiguration, DHCP,IPv6 Technology Scope,32-bit, Network Address Translation,128-bit, Multiple Scopes,Add

22、ressing Range,Quality-of-Service,Differentiated Service, Integrated Service,Differentiated Service, Integrated Service,Security,IPSec Mandated, works End-to-End,IPSec,46,IPv6 标准,核心IPv6规范已经是IETF Draft Standards = 得到了很好地测试并且稳定 currently have 5 Draft Standards, 32 Proposed started to compile an IPv6 No

23、de Requirements spec 一些重要的辅助标准还不够成熟 e.g., mobile IPv6, MIBS, scoped addressing, for an up-to-date status: 3GPP UMTS Rel. 5 蜂窝无限标准强制使用IPv6; 也被 3GPP2考虑使用,IPv6标准当前状态,几个关键组件已经成为正式标准: Specification (RFC2460)Neighbour Discovery (RFC2461) ICMPv6 (RFC2463)IPv6 Addresses (RFC2373/4/5) RIP (RFC2080)BGP (RFC25

24、45) IGMPv6 (RFC2710)OSPF (RFC2740) Router Alert (RFC2711)Jumbograms (RFC2675) Autoconfiguration (RFC2462) IPv6 over:PPP (RFC2023)Ethernet (RFC2464) FDDI (RFC2467)Token Ring (RFC2470) NBMA(RFC2491)ATM (RFC2492) Frame Relay (RFC2590)ARCnet (RFC2549),48,内容提要,IPv6技术发展背景 IPv6技术及相关协议 IPv6过渡机制 IPv6发展与应用 IP

25、v6实施策略,49,IPv4-IPv6 过渡/共存,基本上分为三类: (1)双栈方式：同一种设备支持IPv4和IPv6协议栈 (2)隧道方式： (3)翻译转换方式：,50,双栈方式,双栈节点: 启用IPv4 and IPv6两种协议栈 上层应用可使用两种方式通信 IP版本的选择是基于域名查找或应用优先选择方法,TCP,UDP,IPv4,IPv6,Application,Data Link (Ethernet),0 x0800,0 x86dd,TCP,UDP,IPv4,IPv6,Data Link (Ethernet),0 x0800,0 x86dd,Frame Protocol ID,Pref

26、erred method on Applications servers,51,隧道机制,可以使用多种方式建立Tunnel: 手工配置 Manual Tunnel (RFC 2893) GRE (RFC 2473) 自动方式 Compatible IPv4 (RFC 2893): Deprecated 6to4 (RFC 3056) 6over4: Deprecated ISATAP,52,手工配置隧道,将IPv6数据包封装在IPv4数据包中 可在路由器和主机中使用,IPv4,IPv6 Network,IPv6 Network,Tunnel: IPv6 in IPv4 packet,IPv6

27、Host,Dual-Stack Router,Dual-Stack Router,IPv6 Host,IPv6 Header,IPv4 Header,IPv6 Header,Data,Data,53,IPv4 兼容隧道 (RFC 2893),IPv4兼容地址隧道是一种自动的隧道方式，这种标准即将废弃。,IPv4: IPv6: :,54,IPv4,IPv6 Network,IPv6 Network,6to4 Router2,6to4 Router1,,,Network prefix: 2002:c0

28、a8:6301:/48,Network prefix: 2002:c0a8:1e01:/48,=,=,E0,E0,route2# interface Loopback0 ip address ipv6 address 2002:c0a8:1e01:1:/64 eui-64 interface Tunnel0 no ip address ipv6 unnumbered Ethernet0 tunnel source Loopback0 tunnel mode ipv6ip 6to4 ipv6 route 2002:/16 Tunnel0,6t

29、o4 Tunnel: 是一种自动隧道方式 给连接的IPv6网络分配一个地址前缀 使用2002:/16地址前缀，分配给 6to4 要求每个Ingress/Egress站点具有公有 IPv4 地址,6to4 隧道 (RFC 3056),2002,Public IPv4 address,/48,/64,/16,Interface ID,SLA,55,6to4 Relay,IPv4,IPv6 Network,IPv6 Network,6to4 Router1,,Network prefix:2002:c0a8:6301:/48,IPv6 address:2002:c0a8:1e

30、01:1,=,6to4 Relay,IPv6 Internet,router1# interface Loopback0 ip address ipv6 address 2002:c0a8:6301:1:/64 eui-64 interface Tunnel0 no ip address ipv6 unnumbered Ethernet0 tunnel source Loopback0 tunnel mode ipv6ip 6to4 ipv6 route 2002:/16 Tunnel0 ipv6 route :/0 2002:c0a8:1

31、e01:1,6to4 relay: 是IPv6的一个Internet网关 即是缺省路由器 如果有多个6to4 Relay ，使用 Anycast address (RFC 3068）,56,IPv6-IPv4 通信机制,翻译 NAT-PT (RFC 2766) TCP-UDP Relay (RFC 3142) DSTM (双栈转换机制) API BIS (Bump-In-the-Stack) (RFC 2767) BIA (Bump-In-the-API) ALG SOCKS-based Gateway (RFC 3089) NAT-PT (RFC 2766),NAT-PT简介,NAT-PT,

32、IPv4 Host,IPv6 Host,,2001:0420:1987:0:2E0:B0FF:FE6A:412C,ipv6 nat prefix 2010:/96,PREFIX is a 96-bit field that allows routing back to the NAT-PT device,58,内容提要,IPv6技术发展背景 IPv6技术及相关协议 IPv6过渡机制 IPv6发展与应用 IPv6实施策略,59,设备对IPv6支持情况,60,IPv6 操作系统和应用支持,操作系统 Apple MAC OS X, HP (HP-UX, Tru64 Sun Sol

33、aris, *BSD, Linux, 应用服务器 Web/FTP 2003 以后: 重点在应用 关于 IPv4 or IPv6的应用目前还很难预测. 成功部署依赖于应用 在 and 有最新的更新信息,61,Several Market segments IX, Carriers, Regional ISP, Wireless ISP 从地区注册机构获取地址 大的运营商正在进行网络试验，但是 大规模部署需要用户需求驱动 一些ISP重点关注其独特市场 在网络部署方面，Japan处于领先地位 其目前是关注家庭网络服务 (dial, DSL, Cable, Ethernet-to-the-Home,)

34、,ISP部署情况,62,6NET Project简介,Cisco 12400 and 7200 series,3 years project 9.5 5M from European Commission + 30 partners 7 Work Packages,,63,中国电信NGI相关研究介绍,2001年制定完成IPv6总体技术方案 2002年8月份，中国电信从APNIC申请到了正式的IPv6地址：2001:c68:/32，成为国内最早从APNIC拿到IPv6正式地址的电信运营商。 2002年4月在湖南长沙建立城域IPv6实验网。 已完成了一系列的实验和测试工作，

35、包括过渡技术试验、用户接入试验、业务试验、安全测试、 QoS测试、互通性测试、IPv6路由协议测试等。,64,2004年，制定了中国电信NGI网络的 IPv6设备技术规范 IPv6地址规划和路由组织方案 IPv4/IPv6互通与过渡实施指南 IPv6设备测试规范 IPv6业务模式和典型应用指南 IPv6服务质量实施指南 IPv6网络安全实施指南 IPv6支撑系统实施指南 移动IPv6实施指南 中国电信NGI技术策略 建立了一个包括北京、上海、广州和长沙四节点的NGI试验网。 利用NGI项目的研究成果协助集团公司顺利地申请到了CNGI项目。,国际IPv6网络,湖南,广州,北京,上海,中国电信NG

36、I试验网,中国电信NGI相关研究介绍,65,中国电信目前网络研究状况,66,广州研究院NGI网络试验,本地基本网络建设主要覆盖内容包括； 与日立公司互连； 通过IPv4/IPv6 NAT-PT技术实现IPv4网络与IPv6网络互通； 宽带接入IPv6网络； 移动IPv6无线LAN接入； 各种应用服务器的建设； 视频监控演示。,核心节点与北京上海通过隧道互联,67,研究网络的业务情况,基本业务 DNS 信息服务：WEB/FTP已经开始提供 宽带接入：ADSL/LAN 多媒体远程监视,68,CNGI工程,中国电信在CNGI工程中，建设北京、上海、广州、湖南（长沙）、浙江（杭州）、江苏（南京）、陕西

37、（西安）7个核心节点和一个互联网交换中心IX建设。 目前承载方案有两种： 通过传输专线来进行承载 通过CN2进行承载，采用MPLS L2 VPN方式,69,内容提要,IPv6技术发展背景 IPv6协议及相关标准 IPv6过渡机制 IPv6发展与应用 IPv6实施策略,70,目标网络设计方案,网络总体思路 在网络结构上，建议NGI网络遵循结构和管理扁平化的原则，目标网络由骨干网和城域网组成，以方便管理和业务的开展。 中国电信已经获得了正式的商用IPv6地址，建议采用“基于省份的地址分配方案”，使每个省公司和骨干网都能得到IPv6地址资源。如果本地址块不够用，可以接着从APNIC申请。 在路由的组

38、织上，建议将整个骨干网作为一个自治系统，城域网/本地网是一个单独的自治系统，采用私有AS号码。骨干网域内路由协议采用IS-IS协议，各城域网路由协议由各方自定。域间路由协议采用BGP4+。,71,互联交换中心,运营商之间的合作主要是通过组建流量交换中心IPv6 IX来实现的 IPv6 IX可以提升在整个互联网中所起的作用，同时也解决自身网络与其他ISP网络互通问题。 Tier 1级ISP还可以通过交换中心向其他小的、国家级（或地区级）ISP提供过境业务，因此IX的建设和运营目前已成为一种商业行为。 建议采用传统的以太网交换机为核心，各个加入方设置路由器进行互连的方式。,72,实施过程,中国电信

39、NGI实施可以分为三个阶段： 集团公司内部的小规模的网络和技术试验，进行技术积累； 通过参与国家相关项目进行大规模的网络和业务试验，开发新型业务，培育NGI发展环境； 为用户提供正式的商用NGI业务，并逐渐进入成熟阶段。,73,网络管理系统,NGI网管系统建议分级设置 一级NOC主要负责骨干网的操作、管理和维护； 二级NOC只负责当地的城域网管理，并将有用的网管信息上传至一级NOC。 采用分级制管理系统可以减轻中央服务器的工作负担，保证系统对整个网络的有效管理。 在NGI网络发展初期，城域网的规模很小，为了降低网络的建设成本，可以先采取不分级的集中网管方式或简化的二级网管模式，以后随网络规模的

40、增大过渡到分级网管模式。,74,网络管理系统,在NGI网络发展的初期，主要通过IPv4网络实现IPv6网络的互联，可通过现有IPv4的网络管理系统来实现对IPv6网络的管理。 在过渡的后期，需要考虑现有IP网络管理方面的不足，突破IPv4网络管理技术的局限，通过引入新的网络管理协议增强网络的配置管理功能。 对于NGI网络上新的业务，要求网络管理系统在配置管理、故障管理和监控管理等方面提供支持能力，因此需要开发和实现一些更加适合新业务特征的管理系统。,75,在接入网上部署IPv6,ADSL、LAN和WLAN等各种方式均支持IPv6数据包的传送，但要求城域网汇接层的三层设备必须支持IPv6协议。

41、企业网络的出口CPE路由器必须支持IPv6协议。 对于个人用户，有两种接入方式:三层CPE设备和二层CPE设备接入。 在为用户提供NGI接入服务时，可以先在部分地区试点，等时机成熟后，再扩大范围地提供服务。 除为用户提供IPv6接入服务外，还需继续提供相应的IPv4服务，保持对传统数据业务的继承。 为家庭用户分配/64前缀地址为宜。,76,过渡和演进,从现有IP网络向NGI网络演进是一个长期复杂的过程，互通与过渡必须遵循相应的原则。 骨干网层面：当初期IPv6业务量不大时，不建议采用升级现有IPv4网络设备为双栈的方式。 应根据实际需求添加一些支持双栈的路由器设备，并根据流量的大小决定采用专线

42、方式连接IPv6设备或在IPv4隧道上承载IPv6流量的方式。 当IPv6骨干网已具备规模，可采用专线连接。 在IPv6应用形成已经得到普及时，可以将原有CN2网络的设备升级以支持双栈，加入到IPv6骨干网中来。 不建议在骨干网层面采用协议转换技术。,77,过渡和演进,城域网/省网的演进的初期，为少量用户提供IPv6接入服务，IPv6数据流量较小，建议采用隧道的方式来组建IPv6网络， 遵循中国电信NGI网络的“骨干网城域网”两级架构，使用由集团公司统一分配的地址。 在部分地区，若IPv4城域网的设备条件较好，可以直接升级为双栈。也可采用MPLS VPN的方式建立逻辑IPv6网络。 当IPv6

43、需求逐步增大后，IPv6城域网络规模增大，需要建立纯IPv6网络或者双栈网络。 暂不推荐在城域网内大规模推广NAT-PT/ALG方案。 建议用户同时接入IPv4和IPv6两种网络。,78,过渡和演进,在NGI网络初期，若IPv6城域网规模较大，边缘路由器能支持双栈，则可以采用双栈方式使企业网络接入IPv4和IPv6城域网。 若网络规模还比较小不具备双栈接入能力，企业网络可采用手工隧道方式接入运营商IPv6网络，在适当时候替换为双栈。 主推双栈方式接入，即纯IPv6IPv4 NAT的方式。 建议企业用户使用由中国电信统一分配的全局可路由的单播地址，为企业用户分配的地址块大小统一为/48或/56。,79,过渡和演进,对于家庭/个人用户，在IPv6网络发展的初期，可采用自动隧道方式接入运营商IPv6网络。 若BRAS或接入路由器可以支持双栈，也可以基于ADSL或以太网的方式使家庭/个人用户同时接入IPv4和IPv6城域网。 双栈方式对于用户，特别是对于新增用户，是一种实用的接入