物联网组网技术_第3章_IPv6技术

1、物联网组网技术信息工程系 韦崇顺 3.1IPv6技术概述 IPv6是Internet Protocol version 6的缩写。IPv6是IETF设计的用于替代现行版本IP协议（IPv4)的下一代IP协议。目前广泛使用的第二代互联网IPv4技术，核心技术属于美国。它的最大问题是网络地址资源有限，从理论上讲，能够编址1 600万个网络、40亿台主机。但采用A、B、C三类编址方式后，可用的网络地址和主机地址的数目大打折扣，以至目前的IP地址近乎枯竭。第3章 IPv6技术 3.1IPv6技术概述一方面是地址资源数量的限制，另一方面是随着电子技术及网络技术的发展，计算机网络将进入人们的日常生活，对能

2、身边晌每一样东西都需要连入internet。在这样的环境下，IPv6应运而生。IPv6所拥有的地址容量是IPv4的约8xl028倍，达到2128-1个。这不但解决了网络地址资源数量的问题，同时也为除计算机外的设备连入互联网在数量限制上扫清了障碍。 3.1IPv6技术概述但是与IPv4一样，IPv6一样会造成大量的IP地址浪费。准确地说，使用IPv6的网络并没有2128-1个能充分利用的地址。首先，要实现IP地址的自动配置，局域网所使用的子网的前缀必须等于64，但是很少有一个局域网能容纳264个网络终端；其次，由于IPv6的地址分配必须遵循聚类的原则，地址的浪费在所难免。 3.1IPv6技术概述

3、与IPv4相比，IPv6具有以下几个优势：(1) IPv6具有更大的地址空间。IPv4中规定IP地址长度为32，而IPv6中IP地址的长度为128。(2) IPv6使用更小的路由表。 (3) IPv6增加了增强的组播（Multicast)支持以及对流的支持（Flow Control),这使得网络上的多媒体应用有了长足发展的机会，为服务质量（QoS)控制提供了良好的网络平台。 3.1IPv6技术概述与IPv4相比，IPv6具有以下几个优势：(4) IPv6加入了对自动配置（Auto Configuration)的支持。这是对DHCP协议的改进和扩展，使得网络（尤其是局域网）的管理更加方便和快捷。

4、(5) IPv6具有更高的安全性。在使用IPv6的网络中，用户可以对网络层的数据进行加密并对IP报文进行校验，极大地增强了网络的安全性。 3.2 IPv6技术原理3.2.1 IPv6地址1、单播、任播和多播的概念一个单播地址唯一地标识出一个接口。一个接口可以有多个单播地址并且必须至少有一个链路本地地址。一个链路本地地址是在同一链路上的两个节点之间使用。 3.2 IPv6技术原理3.2.1 IPv6地址1、单播、任播和多播的概念一个任播地址是一组接口的标识符：一个发给任播地址的包，将会被交付给这组接口中的一个，通常是根据路由选择度量最近的一个接口。 3.2 IPv6技术原理3.2.1 IPv6地

5、址1、单播、任播和多播的概念一个发送给多播地址的包将会被交付给多播地址所标识的所有接口。IPv6中没有广播，所以我们使用多播地址。在IPv4中路由控制包使用广播地址，但在IPv6中使用特定的多播地址。 3.2 IPv6技术原理3.2.1 IPv6地址2、 IPv6地址的表示32位的IPv4地址用以下的形式表示：x.y.z.t (例如202.117.128.8)。地址中的一部分表示网络部分，剩下的表示主机部分。128位的IPv6地址通过表示成这样的形式x:x:x:x:x:x:x:x，每个x是一个十六进制的值（表示 16 位），如2020:CA28:0000:0000:0023:0222:0000

6、:2900o 3.2 IPv6技术原理3.2.1 IPv6地址2、 IPv6地址的表示与IPv4中使用的无类别域间路由CIDR不同，IPv6没有要求必须指明地址的网络部分。在一个混合的环境（IPv4和IPv6)下，有时使用下面的格式更方便：2020:CA28:222:124.4.12.30 3.2 IPv6技术原理3.2.1 IPv6地址3、单播地址一个单播地址由一个子网前缀和一个接口标识符（接口 ID）组成。接口 ID用来标识链路上的一个接口，所以它在那条链路上必须是唯一的。通常，接口 ID与接口链路层地址是相同的。 3.2 IPv6技术原理3.2.1 IPv6地址3、单播地址（1）全局单播

7、IPv6地址。如同在表3-1中表示的，全局单播地址的最左边的3位设定为001。因此，全局单播地址属于的范围为2000:：到3FFF:FFFF:FFFF:FFFF:FFFF:FFFF:FFFF:FFFF。 3.2 IPv6技术原理3.2.1 IPv6地址3、单播地址（2）本地单播IPv6地址。有两种类型的本地IPv6单播地址：链路本地的和站点本地的。链路本地单播地址用于单链路的自动配置，邻居发现或在没有路由器的情况下。由于范围是本地的，链路本地的包永远不会被路由器转发到链路的范围之外。 3.2 IPv6技术原理3.2.1 IPv6地址3、单播地址站内本地地址是在一个站点内转发使用的，不需要访问

8、Internet。因此，带有这样地址的包不会被站点之外的路由器转发。链路本地单播地址和站点本地单播地址的格式如图3-1所示。所以一个链路本地范围的单播地址总是以 FE80:0:0:0幵始，后面跟着接口 ID。 3.2 IPv6技术原理3.2.1 IPv6地址3、单播地址 3.2 IPv6技术原理3.2.1 IPv6地址3、单播地址一个唯一本地单播地址的格式如图3-2所示。 3.2 IPv6技术原理3.2.2 IPv6报文IPv6报文由报头和数据组成，IPv6报头由3部分组成：IPv6报头、扩展报头及上层协议数据单元。IPv6报头又称“IPv6基本报头”，每一个IPv6数据包都必须包含报头，该报

9、头长度固定为40字节。 3.2 IPv6技术原理3.2.2 IPv6报文IPv6扩展报头又称下一个头，扩展报头是可选报头，紧接在基本报头之后。IPv6数据包可包含多个扩展报头，而且扩展报头的长度并不固定，IPv6扩展报头代替了 IPv4报头中的选项字段。“下一报头”字段值所对应的扩展报头如表3-2所示。 3.2 IPv6技术原理3.2.2 IPv6报文上层协议数据单元由上层协议报头和它的有效载荷构成，有效载荷可以是一个ICMPv6报文、一个TCP报文或一个UDP报文。 3.2 IPv6技术原理3.2.2 IPv6报文IPv6报文由IPv6基本报头+扩展报头+上层协议+数据组成，其中扩展报头为可

10、选项，如表3-3所示。 3.2 IPv6技术原理3.2.2 IPv6报文IPv6扩展报头的类型:(1)逐跳选项报头。(2)目的地选项报头。(3)路由报头。(4)分段报头。(5)身份验证报头AH。(6)封装安全载荷ESP报头。 3.2 IPv6技术原理3.2.2 IPv6报文如果在一个IPv6报文中，有多个扩展报头，则应严格按下列顺序排列：基本报头、逐跳选项报头、目的选项扩展报头、路由扩展报头、分片扩展报头、认证报头、封装安全有效负载报头。 3.2 IPv6技术原理3.2.3 ICMPv6ICMP在Internet里已经应用了很长时间，它的功能是错误报告和诊断，支持很多特性，例如请求/应答、多种

11、错误提示、重定向等。ICMPv6是IPv6架构的关键组成部分，它不仅支持IPv4中可用的大多数特性，还增加了一些非1CMP协议所支持的特性，例如ARP、IGMP,还有IPv6中新增加的一些关键特性，例如自动配置。1CMPV6被标识为一个新的协议类型，是在前面的头字段里指定的。 3.2 IPv6技术原理3.2.3 ICMPv6ICMPv6规定了两类消息：错误消息和信息消息。ICMPv6错误消息的类型字段的值的大小介于0127之间。表3-8列出了 ICMPv6错误消息，并附有简短描述。 3.2 IPv6技术原理3.2.3 ICMPv6所有接收到的包，如果IPv6头或扩展头出错，则必须被丢弃掉，然后

12、接收方要发送一个ICMP错误消息。ICMP信息消息的类型字段的值的大小介于128255之间。表3-9列出了一些ICMPv6信息消息，并附有简短描述。 3.2 IPv6技术原理3.2.4 IPv6邻居发现协议邻居发现协议ND为IPv6提供了一系列关键的自动配置特性，例如链路上邻居是否存在的发现，链路上的路由发现，链路层地址的发现，或维护到活动邻居路径的可到达信息。ND在IP智能物联网络中起着重要的作用。 3.2 IPv6技术原理3.2.4 IPv6邻居发现协议ND提供很多服务，包括以下几种：(1)路由发现(2)前缀发现(3)参数发现(4)地址自动配置 3.2 IPv6技术原理3.2.4 IPv6

13、邻居发现协议(5)地址解析(6)下一跳决定(7)邻居不可达检测(8)重复地址检测(9)重定向 3.2 IPv6技术原理3.2.4 IPv6邻居发现协议1.邻居请求消息NS消息用于地址解析、邻居不可到达检测NUD和DAD。节点发送NS消息给它知道IP地址的邻居，用于获得或确定邻居的链路层地址。NS消息是多播包，它的目的地址使用目标地址的请求节点多播地址，源地址使用请求节点的地址或者在DAD过程中使用未指定地址。收到NS包后，如果正确，目标会答复一个邻居通告NA消息。源地址和目的地址的选择依赖于执行的服务。 3.2 IPv6技术原理3.2.4 IPv6邻居发现协议1.邻居请求消息NS可以包含一个链

14、路层地址选项。它允许接收方不通过执行地址解析就获知发送方的链路层地址。如果接收方想要确定初始的NS消息发送方是否可到达，它仍然需要执行NUD。这个选择并不是总允许出现的，例如一个执行DAD过程的节点不能把它包含在NS消息里。最后，NS消息也被用来检测一个邻居是不可到达的。 3.2 IPv6技术原理3.2.4 IPv6邻居发现协议2.邻居通告消息邻居通告NA用来为请求节点提供链路层地址，或者用来通知链路层地址的改变。NA消息用于地址解析、NUD、DAD过程，是作为对NS消息的响应，但它也可以用于其他用途，一般是采用非请求的方式来通知地址的改变或者移动事件。 3.2 IPv6技术原理3.2.4 I

15、Pv6邻居发现协议2.邻居通告消息源地址是发送方的地址。目的地址是收到的NS消息中的请求方的地址。如果NS消息中的源地址是未指定地址，那么目的地址是全节点多播地址。 3.2 IPv6技术原理3.2.4 IPv6邻居发现协议2.邻居通告消息目标地址就是NS消息中存在的目标地址。如果有一个非请求消息，目标地址对应于链路层地址己改变的节点的IP地址。在这样的情况下，目的地址是全节点多播地址。NA消息通常携带目标链路层地址选项。 3.2 IPv6技术原理3.2.4 IPv6邻居发现协议3.路由器通告消息路由器通告RA消息由路由器定期发送，有多个目的：路由器通告RA消息通告自己的存在，并附加了多种链路和

16、因特网的参数，包括主机用于配置全局单播地址的网络前缀信息。 3.2 IPv6技术原理3.2.4 IPv6邻居发现协议3.路由器通告消息RA消息可以由路由器以非请求的方式发送，如果节点不想要等待非请求的RA消息，也可以通过请求方式答复节点发送的RS消息。通过使用定时器，可以把它们轻微地随机化，以避免链路上所有的路由器发生全局同步。 3.2 IPv6技术原理3.2.4 IPv6邻居发现协议3.路由器通告消息RA消息包括一些前缀，它们用于判断是否在链路上和/或自动地址配置。RA消息也用于通知节点它们是否应该使用有状态的和/或无状态的地址配置。表3-12和表3-13分别展示了 RA消息和RS消息格式。

17、 3.2 IPv6技术原理3.2.4 IPv6邻居发现协议3.路由器通告消息路由器请求消息RS是由主机发送的，目的是获得RA消息答复，而不用等待RA消息周期性计时器超时。RS消息的结构是：源地址，用于发送RS消息的接口的IP地址，或在自动配置过程中的未指定地址；目的地址，通常是全路由多播地址。ICMP类型等于10。重定向消息，路由器发送重定向包给主机，通告一个通向目的地路径上的更好的第一跳。 3.3 IPv6配置3.3.1 Windows系统下IPv6配置命令在Windows系统家族中对IPv6协议的配置方法有两种：IPv6命令和netsh命令。我们可以用它们来查询和配置IPv6的接口、地址、

18、高速缓存和路由。 3.3 IPv6配置3.3.3 IPv6静态路由配置静态路由是一种特殊的路由，它由管理员手工配置。当网络结构比较简申.时，只需配置静态路由就可以使网络正常工作。恰当地设置和使用静态路由可以改进网络的性能，并对为重要的应用保证带宽。静态路由的缺点在于：当网络发生故障或者拓扑发生变化后，可能会出现路由不可达，导致网络中断，此时必须由网络管理员手工修改静态路由的配置。 3.3 IPv6配置3.3.3 IPv6静态路由配置IPv6静态路由与IPv4静态路由类似，适合于一些结构比较简单的IPv6网络。它们之间的主要区别是目的地址和下一跳地址有所不同，IPv6静态路由使用的是IPv6地址

19、，而IPv4静态路由使用IPv4地址。在配置丨Pv6静态路由时，如果指定的目的地址为：/0，则表示配置了一条IPv6默认路由。如果报文的目的地址无法匹配路由表中的任何一项，路由器将选择IPv6默认路由来转发IPv6报文。 3.3 IPv6配置3.3.3 IPv6静态路由配置在小型IPv6网络中，可以通过配置IPv6静态路由达到网络互联的目的。相对使用动态路由来说，可以节省带宽，如表3-15所示。 3.3 IPv6配置3.3.3 IPv6静态路由配置在配置IPv6静态路由之前，需完成以下任务:(1)配置相关接口的物理参数。(2)配置相关接口的链路层属性。(3)使能IPv6报文转发能力。(4)相邻

20、节点网络层可达。 3.3 IPv6配置3.3.3 IPv6静态路由配置在完成上述配置后，在任意视图下执行 display 命令查看 IPv6 静态路由配置的运行情况并检验配置结果，如表3-16所示。在系统视图下执行 delete 命令可以删除所有静态路由。 3.3 IPv6配置3.3.4 IPv6 DHCP 服务IPv6在IPv4的基础上做了很多改进，如扩编地址（由32位扩编为128位）、支持无状态地址自动配置、简化报头、身份验证、支持新的网络服务（QoS)等，并且增强了移动性和安全性，这使得IPv6成为下一代互联网的核心协议。 3.3 IPv6配置3.3.4 IPv6 DHCP 服务无状态地址自动配置是指主机通过监听路由通告获得全局地址前缀（64位），然后在后边缀上自己的接口地址得到全局IP地址。有状态地址自动配置是由 IPv4下的DHCP 转化而来，IPv6 继承并改进了这种服务，即DHCPv6协议，它向IPv6 主机提供有状态的地址配置或无状态的配置设置。 3.3 IPv6配置3.4 IPv6 与物联网物联网的架构可以简单地划分为3个层次： 感知层、网络层和应用层，分别为物联网提供了一些重要的特性，即全面感知、可靠传送、智能处理。 3.3 IPv6配置3.4 I