IPv6 基础知识简介PPT学习课件

1、,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,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 IPv6 Path MTU 无状态的地址分配 有状态的地址分配：DHCPV6 用户接入认证：PPPoEv6 DNS6,1、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（The Internet Assigned

2、Numbers Authority，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（Regional Internet Registries，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.txt CIDR, 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。,根本原因：IPv4地址的短缺,1、IPv6的产生背景,IPv6的技术特点,128位的地

3、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,IPv6 产生的背景 IPv6 地址 IPv6 报文结构 ICMPv6 协议 IPv6 邻居发现协议 IPv6 Path MTU 无状态的地址分配 有状态的地址分配：DHCPV6 用户接入认证：PPPoEv6 DNS6,2、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)2001:0410:0000:00

4、01:0000:0000:0000:45FF 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/64 2001:410:0:1:0:0:0:45FF/64 2001:410:0:1:45FF/64,2、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

5、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（Multicast Address） 任播地址（Anycast Address）,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

6、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,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ID 48比特的MAC地址(前24位是Organizationally Unique Identifiers (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

7、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,) RFC 4291: IP Version 6 Addressing Architecture. (Obsoletes RFC3513) (Updated by RFC5952, RFC6052) (Status: DRAFT STANDARD),Hardware address is 00e0-fa17-8100 Quidway-GigabitEthernet1/0/0disp ipv6 inter GigabitEthernet

8、 1/0/0 GigabitEthernet1/0/0 current state : UP IPv6 protocol current state : UP IPv6 is enabled, link-local address is FE80:2E0:FAFF:FE17:8100 No global unicast address configured Joined group address(es): FF02:1:FF17:8100 FF02:2 FF02:1 MTU is 1500 bytes,2、IPv6 地址IPv6接口ID的生成方式,2、IPv6 地址IPv6接口ID的生成方式

9、,设备随机生成（设备接口索引、时间等生成） 手工配置,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 Group ID：组

10、播组ID,2、IPv6 地址IPv6组播地址,预定义的All Nodes Addresses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All Routers Addresses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

11、地址检测（DAD）用于目的地址： FF02:0:0:0:0:1:FFXX:XXXX XX:XXXX取单播/任播地址的接口ID的后24Bits,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 anycas

12、t关键字，以此区别单播和任播,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,2、IPv6 地址地址配置,检查地址配置结果,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 IPv6 Path MTU 无状态的地址分配 有状态的地址分配：DHCPV6 用户接入认证：PPPoEv6 DNS6,3、IPv6 报文结构基本报文头,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(

13、AH ) 封装安全性净荷( ESP )头,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Next Header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。,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 IPv6 Path MTU 无状态的地址分配 有状态的地址分配：DHCPV6 用户接入认证：PPPoEv6 DNS6,4、ICMPv

14、6 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Next Header值为58 ICMPv6的RFC编号2463,4、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,4、ICMPv6 协议报

15、文类型,ICMPv6 错误消息（RFC 2463） Type 1 目的地不可达 Type 2 数据包过大 Type 3 超时（包括Hop Limit超时，和分片重组超时） Type 4 参数问题 ICMPv6通告消息 （RFC 2463） Type 128 Echo Request Type 129 Echo Reply,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 13

16、1 多播听众报告 132 多播听众退出 143 多播听众报告v2,4、ICMPv6 协议ICMPv6与ICMPv4 报文类型对比,ICMPv6 ICMPv4,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：ND IPv6 Path MTU 无状态的地址分配 有状态的地址分配：DHCPV6 用户接入认证：PPPoEv6 DNS6,5、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

17、重定向,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,ICMP Type = 135 Src = A Dst = solicited-node multicast of B Data = link-layer address of A Query = What is your link address?,我要找B去喝茶，它在哪个角落混？,我在这，赶紧请我吃饭！,NA,ICMP Type = 136 Src = B Dst = A Data = link-layer address of B

18、,5、IPv6 ND-确定邻居的链路层地址,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,X Duplicated!,5、IPv6 邻居发现协议-重复地址检测,如果发生地址冲突，将会收到从冲突地址发来的RA报文，,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,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-loc

19、al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,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.,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undo ipv6 nd ra halt）,ICMP Type = 134 Src = router link-

20、local address Dst = all-nodes multicast address (FF02:1) Data = Router lifetime, Cur hop limit, Autoconfig flag, 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,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,ICMP Type = 133 Src = self interface address Dst

21、= all-router multicast address (FF02:2),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,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,ICMP Type = 137 Src = R1 Dst = A Tgt Adr = R2s link-local address,IPv6 ND 配置(1),配置静态邻居,配置ND的跳数限制,IPv6 ND 配置(2),配置ND的

22、参数,设置自动配置的标志位,IPv6 ND 配置(3),配置RA消息的相关参数,IPv6 ND 配置(4),检查配置结果,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 IPv6 Path MTU 无状态的地址分配 有状态的地址分配：DHCPV6 用户接入认证：PPPoEv6 DNS6,6、IPv6 Path MTUPMTU发现过程,PMTU的实现过程,Packet Size=1500,OK,放行,超重,回去减肥,Too Big MTU=1400,Packet Size=1400,OK,放行,此时的 PathMTU=1400,小结：

23、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,6、IPv6 Path MTUPMTU发现过程,PMTU的实现过程,6、IPv6 Path MTU 配置,静态PMTU表项配置,查看 PMTU 表项,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 IPv6 Path MTU 无状态的地址分配 有状态的地址分配：DHCPV6 用户接入认证：PPPoEv6 DNS6,7、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R

24、A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Prefix Information Option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Prefix Information Option中的IPv6 Prefix和自己的接口ID组成IPv6全球单播地址,Page52,Page 52,7、无状态地址分配过程,Page53,1. 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

25、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（global address DAD）,RA报文可以是对RS的响应，也可以由路由器定期发送,Page 53,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 IPv6 Path MTU 无状态的地址分配 有状态的地址分配：DHCPV6 用户接入认证：PPPoEv6

26、 DNS6,8、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,Page55,Msg-type报文类型： 地址申请：SOLICIT ADVERTISE REQUEST REPLY 地址续租：RENEW REBIND 地址冲突：DECLINE 地址释放： RELEASE 地址确认：CONFIRM 信息获取：INFORMATION-REQUEST,DHCPv6 Client/Server间报文交互格式,Page 55,8、DHCPv6消息,Solicit：由Client发组播报文查找可用的Server Advertise：Server响应Clie

27、nt，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

28、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,Page56,Page 56,8、DHCPv6的重要Option,Option-code,Option-len,Option data,Option采用TLV格式,Option-code包括： 1.Client DUID 2.Server DUID 3.Rapid Commit ：用于地址 的快速配置 4.IA_NA 5.IA_TA 6.IA_PD 7.Preferrence

29、 ,8、DHCPv6地址分配的几个基本概念,有效时间（Valid Lifetime）：地址/前缀的生命周期 首选时间(Preferred Lifetime)：指导续租的时间 T1：Renew时间，默认是Preferred Lifetime的0.5 T2：Rebind时间，默认是Preferred Lifetime的0.8 IA(Identity association)：地址集合，包括IANA，IATA，IAPD DUID(DHCP Unique ID）： 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,hardware type

30、,time,Link-Layer address,type:3,hardware type,Link-Layer address,type:2,Eneterprise-,Identifier,-number,1) DUID-LLT,3) DUID-LL,2) DUID-EN,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Client DUID、IA_NA、Rapid Commit等选项 Server检查合法后，则回应Advertise报文，报文中带有Server DUID、Client

31、DUID、IA_NA、IA address、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,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Client DUID、IA_NA、Rapid Commit等选项， Server检查合法后，直接回应Reply报文，报文中带有Server DUID、Client DUID、IA_NA、IA address、preference等选项

32、 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Rapid Commit选项，实现与Server间的Solicit Reply两次地址申请交互,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valid lifetime后就不能再使用该IP地址

33、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,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,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,8、DHCPv6交互

34、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,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Option Request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,目

35、 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 IPv6 Path MTU 无状态的地址分配 有状态的地址分配：DHCPV6 用户接入认证：PPPoEv6 DNS6,9、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，DNS server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,Page67,Page 67,9

36、、IPv6CP：Interface ID Configuration Option,Page68,Type = 1 Length = 10 Interface-ID：与FE80:一起组成link-local地址。,Page 68,9、IPv6CP：IPv6-Compression-Protocol,Page69,Type = 2 Length = 4 不支持协商IPv6压缩协议。,Page 69,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 IPv6 Path MTU 无状态的地址分配 有状态的地址分配：DHCPV6 用户接入认证

37、：PPPoEv6 DNS6,10、DNS简介,DNS：域名系统Domain Name System 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DNS V4 版本上进行的扩展,以支持IPv6 地址,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。,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

38、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,10、DNS解析过程,DNS 配置(1),配置静态DNS表项,配置动态DNS服务,DNS 配置(2),检查配置结果,DNS 配置(3),附录：相关的IETF RFC列表,RFC1881：IPv6 Address Allocation Management RFC1883：Internet Protocol, Version 6 (IPv6) Specification RFC1887：An Architecture for IPv6 Unicast Address Allocation RFC1888：OSI NSAPs and IPv6 RFC1924：A Compact Representation of IPv6 Addresses RFC2375：IPv6 Multicast Address Assignments RFC2450：Proposed TLA and NL