1、IPv6 IPv6 基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)20152015年年7 7月月中國(guó)電信廣東公司中國(guó)電信廣東公司綜綜 合合 部部2省省NOCNOC寬帶基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)室寬帶基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)室2目錄引言引言213NDND協(xié)議協(xié)議IPv6IPv6地址及報(bào)文結(jié)構(gòu)地址及報(bào)文結(jié)構(gòu)中國(guó)電信廣東公司中國(guó)電信廣東公司綜綜 合合 部部3省省NOCNOC寬帶基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)室寬帶基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)室3IPv4地址枯竭 隨著網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，IPv4地址面臨嚴(yán)重短缺 到2012年以后將面臨無(wú)IP地址可分的局面中國(guó)電信廣東公司中國(guó)電信廣東公司綜綜 合合 部部4省省NOCNOC寬帶基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)室寬帶基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)室4地址歸屬地址總數(shù)全國(guó)占比電信12183142412183142

2、436.7336.73%聯(lián)通6252134418.85%移動(dòng)3519283210.61%CERNET161873924.88%合計(jì)23573299271.07% 中國(guó)IPv4地址總數(shù)3.32億，占全球第2位l 三大運(yùn)營(yíng)商共占67%l 教育網(wǎng)地址占比約5% 電信地址量是聯(lián)通的2倍，是移動(dòng)的3倍中國(guó)電信廣東公司中國(guó)電信廣東公司綜綜 合合 部部5省省NOCNOC寬帶基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)室寬帶基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)室5IPv4地址地域分配情況 IPv4地址空間地域分配不均是造成IPv4地址緊缺問(wèn)題的主要原因 歷史原因造成 占世界人口5%的美國(guó)占用了60%的IPv4地址空間 亞洲、非洲等地地址空間較緊缺地區(qū)地區(qū)人口人口（億）（億

3、）人口比人口比例例Internet用戶用戶（億）（億）用戶比用戶比例例擁有的擁有的IPv4地址地址全球65.74100%11.14（16.9%）100%100%美國(guó)（北美）3.345.1%2.33（69.7%）20.9%60%+亞洲（太平洋）37.4656.9%4.16（11.1%）37.3%15%+歐洲（中東）10.0315.2%3.33（33.4%）29.8%15%+非洲、拉美14.8922.6%1.29（8.6%）11.5%10%-中國(guó)電信廣東公司中國(guó)電信廣東公司綜綜 合合 部部6省省NOCNOC寬帶基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)室寬帶基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)室6IPv4的其他局限性 地址配置與使用不夠簡(jiǎn)便l 手動(dòng)配置地址復(fù)

4、雜，需要了解網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如地址和網(wǎng)關(guān)等l DHCP技術(shù)部署復(fù)雜，維護(hù)也不方便 IP協(xié)議本身的安全性不足l IPv4協(xié)議本身并沒(méi)有提供安全技術(shù)l IPSec、SSL等安全技術(shù)只是IPv4的補(bǔ)充l 要使用這些安全技術(shù)就需要大規(guī)模的對(duì)IPv4節(jié)點(diǎn)升級(jí) QoS功能難以滿足現(xiàn)實(shí)需求l IPv4協(xié)議在設(shè)計(jì)之初是采用簡(jiǎn)單的盡力而為（Best Effort）的服務(wù)l 新興業(yè)務(wù)的多媒體業(yè)務(wù)，需要在時(shí)延、抖動(dòng)、帶寬、差錯(cuò)率方面提供服務(wù)質(zhì)量保障功能l 現(xiàn)有的IPv4的QoS相關(guān)協(xié)議實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，難以部署和維護(hù)l 加密技術(shù)造成服務(wù)得不到滿足。l IPv4本身的缺陷，使得IPv4節(jié)點(diǎn)難以通過(guò)硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)QoS中國(guó)電信廣東公司中

5、國(guó)電信廣東公司綜綜 合合 部部7省省NOCNOC寬帶基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)室寬帶基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)室7IPv6新特性（1） 巨大的地址空間l 128比特，大約3.41038個(gè)地址！世界上的每個(gè)人都可以擁有5.71028個(gè)IPv6地址！l 無(wú)需再使用NAT，支持端到端的應(yīng)用 數(shù)據(jù)報(bào)文處理效率提高l IPv6使用了新的協(xié)議頭格式，字段減少，報(bào)頭固定 良好的擴(kuò)展性l IPv6的擴(kuò)展報(bào)頭使其更易擴(kuò)展 路由選擇效率提高l 地址分配有嚴(yán)格的等級(jí)l 有嚴(yán)格的路由聚合策略中國(guó)電信廣東公司中國(guó)電信廣東公司綜綜 合合 部部8省省NOCNOC寬帶基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)室寬帶基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)室8 支持自動(dòng)配置與即插即用l 無(wú)狀態(tài)自動(dòng)配置機(jī)制使IPv6的部署和使用

6、更加方便 更好的服務(wù)質(zhì)量l 設(shè)計(jì)之初就考慮QoS支持特性l 報(bào)頭簡(jiǎn)化、路由效率提高 l 流量類型（Traffic Class）字段、流標(biāo)簽（Flow Label）的字段 內(nèi)置的安全機(jī)制l AH、ESP擴(kuò)展報(bào)頭，支持標(biāo)準(zhǔn)IPSec 全新的鄰居發(fā)現(xiàn)協(xié)議l IPv6的基礎(chǔ)和核心 增強(qiáng)對(duì)移動(dòng)IP的支持IPv6新特性（2）中國(guó)電信廣東公司中國(guó)電信廣東公司綜綜 合合 部部9省省NOCNOC寬帶基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)室寬帶基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)室9目錄引言引言213NDND協(xié)議協(xié)議IPv6IPv6地址及報(bào)文結(jié)構(gòu)地址及報(bào)文結(jié)構(gòu)中國(guó)電信廣東公司中國(guó)電信廣東公司綜綜 合合 部部10省省NOCNOC寬帶基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)室寬帶基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)室10IPv6地址

7、表示 IPv4地址：l 32 bit，4個(gè)字節(jié)（Byte）l 點(diǎn)分十進(jìn)制表示： d.d.d.dl 由“網(wǎng)絡(luò)號(hào)主機(jī)號(hào)”組成 IPv6地址：l 128位，16個(gè)字節(jié)l 由“網(wǎng)絡(luò)ID接口ID”組成網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)IDID0010000111011010000000001101001100000000000000000010111100111011接口接口IDID00100001110110100000000011010011000000000000000000101111001110110000001010101010000000001111111111111110001010001001110001011

8、0100000001010101010000000001111111111111110001010001001110001011010IPv6IPv6地址二進(jìn)制表示地址二進(jìn)制表示中國(guó)電信廣東公司中國(guó)電信廣東公司綜綜 合合 部部11省省NOCNOC寬帶基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)室寬帶基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)室11IPv6地址首選格式 冒號(hào)十六進(jìn)制表示法。地址被分成8段，每16位為一段，用“:”分隔。形如：X:X:X:X:X:X:X:X （X代表一個(gè)4位十六進(jìn)制數(shù)）。 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 前導(dǎo)零可以刪除，但是每段至少要有一個(gè)數(shù)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 中國(guó)電信廣東公司中國(guó)電信廣東公司綜綜 合合 部部12省省NOCNOC寬帶基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)室寬帶基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)室12IPv6地址壓縮格式 多個(gè)連續(xù)為0的段可用:表示。如：l 2001:410:0:1:0:0:0:45FF可壓縮表示成2001:410:0:1:45FF 更多例子： 注意，一個(gè)IPv6地址只允許用一次“:”。另外，不能把有效的0壓縮。 以下是錯(cuò)誤的壓縮表示：l :AAAA:1l 3FFE:101

11、0:2A2A:1l FF02:30:0:0:0:0:0:5壓縮成FF02:3:5中國(guó)電信廣東公司中國(guó)電信廣東公司綜綜 合合 部部13省省NOCNOC寬帶基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)室寬帶基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)室13內(nèi)嵌IPv4地址的IPv6地址 一般格式為：x:x:x:x:x:x:d.d.d.d，是在IPv4向IPv6過(guò)渡機(jī)制中特有的地址表示方法，主要包含有兩種：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網(wǎng)絡(luò)上建立自動(dòng)隧道，傳輸IPv6數(shù)據(jù)報(bào)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 僅用于IPv

12、4/IPv6雙棧節(jié)點(diǎn)內(nèi)部使用l 如：0:0:0:0:0:FFFF:192.168.1.2 或者 :FFFF:192.168.1.2中國(guó)電信廣東公司中國(guó)電信廣東公司綜綜 合合 部部14省省NOCNOC寬帶基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)室寬帶基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)室14IPv6地址分類IPv6IPv6地址地址單播單播眾所周知的組播眾所周知的組播FF00:/8FF00:/8被請(qǐng)求節(jié)點(diǎn)組播被請(qǐng)求節(jié)點(diǎn)組播FF02:1:FF00:/104FF02:1:FF00:/104與全球單播與全球單播地址同空間地址同空間鏈路本地鏈路本地FE80:/10FE80:/10全球單播全球單播2000:/32000:/3站點(diǎn)本地站點(diǎn)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組播組播任意播任意播中國(guó)電信廣東公司中國(guó)電信廣東公司綜綜 合合 部部15省省NOCNOC寬帶基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)室寬帶基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)室15可聚合全球單播地址 全球唯一，由IANA統(tǒng)一分配 傳播范圍：整個(gè)Internet 目前前綴：2000:/3（前3位為001） 由三部分組成l global routing Prefix：網(wǎng)絡(luò)前綴，Internet統(tǒng)

14、一管理l Subnet ID：子網(wǎng)或站點(diǎn)，組織內(nèi)部管理 l Interface ID：接口ID，區(qū)分鏈路上的不同接口 前兩部分組成網(wǎng)絡(luò)ID，有嚴(yán)格的路由聚合策略global routing prefixinterface IDn bits128-n-m bitssubnet IDm bits001001中國(guó)電信廣東公司中國(guó)電信廣東公司綜綜 合合 部部16省省NOCNOC寬帶基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)室寬帶基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)室16鏈路本地地址 傳播范圍：受限，在接口所連接的鏈路上 使用前綴 FE80:/10（前10位1111111010） Interface ID：l 使用EUI-64l 也可以手工配置 啟用IPv6的節(jié)點(diǎn)

15、的每個(gè)接口會(huì)自動(dòng)配置一個(gè)本地鏈路地址 IPv6鄰居節(jié)點(diǎn)之間的通信一般使用本地鏈路地址，如l ND（鄰居發(fā)現(xiàn)協(xié)議）l 路由協(xié)議（建立鄰居關(guān)系時(shí)）等interface ID10 bits64 bits54 bits01111111010中國(guó)電信廣東公司中國(guó)電信廣東公司綜綜 合合 部部17省省NOCNOC寬帶基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)室寬帶基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)室17EUI-64接口標(biāo)識(shí) 擴(kuò)展惟一標(biāo)識(shí)符，IEEE定義，64比特 在以太網(wǎng)接口上，由48位以太網(wǎng)鏈路層地址轉(zhuǎn)換而來(lái)中國(guó)電信廣東公司中國(guó)電信廣東公司綜綜 合合 部部18省省NOCNOC寬帶基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)室寬帶基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)室18IPv6報(bào)文封裝層次 IPv6 IPv6基本基本報(bào)頭報(bào)頭

16、IPv6 IPv6擴(kuò)展報(bào)頭擴(kuò)展報(bào)頭 上層協(xié)議上層協(xié)議PDUPDU擴(kuò)展報(bào)頭擴(kuò)展報(bào)頭1 1擴(kuò)展報(bào)頭擴(kuò)展報(bào)頭2 2擴(kuò)展報(bào)頭擴(kuò)展報(bào)頭n npayloadpayloadIPv6 packetIPv6 packet幀幀頭頭幀幀尾尾中國(guó)電信廣東公司中國(guó)電信廣東公司綜綜 合合 部部19省省NOCNOC寬帶基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)室寬帶基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)室19IPv6基本報(bào)頭 報(bào)頭長(zhǎng)度固定，為40字節(jié)l Version：長(zhǎng)度4位，值為6。l Traffic Class：流分類。用于區(qū)分不同級(jí)別的報(bào)文，相當(dāng)于IPv4的TOS字段。l Flow Label：流標(biāo)記。新增字段，20位，標(biāo)識(shí)一系列屬于同一流的信息報(bào)文。l Payload Len

17、gth：凈載荷長(zhǎng)度。指除去報(bào)頭之后的數(shù)據(jù)字段的長(zhǎng)度，以字節(jié)為單位，最大凈載荷長(zhǎng)度為65535字節(jié)。l Next Header：下一個(gè)報(bào)頭。8位，標(biāo)示IPv6報(bào)頭之后的報(bào)頭類型，相當(dāng)于IPv4的協(xié)議號(hào)。l Hop Limit：跳數(shù)限制。報(bào)文經(jīng)過(guò)一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)該字段減1，當(dāng)跳數(shù)限制減至0，則丟棄該信息包，相當(dāng)于IPv4的TTL。VersionVersionTraffic classTraffic classPayload lengthPayload lengthFlow labelFlow labelNext headerNext headerSource AddressSource Address

18、Destination AddressDestination AddressHop limitHop limit32 bit32 bit中國(guó)電信廣東公司中國(guó)電信廣東公司綜綜 合合 部部20省省NOCNOC寬帶基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)室寬帶基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)室20OptionsOptionsIPv4與IPv6報(bào)頭比較 刪減的部分：l 報(bào)頭長(zhǎng)、總長(zhǎng)度、ID、標(biāo)記位、偏移量、報(bào)頭校驗(yàn)和、選項(xiàng)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中國(guó)電信廣東公司中國(guó)電信廣東公司綜綜 合合 部部21省省NOCNOC寬帶基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)室寬帶基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)室21IPv6擴(kuò)展報(bào)頭 跟在IPv6基本報(bào)頭之后的可選報(bào)頭 一個(gè)IPv6報(bào)文可以包括0個(gè)、1個(gè)或多個(gè)擴(kuò)展報(bào)頭 報(bào)頭由Next header字段組成，呈鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu) 擴(kuò)展報(bào)頭按其出現(xiàn)的順序被處理Next headerNext header擴(kuò)展報(bào)頭擴(kuò)展報(bào)頭1 1Next headerNext header擴(kuò)展報(bào)頭擴(kuò)展報(bào)頭2 2Next headerNext header有效載荷有效載荷中國(guó)電信廣東公司中國(guó)電信廣東公司綜綜 合合 部部22

21、省省NOCNOC寬帶基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)室寬帶基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)室22目錄引言引言213NDND協(xié)議協(xié)議IPv6IPv6地址及報(bào)文結(jié)構(gòu)地址及報(bào)文結(jié)構(gòu)中國(guó)電信廣東公司中國(guó)電信廣東公司綜綜 合合 部部23省省NOCNOC寬帶基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)室寬帶基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)室23Page 23ND協(xié)議 ND協(xié)議是IPv6的基礎(chǔ)協(xié)議，ND協(xié)議共有五種ICMPv6報(bào)文，完成缺省路由發(fā)現(xiàn)，無(wú)狀態(tài)地址分配，鏈路層地址解析，可達(dá)性檢測(cè)、DAD(Duplicate Address Detection)檢測(cè)和路由重定向的功能。lRouter SolicitationlRouter AdvertisementlNeighbor SolicitationlNeig

22、hbor AdvertisementlRedirect中國(guó)電信廣東公司中國(guó)電信廣東公司綜綜 合合 部部24省省NOCNOC寬帶基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)室寬帶基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)室24缺省路由發(fā)現(xiàn) IPv6協(xié)議使用ND協(xié)議的RSRA交互完成缺省路由發(fā)現(xiàn)，RA報(bào)文的源IPv6地址就是IPv6的網(wǎng)關(guān)地址，該地址必須是link-local類型的地址，如紅色所示，Router A的接口link-local地址是HOST A的網(wǎng)關(guān)地址。中國(guó)電信廣東公司中國(guó)電信廣東公司綜綜 合合 部部25省省NOCNOC寬帶基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)室寬帶基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)室25無(wú)狀態(tài)地址分配 IPv6有兩種地址分配方式，一種是無(wú)狀態(tài)地址分配，使用ND協(xié)議的RSRA交互完成；一

23、種是有狀態(tài)地址分配，使用DHCPv6協(xié)議完成。 RA報(bào)文中有兩個(gè)標(biāo)志位：l M標(biāo)記，值為0時(shí)，表示RA中攜帶的Prefix Information Option可以用于完成無(wú)狀態(tài)地址分配，協(xié)議規(guī)定此最大長(zhǎng)度為64位掩碼的前綴+固定64位的接口ID就是128位地址；值為1時(shí)，表示需要使用DHCPv6協(xié)議獲取IPv6地址。l O標(biāo)記，值為0時(shí)，標(biāo)志RA中攜帶的配置信息選項(xiàng)(如RDNSS (Recursive DNS Server) option)可以使用；值為1，表示需要使用DHCPv6 Information-RequestReply交互獲取DNS配置信息。 M標(biāo)記為0時(shí)，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）組成IPv6全球單播地址。中國(guó)電信廣東公司中國(guó)電信廣東公司綜綜 合合 部部26省省NOCNOC寬帶基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)室寬帶基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)室26鏈路層地址解析 IPv4使用ARP協(xié)議完成鏈路層地址解析。 IPv6使用ND協(xié)議的NSNA報(bào)文交互完成鏈路層地址解析中國(guó)電信廣東公司中國(guó)電信廣東公司綜綜 合合 部部27省省NOCNOC寬帶基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)室寬帶基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)室27可達(dá)性探測(cè) ND協(xié)議用NS和NA報(bào)文來(lái)驗(yàn)證鄰居節(jié)點(diǎn)的可達(dá)性。節(jié)點(diǎn)在確定鄰居的鏈路層地址后，跟蹤?quán)従泳彺姹淼臓顟B(tài)，定時(shí)發(fā)送NS報(bào)文，如果鄰居在規(guī)定的可達(dá)時(shí)間內(nèi)（缺省值為30秒）不能接收或者發(fā)送返回的報(bào)文，則刪除此鄰居緩存表項(xiàng)。 與用于鏈路層地址解析的NS相比，用于可達(dá)性探測(cè)的NS報(bào)文的目的地址是單播地址（探測(cè)該地址的可達(dá)性）。用于鏈路層地址解析的NS報(bào)文的目的地址是組播地址。中國(guó)電信廣東公司中國(guó)電信廣東公司綜綜 合合