CCNP20-IPv6

一、为什么要使用IPv6

IPv4的不足：

1，地址空间不足
2，头部过于复杂
3，头部安全性较低
4，不能作为标识符和定位符，即没有全球唯一性和永久性（大量使用私有地址）
标识符：我的ip就可以标识我的位置
定位符：别人知道我的ip，就可以知道我的位置

改进IPv4缺点：

1，大量使用私有地址，进行NAT转换
NAT并不好，因为要消耗大量的设备资源
2，DHCP
地址复用，回收的地址可以在重新分配给其他设备
3，VLSM、CIDR
VLSM，合理进行子网划分，充分利用IP地址
CIDR，汇总路由减小路由条目数量，加快查找速度，从而提高ipv4转发数据的效率

IPv6的优点

IPv4报文格式

IPv6报文格式

Version：0110，代表ipv6
Traffic class：流量类别。该字段及其功能类似于IPv4的业务类型字段。该字段以区分业务编码点（DSCP）标记一个IPv6数据包，以此指明数据包应当如何处理。
Flow Lable：流标签。该字段用来标记IP数据包的一个流，当前的标准中没有定义如何管理和处理流标签的细节。
Payload length：该字段表示有效载荷的长度，有效载荷是指紧跟IPv6基本报头的数据包，包含IPv6扩展报头。ipv4中的负载大小，需要用总大小减去ipv4头部大小，是因为ipv4头部大小不固定，而ipv6头部大小固定，因此在ipv6中，只需要标明负载大小即可。
Next header：下一报头，该字段指明了跟随在IPv6基本报头后的扩展报头的信息类型。描述了上一层协议的类型
Hop limit：跳数限制，该字段定义了IPv6数据包所能经过的最大跳数，这个字段和IPv4中的TTL字段非常相似。
Source Address：源地址
Destination Address：目标地址
Extension Headers：扩展报头。IPv6取消了IPv4报头中的选项字段，并引入了多种扩展报文头，在提高处理效率的同时还增强了IPv6的灵活性，为IP协议提供了良好的扩展能力。
优点：
1，ipv4只有32位，地址空间已经分配完，ipv6有128位，地址空间巨大
2，头部简单
3，支持可移动性和安全性
4，ipv6穿越问题，可兼容ipv4和ipv6

二、IPv6地址书写

IPV6使用128 bit构成，使用十六进制书写（32个十六进制数），分为八组，每组四个
2001:0:101:1100:0:0:0:1011
2001:0:101:1100::1011
2001::101:1100:0:0:0:1011
书写方式：
1.首选格式
即写成32个16进制，写全。
2.压缩格式
若某组以0开始，则该可以省略，例如某组为0200，可以省略为 200
整组为0可以省略为0，例如某组为0000，可以省略为0
若某组全为0或连续多个组都为0可以省略为::，例如2001:11:0:23ab::1111，::仅能使用一 次
3.IPV6兼容性地址
主要在IPV4向IPV6过渡时使用的技术，自动tunnel使用地址
将IPV4地址映射至IPV6地址（该IPV4地址为公有地址）
后续讲到

三、IPv6地址分类

IPV6单播地址

1，AGUA，全球可聚合单播地址
2000::/3地址进行分类
最小地址：2000:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000
最大地址：3FFF:FFFF:FFFF:FFFF:FFFF:FFFF:FFFF:FFFF
2001::/16 商用internet地址
2002::/16 IPV6兼容性地址
3FFF::/16 非商用internet地址 教育网
2， link-local 地址，链路本地地址
FE80::/10地址范围，但前64位为网络位（只有10位固定，剩下的54位全为0），后64位为主机位；
Link-local地址后64位使用eui-64产生主机位
例如本地链路地址为：fe80::c801:6ff:fe20:8，网卡MAC地址为：ca01:0620:0008
我们来看是如何产生的
1.将接口MAC地址中间拆开
ca01:06 20:0008
2.将FF-FE插入
ca01:06ff:fe20:0008
3.将第七bit反转
1100 1010
1100 1000
变成c801:06ff:fe20:0008
4.加上fe80
变成fe80::c801:6ff:fe20:8
注意：在非以太网接口上(串行链路)不存在MAC地址，使用本设备上接口最小 MAC地址进行EUI-64转换
3.FEC0::/10 , 私有IPv6地址，该地址段已被收回
4.环回地址 ::1/128 ，本地环回地址，相当于IPV4中的127.0.0.1
5.无效地址 ::

IPV6组播地址

FF00::/8

站点本地地址

FF02::1:FFF4:0,在局域网中类似于广播地址
FF02::1:FFxx:xxxx,一般用于发送本地信令帧时使用，例如ARP

IPV6任意播地址

等于IPV6 单播地址
任播地址是IPv6协议特有的地址类型，适合于一对一组中的一个(One to One of Many)的通信需求

四、ICMPv6协议

中文名：互联网消息控制协议
Type：类型字段，范围0-255
其中0-127为ICMPv6中的错误报文，128-255为信令报文

1、路径MTU协商

从源到目标感知整条路径上的最小MTU，从源到目标使用整条路径上的最小MTU发送数据，避免路径中的MTU不一致从而导致的数据多次切割造成的效率低

2、NDP：邻居发现协议

代替ARP功能，使用类型135（NS，邻居发现）和类型136（NA，邻居通告）学习对方的MAC地址，主动触发，不会丢包，arp报文为被动触发，所以ping的第一个包会丢
类型135： 组播发送
源IP：本机IP
目标IP：目标IP地址的被请求源组播地址，固定ff02::1:ff+目标IP地址后24位，例如目标IP地址2001::2，则目标IP地址的被请求源组播地址为ff02::1:ff00:2
源MAC：本机MAC
目的MAC：被请求源组播MAC地址，固定33:33+目标IP地址的被请求源组播地址后32位，即33:33:ff:00:00:02
内容：被请求的IP地址+本机MAC地址
类型136： 单播发送
源IP：本机IP
目标IP：目标IP
源MAC：本机MAC
目的MAC：目标MAC
内容：本机IP地址+本机MAC地址

3、地址无状态化自动配置

使用类型133（RS，路由发现）和类型134（RA，路由通告）进行网络前缀通告（由RA携带，周期200s，超时1800s），得到网络前缀后，使用网络前缀+eui64生成一个IPv6地址
类型133： 组播发送
源IP：链路本地地址
目标IP：ff02::2，所有路由器接收，和ipv4中的224.0.0.2类似，只有路由器才接收，224.0.0.1所有支持组播的路由器和主机都会接收
源MAC：本机MAC
目的MAC：固定33:33+目标IP地址后32位，即33:33:00:00:00:02
内容：本机MAC地址
类型134： 组播发送
源IP：链路本地地址
目标IP：ff02::1，所有主机和路由器接收
源MAC：本机MAC
目的MAC：固定33:33+目标IP地址后32位，即33:33:00:00:00:01
内容：网络前缀，例如2001::

4、DAD：地址重复检测

使用类型135（NS，邻居发现），请求自己的IP地址对应的MAC地址，代替无故ARP
源IP：::
目标IP：本机IP地址的被请求源组播地址，固定ff02::1:ff+目标IP地址后24位，例如本机IP地址2001::2，则目标IP地址的被请求源组播地址为ff02::1:ff00:2
源MAC：本机MAC
目的MAC：被请求源组播MAC地址，固定33:33+目标IP地址的被请求源组播地址后32位，即33:33:ff:00:00:02
内容：被请求的IP地址+本机MAC地址