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IPv6基础（HCIA）_ipv6帧结构
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学习目标：
1、IPv6的产生
2、IPv6和IPv4对比以及包文格式
3、IPv6地址格式以及地址分类
4、IPv6动态地址配置以及实验
一、IPv6的产生
IPv6产生的背景：
2011年IPv4地址耗尽，解决地址不够用问题，IPv6取代IPv4是一个必然的趋势。
2011年2月3日，RIR（区域互联网注册机构）分给了全球最后五个区域。
IPv4和IPv6的区别：
IPv4没有安全性，需要借助IPsec来保障IPv4的安全。
IPv6：
即插即用：IPv6不需要DHCP也能实现即插即用（IPv6有自己分配地址的能力）。
安全特性：IPv4在公网之间通过Ipsec vpn是安全的，企业网内网是明文的，而IPv6自身可以实现端到端的安全。
IPv6优势：
二、IPv6和IPv4对比以及包文格式
IPv6包头格式：
IPv6砍掉的IPv4包头内容：
| 包头长度
| IPv4：IPv4包头长度是变长的，基本包头20字节，40字节的option（可变），导致IPv4包头长度不固定，需要这个字段标识。 |
| 分片、重组
| IPv4：因为有分片需求需要带着。 |
| 校验和
| IPv4：每次收到报文会进行包头的校验，影响设备性能。 |
| 扩展包头
| IPv4：分片什么的都是通过扩展包头实现。 |
IPv6包头：
| 版本信息：
| ip版本信息 |
| 流分类：（IPv4的ToS字段）
| 实现IPv6的Qos |
| 流标签：
| 负载分担基于流（现在路由器），相同流走相同出口发出去，五元组源目IP、源目端口、协议号确定一股流。 |
| 载荷长度：
| 40字节 |
| 下一字节头部：
| 描述上层协议类型，和IPv4标识上层使用协议的协议号一样 |
| 跳数限制：
| 类似于TTL值 |
| 源目IPv6地址：
| 源目IPv6地址 |
IPv6扩展报头：
基本包头的下一包头字段（描述下一扩展包头）为0代表有扩展包头，如果逐条选项包头还有下一个包头字段代表还有扩展包头。
扩展包头可以有多个，每个包头都会通过链式结构来表示。
基本包头是每台路由器都要处理的，而扩展包头会根据每台路由器的能力进行处理。
中间路由器一般处理基本包头和逐跳包头。
像认证包头这类只会在终点路由器进行处理。
IPv6六种扩展包头：按顺序出现
1、逐跳选项包头：用来在传输路径上每跳转发指定发送的参数，传输路径上的每台中间节点毒药读取并处理该字段。
2、目的选项包头：携带只有目的节点会处理的信息。
3、路由包头：IPv6中是强制数据包经过特定的设备（IPv4中是）。
4、分段包头：超过路径MTU需要对报文进行分段发送。
5、认证包头AH：由IPsec使用，提供认证、数据完整性以及重放保护。
6、封装安全净载包头（ESP）：由IPsec使用，提供认证、完整性、重放保护和IPv6数据包加密。
三、IPv6地址格式以及地址分类
IPv6地址格式：
二进制长度有128bit，一般用冒号分隔，每一段16bit，每一段用十六进制表示。
4个2进制转换一个16进制，1111 = F，
16进制的417A转二进制就是，4 = 0100，1 = 0001,7 = 0111，A = 1010
IPv6不区分大小写
IPv4两种表示方法：
1、前缀表示法：1.1.1.0/27
2、掩码表示法：1.1.1.0 255.255.255.254
IPv6只要一种前缀表示法：2001：：1/64
IPv6缩写规范：
每一段前导的0可以省略，拖尾的不能省略（还原补0只会在前面补0）。
多段连续0可以用“：：”表示（只能有一次“：：”）。
IPv6地址分类：没有广播
1、单播：001打头就是公网的单播地址。
2、组播
3、任播（来自于单播）
本地唯一地址：IPv6的私网地址，有的网络没有上公网的需求，IPv6也支持NAT，如果哪天这些私网地址要访问公网也是可以做到全球唯一的。
链路本地地址：FE80::/10，1111 1110 10 00 0000，前10位不会改变，FE80-FEBF/16都叫链路本地地址。
特殊地址：全0，“：：”未知地址，“：：1”环回地址。
任播：是IPv6的一个功能，全球单播地址、唯一本地地址、链路本地地址都可以用于任播。
IPv6单播地址结构：
1、网络前缀：n bit，相当于IPv4地址中的网络ID。
2、接口标识：（128-n）bit，相当于IPv4地址中的主机ID。
前缀要求64bit是一个建议值，并不是绝对。
RIR负责洲的地址分配 2000：：/3
ISP负责给企业个人地址分配
2000:0001::/32 ISP前缀
2000:0001:0000::/48 站点前缀（企业、组织、个人、家庭）
2001:0001:0000:0000：：/64 子网前缀
接口标识三种方式：
1、手工配置
2、系统自动生成
3、通过IEEE EUI-64规范生成，设备厂家基本都是EUI-64，接口的MAC地址变二进制从左第7bit取反（两种，第一种是1不变，0取反，第二种是取反），然后中间插入FFFE（1111 1111 1111 1110），MAC地址48位，插入16位的FFFE，最后64位。
像PPP链路不是以太网接口没有MAC地址，非以太网接口借用该设备的第一个以太网接口的MAC地址，如果设备没有以太网接口，会用产品的SD系统自动生成后64bit（未来肯定是以太网的天下）。
华为EUI-64需要前缀长度不能大于64才能配置（考虑到地址不能冲突00）。
| 思科的可以大于64（冲突了自己负责） |
|
网络前缀是不需要管理员分配。
GUA全球单播地址：
任何人都能拿到48bit不同的前缀，有2的20次方个不同前缀。
唯一本地地址用不用NAT都行，不用NAT到公网也能保证唯一性（冲突概率很低，如果运营商过滤了FC00::/7就不能访问公网了）。
LLA链路本地地址：是一种应用范围受限地址，LLA的有效范围是本地链路，不能实现路由，是一种链路接口实现通信的地址（无状态自动地址配置功能等等使用链路本地地址），接口启用IPv6接口会自动产生链路本地地址（通过EUI方式）。
只要开头是FE80就是链路本地地址：
链路本地地址可以手动配置，必须要遵循前64是前缀，后64位自己配置。
[Huawei-GigabitEthernet0/0/0]ipv6 address fe80:2457:3697:1120:: link-local
IPv6想在链路上完成某些功能，可以做到不依赖其它协议，利用链路本地地址，来对链路做各种功能（IPv6独立性更强）。
ping链路本地地址一定要加-i参数：
IPv4不能解析MAC地址，需要借助ARP协议，IPv4自己没有动态地址分配协议，需要依赖DHCPv4。
IPv4可以利用链路本地地址做地址解析和动态地址分配。
IPv6组播地址：用于一对多的通信场景。
| 前8bit全FF固定的 |
|
| 4bit的Flags代表是永久或者临时组播地址（永久就是分配给某种组播服务或应用，像ipv4中224.0.0.5永久分配给了ospf，临时组播地址像239.1.1.1分给商业应用地址不再使用会回收）
|
|
| Scope的4bit是用来标识组播组地址提供的范围（全球、公司、分支机构等网络范围提出定义）
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| 80bit做一个保留 |
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| 32bit做Group ID：组播组ID，范围是2的32次方 |
|
IPv6的被请求节点组播地址：只要接口有单播或任播地址就会生成一个被请求节点组播地址，并且加入这个组播组，这个地址主要用于邻居发现机制和地址重复检测功能，被请求节点组播地址的有效范围是本地链路范围。
被请求节点组播地址的形成就是把单播或任播地址接口标识的后24bit拷贝过来，前边104bit固定。
被请求节点组播地址冲突了也不会影响正常工作。
单播对应请求节点组播地址：多个单播地址对应一个请求节点组播地址是可以的
链路本地地址
FF02：：1（永久组播地址）代表这条链路上的所有组播地址
FF02：：2代表这个链路上的路由器接口：
在IPv6中，路由器会加入哪些组？FF02：：2和FF02：：1路由器所有接口都会加入。
被请求节点组播地址可能会冲突，只要保证，链路上每个地址的后24位不一致，可以有效避免地址冲突（概率很低）。
IPv6的任播地址：
在web应用中，基于http应用使用很多，用一个域名解析一个地址（存在应用扩展性问题），全球都解析一个服务器，服务器无法承受访问量。
在IPv4中解决方法是：在不同运营商机房部署相同网站，域名都一样，映射的公网IP不一样，用户访问相同的域名，使用不同的服务器。
在IPv6中解决方法是：任意网络位置部署相同的服务器，使用相同的IPv6地址，一个域名一个地址（最早解决web存在的问题），访问服务器选择就近的服务器提供服务。
我访问需要访问的内容通过单播去，别人访问我可以使用我的任播地址。
在IPv6中一个接口可以允许多个功能相同的IPv6地址，都可以独立使用。
目前IPv6只是一个代替地址的协议，没有什么热门的IPv6应用，直到地址耗尽，IPv6才慢慢开始发展。
主机和路由器的IPv6地址：
主机
FF01：：1接口本地（内部使用，类似loopback）
FF02：：1链路本地（链路上所有接口、请求节点组播地址）
路由器：
|
的子集——> |
|
监听FF01：：1组是因为自己是链路上的一份子。
监听FF02：：1组是因为和主机做一个区分。
IPv6单播地址业务流程：
地址解析过程地址配置、DAD、地址解析这三个阶段，接口才能发送数据。
NDP（邻居发现协议，属于ICMPv6的子协议）完成DAD（地址冲突检测）和地址解析。
唯一单播地址可以实现路由，也支持全球单播地址的三种配置方式。
DAD类似IPv4中的免费ARP（IPv4中接口获得IP地址或者接口地址发生变更都会发生免费ARP去进行冲突检测，IPv6通过NDP实现地址冲突检测）。
NDP协议，三种功能：
1、无状态地址自动配置：由网络中的广播域，去通告前缀信息，接口获得前缀信息，自动生成地址，由NDP的133、134做。
2、DAD：地址冲突检测，用NDP的135、136来做。
3、地址解析：用NDP报文的135、136做。
四、IPv6动态地址配置以及实验
IPv6动态地址配置：
1、无状态地址配置：IPv6原生功能，华为中默认关闭的，原理是路由器会在接口上周期性发送，这个接口所配置的前缀信息（有多少个前缀就会通过NDP协议的RA报文发送到链路），PC通过RA报文获得链路上所有前缀信息，然后通过EUI-64规范生成自己的接口IP，从而实现即插即用。
| 路由器开启无状态地址配置：只能获得地址和网关，DNS需要找DHCPv6 |
华为200秒内发，用自己的链路本地地址，RA报文携带自己所有的前缀地址
主机为了更快获得地址，主机（开启无状态自动地址配置）会发RS报文请求，路由器收到会立即发RA
只有告诉64位的前缀，才会生成无状态的全球单播地址（实验中这样，未来物联网都可以通过这样方式获取地址）
|
IPv6有状态地址配置：DHCPv6
有状态和无状态可以结合使用。
DAD冲突检测：
进行DAD的NS时候，源IP是全0，源MAC是组播映射的MAC，即将使用的IP地址做一个MAC地址解析。
地址解析：
知道单播地址就知道请求节点组播地址是多少，使用组播发送（组播的好处就是收到组播报文，查看是否我监听的组播组地址，是就处理，不是就丢弃）。
IPv6的配置：
2、链路本地地址配置可选，可手动，不手动自动会生成。
华为设备要先配IP接口才能up起来。
物理层连线是up，因为没配置IP协议层为down。
未来想接口用链路本地地址通信，不想配置全局单播，就敲自动生成链路本地地址
IPv6的静态地址下一跳建议写链路本地地址（两端IP不是同一网络，IPv6中一条链路可以有多个网段）
全局单播地址的改动，不影响链路本地地址的通信
小型网络实验：
