一、概念

（1）IPV6与IPV4相比的优点：
1.地址容量大
2.层次结构设计更合理，方便路由汇聚
3.即插即用（SLAAC）
4.报头经过了简化，提高了转发效率
5.更安全（IPSEC）
6.更好的移动性
7.QOS增强
（2）IPV6和IPV4的兼容技术
1.双栈技术：两种协议同时生效，对设备的硬件资源有要求
2.隧道技术：两种协议相互嵌套
3.转换技术：通过NAT进行两种协议的转换

1）基本报头

（1）包含了转发所需的基本信息
（2）与IPV4的报头对比
1.增加了流标签，增加QOS效率
2.用HOP LIMIT替代了TTL
3.取消了三层的checksun功能，校验有二层和四层实现
4.取消了中间节点的分片功能，分片在源头实现（Path MTU机制）
5.基本报头长度固定为40byte，提高转发效率。IPV4的报头长度为20-60byte
6.取消了options，改为next header指针
（3）next header可以装入的内容：
1.当需要使用扩展报头时，next header可以装入6种扩展报文的类型
2.当不需要使用扩展报头时，next header装入的是上层协议的类型

2）扩展报头

（1）意义：IPV4通过OPTION选项来实现扩展功能，沿路的所有路由器收到带IPTION字段的报文都要进行解释处理。IPV6采用的扩展报头机制，指定的路由器才会处理对应的扩展报头，提高了转发效率
（2）IPV4的option长度受40byte限制，IPV6的扩展报头不受限。扩展报头的长度总是8byte的倍数，为了提高处理效率。
（3）6种扩展报文类型
1.逐跳选项报头：每一跳路由器都要处理该报文
2.目的选项报头：指定路由器处理该报文
3.路由报头：指定到达目的地的路径的节点信息
4.分段报头：报文分段信息，只有目的地需要处理
5.认证报头：ipsec功能，只有目的地需要处理
6.安全报头：ipsec功能，只有目的地需要处理
（4）扩展报头的顺序是固定的，不用的报头可以不出现，但是顺序不能乱

3）IPV6地址分类

（1）由网络前缀+接口标识组成，共128位，分成8段，每段16位。

（2）根据网络前缀，可以分成以下几类地址

1.单播地址：单播地址又细分为三类：

1）全球单薄地址（GUA）:2000::/3。
常用2001::/64
2）唯一单播地址（ULA）:FD00::/8。
3）本地链路单薄地址（LLA）:FE80::/10。

2.组播地址：分成两类

1）普通组播地址：FF00::/8。
常用FF01::1/64、FF02::1/64、FF01::2/64、FF02::2/64
2）被请求节点组播地址：FF00::1:FF(104位的固定前缀）+被请求节点的后24位

3.任播地址：

任播地址是特殊的单薄地址，使用的网络前缀和单薄地址一致

4.未指定地址：::/128。

1）等同于IPV4的0.0.0.0/32。
2）用于重复地址检测、DHCPV6初始化

5.环回地址：::1/128。

1）等同于IPV4的127.0.0.1/32

（3）接口标识

1.手动配置
2.本地操作系统随机生成（windows系统）
3.EUI-64生成（最常用）：本机接口的48位mac地址的第七位取反，中间插入FFFE，组成64的接口表示
4.DHCPV6服务器随机生成（有状态获取IPV6地址的情况）

4）单播地址

（1）全球单播地址

1.全球唯一，相当于IPV4的公网地址
2.（001+45位全局路由+16位子网号）组成的网络前缀。
3.常用2001::/64

（2）唯一单播地址

1.局域网内唯一，等同于IPV4的私网地址
2.（FD+40位的伪全局路由+16位子网号）组成的网络前缀。
3.不同的网段可以通过路由器转发，但是不能访问IPV6公网

（3）本地链路单播地址

1.等同于IPV4中的169网段地址
2.（FE8+54位0）组成的网络前缀。FE80::/10
3.不允许经过三层转发，只能同一网段内通信。
4.一般用于IPV6的邻居发现源地址、SLAAC中路由器的源地址

5）组播地址

（1）普通组播地址

1.（FF+4位FLAG+4为SCOPE+80位0+32位组ID）组成完整的组播地址，因为不需要区分网段，所以没有掩码

2.FLAG:0001代表临时地址；0000代表永久地址

3.SCOPE：组播的范围
1代表的范围为loopback接口的组播
2代表范围为本地链路的组播

4.自动获取的IPV6地址里默认带的组播地址有：
FF01:1（环回节点的组播）
FF02:1（本地链路所有节点的组播）
FF01:2（分配给环回节点的路由器组播地址）
FF02:2（分配给本地链路的路由器组播地址）

（2）被请求节点组播地址

1.(FF02::1:FF)104位的固定前缀+被请求节点的IPV6地址的后24位
2.被请求节点的IPV6地址的后24位，可以为单薄或者任播地址
3.一般用于作为邻居发现时的目标地址，DAD检测时的目标地址

（3）组播用MAC地址

1.当要进行组播的时候，跟IPV4一样，需要用到特定的MAC地址
2.（33:33+组播地址的后32位）组成组播MAC地址
3.当组播IP为普通组播地址时，后32位位组ID
4.当组播IP为被请求节点组播地址时，后32位为（FF+被请求节点地址的后24位）

6）任播地址

1.任播地址就是特殊的单播地址，地址格式与单播地址一致
2.不同的点在于，单薄地址代表的是单个接口，任播地址可以捆绑多个接口（最后报文只会转发到多个接口中的一个，等同于单播）
3.常用服务器冗余的情况，用于提高可靠性，加快响应速度

7）ICMPv6协议

用于IPV6网络中的差错检查和控制信息传递，使用差错报文和信息报文两种报文

（1）差错报文：

TPYE ID 1:代表模板不可达
TPYE ID 2:MTU过大（此项用于PATH MTU检测）
TPYE ID 3:超时（HOP LIMIT到0）
TPYE ID 4:参数错误

（2）信息报文：

TPYE ID 128:echo request 用于ping和tracert
TPYE ID 129:echo reply 用于ping和tracert
TPYE ID 133:RS 用于NDP
TPYE ID 134:RA 用于NDP
TPYE ID 135:NS 用于NDP
TPYE ID 136:NA 用于NDP
TPYE ID 137:重定向 用于NDP

（3）RS/RA报文要点

1.用于本地链路的路由发现

2.用于无状态地址自动配置时的网络前缀发现

3.用于配置参数的发现（DHCPV6的无状态配置模式）

4.RA报文的关键字段：
标志位M:用于判定是否通过DHCPV6分配地址
标志位O：用于判定SLAAC模式下，是否通过DHCPV6获取配置
ICMPV6前缀信息：A-bit，用于指定能否无状态配置
生存周期：每个IPV6地址都有生存期。
valid lifetime（合法时间）：必须大于3h，超过这个时间地址自动失效
prefered lifetime（优选时间）：必须大于2h，超过这个时间无法新建连接

8）NDP(邻居发现协议）

IPV6的核心协议，通过使用ICMPV6的报文，实现多种功能：
（1）路由发现：用于发现本地链路上的路由器
（2）SLAAC前缀发现：路由器通过RA报文，向本地链路上的所有设备公告IPV6网络前缀
（3）DAD：通过NS、NA报文交互实现IP冲突检测
（4）地址解析：生成IPV6邻居状态表
（5）邻居状态跟踪：维护IPV6邻居状态表，状态迁移过程如下：
1.incomplete：正在进行地址解析，邻居状态表等待更新
2.reachable：收到NA回复，目标可达
3.stale：超过30s没有业务报文通过，切换到闲置状态
4.delay：闲置状态下，已发送了NS报文，未收到回复，但未超时
5.probe：超过delay时间未收到NA报文，继续发送三次NS报文
6.empty：三次NS报文发送回，未收到NA回复，邻居失效

二、工作机制

所有采用的IPV6设备上线，都要经历的流程：
地址配置=》DAD=》地址解析=》IP报文转发

1）地址配置

（1）无状态地址自动配置（SLAAC）

1.通过NDP协议实现。
2.本地链路的路由定期发送RA报文，报文带有单播地址的网络前缀信息
3.主机根据收到的RA信息，将收到的网络前缀加上自身的接口标识，组成单播地址
4.GUA和ULA地址都可以通过无状态地址配置获取
5.主机生成的IPV6地址，路由器不进行维护，所以叫无状态
6.在路由接口启用了SLAAC功能的情况下，主机主动发送RS报文，也是可以获取IPV6地址的

（2）SLAAC流程

1.主机上线，自动生成LLA
2.通过对LLA的DAD检测后，可以通过LLA进行报文收发
3.主机开始路由发现流程，通过LLA发送RS报文至本地链路的路由器组（SIP:本机LLA，DIP：FF02::2）
4.路由器收到RS报文后，返回RA报文给本地链路的所有终端节点（SIP：本机LLA，DIP:FF02:1）
5.主机收到RA报文的网络前缀，自动生成对应的IPV6地址（GUA和ULA都是同样的流程）
6.主机对新生成的IPV6地址进行DAD检测
7.路由器的RA报文也可以定期发送

（2）DHCPV6自动地址配置

DHCPV6有三类自动配置模式：
1.DPCP有状态配置
1）通过DHCPV6协议交互
2）DHCPv6服务器对分配的IPV6地址进行维护，所叫有状态
3）四步交互流程（组内有多台DHCP服务器）：solicit（请求DCHP服务）=》advertise（DHCP服务器应答）=》request（请求IPV6地址）=》reply（DHCP服务器应答）
4）两步交互流程（组内只有单台DHCP服务器）：solicit（请求DCHP服务和rapid commit）=》reply（DHCP服务器应答）

2.DHCPV6无状态配置
1）IP地址通过SLAAC的方式获取
2）其他配置（DNS、NIS、SNTP等）通过DHCPV6服务器获取
3）客户端向所有路由器节点组播发送Information request
4）服务器返回reply，带回所请求的参数

3.DHCPV6 PD（前缀代理）
1）主机不再作为DHCPV6的客户端，由前缀代理的路由器担任
2）前缀代理通过DHCPV6服务器获取主机侧的网络前缀信息
3）前缀代理通过RA报文将网络前缀信息下发至主机

2）DAD（重复地址检测）

1.IPV6取消了ARP广播功能，使用了DAD机制实现冲突检测
2.新上线的设备，获取了单播地址后（GUA\ULA\LLA），会泛洪一个NS报文。源IP为（::/128）,目标IP为被请求节点组播地址（FF02::1:FFXX）.
3.假如不存在地址冲突，新上线的设备没有收到对应的NA报文，则IPV6地址正式生效，可以进行IP报文转发
4.假如存在地址冲突，被请求节点会返回一个NA报文，报文中会携带被请求节点的MAC地址。源IP为被请求节点自身的单播地址，目标IP为针对本地链路的一个组播地址（FF02:1）

3）地址解析

1.IPV6取消了ARP表，使用IPV6邻居表来代替MAC地址和IP地址的映射功能
2.当需要进行IP通信时，需要先获取对方的MAC地址才能实现二层通信。请求设备会对被请求设备发出一个NS报文，报文的源地址为请求设备的单播地址（GUA\ULA\LLA），目标地址为被请求设备的被请求节点组播地址。
3.被请求设备返回一个NA报文，报文的源地址为自身的单播地址，目标地址为请求设备的单播地址

二、扩展概念

（1）IPV6基本报头的有效载荷长度，包含了扩建报头和上层协议数据单元

（2）本地链路单薄地址（FE80::/10）,属于唯一单播地址（FD00::/8）的子集

（3）GUA的掩码一般都是64位，特殊情况下可以不是（前三位为000）

（4）ULA在IPV6公网中不可被路由，LLA不可被路由

（5）IPV6的地址获取方式，采用有还是无的状态，是由主机收到来自路由器的RA报文标志位决定的。当收到的RA报文（M=1,O=1）时，会采用有状态的方式获取IP；当收到的RA报文（M=0,O=0）时，会采用无状态的方式生成IP。

（6）每个单播地址（GUA\ULA\LLA），都会生成对应的被请求节点组播地址

（7）邻居发现和DAD过程中，都是请求设备对被请求设备发出NS报文，两者的异同在于：

相同点：
NS报文的目标地址都是被请求节点组播地址
不同点：
邻居发现过程中，NS报文的源地址为本机单播地址。NA报文
DAD过程中，NS报文的地址为::/128。当不存在

（8）GUA和ULA的网络前缀中会带有子网ID的字段，子网ID的属性由3个bit来表示，分别为：

000：loopback
010：服务器使用
100-111：用户使用

（9）IPV6路由器请求过程中，RS报文的DIP为FF02:2,指向本地链路的所有路由器节点,RA报文的DIP为FF02:1，指向本地链路的所有终端节点

（10）IPV6地址相同的双方，同时进行DAD的时候，先收到对方NS报文的会先放弃自己的地址

（11）主机上线过程中，LLA生成并经过DAD检测后，紧接着的下一步就是进行路由器发现。主机根据收到的RA报文的标志位（M、O），判断通过哪种方式自动获取IP

（12）对DHCPV6中继进行组播时，DIP为FF02::1:2

（13）DHCPV6客户端掉线后重新上线，会对服务器发送confirm报文，服务器返回reply

（14）DHCPV6客户端需要释放IP地址时,会对服务器发送release报文，服务器返回reply

（15）DHCPV6客户端需要续约IP地址时,会对服务器发送renew报文，服务器返回reply

（16）自动获取生成的IPV6地址，同样要经过DAD流程

三、疑问

（1）IPV6和IPV4的IP地址获取方式有什么异同？

答：IPV4的IP地址获取方式只有两种：手动配置和DHCP
IPV6的IP地址获取方式有三种：手动配置、DHCP、SLAAC

（2）IPV6基本报头的载荷长度，包含了扩展报头吗

答：包括。（扩展报头+上层协议数据单元）的长度

（3）IPV6为什么取消了广播

答：IPV6的组播替代了广播的作用，通过组播实现了本地链路的广播，准确度更高，更节省网络资源。

（4）什么叫被请求节点

答：被请求节点，举个例子当主机不知道邻居的MAC地址，或者不知道自己的IP是否重复的情况下，需要对特定的组进行询问。这个被询问的组就是被请求节点，这个组的地址就是被请求节点组播地址。

（5）IPV6的有状态地址配置过程中，ICMPV6协议起到了什么作用

答：DHCPV6服务器和客户端确认关系后，服务器会对客户端发送RA报文，报文里含有完整的128位IPV6地址。

（6）设备上线后，默认配置的IPV6地址有哪些？

1.LLA
2.GUA（手动配置/DHCPV6/SLAAC）
3.::1/128（环回地址）
4.环回节点的组播地址：FF01:1
5.本地链路的组播地址：FF02:1
6.LLA生成的被请求节点组播地址：FF02::1:FFXX
7.ULA生成的被请求节点组播地址：FF02::1:FFXX

四、配置与实验

五、其他概念

（1）NIS：网络信息服务
用于对域内操作系统的配置管理
（2）SNTP：简单网络时钟协议
有NTP修改而来，用于公网中的时钟同步
（3）支持IPV6的路由协议有：OSPFV3、IS-IS FOR IPV6、BGP4+、PIM

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