第7章-IPv6網(wǎng)絡(luò)設(shè)計40張課件

第7章 IPv6網(wǎng)絡(luò)設(shè)計2019年年底，國務(wù)院常務(wù)會議明確了我國發(fā)展下一代互聯(lián)網(wǎng)的主要目標(biāo)和路線圖：2019年年底前，開展IPv6網(wǎng)絡(luò)小規(guī)模商用試點，形成成熟的商業(yè)模式和技術(shù)演進(jìn)路線；2019-2019年，開展大規(guī)模部署和商用，實現(xiàn)IPv4與IPv6主流業(yè)務(wù)互通。第7章 IPv6網(wǎng)絡(luò)設(shè)計2019年年底，國務(wù)院常1本章重點7.1IPv6概述7.2IPv6地址設(shè)計7.3部署IPv6的總體設(shè)計原則7.4IPv6路由配置7.5IPv6過渡技術(shù)本章重點7.1IPv6概述27．1IPv6IPv6是因特網(wǎng)協(xié)議第六版本的簡寫，它代表全新的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)規(guī)范。IPv6最顯著的特征是通過采用128位的地址空間替代IPv4的32位地址空間來提高下一代因特網(wǎng)的地址容量。從20世紀(jì)90年代初，IETF開始“下一代網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議”（IPng）的研究，至2019年9月正式形成IPv6的核心協(xié)議。IPv6是下一代網(wǎng)絡(luò)的必然發(fā)展方向。CNGI的部署，將推動我國成為全球IPv6產(chǎn)業(yè)的引擎。IPv6網(wǎng)絡(luò)設(shè)計P217．1IPv6IPv6是因特網(wǎng)協(xié)議第六版本的簡寫，它代表全37．1．2IPv6的新特點1．巨大的地址空間

IPv6的128位地址長度形成了一個巨大的地址空間。128位地址空間包含的準(zhǔn)確地址數(shù)是340，282，366，920，938，463，463，374，607，431，768，211，456個。這個數(shù)目足夠為地球上每一粒沙子提供一個獨立的IP地址。2．高效的層次尋址及路由結(jié)構(gòu)3．移動性4．內(nèi)置的安全特性5．服務(wù)質(zhì)量6．即插即用的配置P22IPv6網(wǎng)絡(luò)設(shè)計7．1．2IPv6的新特點1．巨大的地址空間P22IPv47．1．3IPv6的報頭格式IPv6數(shù)據(jù)報文有一個40字節(jié)的基本首部（BaseHeader）。其后可允許有零個或多個擴(kuò)展首部（ExtensionHeader），再后面是數(shù)據(jù)P24基本首部擴(kuò)展首部1……擴(kuò)展首部n數(shù)據(jù)選項選項圖1-13IPv6數(shù)據(jù)報文的一般形式IPv6網(wǎng)絡(luò)設(shè)計7．1．3IPv6的報頭格式IPv65IPv6的基本首部下圖是IPv6基本首部的格式。每個IPv6數(shù)據(jù)報文都從基本首部開始。IPv6基本首部的不少字段可以和IPv4首部中的字段直接對應(yīng)。P24版本優(yōu)先級流標(biāo)號凈負(fù)荷長度下一個首部跳數(shù)限制源主機(jī)IPv6地址（16字節(jié)）目的主機(jī)IPv6地址（16字節(jié)）比特0481631圖1-14IPv6數(shù)據(jù)報文基本首部的格式（40字節(jié)長）IPv6網(wǎng)絡(luò)設(shè)計IPv6的基本首部下圖是IPv6基本首6IPv6的報頭格式分析版本（Version）：版本字段的長度為4位，它指明了協(xié)議版本號，對IPv6該字段總是6。優(yōu)先級（Priority）：這個8位字段可以為包賦予不同的類型或優(yōu)先級。流標(biāo)（FlowLabel）：流標(biāo)字段是IPv6的新增字段。凈負(fù)荷長度（PayloadLength）：這個16位字段表明了有效載荷長度。下一個首部（NextHeader）：在IPv6中，擴(kuò)展首部插在IP報頭和傳輸層報頭當(dāng)中。這類擴(kuò)展首部包括驗證、加密和分片功能。P24IPv6網(wǎng)絡(luò)設(shè)計IPv6的報頭格式分析版本（Version）：版本字段的長度7IPv6的報頭格式分析跳數(shù)限制（HopLimit）：此字段用來防止數(shù)據(jù)報文在網(wǎng)絡(luò)中無限期地存在。源站IP地址（SourceAddress）：該字段指明了始發(fā)主機(jī)的起始地址，其長度為128位。目的站IP地址（DestinationAddress）：該字段指明了傳輸信號的目標(biāo)地址，其長度為128位。P25IPv6網(wǎng)絡(luò)設(shè)計IPv6的報頭格式分析跳數(shù)限制（HopLimit）：此字段87．2IPv6地址設(shè)計IPv6地址表示方法IPv6地址分類IPv6地址分配IPv6網(wǎng)絡(luò)設(shè)計P217．2IPv6地址設(shè)計IPv6地址表示方法IPv6網(wǎng)絡(luò)設(shè)計97．2．1IPv6地址表示IPv6地址支持3種表示形式：（1）標(biāo)準(zhǔn)形式。由于IPv6地址多達(dá)128位，為了便于記憶，通常是用冒分16進(jìn)制法表示，即X:X:X:X:X:X:X:X。例：fec0:ffe0:c512:4ab0:000a:aa12:0000:3cc3（2）壓縮形式。例：fec0::ff0c:0:0:e1c1或fec0:0:0:0:ff0c::e1c1。（3）兼容IPv4的表示形式。例：0:0:0:0:0:0:218.197.12.101或::218.197.12.101IPv6網(wǎng)絡(luò)設(shè)計P217．2．1IPv6地址表示IPv6地址支持3種表示形式：10IPv6地址表示綜合舉例例7-1，地址2019:0000:0000:00d8:0000:0000:1428:57ab的如下寫法中：（1）2019:0000:0000:00d8:0000::1428:57ab、（2）2019:0:0:0:d8:0:1428:57ab、（3）2019:0:0:d8::1428:57ab、（4）2019::d8:0:0:1428:57ab都是合法的地址。（5）2019::d8::1428:57ab是非法的。IPv6網(wǎng)絡(luò)設(shè)計P21IPv6地址表示綜合舉例例7-1，地址2019:0000:0117．2．2IPv6地址類型1．單播（unicast）地址（1）鏈路本地地址：Link-LocalAddress（2）本地站點地址：UniqueLocalAddress（3）可聚合全球地址：AggregatableGlobalAddress（4）回環(huán)地址2．任播（anycast）地址目標(biāo)地址是任播地址的數(shù)據(jù)包將發(fā)送給其路由意義上最近的一個網(wǎng)絡(luò)接口。3．多播（multicast）地址

IPv6多播地址相當(dāng)于IPv4中的224.0.0.0，前綴碼為FF0x::/8IPv6網(wǎng)絡(luò)設(shè)計P217．2．2IPv6地址類型1．單播（unicast）地址12鏈路本地地址結(jié)構(gòu)鏈路本地地址只在一條鏈路中有效，也不能被路由，鏈路本地地址可以看作IPv6中的二層地址，與數(shù)據(jù)鏈路層地址作用相似。自動生成的鏈路本地地址，有默認(rèn)的特殊格式，是以FE80::/10（1111111010）打頭，再加54個0和EUI-64來填充的。IPv6網(wǎng)絡(luò)設(shè)計P21鏈路本地地址結(jié)構(gòu)鏈路本地地址只在一條鏈路中有效，也不能被路由13EUI64轉(zhuǎn)換步驟MAC地址共長度為48位，而要填充64位的EUI-64，還少16位。完整的EUI-64轉(zhuǎn)換方法是將MAC地址的48位平均分成兩部分，前面24位，后面24位，然后在中間補(bǔ)上FFFE（16位），再將第7位取反。IPv6網(wǎng)絡(luò)設(shè)計P21EUI64轉(zhuǎn)換步驟MAC地址共長度為48位，而要填充64位的14本地站點地址本地站點地址是單播中一種受限制的地址，只在一個站點內(nèi)使用，不會默認(rèn)啟用。IPv6中的本地站點地址作用相當(dāng)于IPv4中的私有地址。本地站點地址前綴為FEC0::/10，其后的54比特用于子網(wǎng)ID，最后64位用于主機(jī)ID。IPv6網(wǎng)絡(luò)設(shè)計P21本地站點地址本地站點地址是單播中一種受限制的地址，只在一個站15可聚合全球地址可聚合全球單播地址相當(dāng)于IPv4的公網(wǎng)地址，可以在全網(wǎng)范圍內(nèi)正常路由。每個可聚合全球單播IPV6地址由3部分組成：由ISP商指定給一個組織機(jī)構(gòu)的可聚合前綴，至少是/48前綴；站點（子網(wǎng)）利用ISP分配的/48前綴，就可以將網(wǎng)絡(luò)分為65535個子網(wǎng)（每49到64位：216）；主機(jī)位使用第65位到128位，稱為接口標(biāo)識符。IPv6網(wǎng)絡(luò)設(shè)計P21可聚合全球地址可聚合全球單播地址相當(dāng)于IPv4的公網(wǎng)地址，可167.2.3IPv6地址規(guī)劃（1）根據(jù)IPV6工作組的建議，IPV6網(wǎng)絡(luò)設(shè)備全局互聯(lián)地址采用/48或/64的地址塊。IPV6網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的LOOPBACK地址采用/128的地址。（2）主機(jī)地址為了與EUI-64格式兼容，主機(jī)地址通常使用剩下的全部64位。（3）子網(wǎng)地址雖然IPv6并不建議劃分子網(wǎng)，但I(xiàn)Pv6仍然可以通過指定前綴長度來劃分子網(wǎng)。IPv6網(wǎng)絡(luò)設(shè)計P217.2.3IPv6地址規(guī)劃（1）根據(jù)IPV6工作組的建議17IPv6地址規(guī)劃實例例7-2，在一個局域網(wǎng)內(nèi)有500臺主機(jī)，10個VLAN，每個VLAN分配一個子網(wǎng)，ISP分配的前綴碼為fec0::/48，請問一下地址如何配置和使用：（1）主機(jī)地址fec0:0:0:0001::1/64~fec0:0:0:1::FFFF:FFFF:FFFF:FFFF/64fec0:0:0:0002::1/64~fec0:0:0:2::FFFF:FFFF:FFFF:FFFF/64……fec0:0:0:000a::1/64~fec0:0:0:A::FFFF:FFFF:FFFF:FFFF/64（2）子網(wǎng)地址fec0:0:0:1::/64、fec0:0:0:2::/64、……、fec0:0:0:a::/64（3）路由器接口地址fec0:0:0:1::1/64、fec0:0:0:2::1/64、……、fec0:0:0:a::1/64IPv6網(wǎng)絡(luò)設(shè)計P21IPv6地址規(guī)劃實例例7-2，在一個局域網(wǎng)內(nèi)有500臺主機(jī)，18IPv6地址規(guī)劃實例例7-2，在一個局域網(wǎng)內(nèi)有500臺主機(jī)，10個VLAN，每個VLAN分配一個子網(wǎng)，ISP分配的前綴碼為fec0::/48，請問一下地址如何配置和使用：（1）主機(jī)地址fec0:0:0:0001::1/64~fec0:0:0:1::FFFF:FFFF:FFFF:FFFF/64fec0:0:0:0002::1/64~fec0:0:0:2::FFFF:FFFF:FFFF:FFFF/64……fec0:0:0:000a::1/64~fec0:0:0:A::FFFF:FFFF:FFFF:FFFF/64（2）子網(wǎng)地址fec0:0:0:1::/64、fec0:0:0:2::/64、……、fec0:0:0:a::/64（3）路由器接口地址fec0:0:0:1::1/64、fec0:0:0:2::1/64、……、fec0:0:0:a::1/64IPv6網(wǎng)絡(luò)設(shè)計P21IPv6地址規(guī)劃實例例7-2，在一個局域網(wǎng)內(nèi)有500臺主機(jī)，197．3部署IPv6的總體設(shè)計原則1．IPv6網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的原則IPv6網(wǎng)絡(luò)需要全面支持IPv6協(xié)議，并具有支持IPv6和IPv4協(xié)議的接入能力。IPv6網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計應(yīng)該本著以下幾個原則進(jìn)行：（1）經(jīng)濟(jì)性：節(jié)省成本，充分利用現(xiàn)有的IPv4網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備；（2）實用性；網(wǎng)絡(luò)可以提供各種類型用戶的IPv6接入；（3）可用性：網(wǎng)絡(luò)不能是一個空網(wǎng)，需要支持一定的基本業(yè)務(wù)；（4）先進(jìn)性：開通和試驗一些具有IPv6特點的業(yè)務(wù)。P25IPv6網(wǎng)絡(luò)設(shè)計7．3部署IPv6的總體設(shè)計原則1．IPv6網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的原則207.3.2IPv6路由協(xié)議的選擇（1）外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議IPv6網(wǎng)關(guān)協(xié)議只能使用BGP4+，由RFC2858、RFC2545定義（2）內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議RIPng（RFC2080），同RIPv2特性基本相同，一般在較小的網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用IS-ISv6（單拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和多拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)）單拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的IS-IS只支持單個SPF算法，多拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的IS-IS可以支持多個SPF算法OSPFv3（RFC2740），專為IPv6協(xié)議設(shè)計德路由協(xié)議，不能交換IPv4路由信息。P25IPv6網(wǎng)絡(luò)設(shè)計7.3.2IPv6路由協(xié)議的選擇（1）外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議P25217.3.3IPv6路由器的選擇（1）穩(wěn)定性和可靠性現(xiàn)行的IPv4路由器都可以通過在線升級相關(guān)的軟硬件，使之從只支持IPv4過渡到支持雙協(xié)議棧。（2）性能（3）功能支持雙協(xié)議棧，既支持手工隧道，也支持多種的自動隧道方式；邊緣路由器應(yīng)具有支持NAT-PT和MobileIPv6的能力。（4）品牌為王P25IPv6網(wǎng)絡(luò)設(shè)計7.3.3IPv6路由器的選擇（1）穩(wěn)定性和可靠性P25227.4IPv6路由配置IPv6協(xié)議的優(yōu)點之一就是提供靈活的IPv6路由機(jī)制。IPv4要求位于Internet中樞上的路由器維護(hù)大型路由表，這些路由器必須知道所有的路由，以便轉(zhuǎn)發(fā)可能定向到Internet上的任何節(jié)點的數(shù)據(jù)包，因此轉(zhuǎn)發(fā)效率低。通過其聚合地址能力，IPv6支持靈活的尋址方式，大大減小了路由表的規(guī)模。P25IPv6網(wǎng)絡(luò)設(shè)計7.4IPv6路由配置IPv6協(xié)議的優(yōu)點之一就是提供靈活237.4.1IPv6靜態(tài)路由在CiscoIOS中實現(xiàn)IPv6靜態(tài)路由與缺省路由的配置命令如下：（1）靜態(tài)路由ipv6routeip-address/prefix-length{interface-name[nexthop-address]|gateway-address}[preferencepreference-value]（2）缺省路由ipv6route::0{interface-name[nexthop-address]|gateway-address}P25IPv6網(wǎng)絡(luò)設(shè)計7.4.1IPv6靜態(tài)路由在CiscoIOS中實現(xiàn)IP24IPv6靜態(tài)路由配置命令（1）R1路由器的IPv6配置：R1(config)#ipv6unicast-routing;啟用IPv6協(xié)議R1(config)#interfaceLo0R1(config-if)#ipv6addressfec0:1::1/64;給Lo0接口配置IPv6地址R1(config)#interfaces0/0R1(config-if)#ipv6addressfec0:2::1/64R1(config)#ipv6routefec0:3::/64s0/0;配置IPv6靜態(tài)路由（2）R2路由器的IPv6配置：R2(config)#ipv6unicast-routing;啟用IPv6協(xié)議R2(config)#interfaceLo0R2(config-if)#ipv6addressfec0:3::1/64;給Lo0接口配置IPv6地址R2(config)#interfaces0/1R2(config-if)#ipv6addressfec0:2::2/64R2(config)#ipv6route::/0s0/1;配置IPv6默認(rèn)路由，::/0指任意地址P25IPv6網(wǎng)絡(luò)設(shè)計IPv6靜態(tài)路由配置命令（1）R1路由器的IPv6配置：P2257.4.2動態(tài)路由（1）R1路由器的IPv6配置RIPng：R1(config)#ipv6unicast-routing;啟用IPv6協(xié)議R1(config)#ipv6routerripcisco;啟動IPv6Ripng進(jìn)程，cisco是自定義進(jìn)程名稱R1(config-rtr)#split-horizon;啟用水平分割R1(config-rtr)#poison-reverse;啟用毒性反轉(zhuǎn)R1(config)#interfaceLo0R1(config-if)#ipv6addressfec0:1::1/64;給Lo0接口配置IPv6地址R1(config-if)#ipv6ripciscoenable;在Lo0接口啟用RIPng路由R1(config)#interfaces0/0R1(config-if)#ipv6addressfec0:2::1/64R1(config-if)#ipv6ripciscoenable;在接口上啟用IPv6Ripng進(jìn)程P25IPv6網(wǎng)絡(luò)設(shè)計7.4.2動態(tài)路由（1）R1路由器的IPv6配置RIPn262．OSPFv3（1）R1路由器的IPv6配置OSPFv3：R1(config)#ipv6unicast-routing;啟用IPv6協(xié)議R1(config)#ipv6routerospf100;啟用IPv6OSPFv3進(jìn)程，100是自定義進(jìn)程號R1(config-rtr)#router-id1.1.1.1;設(shè)置自定義路由器ID，32位R1(config)#interfaceLo0R1(config-if)#ipv6addressfec0:1::1/64;給Lo0接口配置IPv6地址R1(config-if)#ipv6ospf100area0;啟用OSPFv3路由，宣告所在區(qū)域R1(config)#interfaces0/0R1(config-if)#ipv6addressfec0:2::1/64R1(config-if)#ipv6ospf100area0;啟用OSPFv3路由，宣告所在區(qū)域P25IPv6網(wǎng)絡(luò)設(shè)計2．OSPFv3（1）R1路由器的IPv6配置OSPFv3：277.5IPv6過渡技術(shù)盡管IPv6技術(shù)已從實驗階段進(jìn)入商用運營階段，但I(xiàn)Pv4技術(shù)預(yù)計到2025年以后才會完全退出現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)平臺，因此IPv6與IPv4技術(shù)會在較長時間內(nèi)共存，這個階段占據(jù)主流應(yīng)用的將是從IPv4到IPv6遷移的各種過渡技術(shù)棧。雙協(xié)議棧隧道（Tunnel）網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換/協(xié)議翻譯P25IPv6網(wǎng)絡(luò)設(shè)計7.5IPv6過渡技術(shù)盡管IPv6技術(shù)已從實驗階段進(jìn)入商287.5.1雙協(xié)議棧雙協(xié)議棧是指在單個節(jié)點同時支持IPv4和IPv6兩種協(xié)議棧。雙協(xié)議棧技術(shù)并不要求建立隧道，只有當(dāng)IPv6節(jié)點需利用IPv4的路由機(jī)制傳遞信息包時隧道才是必需的，但隧道的建立卻需要雙協(xié)議棧的支持。允許兩個協(xié)議棧并行工作的主要困難在于需要同時處理兩套不同的地址方案。（1）首先，雙棧技術(shù)應(yīng)該能獨立地配置IPv4和IPv6的地址。（2）采用雙棧技術(shù)還要解決域名服務(wù)器（DNS）問題?，F(xiàn)有的32位域名服務(wù)器不能控制IPv6使用的128位地址命名問題。IETF定義了一個IPv6DNS標(biāo)準(zhǔn)（RFC1886），該規(guī)定定義了“AAAA”型的記錄類型，用以實現(xiàn)主機(jī)域名與IPv6地址的映射。雙協(xié)議棧技術(shù)的優(yōu)點是互通性好、易于理解，缺點是需要給每個新的運行IPv6的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和終端分配IPv4地址，不能解決IPv4地址短缺問題。P25IPv6網(wǎng)絡(luò)設(shè)計7.5.1雙協(xié)議棧雙協(xié)議棧是指在單個節(jié)點同時支持IPv4297.5.2隧道（Tunnel）1．手動隧道（1）R1路由器的6to4配置：R1(config)#interfaces0/0R1(config-if)#ipaddress218.196.10.1255.255.255.0R1(config)#interfacetunnel0;進(jìn)入隧道虛擬接口0R1(config-if)ipv6address2019:3::1/48;隧道接口地址R1(config-if)source218.196.10.1;隧道起點IP地址R1(config-if)tunnel-protocolipv6-ipv4;隧道封裝協(xié)議類型P25IPv6網(wǎng)絡(luò)設(shè)計7.5.2隧道（Tunnel）1．手動隧道P25IPv6307.5.2隧道（Tunnel）（2）R2路由器的6to4配置：R1(config)#interfaces0/0R1(config-if)ipaddress211.103.100.1255.255.255.0R1(config)#interfacetunnel0;進(jìn)入隧道虛擬接口0R1(config-if)ipv6address2019:3::2/48;隧道接口地址R1(config-if)source211.103.100.1;隧道起點IP地址R1(config-if)tunnel-protocolipv6-ipv4;隧道封裝協(xié)議類型手動隧道只適用于點到點連接。P25IPv6網(wǎng)絡(luò)設(shè)計7.5.2隧道（Tunnel）（2）R2路由器的6to4317.5.2隧道（Tunnel）RFC3056建議使用6to4隧道技術(shù)來實現(xiàn)自動隧道配置。隧道端點由可路由的IPv4公有地址所決定，并在主機(jī)接口上嵌入IPv4地址信息到IPv6地址中。如今6to4隧道技術(shù)應(yīng)用最廣泛。6to4地址結(jié)構(gòu)如圖7-12所示。P25IPv6網(wǎng)絡(luò)設(shè)計7.5.2隧道（Tunnel）RFC3056建議使用6t327.5.2隧道（Tunnel）①R1路由器的6to4配置：R1(config)#interfaces0/0R1(config-if)#ipaddress218.196.10.1255.255.255.0R1(config)#interfacetunnel0;進(jìn)入隧道虛擬接口0R1(config-if)ipv6address2019:DAC4:0A01::/48;配置6to4隧道接口子網(wǎng)地址R1(config-if)source128.196.10.1;配置隧道起點，IPv4公有地址R1(config-if)tunnel-protocolipv6-ipv46to4;配置隧道類型為6to4R1(config)ipv6route-static2019::/16tunnel0;配置靜態(tài)路由通過tunnel0接口轉(zhuǎn)發(fā)P25IPv6網(wǎng)絡(luò)設(shè)計7.5.2隧道（Tunnel）①R1路由器的6to4配337.5.2隧道（Tunnel）②R2路由器的6to4配置：R1(config)#interfaces0/0R1(config-if)ipaddress211.103.100.1255.255.255.0R1(config)#interfacetunnel0;進(jìn)入隧道虛擬接口0R1(config-if)ipv6address2019:D367:6401::/48;配置6to4隧道接口子網(wǎng)地址R1(config-if)source211.103.100.1;配置隧道起點，IPv4公有地址R1(config-if)tunnel-protocolipv6-ipv46to4;配置隧道類型為6to4R1(config)#ipv6route-static2019::/16tunnel0;配置靜態(tài)路由通過tunnel0接口轉(zhuǎn)發(fā)P25IPv6網(wǎng)絡(luò)設(shè)計7.5.2隧道（Tunnel）②R2路由器的6to4配347.5.2隧道（Tunnel）（2）隧道自動編址（IntrasiteAutomaticTunnelAddressProtocol，ISATAP）ISATAP是一種地址分配和主機(jī)到主機(jī)、主機(jī)到路由器和路由器到主機(jī)的自動隧道技術(shù)，為IPv6主機(jī)之間提供了跨越IPv4內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的單播IPv6連通性。