HCIE-IPv6基础

2024-06-03 19:52
文章标签 基础 ipv6 hcie

本文主要是介绍HCIE-IPv6基础，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

IPv6基础

  • IPv6地址格式
  • IPv6地址压缩格式
  • IPv6报文格式 - 基本报头
  • IPv4与IPv6格式对比
  • IPv6报文格式 - 扩展报头
  • IPv6报文格式 - 扩展报头种类
  • IPv6地址类型
  • 单播地址 - 可聚合全球单播地址(GUA)
  • IPv6单播地址 - 链路本地地址(重点)
  • 接口标识生成方法
  • 通过EUI-64规范根据MAC地址生成接口ID
  • IPv6单播地址 - 唯一本地地址
  • IPv6单播地址 - 特殊地址
  • IPv6组播地址
  • 地址分类 - 预定义组播地址
  • 组播地址的MAC地址映射
  • 被请求节点组播地址(重点)
  • 实验拓扑

IPv6地址格式

  • IPv6地址长度为128比特，每16比特划分为一段，每段由4个十六进制数表示，并用冒号隔开。
  • IPv6地址包括网络前缀和接口标识两部分。

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  • IPv6地址长度为128比特，用于标识一个或一组接口。IPv6地址通常写作xxxx:xxxx:xxxx:xxxx:xxxx:xxxx:xxxx:xxxx，其中xxxx是4个十六进制数，等同于一个16比特二进制数；八组xxxx共同组成了一个128比特的IPv6地址。一个IPv6地址由IPv6地址前缀和接口ID组成，IPv6地址前缀用来标识IPv6网络，接口ID用来标识接口。

IPv6地址压缩格式

  • 每一组中的前导“0”都可以省略。
  • 地址中包含的连续全为0的组，可以用双冒号“::”来代替。
2001:0DB8:0000:0000:0000:0000:0346:8D58
2001:DB8:0:0:0:0:346:8D58
2001:DB8::346:8D58   //最终可以缩减成这样

IPv6报文格式 - 基本报头

  • IPv6基本报头、IPv6扩展报头以及上层协议数据单元；
  • IPv6基本报头有8个字段，固定大小为40字节，每一个IPv6数据报都必须包含报头。
    在这里插入图片描述
  • 每一个IPv6数据包都必须包含报头，其长度固定为40bytes。
  • 基本报头提供报文转发的基本信息，会被转发路径上面的所有路由器解析。
  • 上层协议数据单元（Upper Layer Protocol Data Unit）
  • 上层协议数据单元一般由上层协议包头和它的有效载荷构成，有效载荷可以是一个ICMPv6报文、一个TCP报文或一个UDP报文。
  • IPv6报头格式中主要字段解释如下：
  • Version：版本号，长度为4bit。对于IPv6，该值为6。
  • Traffic Class：流类别，长度为8bit。等同于IPv4中的ToS字段，表示IPv6数据报的类或优先级，主要应用于QoS。
  • Flow Label：流标签，长度为20bit。IPv6中的新增字段，用于区分实时流量，不同的流标签+源地址可以唯一确定一条数据流，中间网络设备可以根据这些信息更加高效率的区分数据流。
  • Payload Length：有效载荷长度，长度为16bit。有效载荷是指紧跟IPv6报头的数据报的其它部分（即扩展报头和上层协议数据单元）。
  • Next Header：下一个报头，长度为8bit。
  • Hop Limit：跳数限制，长度为8bit。该字段类似于IPv4中的Time to Live字段，它定义了IP数据报所能经过的最大跳数。每经过一个路由器，该数值减去1，当该字段的值为0时，数据报将被丢弃。
  • Source Address：源地址，长度为128bit。表示发送方的地址。
  • Destination Address：目的地址，长度为128bit。表示接收方的地址。

IPv4与IPv6格式对比

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IPv6报文格式 - 扩展报头

  • 扩展报头是可选的，只有需要该扩展报头对应的功能时，数据的发送者才会添加相应扩展报头。
    在这里插入图片描述

IPv6报文格式 - 扩展报头种类

  • 当超过一种扩展报头被用在同一个IPv6报文里时，报头必须按照下列顺序出现：
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IPv6地址类型

  • 单播地址（Unicast Address）：标识一个接口，目的地址为单播地址的报文会被送到被标识的接口。在IPv6中，一个接口拥有多个IPv6地址是非常常见的现象。
  • 组播地址（Multicast Address）：标识多个接口，目的地址为组播地址的报文会被送到被标识的所有接口。只有加入相应组播组的设备接口才会侦听发往该组播地址的报文。
  • 任播地址（Anycast Address）：任播地址标识一组网络接口（通常属于不同的节点）。目标地址是任播地址的数据包将发送给其中路由意义上最近的一个网络接口。
  • IPv6没有定义广播地址（Broadcast Address）。
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单播地址 - 可聚合全球单播地址(GUA)

  • 全球单播地址定义用于IPv6 Internet。它们是全局唯一的和全局可路由的。

    • 类似IPv4公网地址。
    • 由前缀、子网ID和接口标识组成。
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  • 全局路由前缀：由提供商指定给一个组织机构，一般至少为48bit。目前已经分配的全局路由前缀的前3bit均为001。因此前缀为2000::/3。

  • 子网：组织机构可以用子网ID来构建本地网络（Site），与IPv4中的子网号作用相似。子网ID通常最多分配到第64位。

  • 主机位：用来标识一个设备（Host），与IPv4中的主机ID作用相似。

IPv6单播地址 - 链路本地地址(重点)

  • Link-local address （lla） 地址
  • 在一个节点启动IPv6协议栈时，节点的每个接口会自动配置一个链路本地地址。该地址专门用来和相同链路上的其他主机通信。
    • 只能在连接到同一本地链路的节点之间使用，广泛应用于邻居发现、无状态地址等。
    • 链路本地地址前缀FE80::/10，将接口ID添加在后面作为地址的低64位。
    • 每一个IPv6接口都必须具备一个链路本地地址。
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  • 当一个节点启动IPv6协议栈时，启动时节点的每个接口会自动配置一个链路本地地址（其固定的前缀+EUI-64规则形成的接口标识）。这种机制使得两个连接到同一链路的IPv6节点不需要做任何配置就可以通信。所以链路本地地址广泛应用于邻居发现，无状态地址配置等应用。
  • 链路本地地址不会通过路由协议把自己得地址通告得别的设备上去

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接口标识生成方法

  • 关于接口ID：接口ID为64bit，用于标识链路上的接口，在每条链路上接口ID必须唯一。
  • 接口ID可通过3种方法生成：手工配置、系统自动生成和IEEE EUI-64规范生成。
    • 手工配置：建议在服务器和重要网络设备上配置。
    • 系统通过软件自动生成：保护主机的私密性。
    • IEEE EUI-64规范自动生成：最常用的方法。

通过EUI-64规范根据MAC地址生成接口ID

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IPv6单播地址 - 唯一本地地址

  • 为了代替站点本地地址的功能，又使这样的地址具有唯一性，避免产生像IPv4的私有地址泄漏到公网而造成的问题，RFC4193定义了唯一本地地址。
    • 唯一本地地址，概念上类似于IPv4中的私网地址，仅能够在本地网络使用，在IPv6 Internet上不可被路由。
    • 唯一本地地址固定前缀FC00::/7。它被分为两块，其中FC00::/8暂未定义，另一块是FD00::/8，其格式如下：
      在这里插入图片描述
  • 字段解释：
    • Prefix：前缀；固定为FC00::/7。
    • L：L标志位；值为1代表该地址为在本地网络范围内使用的地址；值为0被保留，用于以后扩展。
    • Global ID：全球唯一前缀；通过伪随机方式产生（RFC4193）。
    • Subnet ID：子网ID；划分子网使用。
    • Interface ID：接口标识。

IPv6单播地址 - 特殊地址

  • 未指定地址。
    • 0:0:0:0:0:0:0:0/128 或者::/128。
    • 该地址作为某些报文的源地址，比如作为重复地址检测时发送的邻居请求报文（NS）的源地址，或者DHCPv6初始化过程中客户端所发送的请求报文的源地址。
  • 环回地址。
    • 0:0:0:0:0:0:0:1/128 或者::1/128。
    • 与IPv4中的127.0.0.1作用相同，用于本地回环，发往::/1的数据包实际上就是发给本地，可用于本地协议栈回环测试。
  • IPv4兼容地址。
    • 在过渡技术中，为了让IPv4地址显得更加突出一些，定义了内嵌IPv4地址的IPv6地址格式。在这种表示方法中，IPv6地址的部分使用十六进制表示，IPv4地址部分可用十进制格式。
    • 该地址已经几乎不再使用。

IPv6组播地址

  • 用来标识一组接口，发往组播地址的数据将被转发给侦听该地址的多个设备。
  • 地址范围：FF00::/8。
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地址分类 - 预定义组播地址

  • Node-local（interface-local）用于主机内不同进程间通信
    • FF01:0:0:0:0:0:0:1，所有节点的组播地址。
    • FF01:0:0:0:0:0:0:2，所有路由器的组播地址。
  • Link-local 用于广播域内不同主机间通信
    • FF02:0:0:0:0:0:0:1，所有节点的组播地址。
    • FF02:0:0:0:0:0:0:2，所有路由器的组播地址。
    • FF02:0:0:0:0:1:FFXX:XXXX ，Solicited-Node组播地址。
    • FF02:0:0:0:0:0:0:5，所有OSPF路由器组播地址。
    • FF02:0:0:0:0:0:0:6，所有OSPF的DR路由器组播地址。
    • FF02:0:0:0:0:0:0:D，所有PIM路由器组播地址。

组播地址的MAC地址映射

  • 在以太网环境中，一个组播IPv6报文必须执行以太网封装。
  • 组播IPv6报文的目的IP地址是组播IPv6地址，而目的MAC地址则必须是组播MAC地址，并且该地址必须与组播IPv6地址对应。
  • 33-33是专门为IPv6组播预留的MAC地址前缀，MAC地址的后32bit从对应的组播IPv6地址的后32bit拷贝而来。
    在这里插入图片描述

被请求节点组播地址(重点)

  • 被请求节点组播地址（Solicited-Node Multicast Address）通过节点的单播或任播地址生成。当一个节点具有了单播或任播地址，就会对应生成一个被请求节点组播地址，并且加入这个组播组。
  • 一个单播地址或任播地址对应一个被请求节点组播地址。该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由固定前缀FF02::1:FF00:0/104和对应IPv6地址的最后24bit组成。被请求节点组播地址的有效范围为本地链路范围。
  • 就是当我们在接口上配置了IPv6地址后，这个接口会自动得加入一个固定得组播地址组，后面24位由配置得IPv6地址得后24位补充
  • 根据上面得组播地址的MAC地址映射，可以轻松的拿到对方设备得mac地址
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实验拓扑

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