2024软考网络工程师笔记 - 第7章.下一代互联网IPv6

水蓝烟雨
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IPv4问题与改进

1️⃣IPv4问题与改进

  • 网络地址短缺：IPv4为32位，只能提供43亿个地址，IPv6为128位。
  • 地址分配不合理：IPv4中1/3被美国占用，IBM等大型企业地址比很多国家都多。
  • 路由速度慢：随着网络规模扩大，路由表越来越庞大，路由查找速度越来越慢。
  • IPv4头部多达13个字段IPv6只有8个字段。
  • 缺乏安全功能：IPv4没有加密、认证等机制，IPv6集成IPSec功能。
  • 不支持新的业务模式：IPv4没有扩展字段，IPv6支持多报头嵌套。
  • IPv6只能由源发节点进行分段，中间路由器不能分段，目的是简化路由处理，MTU发现。

🕑IPv6报文格式

1️⃣IPv6报文格式

  • 版本(4位)：用0110表示IPv6。
  • 通信类型/流量等级(8位)：用于区分不同的IP分组，相当于
  • IPv4中服务类型字段。
  • 流标签(20位)：标识某些需要特别处理的分组。
  • 负载长度(16位)：表示除了IPv6固定头部40个字节之外的
  • 负载长度，扩展头包含在负载长度之中。
  • 下一头部(8位)：指明下一个头部类型，可能是IPv6扩展头
  • 部或高层协议的头部。
  • 跳数限制(8位)：用于检测路由循环，类似TTL。
  • 源地址(128位)：发送节点的地址。
  • 目标地址(128位)：接收节点的地址。

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2️⃣IPv6扩展报头(RFC2460)

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🕒IPv6地址

1️⃣IPv6地址基础

  • IPv6地址128位，采用冒号分隔的十六进制数(8组)表示。
    • 例如：8000：0000：0000：0000：0123：4567：89AB:CDEF。
  • 每个字段前面的0可以省去，例如0123可以简写为123。
  • 一个或多个全0字段，可以用一对冒号“::”代替
    • 有效0位不可以简写，双冒号只能出现一次。
    • 以上地址可简写为 8000::123:4567:89AB:CDEF
    • IPv4兼容地址可以写为 ::192.168.10.1

2️⃣IPv6地址分类

  • 单播地址
    • 可聚合全球单播地址：这种地址在全球范围内有效，相当于IPv4公用地址（前缀为001）。
    • 链路本地地址：用于同一链路的相邻节点间的通信（前缀为1111 1110 10）结合MAC地址自动生成。
    • 站点本地地址：相当于IPv4中的私网地址（前缀为1111 1110 11）。
    • 【助记：1聚 2恋 3占】
  • 组播地址
    • IPv6中没有广播地址，广播功能被组播代替。
    • IPv6播地址的格式前缀为1111 1111，即FF00开头。
  • 任意播地址
    • 表示一组接口的标识符，通常是路由距离最近的接口。
    • 任意播地址不能用作源地址，而只能作为目标地址。
    • 任意播地址不能指定给IPv6主机，只能指定给IPv6路由器。

3️⃣IPv6地址书写

  • 合法写法
    • 12AB:0000:0000:CD30:0000:0000:0000:0000/60
    • 12AB::CD30:0:0:0:0/60
    • 12AB:0:0:CD30::/60
  • 非法写法
    • 12AB:0:0:CD3/60 (在16位的字段中可以省掉前面的0，但不能省掉后面的0)
    • 12AB:CD3/60 (这种表示可展开为12AB:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0CD3)
    • 12AB:CD30/60 (这种表示可展开为12AB:0000:0000:0000:0000:0000:0000:CD30)

4️⃣特殊地址对比 IPv4 vs IPv6

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5️⃣IPv6路由协议

  • RIPng、 OSPFv3、 BGP4+
  • DHCP∨6 无状态配置和有状态配置
    • 有状态自动配置 :DHCP∨6 直接分配前缀和接口ID、网关和DNS等。（给全部信息）
    • 无状态自动配置：路由器接口前缀+终端EUI-64。(给一半信息)
  • ICMPv6:新增加的邻居发现功能代替了ARP协议的功能。

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🕓过渡技术

1️⃣IPv4到IPv6过渡技术

  • 双栈技术：同时运行IPv4和IPv6。
  • 隧道技术：解决IPv6节点之间通过IPv4网络进行通信。
  • 翻译技术：解决纯IPv6节点与纯IPv4节点之间通进行通信。

2️⃣过渡技术-隧道

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3️⃣过渡技术-地址翻译

  • NAT-PT ( Network Address Trannslation-Protocol Translator )
  • 实现纯IPv6节点与纯IPv4节点间的通信。
    • 静态NAT-PT1:1
    • 动态NAT-PTM:N
    • 基于端口NAPT-PTM:1

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🕕章节总结

  • IPv6报文格式：每个字段作用（跳数限制）。
  • IPv6地址：128位，冒号十六进制法。
  • 简写规则：每段中无效零位可以省略，连续一段或多段零可以用：代替，但：：只能出现一次。
  • 地址分类：单播/组播/任意播，三类单播：1聚2恋3占有。
  • 过渡技术
    • 隧道技术：解决IPv6节点之间通过IPv4网络进行通信。
    • 双栈技术：同时运行IPv4和IPv6。
    • 翻译技术：解决纯IPv6节点与纯IPv4节点之间通进行通信。
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