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一、IPv6的概念 

1、Internet protocol version 6

2、IPv4的不足与缺陷

        2.1、IPv4提供的是2^32个IP地址已经接近枯竭；

        2.2、IPv4提供的QoS是可选项，在IPv6中，QoS是必选项；

        2.3、IPv4因为存在VLSM【可变长子网掩码】与CIDR【无类域间路由汇总】的问题，因此在子网划分与子网汇总时，配置较复杂

        2.4、IPv4几乎不提供任何的安全性可言，所有的安全性手段均需要依靠上层协议完成；

        2.5、IPv4目前造成ISP的骨干网络路由表膨胀；

        2.6、IPv4不提供任何的可移动性，在不同的物理位置，需要获取不同的IPv4地址访问网络；

3、IPv4到IPv6过渡期间的临时解决方案

        3.1、NAT【网络地址转换】：通过在内网中使用私有地址，在私有地址访问公网时，通过NAT的帮助，将多个私有IP地址转换为少量的共有IP地址。

        3.2、CIDR【无类域间路由汇总】：在一定程度上节省IP地址空间的使用。

        3.3、DHCP【动态主机配置协议】：若非同一个主机都在同一个时间访问外网，则DHCP服务器可使用少量的IP地址满足大量的用户访问网络的需求，通过不断的租约/退租/租约的方式来满足不同时访问网络的大量用户上网需求。

4、IPv6概述

        4.1、IPv6提供了更大的地址空间2^128

        4.2、IPv6提供了更加高效的路由基础【IPv6的路由器不再执行分片与重组的工作，上述工作交由客户端完成】

        4.3、IPv6支持更好的安全性

        4.4、ipv6支持更优的移动性（在各地访问网络的地址可不变）

        4.5、IPv6中的QoS是必选项

二、IPv6的地址空间与地址结构

1、IPv6共包含2^128个地址

2、IPv6地址不在使用IPv4的【点分十进制】表示形式，而是使用【冒号分16进制】的方式进行表示

三、IPv6提供更高效的路由基础

1、IPv6路由器不再执行分片和重组的工作，该工作交由客户端自行完成，目的是为了提高转发效率；

2、IPv6使用ICMPv6的错误报文来进行PMTUD【Path MTU Discovery|链路最大传输单元发现】

        2.1、ICMP【Internet control message protocol|互联网控制消息协议】属于IP协议的辅助协议，用来检测网络的连通性；

        2.2、ICMP常用的工具为ping、tracert

        2.3、在IPv4中，ICMP报文中常见的type为0（echo relay）、8（echo request）、3（表示网络不可达）

        2.4、在IPv6中，ICMPv6主要用于检测整条链路的MTU值与邻居发现【NDP】

        2.5、IPv6中数据包分片与重组工作不再由路由器完成，当客户端传送较大的数据包时，若路由器检测到链路的MTU过低，则路由器向信源返回ICMPv6的错误报文，报文中的type字段为2（表明错误字段，数据包过程）

        2.6、信源会根据收到的ICMPv6错误报文中指定的MTU值进行修改，保证所传输的数据大小可被整条链路的最小MTU所接受

四、IPv6的安全性、移动性与QoS特性

1、在IPv4中，IPSec为可选项，而在IPv6中，IPSec为必选项，通过IPv6的扩展包头来实现IPSec功能（IPv6的扩展首部的其中一个功能就是提供数据的加密与用户的验证）

2、IPv6从设计之初就考虑到用户未来的移动性，因此IPv6的后64bit地址可由自身的MAC地址形成而来，从而实现身处不同位置，网络地址不变的特性

3、IPv6强制使用QoS，通过流类别的定义，为不同的数据分配不同的QoS特性，从而保证数据转发的效率；

五、IPv6的地址结构

IPv6默认的标准地址格式：2001.0410.0000.0001.0000.0000.45ff

上述地址可以被缩写：将0000缩写为0

还可以进一步进行缩写：将连续的多个全0，用一个::来表示

六、IPv6的地址类型

1、单播地址

        1.1、全局单播地址：类似与IPv4中的公有地址

                前3位为001

                其中包含：

                TLA字段：由IANA分配给全球各个大区所使用的顶级汇聚标识符

                NLA字段：下一级汇聚标识符

                SLA字段：站点汇聚标识符

                Res：为NLA字段保留使用

        1.2、链路本地地址

        1.2.1、以FE80开头，所有支持IPv6的网卡（物理网卡、虚拟逻辑网卡）都默认会有一个链路本地地址

        1.2.2、在IPv6中没有了广播的概念，因此IPv4中的ARP广播请求寻找邻居的机制，在IPv6中无法工作，故而需要一种新的寻找邻居的机制

        1.2.3、在IPv6中，使用NDP【neighbor discovery protocol|邻居发现协议】邻居发现

        NDP使用ICMPv6的其他集中类型消息：

        type 133（RS：路由器请求消息）

        type 134（RA：路由器通告消息）

        type 135（NS：邻居请求消息）

        type 136（NA：邻居通告消息）

        1.2.4、在客户端发现路由器时，需要使用type 133、134的消息

        a：客户端首先以自己的FE80接口（链路本地地址）为源地址，向FF02::2（所有路由器的组播地址）发送RS消息，等待路由器回应

        b：路由器收到RS消息后，以自己FE80接口为源地址，向FF02::1（所有主节点的组播地址）发送RS消息，令客户端可以发现自己

        c：路由器也会以一个随机的时间轮询自己所在的链路（随机时间最小200s，最大600s），主动发送RA消息，并且通过其可分配的前缀地址（用来让客户端自动获取IP地址使用的DHCPv6）

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注：

FF02::5（所有OSPF路由器的组播地址）

FF02::9（所有RIP路由器的组播地址）

FF02::A（所有EIGRP路由器的组播地址）

FF05::2（全网的所有路由器）

        1.2.5、在客户端解析另一个客户端的MAC地址时，需要使用ICMPv6的type 135、136

        a：client A以自己的IPv6地址为源IP地址，以自己的MAC地址为源MAC地址，向FF02::1（对端主机IPv6地址的后2端）组播地址发送ICMPv6 type 135（NS）消息

        b：client B收到该消息，发现自己属于FF02::1（对端主机的IPv6地址的后2端）组播组，于是以自己的MAC地址为源MAC地址，单播向client A发送ICMPv6 type 136的消息进行响应，把自身的MAC地址单播回复给client A

        c：至此，client A与client B均得到了对端的MAC地址，通讯即刻发生

        1.2.6、IPv6还可以使用NDP协议进行地址协商、地址重复检测、网关重定向

        1.3、站点本地地址

        以FEC0开头的地址

        类似于IPv4中的私有地址

        在IPv6大规模部署后，站点本地地址将不复使用

        目前站点本地地址可用于内网交换机、打印机等设备的内网管理

        1.4、特殊IPv6地址

                1.4.1、::表示IPv4中0.0.0.0【缺省路由】

                1.4.2、::1表示IPv4中的127.0.0.1【用于本机网卡测试】

        1.5、兼容性地址

                1.5.1、::W.X.Y.Z

                1.5.2、::FFF:W.X.Y.Z

                上述地址主要用于6to4隧道时，令同一个路由器既能够识别IPv4地址，又能够识别IPv6时使用

六、IPv6的组播

FF02::1        all node

FF02::2        all router

FF02::5        all ospf router

FF02::9        all rip router

FF02::A        all eigrp router

FF05::2        all router

1、IPv6组播地址的前8bit全为1（即：十六进制的EF）

2、9-12（4bit）为Flags字段：目前使用最后1bit，若最后1bit为0，表示这是一个永久组播地址；若最后1bit为0，则表示这是一个永久组播地址；若之后1bit为1，则表示这是一个临时组播地址

3、13-16（4bit）为Scope字段：该字段指明了组播可通讯的范围

        0：保留、F：保留、1：节点本地范围、2：链路本地范围、5：站点本地范围（类似于IPv4中的私有地址的概念）、8：组织本地范围、E：全球范围

4、IPv6的组播MAC地址

        4.1、IPv6的每个组播IP地址均需要有对应的组播MAC地址

        4.2、协议规定，IPv6的组播MAC地址的前16bit均为33:33

        4.3、剩余的32bit（MAC地址共48bit，前16bit固定，剩余32bit）直接将IPv6的IP地址的后4Byte映射过来，与33:33共同组成这个IPv6组播地址的MAC地址

七、IPv6的任播地址

名词解释

单播地址：unicast

组播：mutilcast

广播：broadcast

任播：anycast

1、当把IPv6单播中的全局单播地址配置个数超过一个节点使用时，该地址就变成了任播地址

2、任播地址既可以是源地址，也可以是目的地址（更多应用在目的地址上）

3、用户发送数据的目标地址若为任播地址的话，则该数据会被转发至距离终端用户最近的网络设备接口上

4、任播地址的优势在于：

        4.1、提供了服务的冗余性，在多台服务器上配置相同的任播地址，令多台服务器同时向用户提供相同的服务，并且能够在某一个服务器失效后，令其他服务器立即接替工作

        4.2、提供了更优的用户体验

八、IPv6的后64bit的接口地址标识

IPv6获取后64bit接口标识的方式有3种：

1、通过自身的MAC地址进行派生【最常用】

        1.1、MAC地址本身就有48bit，距离IPv6需要的64bit还差16bit

        1.2、在通过MAC地址派生IPv6接口地址时，首先将MAC地址一分为二，从厂商标识与网卡唯一标识处切断

        1.3、再2将64bit的第7bit取反，由0变为1

注：

全局/本地【unit/local】位是第一个字节的第七位，用于确定该地址是【全局管理】还是【本地管理】。若将U/L位置为0，则代表其通过分配唯一的公司ID，IEEE已对地址进行管理；若U/L位被置为1，则代表该地址为本地管理

        1.4、最终得到IPv6的后64bit接口标识