IPV6技术详细解析

IPV6

为什么需要IPv6地址

1）IPv4地址枯竭，为了满足万物互联的发展，需要更大的地址空间。

2）设备可以自动获取IPv6地址，无需依赖DHCP服务器。

3）IPv6引入了IPsec，提高了通信的安全性。

4）更好的支持实时应用，如语音和视频传输。

5）减少NAT依赖：每个设备都可以拥有一个全球唯一的IP地址，减少了网络复杂性

IPV6的优势

IPV4：

• 公网地址枯竭

• 包头设计不合理

• 路由表过大，查表效率低

• 对ARP的依赖，导致广播泛滥

IPV6

• “无线”地址

• 地址层次化分配

• 即插即用

• 简化的报文头部

• IPV6安全特性

• 保证端到端通信完整性

• 对移动端的支持

• 增强的Qos特性

IPV6报文构成

网络前缀+接口标识

IPv6基本报头

IPv6基本报头也称之为固定报头。固定报头包含8个字段，总长度为40个字节

扩展报头

提供一些扩展的报文转发信息，如分段、加密等，该部分不是必需的

上层协议数据单元

一般由上层协议报文和他的有效载荷组成，该部分与IPV4的上层协议数据单元相似

IPV6的基本报头的8个字段分别为：

版本（Version）：

• 流量类型（Traffic Class）：该字段功能和IPv4中的服务类型功能类似，

表示IPv6数据报文的类或优先级。长度为8bit。

• 流标签（Flow Label）：与IPv4相比，该字段是新增的。该字段长度为20bit。

可以通过源IPv6地址+流标签来唯一确定一条数据流

也可以通过目的IPv6地址+流标签来唯一确定一条数据流

• 载荷长度（Payload Length）：该字段表示IPv6数据报有效载荷的长度。有效载荷是指紧跟IPv6报头的数据报 的其它部分。该字段长度为16bit，能表示最大长度为65535Byte的有效载荷

• 下一个报头（Next Header）：8bit,类似IPv4中的协议字段，主要为表示上层协议数据单元中的协议类型

• 跳数限制（Hop Limit）：8bit, 类似于IPv4中的TTL字段，主要是定义数据包经过的最大跳数，每经过一台设 备，该值减1，该值为0时，数据包会被丢弃

• 源IPv6地址：128bit,发送方地址

• 目的IPv6地址：128bit，接收方地址

IPV6地址格式

IPV6首选格式

IPV6地址一般用冒号分割成8段，每一段16bit,每一段使用四个十六进制数表示

IPv6压缩格式

例如：2001:0DB8:0000:0001:0000:0000:0000:45ff/64

• 在每段的16进制中，左边的0可以省略

• 在每段的16进制中，如果全为0，可以用1个0表示

例如：2001:DB8:0:1:0:0:0:45ff/64

• 连续的多个段都是0，可以直接用:: 表示，:: 只能出一次

例如：2001:DB8:0:1::45ff/64

IPv6内嵌IPv4地址的格式

地址的前96bit为IPv6地址格式，后32bit为IPv4地址格式。

IPv6部分可采用首选或压缩格式，IPv4部分采用点分十进制格式。

例如：0:0:0:0:0:0:100.1.1.1/64

例如：0:0:0:0:0:0:100.1.1.1/64

Pv6地址结构

一个IPv6地址可以分为：网络前缀+接口标识

网络前缀：nbit，相当于IPv4地址中的网络位。

接口标识：（128-n）bit，相当于IPv4地址中的主机位

IPV6地址分类

暂时无法在飞书文档外展示此内容

GUA：全球单播地址(可聚合全球单播地址)

该类地址全球唯一，用于互联网访问，相当于IPv4的公网地址

通常GUA的网络部分长度为64bit，接口表示也为64bit

应用场景：广域网和互联网

ULA:唯一本地地址

是IPv6私网地址，只能够在内网中使用

该地址空间在IPv6公网中不可被路由，因此不能直接访问公网

虽然是私有地址，也是全球唯一的，即便泄露到公网中，也不会产生地址冲突

地址范围：FC00::/7。

FC00::/8预留，以后扩展用

应用场景: 企业内网（大型政企内网, 国家单位内网使用）

LLA：链路本地地址：

名字：LLA（链路本地地址）

范围：FE80::/10 (FE80-FEBF)

作用：是IPv6中另一种应用范围受限制的地址类型。

LLA的有效范围是本地链路（只在一个网段上起作用）

IPv6组播地址：

范围：FF00::/8 (FF00-FFFF)

作用：IPv6组播地址标识某个组，目的为组播地址的报文会被送到该组播组内的成员

任播地址（单播地址）

任何全球单播地址或者链路本地地址可以被配置为任播地址。

组播MAC地址

1）组播IPv6报文的目的IP为组播IPv6地址，目的MAC为组播MAC地址

2）组播MAC的前16bit为“33:33”，是专门为IPv6组播预留的MAC地址前缀

3）后32bit从组播IPv6地址的后32bit直接映射而来

被请求节点的组播地址

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

该地址主要用于邻居发现和地址重复检测功能，被请求节点组播地址的有效范围为本地链路范围

FF02::1所有节点组播地址，所有网络节点设备都可以收到该报文

FF02::2所有路由器组播地址，只有所有的路由器都可以收到该报文

路由器发现

用于主机发现本地链路上的路由器，从而获取网络配置信息的过程

RS路由器请求报文

RA路由器发送报文

在 IPV6中PC获取IP地址的方式

1、手动配置IP

2、DHCP自动分配

3、IPV6地址无状态自动分配

路由器发送RA报文有两种方式

1、触发式发送

2、每间隔200-600秒就会发送一个RA报文

路由器发现

1）路由器发现：IPv6主机寻找路由器及获取网络信息的过程

2）路由器发现的三个功能：

路由器发现 ：让主机发现路由器，确定默认网关

前缀发现 ：让主机发现IPv6网络前缀，自动配置IPv6地址

参数发现 ：让主机发现跳数限制、地址配置方式等信息

3）路由器发现使用的报文

RS报文：路由器请求报文 （icmpv6的报文，类型：133）

作用： 用于发现路由器，确定默认网关，请求IPv6网络前缀信息

解析：RS报文抓包解析

源MAC：主机接口的单播MAC地址

目的MAC：组播MAC：3333-0000-0002

源IP： 主机接口的链路本地地址（单播IPv6地址）

目的IP：组播IPv6地址 FF02::2

RA报文： 路由器通告报文：（icmpv6的报文，类型：134）

作用：通告默认网关，IPv6网络前缀信息

解析：RA报文抓包解析

源MAC：路由器接口的单播MAC地址

目的MAC：组播MAC：3333-0000-0001

源IP： 路由器接口的链路本地地址（单播IPv6地址）

目的IP：组播IPv6地址 FF02::1

备注：

1）路由器会除了触发式的回应RA报文，也会周期性地发送RA报文

2）RA发送间隔是一个有范围的随机值，时间间隔是200-600秒

IPv6的MAC地址解析

1）IPv6的MAC地址解析通过ICMPv6（NS和NA报文）来实现

2）NS报文： 邻居请求报文 （icmpv6的报文，类型：135）

作用：解析邻居设备的 MAC 地址 和重复地址检测

解析：IPv6的MAC地址解析的抓包分析：

IPv6报头:

源MAC：路由器接口的单播MAC地址

目的MAC：组播MAC：3333-0000-0002

源IP：路由器接口的单播IPv6地址

目的IP：对端设备接口的IPv6单播地址的组播组地址

ICMPv6报头

目的IP:对端路由器接口的IPv6单播地址

源MAC: 本端路由器接口的MAC地址

3）NA报文 邻居通告报文 （icmpv6的报文，类型：136）

作用：给邻居设备通告自身的MAC地址

1. 响应 NS 报文：收到 NS 报文后，会回应 NA 报文，提供本机MAC地址

2. 主动通告：没有收到 NS 报文的情况下主动发送 NA 报文，例如在网络拓扑发生变化时

解析：IPv6的MAC地址解析的抓包分析：

IPv6报头:

源MAC：路由器接口的单播MAC地址，

目的MAC：对端路由器接口的单播MAC地址

源IP：路由器接口的单播IPv6地址

目的IP：对端路由器接口的单播IPv6地址

ICMPv6报头:

目的IP:本端路由器接口的IPv6地址

MAC: 本端路由器接口的MAC地址

IPV6地址解析

IPV6地址解析通过ICMPV6来实现

在三层完成地址解析优势

• 地址解析在三层完成，不同的二层介质可以采用相同的地址解析协议

• 可以使用三层的安全机制避免地址解析攻击

• 使用组播方式发送请求报文，减少了二层网络的压力