Part I TCP/IP——IPv6
Chapter 1 IPv6基础知识
1.
计算机网络的定义
通过通信协议和传输介质，把分散在不同地点的计算机设备连接起来，实现资源共享和数据传输的系统
产生的Internet的核心技术有协议分层、协议封装、分组交换、网关、以太网、路由器和TCP/IP协议
计算机网络体系结构是计算机网络协议和层次的集合。
计算机网络中每一层的功能和提供的服务由网络协议数据单元（Protocol Data Unit，PDU）描述和实现
采用5层结构，自顶向下依次为：
应用层、运输层、网络层、数据链路层、物理层，
对应的PDU分别称为报文（message）、报文段（segment）、分组（packet）、帧（frame）、位流（bits）
协议数据单元（PDU）在经过网络中的路由器和交换机的中间结点时，进行协议拆封和再封装
目前常用的计算机网络体系结构是：
开放系统互连参考模型（OSI）
TCP/IP协议簇
局域网体系结构
协议和层次的绑定
TCP/IP协议栈（因为很像stack的结构）：
四层：
1.网络接口层
2.网际层（ICMP,IGMP,ARP IP,PARP）
3.传输层（TCP/UDP）
4.应用层
TCP报文段和UDP数据报可以封装在IP分组中。
2.1 IPv4协议的局限性以及需要改进的原因
IP地址空间的局限性
缺乏对安全性的支持
IPv4网络中结点配置很复杂
缺乏对服务质量（QoS）的支持
不支持移动通信传输
IPv4地址的层次分配缺乏统一的分配和管理
网络地址翻译问题
IPv6协议首部结构
1.
IPv6协议数据单元的结构
2.
IPv6协议的扩展首部
3.
IPv6协议与相邻层协议的关系
IPv6协议数据单元称为分组（Packet）。有时也将IPv6协议数据单元称为数据报
IPv6协议与IPv4协议的比较
转发分组过程：
相邻的路由器只是定义上的相邻，并不代表物理上相邻。
2 IPv6协议的扩展首部
首部的放置顺序有要求
1.固定
2.逐跳（每个路由器都需要解码解释）
3.目的选项扩展首部（1./2.）
4.路由的扩展首部（路由器/目的选项）
5.分段扩展（分片/原则上认为链路足够大）
6.7.
8.目的选项2：只允许接收端接收解释的数据（不需要中间节点进行解释）
扩展首部的用法
IPv6协议中的扩展首部是可选的，只在需要时才插入，使得IPv6分组的生成更加灵活和高效，提高了分组的转发效率。
源路由方式可以绕过危险的网络，选择可靠的路径
更加的灵活方便
*要注意MTU，超过会被扔掉
要先探测路段的MTU
报头是不可分段部分，后面分段首部是用于重组（净荷部分）
分段首部有些长得不一样，因为偏移量不一样。
类似于链表
2.2 逐跳选项扩展首部
前边的长度是指总的长度
3. 填充
几乎不需要切片
提取出有效的部分
多播，减少骨干网的负担
相邻的路由器可以进行传输
*（多播侦听）路由器传递的信息->应该发送多少个副本
流标签：（对于非弹性资源）
预分配资源（带宽/缓冲区）
相同路径传输：时延抖动差不多
可以解决服务质量的一些问题
流标签可用来标记特定流的报文，以便在网络层区分不同的报文。转发路径上的路由器可以根据流标签来区分流并进行处理。由于流标签在IPv6报文头中携带，转发路由器可以不必根据报文内容来识别不同的流，目的节点也同样可以根据流标签识别流，同时由于流标签在报文头中，因此使用IPSec后仍然可以根据流标签进行QoS处理。
2.5 身份认证首部
Hash，MD5，摘要，CRC（校验和）
证书（保证来源）
认证就是A用私钥加密，B从公共机构里获得A的公钥，证明消息确实来自于A
目的选项扩展首部（源路由）
第一跳：基本首部
第二跳..第三跳..最终..（想要到达的路由器的IP地址）：目的选项扩展首部
A->B
不能直通，v4做不到，但v6可以
使用目的选项首部有两种方式
若存在路由首部，目的选项首部在路由首部之前，则目的选项首部指定在每个中间节点都要转发或处理的选项
若不存在路由首部，或目的选项首部在路由首部之后，则目的选项首部指定在最后路由节点转发或处理的选项
Chapter 3 IPv6地址结构
1.1 IPv6地址标识方法
规定IPv6地址有3种格式：
首选格式，压缩表示格式，内嵌IPv4地址的IPv6地址格式
1．首选格式
把IPv6地址的128位二进制地址按每16位划分为一个位段，
IPv6地址可以划分为8个位段
IPv6地址首选格式为X:X:X:X:X:X:X:X，其中X标识一个位段，各位段之间用冒号间隔
例如，一个128位二进制位的IPv6地址：
00100000(20) 00000001(01) 00000100(04) 00010000(10)
00000000(00) 00000000(00) 00000000(00) 00000001(01)
00000000(00) 00000000(00) 00000000(00) 00000000(00)
00000000(00) 00000000(00) 01000101(45) 11111111(FF)
得出该IPv6地址首选格式：2001: 0410: 0000: 0001: 0000: 0000:0000: 45ff
2．压缩表示格式
压缩表示格式也称为零压缩表示法
-
RFC 4291规定IPv6地址结构中允许用“空隙”来表示这些0，并且规定在一个位段4位十六进制整数的起始位置的0可以省略（压缩掉）
-
但是一组4位十六进制整数中间和后面的0不可以省略
-
规定每个位段至少有一个数字，如“0000” 简写为“0”
-
多个连续位段0用两个冒号（双冒号）表示，简写为“::”
-
IPv6标准规定双冒号在地址中只能出现一次，并且不能省略一个位段中有效的0
首选格式表示的IPv6地址：2001: 0410: 0000: 0001: 0000: 0000: 0000: 45ff
可采用压缩格式写为：2001: 410: 0: 1: 0: 0: 0: 45ff
3．内嵌IPv4地址的IPv6地址格式
内嵌IPv4地址的IPv6地址格式可以分为两类：
- IPv4兼容的IPv6地址（废除）
- IPv4映射的IPv6地址
IPv6地址被分成两个部分：子网前缀和接口标识符。
IPv6地址前缀格式如下：
IPv6地址/前缀长度
例如，4030:0:0:0:C9B4:FF12:48BC:1A27/60
这个地址中前缀长度为60位
网络中的一个结点可以有一个或多个网络接口，IPv6地址是分配给网络接口的
在IPv6网络中一个接口可以有一个或多个IPv6地址，包括单播地址、任播地址和多播地址
由ICANN将IPv6地址分配给各个区域
区域→国家→本地机构→ISP→企业→部门
一个典型的IPv6地址由3个部分组成：
全球路由前缀（Global Routing Prefix，GRP）
子网ID（Subnet ID）
接口ID（Interface ID）
3 IPv6单播地址
一个结点可以具有多个IPv6网络接口。每个接口必须具有一个与之相关的单播地址
一个IPv6单播地址可看做一个两字段实体
- 其中一个字段为网络标识符，用来标识网络
- 另一个字段为接口标识符，标识该网络上结点的接口
3.2 可汇聚全球单播地址
每个可聚合全球单播IPv6地址有如下3个部分
1）公共拓扑
2）站点拓扑
3）接口ID
3.3 链路本地地址
1．链路本地地址格式
链路本地地址的作用范围限制在连接到同一链路本地的结点之间，即以路由器为界的单一链路范围内
链路本地地址是自动配置的。在邻居发现等IPv6机制中使用该类型的地址
2. EUI-48地址
3.5 6to4地址和ISATAP地址
2．ISATAP地址
4 IPv6多播地址
IPv6协议中的多播地址（Multicast Address，MA）也通过特定的地址前缀标识
用最高8位的二进制位组合“1111 1111”来标识多播地址
4.2 请求结点多播地址
用于重复地址检测和获取邻居结点的链路层地址
请求结点多播地址由前缀FF02::1:FF00:0/104和单播（或任播）地址的后24位组成
请求结点多播地址的地址范围为
FF02:0:0:0:0:1:FF00:0000～FF02:0:0:0:0:1:FFFF:FFFF
仅把与地址解析有关的结点的地址作为目的地址，在地址解析过程中，与地址解析无关的结点不会受到干扰。
5 IPv6任播地址
任播地址与单播地址有相同的格式，当一个单播地址属于多个接口时，它就是任播地址
8.1 IPv6地址无状态自动配置的特征
无状态自动配置要求链路本地支持多播，而且网络接口能够发送和接收多播
*没有重复
完成自动配置的结点首先将其链路本地地址（如IEEE EUI-64地址）追加到链路本地前缀之后，构成网络接口的IPv6地址。这样，结点就与同一网络链路上的其他结点通信，只要同一链路没其他结点使用与之相同的EUI-64地址即可
在使用该地址之前，结点必须先证实起始地址在链路本地是
唯一的，结点必须确定同一链路上没有其他结点使用与之相
同的EUI-64地址
无状态地址自动配置中的地址前缀的获取是最为重要的
IPv6主机地址自动配置过程
1.
生成临时链路本地地址
2.
主机发送邻居请求报文，进行地址重复检测
3.
主机发送路由器请求报文
4.
若收到路由器通告报文，主机根据收到的报文内容配置MTU、重发计时器、可到达事件和跳数限制等。
5.
若收到的报文带有前缀信息选项，则进行标志位判断
6.
若路由器通告报文中的管理地址标志位置为1，则用有状态地址自动配置协议获取其他的地址。
7.
若路由器通告报文中的有状态配置标志位置为1，则用有状态地址自动配置协议获取其他的参数。
IPv6地址有状态自动配置DHCPv6
通过DHCPv6服务器，可以把IPv6网络地址和其他配置信息通过IPv6网络传送IPv6结点，这些信息都是通过选项来传递的，使网络具有自动分配可重用的网络地址和附加配置信息的功能。
DHCPv6服务器与客户端使用运输层协议UDP来交换
报文内容按网络字节顺序存储
这个全称叫DHCPv6前缀代理DHCPv6 PD(Prefix Delegation)是一种
前缀分配机制，通俗的说是分配网段的。
10 IPv6域名系统
IPv6域名地址正向解析DNS记录有两种新的类型：
AAAA和A6
A6类型的记录支持AAAA类型记录所不具备的一些特性，这些特性包括地址汇聚、地址重编号等
什么叫地址汇聚？
1．自动发现DNS服务器
无状态：通过中间服务器发布通告信息
有状态：通过任播地址发送查询请求
2．自动域名更新
自动域名更新指的是DNS服务器能够自动跟踪网络中的每个结点，在各结点的域名与IPv6地址的对应关系变化时，DNS服务器实现随时更新
自动域名更新采用客户机/服务器模式
DNS逆向地址解析
10.1主机的数据结构
地址空间足够的大，可以扩展接入的网络范围
多子网交叠
10.2IPv6地址解析
互联网设计规律
*邻居发现协议
*多播（IPv6不再采用广播的方式因为会产生不必要的资源浪费，让无关的主机接收到报文）
请求解析的结点把邻居请求报文以多播的形式发送到与目的IPv6地址有关的多播地址上。
目的结点通告自己的位置
——
知道B的IP地址，不知道MAC地址
尽管是以多播的形式发出去，但只有目的主机能收到报文
目的路由器把邻居通告报文以单播的形式传回去
相同链路：没有跨越路由器
类型=135：目的是查询MAC地址
多播IP是怎么生成的？
数据是可写可不写的
4个3开头代表MAC地址是多播MAC地址（多个终端会以该MAC接收数据）
其他结点会忽略该报文
http://www.firewall.cx/networking-topics/general-networking/107-network-multicast.html
多播地址能代表单播地址
根据多播地址低位映射出多播MAC地址
为什么不直接采用请求节点的IP地址？
不知道单播MAC，所以不能用单播的IP地址
问：这个多播MAC地址对应的是服务器/终端还是什么东西呢？
B会监听属于自己的多播MAC地址
多播MAC地址可能存在歧义
类型=134
路由通告
一个网络节点有一个网络接口，这个接口上至少有三个MAC地址
10.4 邻居可达性检测
