网络工程 ipV6教学PPT

一个B类地址，其网络地址为172.16.0.0;子网掩码为255.255.255.128(/25)，求该网络内的子网数，子网内的主机数，子网的广播地址（第一个子网和最后一个子网）。有效主机范围（第一个子网的首地址和尾地址，以及最后一个子网的首地址和尾地址）1作业讲评IPv6网络工程IPv61、Ipv4的危机与解决2、IPv6地址格式及分类3、IPv6报文格式4、IPv6邻居发现及地址配置1.1Ipv4资源面临枯竭Internet正在迅速膨胀和爆炸中，出现越来越多IPEnable的设备：手机、家电…全球可提供的IPv4地址大约有40多亿个，即将被分配完毕。ICANN2011年2月3日将最后5组A类地址分配给了5大地区性互联网注册管理机构。41.1Ipv4资源面临枯竭资源分配不均，一些国家IP地址的紧缺情况更加严重。中国（3亿），印度。解决方案：节其流，开其源，潢然使天下必有余，而上不忧不足。　《荀子·富国》5Ipv4解决方案节流（减少IP地址的浪费）在实际网络运用过程中，为了提高网络性能、简化管理，我们都会使用子网划分把网络分割，提高网络性能……6例子一个C类网址192.168.0.0，借去两位划分子网，可用主机地址为：2*30=60未划分子网前可用主机数254台，划分后只有60台可用，巨大的浪费！7ClassfulIP编址的缺陷分类IP编址固定的3种IP网络规模C类：少于255台主机的网络B类：介于255~65535台主机的网络A类：超过65535台主机的网络地址浪费大只有两、三台主机的网络，也至少要用256个IP地址A、B类浪费更严重，少有达上万台主机的大型IP网络Internet的IP地址日益匮乏思考案例某公司使用一个C类网段地址201.39.18.0/24，该公司有三个部门，人数分别为80、50、25人，共用办公设备的数量在10台左右，公司领导要求通过子网划分的方式将这三个部门和这些共用办公设备分别划分到不同的网段中，如果你是一个网络工程师，你该如何规划？89部门A80台部门B50台部门C25台公共设备10台C类网段地址201.39.18.0/24VLSMVLSM(可变长子网掩码)可以对子网进行层次化编址，以便最有效的利用现有的地址空间。可变长度子网掩码的想法就是在每个子网上保留足够的主机数的同时，把一个子网进一步分成多个小子网时有更大的灵活性。10ClasslessIPAddress就是在ClassfulIPAddress的分类规则的基础上，进一步把主机ID划分成子网ID。Classful的掩码(netmask)是固定的A类/8，B类/16，C类/24。而Classless允许用一部分主机ID作为网络ID，使得掩码的长度可变。　　VLSM11注意！VLSM可以使用全零和全一的子网，使用时所采用的路由必须能够支持它，这些路由协议包括RIP2，OSPF，EIGRP，IS-IS和BGP。例：对一个A类网络地址100.0.0.0/8，用classless可以把它划分为几个较小的网络地址：　　1）如果把IP地址的第2个字节作为子网ID，那么100.0.0.0/8网络地址可以划分为256个较小的子网：　　100.0.0.0/16~100.255.0.0/16。主机IP地址100.4.5.6就属于子网100.4.0.0/16。　　2）如果把IP地址的第2,3两个字节作为子网ID，那么100.0.0.0/8网络地址可以划分为65,536个更小的子网：　　100.0.0.0/24~100.255.255.0/24。主机IP地址100.4.5.6就属于子网100.4.5.0/24。1213部门A80台部门B50台部门C25台公共设备10台C类网段地址201.39.18.0/2414201.39.18.0/24CIDR（无类型域间路由，ClasslessInter-DomainRouting）是一个在Internet上创建附加地址的方法，这些地址提供给服务提供商（ISP），再由ISP分配给客户。CIDR将路由集中起来，使一个IP地址代表主要骨干提供商服务的几千个IP地址，从而减轻Internet路由器的负担。15CIDR可看作子网划分的逆过程。子网划分时，从地址主机部分借位，将其合并进网络部分；而在超级组网中，则是将网络部分的某些位合并进主机部分。CIDR将网络前缀都相同的连续的IP地址组成“CIDR地址块”。16CIDR消除了传统的A类、B类和C类地址以及划分子网的概念，因而可以更加有效地分配IPv4的地址空间。CIDR使用各种长度的“网络前缀”(network-prefix)来代替分类地址中的网络号和子网号。CIDR最主要的特点IP地址从三级编址（使用子网掩码）又回到了两级编址。17CIDR地址块128.14.32.0/20表示的地址块共有212个地址（因为斜线后面的20是网络前缀的比特数，所以主机号的比特数是12）。这个地址块的起始地址是128.14.32.0。在不需要指出地址块的起始地址时，也可将这样的地址块简称为“/20地址块”。128.14.32.0/20地址块的最小地址：128.14.32.0128.14.32.0/20地址块的最大地址：128.14.47.255全0和全1的主机号地址一般不使用。《TCP/IP协议》（2007年秋）18128.14.32.0/20表示的地址（212个地址）1000000000001110001000000000000010000000000011100010000000000001100000000000111000100000000000101000000000001110001000000000001110000000000011100010000000000100100000000000111000100000000001011000000000001110001011111111101110000000000011100010111111111100100000000000111000101111111111011000000000001110001011111111111010000000000011100010111111111111所有地址的20bit前缀都是一样的思考题某学院有四个专业，计算机系、信管系、通信系、电气系，每个系分配了一些网段的IP地址使用，问若使用ＣＩＤＲ技术把地址汇集到系，再从各个系汇集到学院，步骤如何？19206.0.68.0/25206.0.68.128/25206.0.69.0/25206.0.69.128/25计算机系206.0.70.0/26206.0.70.64/26206.0.70.128/26206.0.70.192/26通信系206.0.71.0/26206.0.71.64/26206.0.71.128/26206.0.71.192/26信管系电气系20因特网206.0.68.0/22ISP大学计科系通信系信管系电气系206.0.71.128/26206.0.71.192/26206.0.68.0/25206.0.68.128/25206.0.69.0/25206.0.69.128/25206.0.70.0/26206.0.70.64/26206.0.70.128/26206.0.70.192/26206.0.70.0/24206.0.71.0/25206.0.71.0/26206.0.71.64/26206.0.71.128/25206.0.68.0/23单位地址块二进制表示地址数大学206.0.68.0/2211001110.00000000.010001*1024计科系206.0.68.0/2311001110.00000000.0100010*512通信系206.0.70.0/2411001110.00000000.01000110.*256信管系206.0.71.0/2511001110.00000000.01000111.0*128电气系206.0.71.128/2511001110.00000000.01000111.1*12821CIDR作用合理IP地址规划有效减少关键路由器选路表项，充分发挥路由器的转发性能隐藏网络结构自主管理网络边界使用路由器（即R2）与外界相连，在不改变原有IP地址范围的条件下，网络内部任意划分子网、改变拓扑结构等，都不会影响外部的路由器（即R1）选路表项。自主管理网络R1R2NAT（网络地址转换）DHCP（动态主机配置协议）其他Ipv4解决方案解决IPv4地址缺乏问题的临时方案，增加网络的隐性成本。仍需要开源——Ipv6128位的地址空间，几乎用之不竭的资源。Ipv6给我们带来什么新业务的需要移动IP等QoS3G业务的发展，需时即连和永远在线安全性的需求IPv6内置了安全机制Ipv6给我们带来什么IPv6最本质的改进——几乎无限的地址空间地址长度由32位增加到128位简单是美——简化固定的基本报头，提高处理效率扩展为先——引入灵活的扩展报头，协议易扩展层次区划——地址格式更具层次性，便于路由聚合即插即用——地址配置简化，自动配置贴身安全——网络层的IPSec认证与加密，端到端安全Qos考虑——新增流标记域各国开展的IPv6一、北美的Moonv6计划二、欧洲的6LINK计划三、日本NTT的IPv6业务254to6过渡技术网络过渡技术隧道技术NAT-PT主机过渡技术双协议栈技术应用服务系统过渡技术26现有一个VLSM地址160.171.219.125/21，则其所处的网络地址为     。  A、160.171.219.64    B、160.171.219.0         C、160.128.0.0D、160.171.192.0     E、160.171.208.0        F、160.171.216.0G、160.171.218.0      H、160.171.219.212728现有一个VLSM地址160.171.219.125/20，则其所处的网络的广播地址为      。A、160.171.208.255    B、160.171.216.255    C、160.171.223.255D、160.171.192.255    E、160.171.200.255     F、160.171.224.255 G、160.171.218.255   H、160.171.255.255IPv6介绍1、Ipv4的危机与解决方案2、IPv6地址格式及分类3、IPv6报文格式4、IPv6邻居发现及地址配置IPv6地址格式IPv6地址=前缀+接口标识前缀：相当于v4地址中的网络ID接口标识：相当于v4地址中的主机ID128位长，用冒号将128比特分割成8个16比特的部分，每个部分包括4位的16进制数字。地址前缀长度用“/xx”来表示举例：3ffe:3700:1100:0001:d9e6:0b9d:14c6:45ee/64IPv6地址缩写每个16位的分段中开头的零可以省略一个或多个相邻的全零的分段可以用双冒号::表示双冒号只能使用一次以下是同一个地址不同表示法的例子：0001:0123:0000:0000:0000:ABCD:0000:0001/961:123:0:0:0:ABCD:0:1/961:123::ABCD:0:1/96IPv6地址分类单播地址（UnicastAddress）组播地址（MulticastAddress）任播地址（AnycastAddress）特殊地址地址类型二进制前缀IPv6标识未指定00...0(128bits)::/128环回地址00...1(128bits)::1/128组播11111111FF00::/8链路本地地址1111111010FE80::/10站点本地地址1111111011FEC0::/10全局单播（其他）单播地址识别单一接口发送到单点发送地址的数据包被传输到这个地址识别出的接口IPv6单播地址分类（根据地址范围）：全局单播地址例2001:A304:6101:1::E0:F726:4E58链路本地地址例FE80::E0:F726:4E58站点本地地址例FEC0::E0:F726:4E58全局单播地址全球唯一地址带有全球地址的数据包可被转发到全球网络的任何部分任何人（企业或个人）都可以获得一个48位前缀任何人都可以拥有16位的子网空间全局单播地址层次结构全局路由前缀子网ID接口ID45位16位64位0012000::/3链路本地地址用于单个链路，可进行自动地址配置、邻居发现或在没有路由器时进行单个链接编址带有链路-本地源或目的地址的数据包不转发到其它链路链路本地地址结构0接口ID1111111010FE80::/10站点本地地址用于单个站点内部编址带有站点-本地源或目的地址的数据包不转发到其它站点相当于V4网络中的私有地址（RFC1918）站点本地地址结构0接口ID1111111011FEC0::/10IPv6地址分配IPv6地址空间的最小地址分配块为32比特每个用户可以获得48比特地址前缀用户只有一个网络和子网时，可以得到64bits地址前缀移动设备仅有一台联网设备时，可以分配128bits地址前缀拨号345166400129bits16bits16bits64bitsLIR/32接口ID客户站点/48子网/64设备/128接口ID对链路来说是唯一的可动态获得IEEE采用MAC-to-EUI-64转换其它地址采用其它的自动方法可用来形成链路-本地地址可用来形成带有无状态自动配置功能的全球地址EUI-64将48比特的MAC地址转化为64比特的接口ID由设备自动生成MAC唯一，所以接口ID也唯一步骤：在MAC地址的公司ID（高24位）和节点ID(低24位）中间插入FFFE反转MAC地址中的U比特位用以标识唯一性组播地址Flags前3位设为0最后一位定义地址类型0=固定或众所周知1=本地分配或短期Scope表示组播组的范围GroupID组播组ID0预留1节点本地范围2链路本地范围5站点本地范围8企业本地范围E全局范围F预留预定义的组播地址IPv6预定义组播地址IPv4预定义组播地址组播组节点本地范围FF01::1224.0.0.1所有节点地址FF01::2224.0.0.2所有路由器地址链路本地范围FF02::1224.0.0.1所有节点地址FF02::2224.0.0.2所有路由器地址FF02::5224.0.0.5所有OSPF路由器FF02::6224.0.0.6所有OSPF指派路由器FF02::9224.0.0.9所有RIP路由器FF02::13224.0.0.13所有PIM路由器站点本地范围FF05::2224.0.0.2所有路由器全局FF0x::101224.0.1.1NTP协议Solicited-Node组播地址IPv6中特有的组播地址(请求节点组播地址）每个节点必须为分配给它的每个单播和任播地址加入的一个组播地址，用于DAD地址重复检测（RFC2373)Solicited-Node组播地址生成过程接口ID的后24位：XX:XXXX前缀FF02:0:0:0:0:1:FFFF02:0:0:0:0:1:FFXX:XXXX例：主机的MAC地址为00-02-b3-1e-83-29IPv6地址为fe80::0002:b3ff:fe1e:8329请求节点组播地址:ff02::1:ff1e:8329IPv6地址新类型—任播（Anycast）被分配给多个接口，仅用于路由器发往任播地址的数据包被路由转发给分配了任播地址的接口中距离最近的一个同单播地址相同，不能做为源地址使用Who’sGateway?I’mnearestone.特殊地址未指定地址(UnspecifiedAddress)0:0:0:0:0:0:0:0=::/128作为源地址使用，并不能被路由器转发Loopback地址0:0:0:0:0:0:0:1=::1/128内嵌IPv4地址的IPv6地址用于与传统网络之间的互联互通，以使IPv4网络和IPv6网络之间能进行无缝通信，这里使用的IPv4地址必须是全球唯一IPv4单播地址。IPv4兼容的IPv6地址IPv4映射的IPv6地址节点所需要的地址主机节点需要如下地址来标识自己Link-Local地址手工或自动配置的单播地址loopback地址“All-Nodes”和“Solicited-Node”及其它所属于的组播地址 路由器节点除了以上地址，还要有“Subnet-Router”及路由器上配置的任播地址“All-Routers”组播地址IPv6介绍1、Ipv4的危机与解决方案2、IPv6地址格式及分类3、IPv6报文格式4、IPv6邻居发现及地址配置IPv6报头格式IPv6扩展报头Hop-by-hopoptionsheader逐跳选项报头Routingheader选路报头Fragmentheader分片报头Authenticationheader认证报头Encapsulatingsecuritypayloadheader封装安全载荷报头Destinationoptionsheader目的地选项报文Transport-levelPDUIPv6HeaderExtensionHeaderExtensionHeaderIPv6扩展报头vsIPv4选项IPv4选项要求路由器进行特殊处理对转发性能产生负面影响很少使用IPv6扩展报头扩展报头在IPv6报头的外部路由器不考虑这些选项，但逐跳选项除外对路由器转发性能无负面影响易于通过新报头和选项进行扩展ICMPv6许多功能与ICMPv4相同添加新消息和新功能ICMPv4协议编号=1ICMPv6下一报头编号=58添加新消息和新功能邻居发现无状态自动配置移动IPv6ICMPv6消息类型类型消息1目的地不可到达2数据包太大3超时4参数问题128回音请求129回音应答133路由器请求(RS)134路由器广播(RA)135邻居请求(NS)136邻居广播(NA)137重定向IPv6介绍1、Ipv4的危机与解决方案2、IPv6地址格式及分类3、IPv6报文格式4、IPv6邻居发现及地址配置邻居发现协议的作用RFC2461中定义了邻居发现协议发现邻居物理地址（代替IPv4使用的ARP）路由器发现地址冲突检测（DuplicateAddressDetect）检验邻居的可达性和状态自动地址配置重定向邻居发现协议报文基于ICMPv6报文实现其功能路由器请求（RouterSolicitation）路由器通告（RouterAdvertisement）邻居请求（NeighborSolicitation）邻居通告（NeighborAdvertisement）重定向（Redirect）RouterSolicitation报文RS是主机发送的报文，触发路由器迅速产生路由器通告。回应报文为RA报文报文结构如下：RouterSolicitation报文结构IP部分源地址：接口（link-local）的地址或者unspecified（全0）。目的地址：全部路由器组播地址FF::02跳数：255ICMP部分Type=133Code=0选项部分包含了发送者的link-layer地址RouterAdvertisement报文由路由器发出路由器周期性地发送路由器通告消息，或者对路由器请求作出响应报文结构如下：RouterAdvertisement报文结构IP部分源地址：发送者Link-local地址目的地址：全部节点组播地址FF02::1或发送RS的主机单播地址跳数：255ICMP部分Type=134Code=0Curhoplimit=主机发送包的跳数选项部分包含了发送者的link-layer地址选项部分包含了MTU、地址前缀O=0，表示使用stateless地址自动配置O=1，表示使用stateful地址自动配置(DHCPv6)RouterAdvertisement报文结构（续）ICMP部分M=0，表示使用stateless地址自动配置M=1，表示使用stateful地址自动配置其它参数（DNSv6）RouterLifetime，表示存在于主机defaultrouter缓存中的时间ReachableTime，表示存在于主机邻居缓存中的时间RetransTimer，表示进行邻居检测时的重新发送间隔NeighborSolicitation报文用途：地址解析地址重复检测报文结构如下：NeighborSolicitation报文结构IP部分源地址：发送者IPv6地址（地址解析用）或unspecified地址（DAD用）目的地址：请求节点组播地址（DAD用）或单播地址（地址解析用）跳数：255ICMP部分Type=135Code=0Targetaddress=发送者IPv6地址NeighborAdvertisement报文回复NS报文报文结构如下：NeighborAdvertisement报文结构IP部分源地址：发送者IPv6地址目的地址：全部节点组播地址FF02::1（DAD用）或发送NS的主机单播地址（地址解析用）跳数：255ICMP部分Type=136Code=0Redirect报文结构IP部分源地址：接口的链路本地地址目的地址：触发重定向的数据包的源地址跳数：255ICMP部分Type=136Code=0Target：是重定向的地址邻居发现协议—地址解析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（例如IPSec）避免地址解析攻击使用组播方式发送请求报文，减少了二层网络的性能压力邻居发现协议—地址解析使用两种ICMPv6报文完成交互过程邻居请求NS邻居通告NA以太网报头目的MAC：多播MAC地址IPv6报头源地址：A目的地址：B的请求节点多播地址ICMP类型135NS报文头目标地址：BNS选项A的MAC地址我在这呢NSNA以太网报头目的MAC：A的MAC地址IPv6报头源地址：B目的地址：AICMP类型136NA报文头目标地址：BNA选项B的MAC地址邻居发现协议—重复地址检测（DAD）重复地址检测确保网络中无两个相同的单播地址所有地址都需要做DAD使用NS和NA完成DAD交互过程若发现有地址重复随机生成地址：不安排给接口链路本地地址：将接口置于不可用状态重复地址检测过程地址在配置给接口前称为“tentative地址”首先加入到all-nodes组播地址和solicited-node组播地址（tentative地址所在的组播）周期性的发出NeighborSolicitation报文源地址：unspecified地址目的地址：请求节点组播地址Targetaddress：tentative地址重复地址检测过程主机收到NS报文后的处理过程：若报文源地址是单播地址，则认为是ARP用；若报文源地址是unspecified地址，且Targetaddress中包含tentative地址，则认为是DAD报文，向所有节点组播地址发送NA报文；若此报文是自己发出的，则忽略此报文；若报文是其它节点发出的，进行DAD检查，若tentative地址与自己地址重复，则双方都不使用此地址。重复地址检测过程NS和NA完成DAD交互的过程2000::1新配置地址2000::1XDuplicated!邻居发现协议—邻居状态跟踪邻居状态有5种INCOMPLETE未完成REACHABLE可达STALE陈旧DELAY延迟PROBE探查邻居发现协议—邻居状态跟踪A先发送NS，并生成缓存条目，状态为Incomplete若B回复NA，则Incomplete->Reachable，否则10s后Incomplete->Empty，即删除条目经过ReachableTime(默认30s)，B的条目状态Reachable->Stale或者在Reachable状态，收到B的非请求NA，且链路层地址不同，则马上->Stale在Stale状态若A要向B发送数据，则Stale->Delay，并发送NS请求。在Delay_First_Probe_Time(默认5秒)内，Delay->Probe，若有NA应答，则Delay->Reachable在Probe状态，每隔RetransTimer(默认1秒)发送单播NS，发送MAX_UNICAST_SOLICIT个后再等RestransTimer，有应答则->Reachable，否则进入Empty，即删除表项，一个例子：节点A要访问节点B，A的缓存中无B的条目，下图是邻居状态机的变化邻居发现协议—路由器发现链路上的路由器会定期的发送RA收到RA的主机将加入默认路由器列表中收到RA的路由器将检查RA内容的一致性IPv6报头源地址：路由器链路本地地址目的地址：所有节点组播地址(FF02::1)ICMP类型134RA报头当前跳限制、标志位、路由器生存期、可达性和重传定时器RA选项路由器链路层地址、MTU、前缀邻居发现协议—路由器发现主机初始化时发送RS，路由器回应RAIPv6报头源地址：主机地址目的地址：所有路由器组播地址(FF02::2)ICMP类型133邻居发现协议—重定向功能当网关路由器知道更好的转发路径时，会以重定向报文的方式告知主机R1R2有重定向的情况RedirectA应该把R2直接作为到达B的下一跳IPv6报头源地址：R1目的地址：AICMP类型137重定向报文头下一跳地址：R2目标地址：BIPv6地址配置技术自动配置无状态自动配置（statelessautoconfiguration)有状态自动配置（statefulautoconfiguration)手工配置建议用于服务器和重要网络设备地址自动配置技术的作用自动配置技术能够完成以下功能：赋予主机自己的地址参数地址前缀接口ID赋予主机其它的相关参数路由器地址跳数MTU地址自动配置过程接口初始化接口产生"tentative"地址对“tentative”地址进行地址重复检测（DAD）接口产生link-local地址，具备IP连接能力决定采用何种自动配置技术由RouterAdvertisement报文及主机配置来决定无状态自动配置（statelessautoconfiguration）有状态自动配置（statefulautoconfiguration）获得全局地址无状态自动配置技术特点IPv6的功能RFC2462无需进行手工配置即插即用性减轻网络管理的负担对主机、路由器均可进行自动配置可配置多个地址进行网络无缝迁移主机无状态自动配置过程主机发送RouterSolicitation报文路由器回应RouterAdvertisement报文主机获得前缀及其它参数IPv6地址=1::ABCDLink-local地址=FE80::ABCD源：FE80::ABCD　目的：FF02::2RS报文RA报文(前缀为1::)源：FE80::EFGH　目的：FF02::1Link-local地址=FE80::EFGHIPv6地址=1::1主机获得前缀及其它参数过程当存在以下情况时忽略RA发送的前缀：RA报文选项中的“auto”未置位前缀与已有地址前缀重复（包括link-local地址）RA报文选项中的“preferredlifetime”时间大于“validlifetime”前缀长度与接口ID长度之和不等于128位除以上情况外，主机获得前缀同时也获得一些相关时间参数：“preferredlifetime”＝发起新通讯的有效时间“validlifetime”＝原有通讯的有效时间主机会周期性的收到RA报文，并据此报文来更新自己的时间参数主机获得前缀及其它参数过程主机会保持获得的前缀，但保持时间依据如下规则：“preferredlifetime”时间到期后，主机可继续在原有的通讯中使用此地址，但不能在新的通讯中使用“validlifetime”到期后，此地址为无效地址配置的一致性：可同时使用无状态及有状态两种配置方式除了前缀外，其它参数（MTU、HOP等）由最近收到的配置消息为准主机获得前缀及其它参数过程同时使用无状态及有状态两种自动配置方式：管理地址配置标志：MFLAG其他状态配置标志：OFLAG主机默认使用无状态地址自动配置。当MFLAG有效时，主机使用无状态地址自动配置以外，还使用有状态协议（DNS6）进行地址自动配置。当OFLAG有效时，主机使用有状态协议（DHCP6）对其他（非地址）信息进行自动配置。有状态自动配置DHCPv6同IPv4网络中的DHCP类似手工配置对路由器和重要设备推荐使用手工配置我为什么访问不了服务器呢？噢,它刚更换了一块网卡！