IPV6基础知识及过渡技术(最全面的培训课件)
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IPv6基礎知識 IPv6地址
IPv6資料包格式
IPv6的優勢
1
IPv6位址表示（1/2）
• v6位址表示方法
– 地址長度128bits – 用十六進位表示，如： FE08:…. – 4位十六進位數（16bits）為一組，中間用“:”隔開，如： 2001:12FC:…. – 若以零開頭可以省略，全零的組可用“::”表示，如： 1:2::ACDR:…. – 地址首碼長度用“/xx”來表示，如： 1::1/64
"Old" Application TCP UDP "New" Application
TCP
UDP
IPv4
IPv6
IPv4
IPv6
0x0800
0x86d Data Link d
0x0800
0x86d Data Link d
(Ethernet)
(Ethernet)
Frame protocol ID
15
– 將IPv4地址嵌套在IPv6位址中（用於自動隧道和NAT-PT中）
IPv6位元元址的其它部分（不包括IPv4位元元址的部分）可以採用
首選或者壓縮格式 IPv6地址中內嵌的IPv4位址採用IPv4的十進位表示方法 地址首碼長度用“/xx”來表示 例如：0:0:0:0:0:0:166.168.1.2/64
IPV4已經有數十年的發展歷史，從IPv4過渡到 IPv6不可能一蹴而就；可以預見，IPv4向IPv6的 過渡需要相當長的時間才能夠完成。
IPv4孤島
IPv6 Internet
IPv4孤島
3. IPv6占主導地位階段
IPv6孤島 IPv4 Internet
R
IPv6孤島
協定轉換
IPv6孤島 IPv4 Internet IPv6孤島
7
IPv6基礎知識
IPv6地址
IPv6資料包格式(Packet Format)
IPv6的優勢
8
IPv6報文格式
備註
version=6
Traffic Class IP V4 TOS
Flow Label用於指示流 Next Header IP V4 Protocol Hop Limit IP V4 TTL
18
翻譯過渡技術 翻譯技術(NAT64和DNS64)
為了解決NAT-PT中的各種缺陷，同時實現IPv6與IPv4之間的網路位址與協議轉換技術，IETF 重新設計一項新的解決方案： NAT64與DNS64技術。NAT64是一種有狀態的網路位址與協定 轉換技術，一般只支持通過IPv6網路側使用者發起連接訪問IPv4側網路資源。DNS64則主要 是配合NAT64工作，主要是將DNS查詢資訊中的A記錄（IPv4地址）合成到AAAA記錄 （IPv6地址）中，返回合成的AAAA記錄使用者給IPv6側用戶；NAT64 與NAT-PT 的不同點 在於，NAT64 僅僅支持由IPv6 側發起的應用，而NAT-PT 則同時支持IPv4 和IPv6 側發起的應 用，因此NAT64簡化了問題，並且解決了NAT-PT 中由IPv4 側發起通信所引發的部分問題。 此外，NAT64 中使用DNS64 與ALG 的組合來取代DNS-ALG，從而解決了NAT-PT 中的部分 DNS-ALG 問題。
CGN Y 166.111.8.1 ISP
NAT有很多缺點， NAT44和NAT444只 是一種延緩IPv4地址 枯竭的方案。
12/5
12.10.10.1
HW1
CPE A 12.1.1.1
CPE B 12.1.2.1 HW2
CPE C 12.3.1.1
HW3
hostA 192.168.1.108
hostB 192.168.1.108
3
IPv6地址——介面ID的生成
百度文库
介面IP如何生成
由IEEE EUI－64規範自動生成 將48比特的MAC地址轉化為64比特的介面ID 48比特的MAC地址(其中的c是公司標識,0表示MAC是本地唯一的,g標識MAC是 單獨/組地址,m就是擴展識別字)
轉化後的64比特的介面ID(插入FFFE,將表示本地的0改成1,表示為 全球的)
NAT444採用兩級NAT，在用戶端網路中使用一級NAT實現私網位址到私網 位址的映射，在運營商LSN(LargeScale NAT)中使用第二級 NAT，實現私網位 址到公網位址的映射。該方案的最大優勢在於技術相對成熟，而且現網中已經 部署了大量的NAT設備，對網路的整體架構影響較小，但是需要考慮用戶端 RFC1918地址和運營商指定的RFC1918位址之間的覆蓋問題，以及相同LSN 客戶之間的定址問題。而且採用該方案，將會延緩運營商網路向IPv6過渡的進 而NAT44就是指IPv4私網地址對IPv4公網地址的翻譯。 程。
缺點：
額外的隧道配置，降低效率，只能實現v6-v6設備互連
IPv4相容隧道 LAFT6
IPv6 over IPv4 IPv4 over IPv6
手動隧道 DS-Lite
6to4隧道/6to4中繼
Public 4over6
ISATAP A+P
6PE/6VPE 4over6
6rd
16
隧道技術 -GRE
隧道過渡技術 IPv4報頭 IPv6報頭 IPv6有效資料 IPv4有效資料
隧道技術：
IPv6報文作為IPv4的載荷，或由MPLS承載，在IPv4 Internet海 洋中連接多個IPv6孤島
優點：
充分利用現有組網，將IPv4的隧道作為IPv6的虛擬連結 骨幹網內部設備無須升級，充分利用現有組網 符合從邊緣過渡的策略
– 首選表示法：用32位16進制數表示
用十六進位表示，如：FE08:….
4個數字一組(16bits)，中間用 “ : ” 隔開，如：2001:12FC:…. 位址首碼長度用“/xx”來表示 例如：2001:0410:0000:0001:0000:0000:0000:45ff/64
– 壓縮標記法：為0的壓縮比特壓縮，在每一節的開始或者用::表示連 續的0
QoS保證
幾乎無限的地址空 間，全世界的每一 粒沙子都會有相對
靈活的擴展報頭，協定易擴展
地址格式更具層次性，便於路由聚合 無狀態自動配置，實現隨插即用 網路層的IPSec認證與加密，端到端安全 新增流標記域，提供QoS保證 有效支援移動網路、即時通信
12
應的一個IP地址
IPv4向IPv6過渡
Payload Length指示該IP報文負荷長度
Source和Destination位址都是128位
IPv6
IPv4
9
IPv6報文格式
• 一個IPv6數據包
10
IPv6基礎知識
IPv6地址
IPv6資料包格式
IPv6的優勢
11
簡單是美 移動便捷
擴展為先 層次劃分
幾乎無限的位址 空間
隨插即用 貼身安全 簡化固定報文頭，提高效率
設備隨機生成 手工配置
4
IPv6的新特性（一） 巨大的地址空间 IP地址长度由32位增加到128位。IPv4理论编址节点数为2 ，按目前人口计 算，每3个人拥有2个IPv4地址； IPv6理论编址节点数为2 ，每个人拥有 5.7×10 个IPv6地址，每平方米的土地上将获得6.5×10 个IPv6地址。 全新的地址分配方式
若以零開頭可以省略，連續全零的組可用“::”表示，如：
1:2::ACDE:…. 一個位址中::只能出現一次， 如：2001::25de::cade 是非法的 前導的零可以省略，如：2001:0DB8:02de::0e13等於2001:DB8:2de::e13 地址首碼長度用“/xx”來表示 例如： 2001:410:0:1::45ff/64
IPv6除了支持手工地址配置和有状态自动地址配置（等同于IPv4中的DHCP） 外，还支持无状态地址配置技术，网络上的主机能自动给自己配置IPv6地 址，真正做到“即插即用”。
内置的安全性 IPv6协议全面支持IPSec，提供了端到端通信的安全保障。
5
IPv6的新特性（二）
提供QoS保证 IPv6包头中包含一个8位的Traffic Class（通信流类别）和一个20位的 Flow Label（流标签）； Traffic Class字段用于表示IPv6数据包的类或优先级，网络中的路由器 可以根据该字段对数据包进行不同的特殊处理； 一个“Flow（流）”指的是端到端的特定传输层连接或一个应用媒体流， 其组成可以是一个五元组：源/目的地址和端口、传输层协议，网络层要 以相同的方式处理它们； IPv6的中间节点接收到一个数据包时，通过验证Flow Label就可以判断它 属于哪个特定流，然后就可以知道数据包的QoS需求，进行快速转发。
• IPv6地址 = 首碼 + 介面標識
– 首碼：相當於v4位址中的網路ID – 介面標識：相當於v4位址中的主機ID – 2001:A304:6101:1::E0:F726:4E58
IPv6首碼 2001:A304:6101:1 :: 介面標識 E0:F726:4E58
2
IPv6位址表示（2/2）
6
IPv6的新特性（三）
对移动性支持好
未来移动通信与互联网的结合将是网络发展的大趋势之一。IPv6采用了 路由扩展报头和目的地址扩展报头，使得IPv6提供了比IPv4更多、更好 的移动性。
简化的报头和灵活的扩展
IPv6基本报头长度固定，提高路由器处理效率；
IPv6定义了多种扩展报头，这使得IPv6极其灵活，能提供对多种应用的 强力支持，同时又为以后支持新的应用提供可能。
IPv6孤島
IPv6 Internet
IPv6孤島
2. IPv6與IPv4共存階段
1. IPv6發展初始階段
13
IPv6解決方案
雙棧(Dual Stack)過渡技術
隧道(Tunnel)過渡技術 翻譯(Translation)過渡技術
14
雙棧過渡技術 雙棧技術： 雙棧節點可以同時與IPv6和IPv4互通 應用程式選擇使用IPv6或IPv4協議 只適用雙棧節點本身 每個雙棧節點都要求至少一個IPv4地址 優點： 互通性好，實現簡單，允許應用逐漸從IPv4過渡到IPv6 缺點： 對每個IPv4節點都要升級，成本較大，沒有解決IPv4地址緊缺問題
• GRE隧道技術 – IPv6報文被包含在GRE報文中作為GRE的載荷 • 缺點 • 優點 – 維護複雜 – 通用性好 – 技術成熟，易於理解
IPv6孤島
IPv6主機
IPv6報頭+數據
20.1.1.1
IPv4網路
隧道
20.1.2.1
雙棧
IPv6孤島
IPv6主機
IPv6報頭+數據
雙棧
IPv4報頭 GRE報頭 IPv6報頭+數據
19
翻譯過渡技術 翻譯技術(NAT64和DNS64)
20
THANKS!
21
源：20.1.1.1 目的：20.1.2.1
發送方與接收方都是雙棧設備
隧道已預先建立好 發送方封裝報文，接收方解封裝
17
翻譯過渡技術 翻譯技術(NAT44和NAT444)
DNS 166.111.8.8
IPv4 Internet
202.1.2.3
CGN X 203.91.1.1 DNS in CGN
IPv6資料包格式
IPv6的優勢
1
IPv6位址表示（1/2）
• v6位址表示方法
– 地址長度128bits – 用十六進位表示，如： FE08:…. – 4位十六進位數（16bits）為一組，中間用“:”隔開，如： 2001:12FC:…. – 若以零開頭可以省略，全零的組可用“::”表示，如： 1:2::ACDR:…. – 地址首碼長度用“/xx”來表示，如： 1::1/64
"Old" Application TCP UDP "New" Application
TCP
UDP
IPv4
IPv6
IPv4
IPv6
0x0800
0x86d Data Link d
0x0800
0x86d Data Link d
(Ethernet)
(Ethernet)
Frame protocol ID
15
– 將IPv4地址嵌套在IPv6位址中（用於自動隧道和NAT-PT中）
IPv6位元元址的其它部分（不包括IPv4位元元址的部分）可以採用
首選或者壓縮格式 IPv6地址中內嵌的IPv4位址採用IPv4的十進位表示方法 地址首碼長度用“/xx”來表示 例如：0:0:0:0:0:0:166.168.1.2/64
IPV4已經有數十年的發展歷史，從IPv4過渡到 IPv6不可能一蹴而就；可以預見，IPv4向IPv6的 過渡需要相當長的時間才能夠完成。
IPv4孤島
IPv6 Internet
IPv4孤島
3. IPv6占主導地位階段
IPv6孤島 IPv4 Internet
R
IPv6孤島
協定轉換
IPv6孤島 IPv4 Internet IPv6孤島
7
IPv6基礎知識
IPv6地址
IPv6資料包格式(Packet Format)
IPv6的優勢
8
IPv6報文格式
備註
version=6
Traffic Class IP V4 TOS
Flow Label用於指示流 Next Header IP V4 Protocol Hop Limit IP V4 TTL
18
翻譯過渡技術 翻譯技術(NAT64和DNS64)
為了解決NAT-PT中的各種缺陷，同時實現IPv6與IPv4之間的網路位址與協議轉換技術，IETF 重新設計一項新的解決方案： NAT64與DNS64技術。NAT64是一種有狀態的網路位址與協定 轉換技術，一般只支持通過IPv6網路側使用者發起連接訪問IPv4側網路資源。DNS64則主要 是配合NAT64工作，主要是將DNS查詢資訊中的A記錄（IPv4地址）合成到AAAA記錄 （IPv6地址）中，返回合成的AAAA記錄使用者給IPv6側用戶；NAT64 與NAT-PT 的不同點 在於，NAT64 僅僅支持由IPv6 側發起的應用，而NAT-PT 則同時支持IPv4 和IPv6 側發起的應 用，因此NAT64簡化了問題，並且解決了NAT-PT 中由IPv4 側發起通信所引發的部分問題。 此外，NAT64 中使用DNS64 與ALG 的組合來取代DNS-ALG，從而解決了NAT-PT 中的部分 DNS-ALG 問題。
CGN Y 166.111.8.1 ISP
NAT有很多缺點， NAT44和NAT444只 是一種延緩IPv4地址 枯竭的方案。
12/5
12.10.10.1
HW1
CPE A 12.1.1.1
CPE B 12.1.2.1 HW2
CPE C 12.3.1.1
HW3
hostA 192.168.1.108
hostB 192.168.1.108
3
IPv6地址——介面ID的生成
百度文库
介面IP如何生成
由IEEE EUI－64規範自動生成 將48比特的MAC地址轉化為64比特的介面ID 48比特的MAC地址(其中的c是公司標識,0表示MAC是本地唯一的,g標識MAC是 單獨/組地址,m就是擴展識別字)
轉化後的64比特的介面ID(插入FFFE,將表示本地的0改成1,表示為 全球的)
NAT444採用兩級NAT，在用戶端網路中使用一級NAT實現私網位址到私網 位址的映射，在運營商LSN(LargeScale NAT)中使用第二級 NAT，實現私網位 址到公網位址的映射。該方案的最大優勢在於技術相對成熟，而且現網中已經 部署了大量的NAT設備，對網路的整體架構影響較小，但是需要考慮用戶端 RFC1918地址和運營商指定的RFC1918位址之間的覆蓋問題，以及相同LSN 客戶之間的定址問題。而且採用該方案，將會延緩運營商網路向IPv6過渡的進 而NAT44就是指IPv4私網地址對IPv4公網地址的翻譯。 程。
缺點：
額外的隧道配置，降低效率，只能實現v6-v6設備互連
IPv4相容隧道 LAFT6
IPv6 over IPv4 IPv4 over IPv6
手動隧道 DS-Lite
6to4隧道/6to4中繼
Public 4over6
ISATAP A+P
6PE/6VPE 4over6
6rd
16
隧道技術 -GRE
隧道過渡技術 IPv4報頭 IPv6報頭 IPv6有效資料 IPv4有效資料
隧道技術：
IPv6報文作為IPv4的載荷，或由MPLS承載，在IPv4 Internet海 洋中連接多個IPv6孤島
優點：
充分利用現有組網，將IPv4的隧道作為IPv6的虛擬連結 骨幹網內部設備無須升級，充分利用現有組網 符合從邊緣過渡的策略
– 首選表示法：用32位16進制數表示
用十六進位表示，如：FE08:….
4個數字一組(16bits)，中間用 “ : ” 隔開，如：2001:12FC:…. 位址首碼長度用“/xx”來表示 例如：2001:0410:0000:0001:0000:0000:0000:45ff/64
– 壓縮標記法：為0的壓縮比特壓縮，在每一節的開始或者用::表示連 續的0
QoS保證
幾乎無限的地址空 間，全世界的每一 粒沙子都會有相對
靈活的擴展報頭，協定易擴展
地址格式更具層次性，便於路由聚合 無狀態自動配置，實現隨插即用 網路層的IPSec認證與加密，端到端安全 新增流標記域，提供QoS保證 有效支援移動網路、即時通信
12
應的一個IP地址
IPv4向IPv6過渡
Payload Length指示該IP報文負荷長度
Source和Destination位址都是128位
IPv6
IPv4
9
IPv6報文格式
• 一個IPv6數據包
10
IPv6基礎知識
IPv6地址
IPv6資料包格式
IPv6的優勢
11
簡單是美 移動便捷
擴展為先 層次劃分
幾乎無限的位址 空間
隨插即用 貼身安全 簡化固定報文頭，提高效率
設備隨機生成 手工配置
4
IPv6的新特性（一） 巨大的地址空间 IP地址长度由32位增加到128位。IPv4理论编址节点数为2 ，按目前人口计 算，每3个人拥有2个IPv4地址； IPv6理论编址节点数为2 ，每个人拥有 5.7×10 个IPv6地址，每平方米的土地上将获得6.5×10 个IPv6地址。 全新的地址分配方式
若以零開頭可以省略，連續全零的組可用“::”表示，如：
1:2::ACDE:…. 一個位址中::只能出現一次， 如：2001::25de::cade 是非法的 前導的零可以省略，如：2001:0DB8:02de::0e13等於2001:DB8:2de::e13 地址首碼長度用“/xx”來表示 例如： 2001:410:0:1::45ff/64
IPv6除了支持手工地址配置和有状态自动地址配置（等同于IPv4中的DHCP） 外，还支持无状态地址配置技术，网络上的主机能自动给自己配置IPv6地 址，真正做到“即插即用”。
内置的安全性 IPv6协议全面支持IPSec，提供了端到端通信的安全保障。
5
IPv6的新特性（二）
提供QoS保证 IPv6包头中包含一个8位的Traffic Class（通信流类别）和一个20位的 Flow Label（流标签）； Traffic Class字段用于表示IPv6数据包的类或优先级，网络中的路由器 可以根据该字段对数据包进行不同的特殊处理； 一个“Flow（流）”指的是端到端的特定传输层连接或一个应用媒体流， 其组成可以是一个五元组：源/目的地址和端口、传输层协议，网络层要 以相同的方式处理它们； IPv6的中间节点接收到一个数据包时，通过验证Flow Label就可以判断它 属于哪个特定流，然后就可以知道数据包的QoS需求，进行快速转发。
• IPv6地址 = 首碼 + 介面標識
– 首碼：相當於v4位址中的網路ID – 介面標識：相當於v4位址中的主機ID – 2001:A304:6101:1::E0:F726:4E58
IPv6首碼 2001:A304:6101:1 :: 介面標識 E0:F726:4E58
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IPv6位址表示（2/2）
6
IPv6的新特性（三）
对移动性支持好
未来移动通信与互联网的结合将是网络发展的大趋势之一。IPv6采用了 路由扩展报头和目的地址扩展报头，使得IPv6提供了比IPv4更多、更好 的移动性。
简化的报头和灵活的扩展
IPv6基本报头长度固定，提高路由器处理效率；
IPv6定义了多种扩展报头，这使得IPv6极其灵活，能提供对多种应用的 强力支持，同时又为以后支持新的应用提供可能。
IPv6孤島
IPv6 Internet
IPv6孤島
2. IPv6與IPv4共存階段
1. IPv6發展初始階段
13
IPv6解決方案
雙棧(Dual Stack)過渡技術
隧道(Tunnel)過渡技術 翻譯(Translation)過渡技術
14
雙棧過渡技術 雙棧技術： 雙棧節點可以同時與IPv6和IPv4互通 應用程式選擇使用IPv6或IPv4協議 只適用雙棧節點本身 每個雙棧節點都要求至少一個IPv4地址 優點： 互通性好，實現簡單，允許應用逐漸從IPv4過渡到IPv6 缺點： 對每個IPv4節點都要升級，成本較大，沒有解決IPv4地址緊缺問題
• GRE隧道技術 – IPv6報文被包含在GRE報文中作為GRE的載荷 • 缺點 • 優點 – 維護複雜 – 通用性好 – 技術成熟，易於理解
IPv6孤島
IPv6主機
IPv6報頭+數據
20.1.1.1
IPv4網路
隧道
20.1.2.1
雙棧
IPv6孤島
IPv6主機
IPv6報頭+數據
雙棧
IPv4報頭 GRE報頭 IPv6報頭+數據
19
翻譯過渡技術 翻譯技術(NAT64和DNS64)
20
THANKS!
21
源：20.1.1.1 目的：20.1.2.1
發送方與接收方都是雙棧設備
隧道已預先建立好 發送方封裝報文，接收方解封裝
17
翻譯過渡技術 翻譯技術(NAT44和NAT444)
DNS 166.111.8.8
IPv4 Internet
202.1.2.3
CGN X 203.91.1.1 DNS in CGN