一文读完IPv4与IPv6的区别

IPv6编址与寻址

IPv6地址

IPv4：32 bits or 4bytes long
分为私有地址和公有地址，上网需要做一个NAT转换，主要为了解决地址少问题。
IPv6：128 bits or 16bytes ： 4 tims the bits of IPv4

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v6地址和v4地址表示方法不同：
用十六进制表示：如：FE08:...
16位一组，中间用：隔开，如：2001:12FC:..
若以零开头可以省略,全零的组可用"::"表示，如：1:2::ABCD:..
地址前缀长度用“/xx”表示，如： 1::1/64
注：“::” 一个v6地址只能出现一次

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例如同一个地址的不同表示方法：
①0001:0123:0000:0000:0000:ABCD:0000:0001/96
②1:123:0:0:0:ABCD:0:1/96
③1:123::ABCD:0:1/96

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v4环回地址是127.0.0.1，v6环回地址是0:0:0:0:0:0:0:1 简写 ::1
当电脑没有配置IPv6的时候，0:0:0:0:0:0:0:1充当占位符，
当配置了IPv6以后，在IPv6中代表默认路由，即:: 代表0.0.0.0/0

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IPv6地址 = 前缀 + 接口标识
前缀：相当于v4网络地址中的网络ID
接口标识：相当于v4地址中的主机ID
如：2001:A304:6101:1::E0:F726:4E58/64
前缀是2001:A304:6101:1 接口标识：E0:F726:4E58 那么前缀64位，接口64位
如：2001:123::xx:xx:x/128 ,那么这个代表一个环回口地址 例如2.2.2.2/32
如：2001:123::xx:xx:x/127 ,那么这个代表一个点到点地址，例如12.1.1.1/30

IPv6地址分类

v6地址分为三种地址：
①单播地址(UA) ②组播地址(MA) ③泛播地址(AA)
在IPv6中不再使用广播的概念，所有的广播都是用组播代替。
单播和组播都和v4相同。泛播即任意播，是指，在分布式场景中，多个设备使用同一个泛播地址为最近的用户提供服务。

地址分类

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	11111111.xx	FF00::/8
链路本地地址(用于路由协议)	1111111010.xx	FE80::/10
站点本地地址(私有地址)	1111111011.xx	FEC0::/10
全局单播(公有地址)

单播

单播地址用于一对一的连接，IPv6单播地址有以下类型：

• 未指定的地址，环回地址和IPv4兼容地址
  IPv4兼容地址，是把v6地址的后32位，用来存放v4地址，例如：::192.168.30.1 = ::C048:1E01
• 本地链路地址，简称Link-Local 地址
  FE80::/10
• 本地站点地址，简称Site-Local地址
  FEC0::/10
• 可聚合全球单播地址,简称AGUA地址
  2000::到3FFF:FFFF:FFFF:FFFF.....
  AGUA地址，前三位必须是001，后十三位为TLA，再后8位为RES区域位，再往后24位为NLAs，是网络位，供运营商进行分配，之后的16位为SLA，为子网位，分配给企业用，企业拿到的就是2::/48的地址。

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组播

组播地址用于一到多的连接，地址主要是FF00::/8
前八位为FF，后四位代表标志位，Flag位为0代表永久的，Flag位为1代表暂时的，而再后四位代表范围，
范围为1代表本地接口范围，2代表本地链路范围，5代表本地站点范围，8代表组织结构范围，E代表全球范围。
例如FF02::9 这个地址FF开头，是个组播地址，第三位为0，代表永久分配，第四位为2，代表本地链路范围。

组播指定地址：

组播地址	范围	含义	描述
FF01::1	节点	所有节点	在本地接口范围的所有节点
FF01::2	节点	所有路由器	在本地接口范围的所有路由器
FF02::1	本地链路	所有节点	在本地链路范围的所有节点
FF02::2	本地链路	所有路由器	在本地链路范围的所有路由器
FF05::2	站点	所有路由器	在一个站点范围的所有路由器

节点必需的地址

任何一个v6节点都需要开启以下地址：
每个接口的本地链路地址、环回口地址、被分配的单播地址、
所有节点组播地址、主机所属的组播组地址、本地站点地址
所用的每个单播和任播地址的被请求节点组播地址(相当于v4的arp协议，使用ICMPv6)

被请求节点组播地址
就是本地链路范围的组播地址，前面是FF02:，中间是全零，然后是FF/104，即FF02::1:FF/104

IPv6在Ethernet技术上

IPv6拥有一个特定的Ethernet协议ID，是0x86DD，用来分辨是IPv6还是IPv4。

Destination Ethernet Address	Source Ethernet Address	Type	header and payload
		0x0800	IPv4
		0x86DD	IPv6

组播在Ethernet中的映射

如果一个数据包是三层的封装发送到组播地址，你肯定需要一个目的MAC地址，那么这个目的MAC如何表示？
答：把你要发送的这个三层的组播地址的最后三十二位拿出来，当做目标MAC，然后往前补16位的33:33.
即，比如发送的组播地址是FF02::1:FF17:FC0F,那么最后32位FF17:FC0F用来做MAC地址，并补齐地址为：33:33:FF17:FC:0F,这就是IPv6在以太协议栈中的地址映射。
不难发现，FF02::1:FF17:FC0F,前面是FF02，中间全零，后端是FFxx，这很显然是一个被请求节点组播地址。

接口ID的生成

v6地址中都会有接口ID，这是由MAC地址构成，通过48bit的MAC地址转化为64bit的接口ID，肯定是扩充得到的，通过EUI-64的扩充方式。

例如：一个MAC地址是00:90:27:17:FC:0F,通过把MAC地址对折，前面24bit，后面24bit，中间固定的插入FF:FE字段共16bit，得到一个EUI-64地址，EUI-64地址中的第7bit位代表物理地址的全球唯一性，如果不是1要改为1，与48bit位的物理地址相反，1为全球管理，0为本地管理。
通过实验能看出，IPv6的接口地址中式插入了FF:FE字段，并且在地址的第7bit改为了1.

IPv6地址配置技术

IPv6可以发现邻居，其实通过ICMPv6来实现的。（NDP^_RFC2461）
IPv6邻居发现原理：
首先PC1发送一个ICMP¹³⁵类型邻居请求消息(NS)到PC2的被请求节点组播地址，PC2收到后，回复一个ICMP¹³⁶类型邻居宣告消息(NA)到IPC1，这样在PC1就记录下了PC2的MAC地址，类似于v4网络中，将目标MAC存放在自己的ARP缓存表中。

我们抓包看看，在v6网络中是通过ICMPv6建立邻居关系，最后Neighbor Solicitation和Neighbor Advertisement就代表着建立邻居请求和邻居宣告的完成。

启用IPv6

• 启用IPv6流量转发

Router(config) ipv6 unicast-routing  //默认关闭，跑路由协议需开启，其实就是加入组播地址 FF02::2
Router(config) ipv6 ref load-sharing original //等价路由下,基于hash算法的数据报流量分担

• 通过在接口上配置IPv6地址，开启接口对IPv6支持
  Router(config-if-GigabitEthernet 0/0)#ipv6 address 2001:12::1/64 //PC机模式
• 也可以不配置v6地址，先配置本地链路地址
  Router(config-if-GigabitEthernet 0/0)#ipv6 enable //默认情况下，不可用 PC机模式

IPv6的自动配置

IPv6地址的自动配置分为【无状态自动配置】和【有状态自动配置】。
IPv4中的DHCP配置，是一种有状态自动配置，是通过DHCP这种应用层协议来实现的。
IPv6中，可以通过ICMPv6实现无状态自动配置。
PC通过ICMP¹³³向FF02::2发送一个RS请求，路由器收到后，通过ICMP¹³⁴向目的地址FF02::1发送一个RA消息。这些地址都是基于Ethernet的。
FF02::2（链路上的所有路由器的组播地址） FF02::1(所有节点的组播地址)

IPv6路由选择（RiPng、OSPFv3）

RIPng中的主要更新

• UDP端口号：IPv4中的RIP使用UDP520号端口，IPv6的RIPNG使用UDP521号端口
• 本地链路地址：使用本地链路地址作为更新消息的源地址
• 组播地址：IPv4中的RIP使用224.0.0.9，IPv6中的RIPng使用FF02::9
• Metric值：在RIPng中，默认情况下进入路由表之前的RIPng度量值+1

• 一些时间参数：见 “ show ipv6 rip”
  负载均衡功能：RIPng支持默认16条路径进行负载均衡(Max:64条)

  
  

OSPFv3

IPv6的OSPF和IPv4的OSPF差别并不大，下面的实验中，同时跑了IPv4和IPv6协议栈，基于接口的宣告可以加快邻居的建立关系。

基于IPv4和IPv6网络的共存和整合

-双栈协议（Dual Stack）：网络中的主机、服务器和路由器可以同时使用IPv4和IPv6协议栈。
-隧道协议（Tunneling）：隧道使孤立的IPv6主机、服务器、路由器和域利用现有的IPv4基础设施与其他IPv6网络通信。

例如在两端都是IPv6的网络，中间是IPv4的网络，这时候，如何让两端IPv6的网络能够实现OSFP路由协议的宣告，这时候使用tunneling，为IPv6地址做一层IPv4的封装，然后到对端后又进行解封装除去IPv4的头部，实现IPv6的互通。

以上就是目前IPv6的相关原理与配置方法，临近元旦终于有时间进行整理一下了。