【Part 4】IPv6 Internet

我们的目标：

IPv6功能
IPv6体系结构
IPv6寻址
IPv6路由
特定协议，QoS体系结构

概述：

特征
解决
ICMPv6报
路由
QoS支持

1、IPv6

初始动机：2008年〜2018年完全分配的32位地址空间。所以，在20世纪90年代初，IETF开始开发IPV6
新功能：

长地址：IP地址的大小：32位到128位，这样可以确保不会被耗尽
精简的数据包：40字节的标题格式有助于加速处理/转发
较小的路由表：一个条目表示多个子集
QoS和实时启用：标题更改以促进QoS
支持多播
安全介绍
移动支持
新的“anycast”地址：路由到几个复制服务器的“最佳”

1.1、简化的IPv6数据包

以下是IPv4与IPv6的对比包格式

1.2、IPv6 头

版本：4位，=“6”
优先级：8位，流量类，确定数据报在流中的优先级
流量标签：20位，标识数据报的“流量”
有效载荷长度：16位UNIT（字节），仅用于数据长度

下一个头：标识数据的上层协议
UDP：17，TCP：6，ICMP / IGMP：2...
跳跃限制：与TTL相同

1.3、与IPv4相比其它的变化

分片/组装：

IPV6不允许在路由器上进行分段/重新组装，将其留在最终系统中
太大的数据报将被丢弃，并且“数据包太大”ICMP消息将被反馈给发送者
此更改可以加速路由器中的数据包转发

校验和：完全移除以减少每跳中的处理时间

传输层和链路层都有校验和字段，网络层的校验和是冗余的

选项：允许，但在标题之外，由“下一个标题”字段指示

1.4、IPv6地址

新地址

128位，用于识别一个接口
一个接口可以用几个地址来标识

--促进路由和管理

地址类型

单播
组播
广播

--也用于群组通信

--只有一点：最近的成员

1.4.1、IPv6地址的表示法

8×16位整数以冒号分隔
每个整数由四个十六进制数字表示
FEDC：BA98：7654：3210：FEDC：BA98：7654：3210

优点和缺点

紧凑而直接
难以操纵

路由协议使用的高阶位
缩略语：1080：0000：0000：0008：0000：0000：200C：417A

1080：0：0：8：0：0：200℃：417A
1080::8：0：0：200℃：417A
注意：双冒号约定只能在地址内使用一次！

1.4.2、CIDR符号

基于CIDR的网络地址表示法

用于路由协议

例如：一个64位的网络地址

FEDC：BA98：0000：0076：0000：1234：5678：9ABC

正确的符号：

FEDC：BA98：0000：0076：0000：1234：5678：9ABC/ 64
FEDC：BA98::76：0：1234：5678：9ABC/ 64
FEDC：BA98：0：76::1234：5678：9ABC/ 64
FEDC：BA98：0：六十四分之七十六

1.4.3、地址分配

分配	前缀	片段
可汇聚的全球单播地址	010	1/8
链接本地使用地址	1111 1110 10	1/1024
网站本地使用地址	1111 1110 11	1/1024
多播地址	1111 1111	1/256

其他人保留或未分配。例如：
保留：0000 0000
为NSAP保留：0000 001
为IPX保留：0000 010
保留用于基于地理的单播：100

1.4.4、可聚合全球单播地址

一个前缀+ 4个组件
TLA：顶级汇聚器，13bit，路由范围
NLA：下一个级别聚合器，32位，可能有很多级别
SLA：站点本地聚合器，16位，网络地址

1.4.5、特殊地址

未指定的地址

全0地址，用作控制消息配置请求的源地址

环回地址

:: 1，由节点用来发送IPv6数据报给自己

基于IPv4的地址

96位0 + 32位IPv4添加。
:: 10.0.0.1，用于转换

网站本地地址

基于IPv6的Intranet地址：岛屿互联网
在单个网站中使用

链接本地地址

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1.4.6、多播地址

8bits	4	4	112
11111111	flags	scope	Group ID

flags：

scope：

0 reserved || 1 node local || 2 link local || 5 site local || 8 organization local || E global || F reserved

T = 0：众所周知的多播地址
T = 1：临时组播地址

1.4.7、广播

原理：

使用通用地址将数据包发送到一类服务器或子网
广播地址：路由地址，对应多个接口的地址
最近的服务器或路由器是目标，例如最近的名称服务器，文件服务器或时间服务器等

IPv6中没有特定的任播地址格式

作为单播地址处理
用作目标地址
路由系统可以识别和维护每个广播地址。

1.4.8、单播地址与广播地址

单播地址	广播地址
接口ID <> 0	接口ID = 0
来源和目的	目的
主机和路由器	仅用于路由器

广播地址结构：

Network ID

000…

2、ICMPv6

ICMPv6：新版本的ICMP（RFC 2463）
与ICMPv4不兼容

重新组织IPv4中的ICMP类型和代码定义
附加的消息类型和代码，例如 “数据包太大”，“无法识别的IPV6选项”

多播组管理功能

包含IGMP-Internet组管理协议的功能

邻居发现：路由探索，ARP参数探索...

2.1、ICMPv6类型

1	目的地不可达
2	包太大了
3	超时
4	参数问题
128	回声请求
129	回声回复
130	组成员查询
131	组成员报告
132	组会员减少
133	路由器请求
134	路由器广告
...

2.2、ipv6中的路由

基本路线的想法：

基于提供者的寻址
每个接口可以分配多个地址，通常每个提供商一个

域间路由
域内路由

2.2.1、域间路由

从BGP-4到BGP4 +

多协议扩展到BGP-4
支持IPv4和IPv6

引入两个路径属性：

MP_REACH_NLRI
MP_UNREACH_NLRI

MP_REACH_NLRI

多协议可达网络层路由信息
用于广告可达路线和下一跳信息。

MP_UNREACH_NLRI

多协议不可达网络层路由信息
用于取消无法访问的路线

2.2.2、域内路由

更新的OSPF：OSPFv3

OSPFv2的（IPv4）的→OSPFv3（IPV6）
对ipv4的最小改变

更新了RIP：RIPng

RIPv2→RIPng（RIP下一代）
对ipv4的最小改变

OSPFv3与OSPFv2主要区别
在ipv6中，从概念，子网→链接

链路可以属于多个子网，在同一个链路上，属于不同子网的两个接口可以进行通信
在同一链接中，可以运行多个实例

路由器ID而不是IP地址用于识别邻居
在OSPFv3中取消认证

直接继承IPv6安全

Msg标题不同
你好，数据库描述信息是不同的

RIPng

核心仍然是DV算法
与RIPv2的差异

地址
Msg格式
地址前缀替换子网掩码
多播消息

RIPng安全性

没有特别的安全措施
继承IPv6安全

3、IPV6中的QoS保证

IPv4是“尽力而为”，流量未被分类
IPv6流量被分类

IPv6数据包报头中的8位优先级或ToS
标记数据包

两种用于支持QoS的技术

综合业务/ RSVP：用于资源预留的信令
差异化服务：差异化保证

基于优先级和策略的分组调度

3.1、IPV6中的分组调度

加权公平队列
广义循环
每个班级在每个周期中获得加权服务量：wi /∑wj，
可以通过= R* WI/∑wj

3.2、政策机制：传输参数

不同类型的传输具有不同的注入参数限制
三个常用标准：
平均率

每单位时间可以发送多少个包（从长远来看）

高峰时段

在较短时间间隔内发送的最大数据包数量。

爆率

最大连续发送的pkts数（没有介入空闲），即非常短的时间间隔

3.3、政策机制：传输限制

令牌桶：将输入限制为指定的突发大小和平均速率。
调整b和r，桶可以容纳b个令牌。以r个令牌/秒生成令牌，除非存满。当数据包发送到网络时，会消耗一个令牌。
长度为t的时间间隔：小于或等于（r t + b）的分组数量。

3.4、政策机制：呼叫准入

当客户端应用一些带宽时，如果IPV6互联网没有足够的带宽，拒绝该应用

适用于RSVP用户

当客户申请ToS级别并且账户资金不足时，申请将被拒绝

适用于DS用户

3.5、政策机制：漏桶+ WFQ

令牌桶，WFQ组合以提供保证的延迟上限

QoS保证！

IPV6路由器使用这两个策略来保证用户的QoS并防止过度使用带宽

4、RSVP

RSVP：资源预留

IETF综合服务
沿着从发送方到接收方的路径上的所有路由器，保留所需的带宽
路由器维护已分配资源的状态信息，QoS请求

路由器维护分配资源的状态信息

哪些呼叫，多少带宽和使用时间
Ipv6路由器不是无国界的

承认/拒绝新的呼叫设置请求

根据可用带宽和帐户中的资金调用许可

RSVP软件必须位于接收者，发件人和路由器中

4.1、资源预留

流量表征，QoS要求声明从发送方发送到接收方
呼叫设置从接收器开始

RSVP是一种信令协议

每个元素（路由器）沿路径执行准入控制

4.2、RSVP的呼叫接受

表征它将发送到网络的流量

T-spec：定义传输特征
一个重要的RSVP消息类型，源自发送者并向下游流向接收者

--下游路由器保持上游路由器的IP地址

--防止过度保留

声明其QoS要求

R-spec：定义请求的QoS
来自接收器

RSVP

承认或拒绝资源预留
路径上的路由器保留每个预留状态

4.3、合并预留

4.3.1、预留样式

通过预留样式，预留消息可以指定是否使用合并预留
3种预留风格：用于预留信息

通配符过滤器样式

告诉网络接收方想要接收会话中所有上游发送方的所有流量

保留带宽由发件人共享

固定过滤风格

每个发件人的带宽预留

这些保留是独特的，不共享

分享显式风格

单个带宽预留被使用并且被多个发送者共享

4.3.2、预留消息传输

RSVP msg通过IP逐跳发送

不可靠

当IP数据报到达第一个路由器时，路由器提取数据，将预留msg传递给路由器的RSVP模块
RSVP模块检查msg'session ID，样式类型和当前状态，然后执行以下操作：

拒绝预定：ResvError味精报告
合并预留并向下一个上游路由器发送新预留

4.4、RSVP模型结构

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准入控制确定节点是否有足够的可用资源来提供所请求的QoS
策略控制确定用户是否具有管理权限来进行预留
如果任一检查失败，RSVP程序就会向发出请求的应用程序进程返回错误通知
如果两个检查都成功，则RSVP守护进程设置分组分类器和分组调度器中的参数以获得期望的QoS。

数据包分类器确定每个数据包的QoS类别
调度器命令分组传输以实现每个流的承诺的QoS。

5、IETF差异化服务

Intserv的缺点：

弱扩展性：信令，维护每流量路由器状态困难，大量流量
不灵活的服务模式：Intserv只有两个类。

需要Diffserv方法：

没有资源保留
流量分类在边缘路由器（或主机）中，在核心路由器中进行调度
网络核心功能简单，边缘路由器功能比较复杂

5.1、区分服务架构

边缘路由器：

标记数据包：数据包标头的DS字段被设置为一些值
不同的标记代表不同的流量类型
不同的流量类型将在核心网络内接收不同的服务

核心路由器：

基于边缘标记的缓冲和调度
给予较高分数包的优先选择
没有保持每个源 - 目的地对的状态，可扩展性很好

5.2、DS网络示意图

6、边缘路由器数据包标记

配置文件：预先协商的费率A，存储桶大小B
基于每个流概况的边缘处的分组标记

标记的可能用法：

基于类别的标记：不同类别的数据包标记不同
班内标记：流量符合部分的标记与不符合标准的部分不同

--违反配置文件的流量可能会延迟或丢失

7、分类和调节

数据包在IPv6中的服务类型（TOS）中标记
6位用于差分服务代码点（DSCP），并确定数据包将接收的PHB
2位当前未使用（CU）

7.1、分类

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简单的数据包分类和标记

根据到达分组的分组头，分组首先在分类器中分类

--地址，端口，协议ID ...

--简介和费用

然后在标记中设置DS字段值
沿路由器转发到目的地

在随后的每台支持DS的路由器上，这些数据包将按照其标记提供服务

基于规则的优先级

7.2、调节

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在某些情况下，可能需要限制某些类别的流量注入率：

用户声明流量简档（例如，速率，突发大小）
流量测量，只有符合配置文件的数据包被标记
如果不符合条件，则形成/丢弃

8、基于PHB转发

PHB：每跳行为，即不同的性能

转发政策

PHB导致不同的可观测（可测量）转发性能
PHB并未指定使用哪些机制来确保所需的PHB性能行为

只要性能得到满足，优先级，WFQ，FCFS都可以使用

例子：

A类在指定长度的时间间隔内获得x％的外出链路带宽
A类数据包首先在来自B类的数据包之前离开

PHB发展：
尽力而为（默认转发）
加急转运：班级出发率等于或超过指定费率

独立于任何其他类别的交通密度
具有最小保证带宽的逻辑链路

确保转发：4类传输，每个3级

每个保证的最小带宽量
每个都有三个丢弃优先值中的一个
通过改变分配给每个类别的资源量，ISP可以为不同的AF业务类别提供不同级别的性能

类选择器：8个PHB

9、从IPv4过渡到IPv6

并非所有路由器都可以同时升级

从IPV4升级到IV6将是一个缓慢而渐进的过程

问：网络如何运行混合IPv4和IPv6路由器？
两种提议的方法：
双协议栈：一些双协议栈（v6，v4）的路由器可以在IPv6和IPv4格式之间进行“翻译”

使用DNS确定下一个路由器是IPv6还是IPv4
在执行从IPv6到IPv4的转换时，IPv4中没有对应项的某些IPv6专用字段将丢失

隧道：IPv6在IPv4路由器中作为IPv4数据报的有效载荷携带

介于两台IPv6路由器之间的介入IPv4路由器称为隧道

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1、IPv6

1.1、简化的IPv6数据包

1.2、IPv6 头

1.3、与IPv4相比其它的变化

1.4、IPv6地址

1.4.1、IPv6地址的表示法

1.4.2、CIDR符号

1.4.3、地址分配

1.4.4、可聚合全球单播地址

1.4.5、特殊地址

1.4.6、多播地址

1.4.7、广播

1.4.8、单播地址与广播地址

2、ICMPv6

2.1、ICMPv6类型

2.2、ipv6中的路由

2.2.1、域间路由

2.2.2、域内路由

3、IPV6中的QoS保证

3.1、IPV6中的分组调度

3.2、政策机制：传输参数

3.3、政策机制：传输限制

3.4、政策机制：呼叫准入

3.5、政策机制：漏桶+ WFQ

4、RSVP

4.1、资源预留

4.2、RSVP的呼叫接受

4.3、合并预留

4.3.1、预留样式

4.3.2、预留消息传输

4.4、RSVP模型结构

5、IETF差异化服务

5.1、区分服务架构

5.2、DS网络示意图

6、边缘路由器数据包标记

7、分类和调节

7.1、分类

7.2、调节

8、基于PHB转发

9、从IPv4过渡到IPv6

9.1、双堆栈方法

9.2、隧道

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