【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

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 /∑w j，
可以通过= R* WI/∑w j

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

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

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

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