蓝汛IPv6的基础、迁移和安全

2017年11月“两办”印发了《推进互联网协议第六版(IPv6)规模部署行动计划》，使得IPv6开始落地，并强制执行。计划提出要用5到10年时间，形成下一代互联网自主技术体系和产业生态，建成全球最大规模的IPv6商业应用网络。

到2018年末，市场驱动的良性发展环境基本形成，IPv6活跃用户数达到2亿，在互联网用户中的占比不低于20%。

到2020年末，市场驱动的良性发展环境日臻完善，IPv6活跃用户数超过5亿，在互联网用户中的占比超过50%，新增网络地址不再使用私有IPv4地址。

到2025年末，我国IPv6网络规模、用户规模、流量规模位居世界第一位，网络、应用、终端全面支持IPv6，全面完成向下一代互联网的平滑演进升级。

由此可见，针对2018年底要求完成2亿活跃用户的目标，对于ISP、ICP都是一个很大的挑战。而且，对于国家机关的网站的IPv6迁移也是硬性指标。这给CDN市场带来了新机遇，有很大的机会为客户、潜在客户快速安全地实现IPv6业务合规上线和迁移。本文将为大家介绍IPv6的关键技术知识点。

IPv6地址

IPv4的地址长度为32位，地址空间为2的32次方，约42亿个（世界上平均3个人有2个IP地址）。

IPv6的地址长度为128位，地址空间为2的128次方，约3.4×10^38个。

IPv6地址的表示

IPv4地址表示

二进制：10101100 00010000 00000001 00000001

十进制：172.16.1.1

IPv6地址表示

十六进制：2001:0410:0000:0001:0000:0000:0000:45ff

IPv6地址与IPv4地址表示方法有所不同，用十六进制表示，4位一组，中间用“:”隔开。

IPv6地址的压缩表示

如图可见，地址中，以“0”开头的组，就可以省略0，而多个连续的全0字段，则通过“::”来压缩代替。

IPv6 地址 = 前缀 + 接口标识

其中，前缀相当于IPv4地址中的网络ID，接口标识则相当于IPv4地址中的主机ID。前缀长度就是和IPv4地址标识一样，采用/xx来表示，如：2001:da8:207::8207/64。

IPv6地址分类

单播地址（unicast address）

如同 IPv4 的Unicast模式，适用在单一节点对单一节点的数据传送。标识一个接口，目的地址为单播地址的报文会被送到被标识的接口。

这种类型的IPv6地址可区分为Global、Site-Local、Link-Local和IPv4-Compatible 4种型态。

下面针对这几种类型加以介绍：

Global 地址

前3bits为首码，内容固定是001，最后的64bits为接口标识（Interface ID）。Interface ID的功能如同IPv4的主机地址（Host ID）。

Site-Local 地址

前10bits为首码，内容固定为1111111011，间隔38bits的0之后，接着16bits 的子网地址（Subnet ID），最后才是 64bits的接口标识。

Link-Local 地址

也是用前10bits为首码，内容固定为1111111010，接着是连续54bits的0，最后的64bits也是接口标识。

IPv4-Compatible 地址

没有所谓的首码与接口标识，只有原本32bits的IPv4地址前面，加上96bits的0。

组播地址 （multicast address）

IPv6的组播整合了IPv4的Multicast及广播传送 （Broadcast），适用于单一节点对多节点的传送。标识多个接口，目的地址为组播地址的报文会被送到被标识的所有接口。

而4-bit的lifetime如果取值0，则为永久属性，而取值1，则为临时属性。

常见的组播地址有：

任播地址 （anycast address）

Anycast的特殊之处在于：一个Anycast地址可以被多个节点使用，但是传送给此地址的报文，并非真的将它送到这些节点来，而仅仅是送给距离最近或成本最低（根据路由表来判断）的一个节点。

以RFC4291的规定，目前的Anycast地址只能分配给路由器，不能分配给电脑使用，而且不能作为发送端的地址。这种IPv6地址的首码长度不固定，首码以外的位元都是0。

设备IPv6地址的设置方式

由前文可知，设备的后64bit的地址是和设备相关的。因此如何设置这64bit的地址段则就是设备相关的。

目前，共有4种设置方式：

通过EUI-64设置的

通过自动生成的伪随机数设置的

通过DHCPv6设置

手动设置

EUI-64

EUI-64就是通过设备的MAC地址来生成这64bit地址字段。而由于MAC地址是48bit，通过将48bit的MAC地址对分为两段，两段之间填入0xFFFE来补齐为64bit。

自动生成的伪随机数

针对EUI-64有可能造成的主机MAC地址和IPv6地址对应关系所引发的安全隐患，采用自动生成的伪随机数来规避的方法。

ICMPv6 和Neighbor  Discovery

ICMPv6 是基于RFC 2463，相对于IPv4的ICMP的演进，基本的信令模式是类似的，但是信令的种类和code进行了变化。

ICMPv6，提供了以下信息的承载：

错误信息

提示类信息

MTU的路径探测

Neighbor Discovery

ICMPv6的错误信息

目标不可达 (ICMP packet type1)

目标不可达会通过解释码来告知不可达的原因：

o 0 - No route to destination

o 1 - Access is administratively prohibited

o 3 - Address unreachable

o 4 - Port unreachable

数据包太大 (ICMP packet type2)

说明数据包大于IPv6链路的MTU。由于IPv6不会根据MTU而将数据包分包，所以会通过ICMP信息通知源数据包大于MTU。

超时 (ICMP packet type3)

超出了跳数。

参数错 (ICMP packet type4)

同样的，有个解释码来告知原因：

o 0 - Erroneous header field

o 1 - Unrecognized next-header type

o 2 - Unrecognized IPv6 option

Neighbor Discovery

Neighbor Discovery Protocol提供了IPv6下设备使能的能力：

自动配置地址和地址前缀的发现

冲突地址的发现

MTU的发现

路由发现

地址解析

IPv6的路由器定期发送Router Advertisement (RA)，来提示路由的存在和提供主机的配置信息。RA信息是ICMP type 134 信息，从发送路由器的单播地址作为源，目的地址是link-scope all-nodes的组播地址。RA设置255为跳数限制，而且不能发送到local link之外的网络。

主机通过RA来进行本机的路由配置，而主机也可以通过发送Router Solicitation( RS) 来请求RA 。

IPv6和DNS

相对于IPv4的DNS中，hostname到IP的解析，IPv6的DNS中，从host那么到IP的解析是什么样的呢？

IPv6中，相对于IPv4的A记录，是AAAA记录，比如：

AAAA record:

www.abc.test AAAA 2001:db8:C18:1::2

而IPv6中，相对于IPv4的PTR记录，其PTR就要长的多了：

PTR record:

2.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.1.0.0.0.8.1.c.0.

8.b.d.0.1.0.0.2.ip6.arpa PTR www.abc.test.

IPv6下的移动IP

RFC 3775将移动IPv6协议定义为：不管IPv6节点位于IPv6网络的何处以及与移动IPv6节点通信的其他节点是否支持移动IPv6，始终可以对IPv6节点进行访问。

移动IPv6从移动IPv4中借鉴了许多概念和术语，例如：

移动节点（MN）

家乡代理（HA）

家乡地址

家乡链路

转交地址

外地链路

移动IP的机制实现

当移动节点在家乡链路时，它与通信节点采用传统的路由方式进行通信。

当移动节点移动到外地链路，通过无状态自动配置或有状态自动配置转交地址。然后移动节点注册它的primary转交地址到家乡链路的一个路由器上，请求这个路由器充当它的家乡代理，这个过程称为“绑定”。移动节点通过发送“binding update”的消息，然后家乡代理回应“binding acknowledgement”来完成“绑定”过程。

在这样的场景下，移动节点可以有两种方式和通信节点进行通信：

【1】 双向隧道模式

通信节点不要求支持移动IPv6，也不需要移动节点和通信节点间绑定注册。通信节点不知道移动节点的转交地址，它就像向其他任何固定节点发送数据包那样向移 动节点发送数据包。通信节点只是将移动节点的家乡地址（它知道的唯一地址）放入目的IPv6地址域中，并将它自己的地址放在源IPv6地址域中，然后将数 据包进行转发。这样，数据包将被送往移动节点的家乡链路，就像移动IPv4中那样。在家乡链路上，家乡代理上使用“代理邻居协议”（proxy ND），截获这个数据包，然后把这个包作为净荷，在其上面再加上一层IPv6报头，把新的数据包发送到移动节点的转交地址，这个过程应用的是“隧道技术”。移动节点将送过来的包拆封，发现内层数据包的目的地是它的家乡地址，于是将内层数据包交给高层协议处理。从移动节点发往通信节点的从“反向隧道”发往家乡代理，然后按照传统的路由方式发送到移动节点。

【2】路由优化的通信模式

需要通信节点必须支持移动IPv6，而且移动节点注册了它的绑定连接到通信节点。当通信节点发送报文到移动节点时，首先从其绑定缓存中查找包含移动节点的 IP地址的条目，如果找到，则使用type 2 路由头来发送报文（报文的目的IP地址为移动节点的转交地址），type 2路由头里包含了移动节点的家乡地址，当报文到达移动节点的转交地址时，移动节点把路由头里的Home address作为报文最后的目的地址，然后移动节点判断报文的目的地址为自己的家乡地址，则将内层数据包交给高层协议处理。类似的，移动节点使用home address option来通知通信节点自己的家乡地址。路由优化消除了与双向隧道向关联的传输延迟。

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