HCIE学习笔记：IPV6 地址、ICMP V6、NDP 、DAD （更新补充中）

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前言

一、IPV4、IPv6包头对比

1. IPV4包头

IHL：首部长度，如果不带Option字段，则为20，最长为60，该值限制了记录路由选项。以4字节为一个单位
Type of Service：服务类型。只有在有QoS差分服务要求时这个字段才起作用。
Total Length（16bit）：，整个IP数据报的长度，包括首部和数据之和，单位为字节，最长65535，总长度必须不超过最大传输单元MTU。
**Identification （16bit）：**标识，主机每发一个报文，加1，分片重组时会用到该字段。
Flags（3bit）：

Bit 0: 保留位，必须为0。
Bit 1: DF（Don’t Fragment），能否分片位，0表示可以分片，1表示不能分片。
Bit 2: MF（More Fragment），表示是否该报文为最后一片，0表示最后一片，1代表后面还有。

Fragment Offset(12bit)片偏移： 分片重组时会用到该字段。表示较长的分组在分片后，某片在原分组中的相对位置。以8个字节为偏移单位。
Time to Live（8bit）生存时间： 可经过的最多路由数，即数据包在网络中可通过的路由器数的最大值。
Protocol（8bit）协议： 下一层协议。指出此数据包携带的数据使用何种协议，以便目的主机的IP层将数据部分上交给哪个进程处理。

常见值：0: 保留Reserved
1: ICMP, Internet Control Message [RFC792]
2: IGMP, Internet Group Management [RFC1112]
3: GGP, Gateway-to-Gateway [RFC823]
47: GRE (General Routing Encapsulation)
50: ESP Encap Security Payload [RFC2406]
51: AH (Authentication Header) [RFC2402] *
Header Checksum 16比特 首部检验和，只检验数据包的首部，不检验数据部分。这里不采用CRC检验码，而采用简单的计算方法。
Source Address 32比特 源IP地址。
Destination Address 32比特 目的IP地址。
Options 可变 选项字段，用来支持排错，测量以及安全等措施，内容丰富（请参见下表）。选项字段长度可变，从1字节到40字节不等，取决于所选项的功能。
Padding 可变 填充字段，全填0。

2.IPv6包头

Version 4比特 4：表示为IPV4；6：表示为IPV6。
Traffic class 8比特 ：流量类别。该字段及其功能类似于IPv4的业务类型字段。该字段以区分业务编码点（DSCP）标记一个IPv6数据包，以此指明数据包应当如何处理。
Flow Label 20比特 ：流标签。该字段用来标记IP数据包的一个流，当前的标准中没有定义如何管理和处理流标签的细节。
Payload length 16比特 ：该字段表示有效载荷的长度，有效载荷是指紧跟IPv6基本报头的数据包，包含IPv6扩展报头。
Next header 8比特 ：下一报头，该字段指明了跟随在IPv6基本报头后的扩展报头的信息类型。
Hop limit 8比特 ：跳数限制，该字段定义了IPv6数据包所能经过的最大跳数，这个字段和IPv4中的TTL字段非常相似。
Source Address 128比特： 该字段表示该报文的源地址。
Destination Address 128比特 ：该字段表示该报文的目的地址。
Extension Headers 可变 扩展报头。IPv6取消了IPv4报头中的选项字段，并引入了多种扩展报文头，在提高处理效率的同时还增强了IPv6的灵活性，为IP协议提供了良好的扩展能力。当超过一种扩展报头被用在同一个分组里时，报头必须按照下列顺序出现：

3.IPV6扩展包头

二、IPV6基础知识地址结构、地址分类

1、 lpv6；128bit 包含2的128次方个lp地
2、 lpv6使用【:分十六进行】的形式进行表示
3、与IPv4地址类似，IPv6也用“IPv6地址/掩码长度”的方式来表示IPv6地址。

优点
lpv6的中间转发路由器不再作分片和重组的工作,整条链路采用路径MTU发现机制,整个链路使用最小MTU发送数据

4、IPv6单播地址接口标

• 手工配置
• 系统自动生成 通过IEEE
• EUI-64规范生成

三、ICMPV4、ICMPV6

NDP协议中一共有五种ICMPv6报文类型，分别是RS，RA，NS，NA和Redirect报文

1、 lnternet控制消息协议

ICMP【lnternet control Message protocol】是lp协议的辅助协议
ICMP协议用来在网络设备间传递各种差错和控制信息，对于收集各种网络信息、诊断和排除各种网络故障等方面起着至关重要的作用。

ICMPv6报文需要封装成IPv6数据报进行发送：

Type 1字节 定义了报文的类型，该字段决定了其它部分的报文格式。
Code 1字节 该字段依赖TYPE字段，在TYPE字段的基础上，它被用来在基本类型上创建更详细的报文等级。
Checksum 2字节用来在ICMPv6报文中检验数据和部分IPv6首部的完整性。

2、ICMP差错检测

ICMP Echo消息常用于诊断源和目的地之间的网络连通性，同时还可以提供其他信息，如报文往返时间等。
ICMP的一个典型应用是Ping。Ping是检测网络连通性的常用工具，同时也能够收集其他相关信息。

用户可以在Ping命令中指定不同参数，如ICMP报文长度、发送的ICMP报文个数、等待回复响应的超时时间等，设备根据配置的参数来构造并发送ICMP报文，进行Ping测试

3、ICMP错误报告

ICMP定义了各种错误消息，用于诊断网络连接性问题;根据这些错误消息，源设备可以判断出数据传输失败的原因。

四、 ICMPv6的应用

报文分为两类:
ICMPv6报文可以被分为2大类：差错报文与消息报文。
当TYPE取值范围在0～127范围时，被标识为差错报文，
当TYPE取值范围在128～255范围时，则标识为消息报文。

1、差错报文

1、差错报文【Error Messages】I也称为差错消息I Type字段最高bit为0I也就是ICMPv6 Type=[0 I127]
2、差错消息用于报告在转发lpv6数据包过程中出现的错误I如常见的目的不可达、超时等等

1.1、ICMPV6信息报文应用-Ping （ICMPv6 type：128-129）

Ping基于ICMPV6信息报文实现
Echo Request:用于发送到目标节点，以使目标节点立即发回一个Echo Reply应答报文。
Echo Reply:当收到一个Echo Request报文时，ICMPV6会用Echo Reply报文响应

1.2、ICMPv6差错报文应用-Path MTU发现（ICMPv6 type：2）

• 在IPv6中，中间转发设备不对IPv6报文进行分片报文的分片将在源节点进行。
• 依赖PMTUD，数据的发送方可以使用所发现到的最优PMTU与目的地节点进行通信，
可以避免数据包在从源传输到目的的过程之中，被中途的路由器分片而导致性能的下降。1.首先PC1用1500字节作为MTU向PC2发送IPv6数据包。2.R1意识到数据包过大，出站接口MTU为1400字节，于是回复一个ICMPv6(Type=2)报文给PC1，指定MTU值为1400字节。3.然后，PC1开始使用1400作为MTU发送IPv6数据4.数据包到达R2后，R2意识到出站接口MTU为1300字节，于是发送一个ICMPv6(Type=2)报文给PC1，指定MTU值为1300字节5.PC1开始使用1300作为MTU发送IPv6数据

2、信息报文（NDP使用133-137的ICMP报文）

1、信息报文【lnformation Messages】 I也称为信息消息IType字段最高bit为1I也就是ICMPv6 Type=[128 I255]
2、信息报文可以用来实现同—链路上节点间的通信和子网内的组播成员管理等

2.1、ICMPv6消息报文应用：NDP包括 （ICMPv6 type：133-137）

2.2、NDP邻居发现协议的功能

1、路由器发现： （使用ICMP的RS+RA报文）发现链路上的路由器，获得路由器通告的信息。

• 路由器发现可以同时实现以下三个功能:○ 路由器发现(Router Discovery):主机定位邻居路由器以及选择哪一个路由器作为缺省网关的过程。○ 前缀发现(Prefix Discovery):主机发现本地链路上的一组IPv6前缀的过程，用于主机的地址自动配置。○ 参数发现(Parameter Discovery):主机发现相关操作参数的过程，如输出报文的缺省跳数限制、地址配置方式等信息。

1 .1路由器发现流程-主机请求触发

当主机启动时，主机会向本地链路范围内所有的路由器发送RS报文，触发路由器响应RA报文。主机发现本地链路上的路由器后，自动配置缺省路由器，建立缺省路由表、前缀列表和设置其它的配置参数。

1.2、路由器发现流程-路由器周期性发送

• 对于定期发送的RA报文，其地址有如下要求:○ Source Address:必须是发送接口的链路本地地址。○ Destination Address : FF02..1

2、地址解析：请求目的网络地址对应的数据链路层地址，类似IPv4的ARP。（使用ICMP的NS+NA报文）

• 在三层完成地址解析，主要带来以下几个好处○ 地址解析在三层完成，不同的二层介质可以采用相同的地址解析协议。○ 可以使用三层的安全机制避免地址解析攻击。○ 使用组播方式发送请求报文，减少了二层网络的性能压力。

• 当PC1要传送数据包到PC2时，如果不知道PC2的链路层地址，则需要完成以下协议交互过程:
○ PC1发送一个NS报文到网络上，目的地址为PC2对应的被请求节点组播地址(FFO2::1:FF84:EFDC)，选项字段中带上PC1的链路层地址000D-88F8-03B0。
○ PC2侦听到该NS报文后，由于报文的目的地址FF02::1:FF84:EFDC，自己在该组播组，处理该报文;同时，根据NS报文的源地址和源链路层地址选项更新自己的邻居缓存表项。
○ PC2发送一个NA报文应答NS，同时在消息的目标链路层地址选项中带上自己的链路层地址0013-7284-EFDC。
○ PC1接收到NA报文后，获悉了PC2的链路层地址，创建一个目标节点的邻居缓存表项
○ 这样通过交互后，PC1和PC2就知道了对方的链路层地址，建立其对方的邻居缓存表项(类似于IPv4的ARP表)，就可以相互通信了。

3、无状态自动配置：通过路由器通告的地址前缀，终端自动生成IPv6地址。

重复地址检测DAD：获得地址后，进行地址重复检测，确保地址不存在冲突。
• 重复地址检测(Duplicate Address Detect，DAD)是指接口在使用某个IPv6地址之前，需要先探测是否有其它的节点使用了该地址，从而确保网络中没有两个相同的单播地址。
• 接口在启用任何一个单播IPv6地址前都需要先进行DAD，包括Link-Local地址。
发送NS如果规定时间没没有NA应答，认为本地链路上唯一

4、重定向：告知其他设备，到达目标网络的更优下一跳。

重定向是指网关设备发现报文从其它网关设备转发更优，它就会发送重定向报文告知报文的发送者，让报文发送者选择另一个网关设备。

五、 IPv6单播地址业务流程

一个接口在发送IPv6报文之前要经历地址配置、DAD、地址解析这三个阶段，其中NDP【Neighbor Discovery Protocol | 邻居发现协议】在整个流程中扮演了重要角色

1、邻居发现协议NDP

邻居发现协议NDP（Neighbor Discovery Protocol）是IPv6协议体系中一个重要的基础协议。
邻居发现协议替代了IPv4的ARP（Address Resolution Protocol）和ICMP路由器发现（Router Discovery），它定义了使用ICMPv6报文实现地址解析，邻居不可达性检测，重复地址检测，路由器发现，重定向以及ND代理等功能。

2、地址配置

全球单播地址和链路本地地址是接口上最常见的IPv6单播地址，一个接口上可以配置多个IPv6地址

全球单播地址

• 手工静态配置
  ▫ 采用EUI-64格式形成：接口的IPv6地址的前缀是所配置的前缀，而接口标识符
  则由接口自动生成
  ▫ 手工配置：用户手工配置IPv6全球单播地址
• 有状态地址自动配置（不需要lpv6地址分配服务器）
  ▫ 有状态地址自动配置基于DHCPv6来实现
• 无状态地址自动配置（需要lpv6地址分配服务器）
  ▫ 无状态地址自动配置方式基于NDP来实现

lpv6地址无状态自动配置过程

链路本地地址

• 手工配置
• 系统生成
• 根据EUI-64规范动态生成

3、DAD Duplicate Address Detection | 重复地址检测】

类似于IPv4中的免费ARP检测，用于检测当前地址是否与其它接口冲突

4、地址解析

类似于IPv4中的ARP请求，通过ICMPv6报文形成IPv6地址与数据链路层地址【一般是MAC地址】的映射关系

总结

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