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IPv6 网络规划与建设

IPv6 网络规划与建设. 中南大学网络中心 刘海韬 13974841120 ， 0731-88877345 htliu@csu.edu.cn. 主要内容. IPv4 还能挺多久？ IPv6 协议简介 接入 CERNET2 IPv6 地址申请与域名注册 校园 IPv6 网络规划与部署. 1 、 IPv4 还能挺多久？. 以 IPv4 为核心技术的 Internet 获得巨大成功 但 IPv4 地址资源紧张直接限制了 IP 技术应用的进一步发展

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IPv6 网络规划与建设

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  1. IPv6网络规划与建设 中南大学网络中心 刘海韬 13974841120，0731-88877345 htliu@csu.edu.cn

  2. 主要内容 • IPv4还能挺多久？ • IPv6协议简介 • 接入CERNET2 • IPv6地址申请与域名注册 • 校园IPv6网络规划与部署

  3. 1、IPv4还能挺多久？

  4. 以IPv4为核心技术的Internet获得巨大成功 • 但IPv4地址资源紧张直接限制了IP技术应用的进一步发展 • 截至2009年6月,中国大陆共分得IPv4地址2.05亿个,仅次于美国排名世界第二.不过中国已获得的IPv4地址数量不足全球已分配总量的4.5% • 随处皆IP • 移动3G和宽带技术的发展要求更多的IP地址 • 目前移动GPRS的在线用户达到1700万,而未来5年中,移动互联网的IP地址的需求预计达到5‐9亿.这个数量远高于全球可供分配的剩余IPv4地址,应用IPv6是最终的IP地址解决方案。 • 三网合一 • 物联网（IOT）需要巨量的IP地址 • CIDR, VLSM , NAT, 混合地址等技术只能暂时 缓解IPv4地址紧张，但无法根本解决地址问题 • IP地址短缺问题直接加速了IP协议升级的需求

  5. 为什么要升级到IPv6? • IETF在20世纪90年代提出下一代互联网协议‐IPv6 • 目前IPv6成为公认的IPv4未来的升级版本 • 最本质的改进——从需求上看几乎无限的地址空间: • 地址长度由32位增加到128位 • NAT的问题 • 破坏端到端模型 • 破坏安全性 • 节点故障时，NAT状态难以保持 • 提高路由聚合度，控制路由表规模： • 其他（锦上添花）： • 安全——网络层的IPSec认证与加密，端到端安全 • Qos——新增流标记域 • 移动——Mobile IPv6 • 简单——简化固定的基本报头，提高处理效率 • 可扩展——引入灵活的扩展报头，协议易扩展 • 即插即用——地址配置简化，自动配置

  6. IPv6的驱动力 • 市场的驱动 • 地址短缺 • 不断增长的互联网设备和新应用 • 永远在线的互联网接入 • 业务需求 • 构筑宽带和移动的无缝互联网 • 无线设备普及（PDA、3G...）、宽带接入、Internet家电... • IPv6提供双向通信带来新的业务 • 用户时时在线，在线学校SOI，IP CAR... • 政府的推动 • 战略、安全性角度考虑 • 竞争的压力 • 国内外主要厂商都已推出支持IPv6的产品 • 为运营商提供向IPv6的扩展

  7. 2、IPv6协议简介

  8. IPv6 数据包头的改进 IPv6 Header IPv4 Header 图 例 IPv6中保留的IPv4域 IPv6中不再保留域 IPv6中名字和位置发生变化 IPv6新域

  9. IPv4 和 IPv6 报头格式 32 位 32 位 版本 4 HL TOS 数据报长度 版本 6 流量类型 8 位 流标记 20位 数据报-ID 标记 标记位移 有效负载长度 16 位 下一报头. 8 位 跳段数限制 8 bits TTL 协议 报头校验和 源地址 128 位 源IP地址 目的IP地址 IP选项 （根据需要进行填充） 目的地址 128 位 IPv4 报头 IPv6 报头

  10. IPv4 和IPv6报头格式 32 位 32 位 32 位 32 版本 4 版本 6 流量类型 8 位 流标记 20 位 有效负载长度 16位 下一报头 8 位 跳段数限制 8 位 TTL 协议 源地址 128 bits 源 IP 地址 目的 IP地址 目的地址 128 bits IPv4 报头 IPv6 报头

  11. IPv6 包头格式—Next Header 域 Version Traffic Class Flow Label Payload Length Next Header Hop Limit Source Address 40 octets Destination Address Extension Header info Next Header variable length 32 bits

  12. IPv6地址编码 表示 • 32位16进制数 • 容量 340,282,366,920,938,463,463,374,607,431,768,211,456 • =3.4X1038 • 分隔符 (:) (colon) • 16进制数不区分大小写 • 前缀和接口标识 • 地址/长度 eg： 21DA:D3::/48 ； 21DA:D3:0:2F3B::/64 • 不使用子网掩码 • 缩写表达 • 连续块的0可以表示为 (::)，但在每个地址中只能使用一次 • Example: • 2001:0250:0000:130F:0000:0000:087C:140B • 2001:0250:0:130F::87C:140B

  13. Link Local Global Unique Local IPv6—地址分配模型 • 地址分配到接口 • 没有改变IPv4 模式: • 接口预期 “expected” 有多个地址 • 地址有其作用范围 • Link Local– 链路本地地址 • Unique Local– 唯一本地地址 • Global—全局地址 • 地址有生存时间 • Valid和preferred生存时间

  14. IPv6 地址类型 • Unicast – 单播 • 单个接口地址。 到单个接口的一对一传送。 • Multicast – 多播 • 一组接口的地址。到一组接口的一对多传送。 • Anycast – 任播 • 一组接口的对应地址。到具有同一任播地址的一组接口中任意一个的一对一传送。 • 没有广播地址

  15. 地址 • 一些特殊地址

  16. 可汇聚的全局单播地址 Provider Site Host 3 45 Bits 16 Bits 64 Bits Global Routing Prefix SLA Interface ID 001 13 Bits 8 24 Bits 3 16 Bits 64 Bits 可汇聚的全局单播地址是: • 通常使用的 IPv6 地址 • 体系结构化分配以保持汇聚 Global Routing Prefix SLA Interface ID Reserved 001 TLA NLA

  17. ISP 2001:250::/32 IPv6 Internet 2001::/16 层次化编址与汇聚 Site 1 2001:250:0001:/48 Announces the /48 Prefix 2001:250:0001:0001:/64 2001:250:0001:0002:/64 Announces the /32 Prefix Announces the /64 Prefix 2001:250:0002:0001:/64 2001:250:0002:0002:/64 Announces the /48 Prefix Site 2 2001:250:0002:/48

  18. 24 bits 40 bits ccccccug cccccccc cccccccc xxxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx IEEE-administered company ID Manufacturer-selected extension ID IPv6 接口标识 • 通常使用 EUI-64 格式地址进行无状态自动配置 • EUI-64构造法：在48位MAC地址中间插入“FFFE”以扩展到64位 • 要确保MAC地址的唯一性以避免地址重复 • “U”位设为“1” 表示全局唯一地址 • “U”位设为“0” 表示本地局部地址

  19. 可汇聚全局单播地址 EUI-64 Ethernet MAC Address (48 Bits) 00 90 27 17 FC 0F 00 90 27 17 FC 0F FF FE 00 64-Bits Version 90 27 FF FE 17 FC 0F 1 = Unique 0 = Not Unique • Eui-64 address: Insert “FFFE” in middle • Invert ‘U’ bit to identify uniqueness of MAC Uniqueness of the MAC 000000U0 Where U= U = 1 Eui-64 Address 02 FF FE 90 27 17 FC 0F

  20. 邻居发现ND（Neighbor Discovery） • 一系列用来管理相邻节点交互的机制 • 邻居发现机制 (RFC 2461)‐采用统一ICMPv6报文消息和更加有效的单播和组播方式，取代了IPv4中的ARP、ICMP路由器发现、ICMP路由器重定向，并在无状态地址自动配置中起到不可或缺的作用 • 链路层地址解析 • 邻居路由器发现 • 本地前缀发现 • 地址自动配置 • 发现配置参数 • 邻居不可达检测 • 重复地址检测 • 重定向功能等。

  21. Neighbor Discovery • 使用 ICMPv6 消息, 由节点在本地链路产生， hop limit=255 • 包含 IPv6 header, ICMPv6 header, neighbor discovery header, and neighbor discovery options • 五种邻居发现消息 • 路由器请求 (ICMPv6 type 133) • 路由器广播 (ICMPv6 type 134) • 邻居请求 (ICMPv6 type 135) • 邻居广播 (ICMPv6 type 136) • 重定向 (ICMPV6 type 137)

  22. Neighbor Discovery 路由器请求 • 主机发出用于查询链路上的路由器 • 目的地址为所有路由器的组播地址FF02::2 • 原地址为本地链路地址或者未指定的IPv6地址 (::)

  23. 路由器请求（RS）和广播（RA） • Router solicitations (RS) 由节点启动时发出以获取用于配置本地接口的 RAs信息 1. RS 2. RA 2—ICMP Type = 134 (RA) Src = link-local address (FE80::/10) Dst = all-nodesmulticast address (FF02::1) Data = options, subnet prefix, lifetime, autoconfig flag 1—ICMP Type = 133 (RS) Src = link-local address (FE80::/10) Dst = all-routersmulticast address (FF02::2) Query = please send RA

  24. Neighbor Solicitation • 用于发现IPv6节点的链路层地址 • 如果2层目的地址设为组播地址则用于地址解析；如果设为单播地址则用于节点可达性检测 • 对于IPv6包头，源地址通常设为发出端的单播地址；如果设为::则用于DAD检查 • 目的地址若为单播地址则为可达性检查；若为被请求节点的组播地址则用于DAD检查。

  25. Neighbor Advertisement • 响应邻居请求消息 • 发送链路层地址更新消息

  26. Neighbor Solicitation and Advertisement A B Neighbor Solicitation: ICMP type = 135 Src = A Dst = Solicited-node multicast address of B Data = link-layer address of A Query = what is your link-layer address? Neighbor Advertisement: ICMP type = 136 Src = B Dst = A Data = link-layer address of B 完成后，则A和B可以进行报文交换

  27. 查看邻居 Neighbors are only considered “reachable” for 30-seconds. “Stale” indicates that, before we contact this neighbor, we will need to send a ND packet.

  28. IPv6 路由协议 • IPv6对原有的路由协议有广泛的支持: • Static Routing • RIPng  RIPv2 • IPv6 EIGRP  EIGRP • IPv6 IS-IS • OSPFv3  OSFPv2 • IPv6 extensions for BGP

  29. IPv6 路由配置 • 开启IPv6 • Router( config ) #ipv6 unicast-routing • 接口地址配置 • Router (config-if)# ipv6 address X:X::/prefix • 配置单播地址后，端口将自动得到一个本地链路地址 • FE80::interface-id

  30. Static Routing • ipv6 route ipv6-prefix/prefix-length {ipv6-address | interface-type interface-number} [administrative-distance] • Router(config)# ipv6 route 7fff::0/32 2001:1100:0:CC00::1 110 • 目的网络: 7fff::0/32 • 下一跳地址: 2001:1100:0:CC00::1 • 管理距离: 110

  31. IPv6 Internet 默认路由举例 Router2 Ethernet0 Ethernet0 LAN1: 2001:db8:c18:1::/64 Router1 Ethernet1 LAN2: 2001:db8:c18:2::/64 ipv6 unicast-routing interface Ethernet0 ipv6 address 2001:db8:c18:1::a/64 ipv6 nd prefix-advertisement 2001:db8:c18:1::/64 43200 43200 onlink autoconfig interface Ethernet1 ipv6 address 2001:db8:c18:2::a/64 ipv6 nd prefix-advertisement 2001:db8:c18:2::/64 43200 43200 onlink autoconfig ipv6 route::/0<address of R2 ethernet0> 默认路由指向 Router2

  32. Router2# ipv6 router rip RT0 interface Ethernet0 ipv6 address 2001:db8:c18:1::/64 eui-64 ipv6 rip RT0 enable ipv6 rip RT0 default-information originate Enhanced Routing Protocol Support RIPng Configuration and Display ::/0 Router 2 Ethernet0 = 2001:db8:c18:1:260:3eff:fe47:1530 LAN1: 2001:db8:c18:1::/64 Ethernet0 Router 1 Ethernet1 LAN2: 2001:db8:c18:2::/64 Router1# ipv6 router rip RT0 interface Ethernet0 ipv6 address 2001:db8:c18:1::/64 eui-64 ipv6 rip RT0 enable Interface Ethernet1 ipv6 address 2001:db8:c18:2::/64 eui-64 ipv6 rip RT0 enable Router2# debug ipv6 rip RIPng: Sending multicast update on Ethernet0 for RT0 src=FE80::260:3eff:fe47:1530 dst=FF02::9 (Ethernet0) sport=521, dport=521, length=32 command=2, version=1, mbz=0, #rte=1 tag=0, metric=1, prefix=::/0 Multicast All RIP-Routers Link-Local src Address

  33. 3、接入CERNET2

  34. CERNET2 • 第二代中国教育和科研计算机网。 • 中国下一代互联网示范工程CNGI最大的核心网和唯一的全国性学术网。 • 是目前世界上规模最大的采用纯IPv6技术的下一代互联网主干网。 • CERNET2主干网充分使用CERNET的全国高速传输网,以 2.5-10Gbps传输速率连接全国20个主要城市的CERNET2核心节点，实现全国200余所高校下一代互联网IPv6的高速接入，同时为全国其他科研院所和研发机构提供下一代互联网IPv6高速接入服务，并通过中国下一代互联网交换中心CNGI-6IX,高速连接国内外下一代互联网 。 • 今年高招将在CERNET2网络上进行试点。

  35. CERNET2全国拓扑图 中南大学

  36. CERNET2 IPv6地址管理 • 地址聚类 • CERNET2 按核心节点城市进行聚类 • CERNET 按省聚类 • 每个会员单位分配一个/48

  37. CERNET2 IPv6地址管理 • BJ 0000::/36 • NJ 1000::/36 • GZ 2000::/36 • WH 3000::/36 • XA 4000::/36 • ZHZ 5000::/36 • CD 6000::/36 • JNN 7000::/36 • SH 8000::/36 • SY 9000::/36 2001:DA8::/32 • TJN A000::/37 • DLN A800::/37 • CHC B000::/37 • HRB B800::/37 • LZH C000::/37 • CHQ C800::/37 • CHS D000::/37 • HEF D800::/37 • HZH E000::/37 • XMN E800::/37 • IVI FF00::/40

  38. CERNET IPv6地址管理 2001:250::/32 BJNET6 0000::/36 • BJ 0000::/38 • TJ 0400::/38 • HE 0800::/38 • SX 0c00::/39 • NM 0e00::/39 XANET6 1000::/36 • SN 1000::/38 • GS 1400::/38 • XJ 1800::/38 • NX 1c00::/39 • QH 1e00::/39 CDNET6 2000::/36 • SC 2000::/38 • CQ 2400::/38 • YN 2800::/38 • GZ 2c00::/39 • XZ 2e00::/39 GZNET6 3000::/36 • GD 3000::/38 • GX 3400::/38 • HI 3800::/38 • SZ 3c00::/38 WHNET6 4000::/36 • HB 4000::/38 • HN 4400::/38 • HA 4800::/38 NJNET6 5000::/36 • JS 5000::/38 • AH 5400::/38 • SD 5800::/38 SHNET6 6000::/36 • SH 6000::/38 • ZJ 6400::/38 • FJ 6800::/38 • JX 6c00::/38 SYNET6 7000::/36 • LN 7000::/38 • JL 7400::/38 • HL 7800::/38

  39. 2001:DA8:D000::/37 中南大学 D000::/48 湖南师范大学D001::/48 长沙理工大学D002::/48 湖南商学院 D003::/48 湖南农业大学D004::/48 长沙核心节点 B6::/48 2001:250:4400::/38 中南大学 4400::/48 国防科技大学4401::/48 湖南大学 4402::/48 长沙驻地网IPv6地址情况

  40. 长沙核心节点拓扑图

  41. 接入方式一：专门链路接入 • 驻地网单位有专门的CNGI链路，用本地IPv6链路接入 • 带宽保证 • 安全性

  42. 接入方式二：共用链路接入 • IPv4/IPv6共用同一条链路接入 • 双栈 • 共享 • 冲突

  43. 接入方式三：802.1Q Trunk 方式接入 • IPv4/IPv6以Vlan方式共用同一条物理线路接入 • 带宽共享 • 安全性 • 性能

  44. 接入方式四：隧道方式接入 • 驻地网没有直接连接CNGI的链路。利用6 over 4隧道实现接入CNGI。 • 带宽有限 • 占用原有出口带宽 • 效率不高 • 小规模、实验性接入

  45. 4、 CERNET2 IPv6地址申请与域名注册

  46. CERNET2 IPv6地址管理原则 • 地址聚类 • CERNET2 以核心节点城市聚类 • CERNET 以省聚类 • 每个会员单位分配一个/48

  47. CERNET2 IPv6地址管理 • BJ 0000::/36 • NJ 1000::/36 • GZ 2000::/36 • WH 3000::/36 • XA 4000::/36 • ZHZ 5000::/36 • CD 6000::/36 • JNN 7000::/36 • SH 8000::/36 • SY 9000::/36 2001:DA8::/32 • TJN A000::/37 • DLN A800::/37 • CHC B000::/37 • HRB B800::/37 • LZH C000::/37 • CHQ C800::/37 • CHS D000::/37 • HEF D800::/37 • HZH E000::/37 • XMN E800::/37 • IVI FF00::/40

  48. CERNET IPv6地址管理 2001:250::/32 BJNET6 0000::/36 • BJ 0000::/38 • TJ 0400::/38 • HE 0800::/38 • SX 0c00::/39 • NM 0e00::/39 XANET6 1000::/36 • SN 1000::/38 • GS 1400::/38 • XJ 1800::/38 • NX 1c00::/39 • QH 1e00::/39 CDNET6 2000::/36 • SC 2000::/38 • CQ 2400::/38 • YN 2800::/38 • GZ 2c00::/39 • XZ 2e00::/39 GZNET6 3000::/36 • GD 3000::/38 • GX 3400::/38 • HI 3800::/38 • SZ 3c00::/38 WHNET6 4000::/36 • HB 4000::/38 • HN 4400::/38 • HA 4800::/38 NJNET6 5000::/36 • JS 5000::/38 • AH 5400::/38 • SD 5800::/38 SHNET6 6000::/36 • SH 6000::/38 • ZJ 6400::/38 • FJ 6800::/38 • JX 6c00::/38 SYNET6 7000::/36 • LN 7000::/38 • JL 7400::/38 • HL 7800::/38

  49. IPv6地址申请 • IPv6申请程序 • 下载并填写申请表https://www.nic.edu.cn/RS/templates/ • 按申请说明中给出的联系方式将地址申请表和单位签章证明提交给CERNIC • CERNIC审批IPv6地址申请，并以电子邮件方式通知批复结果。

  50. http://www.nic.edu.cn/RS/templates/

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