0. 课件来源
1. IPv4 地址回顾
1.1 有类地址分类
| 类别 | 二进制前缀 | 地址范围 | 默认掩码 | 用途 |
|---|---|---|---|---|
| A类 | 0xxxxxxx | 1.0.0.0 - 126.255.255.255 | /8 | 大型网络 |
| B类 | 10xxxxxx | 128.0.0.0 - 191.255.255.255 | /16 | 中型网络 |
| C类 | 110xxxxx | 192.0.0.0 - 223.255.255.255 | /24 | 小型网络 |
| D类 | 1110xxxx | 224.0.0.0 - 239.255.255.255 | — | 组播 |
| E类 | 1111xxxx | 240.0.0.0 - 255.255.255.255 | — | 保留 |
1.2 特殊地址
| 地址 | 用途 |
|---|---|
0.0.0.0/8 | 本网络（未分配） |
127.0.0.0/8 | 本地回环 |
169.254.0.0/16 | 链路本地（APIPA） |
255.255.255.255 | 有限广播 |
224.0.0.0/4 | 组播地址 |
1.3 CIDR 与地址聚合
VLSM（可变长子网掩码）：网络不断分割，变小，提高地址利用率。 Supernet（超网）：子网不断聚合，变大，减少路由表条目。
text
/24 → /25 → /26 VLSM：子网划分
/24 ← /25 ← /26 Supernet：路由聚合1.4 地址的拓扑含义
IPv4 地址是网络与拓扑的融合：
text
interface g0/0/0
ip address 1.1.1.1 255.255.255.01.1.1.0/24= 目的网段1.1.1.1= 标识该网段上的本节点
text
Destination/Mask Proto Pre Cost Flags NextHop Interface
3.3.3.0/24 Direct 0 0 D 1.1.1.1 g0/0/02. IPv6 地址详解
2.1 表示与简化
IPv6 地址 128 位，分 8 段，每段 16 位（4 个十六进制）：
text
完整：2001:0001:0000:0000:f000:0000:0000:0000
省略首部0：2001:1:0:0:f000:0:0:0
:: 压缩连续0：2001:1:0:0:f000::规则：
- 每段首部的
0可省略，尾部不可省 - 连续多段
0可用::代替，只能出现一次
2.2 特殊地址
| 地址/前缀 | 含义 |
|---|---|
::/128 | 未指定地址 |
::1/128 | 本地回环 |
fe80::/10 | 链路本地（Link-Local） |
fc00::/7 | 唯一本地地址（ULA，类似 IPv4 私网） |
2000::/3 | 全球可聚合单播地址（AGUA） |
ff00::/8 | 组播地址 |
2.3 地址分类
单播 Unicast
AGUA
Link-Local
ULA
2000::/3Link-Local
fe80::/10ULA
fc00::/7组播 Multicast
ff00::/8ff02::1 本链路所有主机ff02::2 本链路所有路由器ff02::5 OSPFv3 设备 任播 Anycast
多个设备共享同一地址
就近原则路由
不能作为源地址
不进行 DAD
就近原则路由
不能作为源地址
不进行 DAD
请求节点组播地址（Solicited-Node）：
text
ff02::1:ffxx:xxxx （后24位 copy 自单播地址后24位）
2001:10:1:12::2 → ff02::1:ff00:2
2011:172:16:1::2 → ff02::1:ff00:2 （两个地址可能加入同一组播组）2.4 EUI-64 地址生成
MAC 地址（48位）中间插入 FFFE，并翻转 U/L 位（第7位）：
text
MAC: 00e0-fcc5-6be9
插入 FFFE: 00e0-fcff-fec5-6be9
翻转U/L位: 02e0-fcff-fec5-6be9
EUI-64: 02E0:FCFF:FEC5:6BE92.5 配置方式汇总
text
ipv6
#
interface g0/0/0
ipv6 enable
ipv6 address 2001:10:1:12::1/64 # 手工指定 global
ipv6 address 2003::/64 eui-64 # EUI-64 生成 global
ipv6 address fe80::1 link-local # 手工指定 link-local
ipv6 address auto link-local # 自动生成 link-local
ipv6 address 2001:172:16:12::1/64 anycast # 任播地址3. NDP 邻居发现协议
NDP（Neighbor Discovery Protocol）借助 ICMPv6 报文实现 IPv6 中 ARP 的功能。
3.1 报文类型
| Type | 名称 | 功能 |
|---|---|---|
| 133 | RS（Router Solicitation） | 路由器请求 |
| 134 | RA（Router Advertisement） | 路由器通告 |
| 135 | NS（Neighbor Solicitation） | 邻居请求 |
| 136 | NA（Neighbor Advertisement） | 邻居通告 |
| 137 | Redirect | 重定向 |
NDP 五大功能：DAD 重复地址检测、ND 邻居发现、自动配置、MTU 路径发现、Redirect 重定向。
3.2 DAD 重复地址检测
接口配置任何 IPv6 单播地址都要执行 DAD。
Link-Local 地址 DAD：
text
接口 up 后，link-local 地址标记为 [tentative]（试验地址）
发送 NS Type 135：
sip = ::（未指定地址）
dip = 自己的请求节点组播地址（ff02::1:ff00:1）
target = fe80::1- 无冲突：无回应，去掉 tentative 标记，正常转发
- 有冲突：对端回复 NA Type 136
text
NA Type 136：
sip = 冲突的 link-local 地址
dip = ff02::1（本链路所有主机）本端收到后，接口标记从 [tentative] → [duplicate]。
Global 地址 DAD：Link-Local DAD 完成后，逐个对 global 地址执行 DAD。
3.3 邻居发现（替代 ARP）
IPv4 ARP 过程：
text
ARP Request 广播：
smac=AR1 dmac=FF:FF:FF:FF:FF:FF
sender ip=10.1.12.1 target ip=10.1.12.2
ARP Reply 单播：
smac=AR2 dmac=AR1
sender ip=10.1.12.2 target ip=10.1.12.1IPv6 NDP 过程：
text
ping ipv6 fe80::2
1. 查路由表，有路由则转发
2. 封装：sip=fe80::1 dip=fe80::2 smac=AR1 dmac=?
3. 查 NDP 表无记录，发送 NS Type 135：
sip=fe80::1
dip=ff02::1:ff00:2（对方请求节点组播）
target=fe80::2
option: source mac=AR1
4. AR2 收到：检查 DMAC 是否在侦听列表 → 检查 target 是否为本接口地址
→ 更新 NDP 表 → 回复 NA Type 136：
sip=fe80::2 dip=fe80::1 smac=AR2 dmac=AR1
target=fe80::2
option: target mac=AR2
5. AR1 收到：检查 DMAC → 更新 NDP 表3.4 邻居不可达检测状态机
Empty→Incomplete→（收到NA）Reachable→（30s超时/收到非请求NA且MAC变化）Stale→（需发包）Delay→（5s超时）Probe→（收到NA）Reachable
| 状态 | 说明 |
|---|---|
| Empty | 无缓存条目 |
| Incomplete | 已发 NS，等待 NA |
| Reachable | 邻居可达，确认生效 |
| Stale | 可达时间超时，未知是否仍可达 |
| Delay | Stale 状态下需向该邻居发数据，等待 5 秒 |
| Probe | Delay 超时未收到数据，发送单播 NS 探测 |
4. IPv6 自动配置
4.1 无状态自动配置（SLAAC）
路由器周期性（200~600 秒）发送 RA 报文，主机根据 RA 中的 prefix + EUI-64 自动生成地址。
text
RA 报文关键字段：
sip = 路由器 link-local 地址
dip = ff02::1（本链路所有主机）
prefix = 2001:10:1:12::/64
preferred lifetime = 7天（可用于收发）
valid lifetime = 30天（仅可用于接收）触发更新（RS/RA）：主机刚启动时不等待周期 RA，主动发送 RS，路由器立即回复 RA。
text
# 主机配置
interface g0/0/0
ipv6 enable
ipv6 address auto global # 无状态自动生成 global 地址
ipv6 address auto link-local # 自动生成 link-localtext
# 路由器配置
interface g0/0/0
undo ipv6 nd ra halt # 使能 RA 功能4.2 有状态自动配置（DHCPv6）
DHCPv6 可提供地址、DNS、SIP、NIS 等额外信息，但默认不分配网关。
text
# DHCPv6 Server
ipv6
dhcp enable
#
dhcpv6 pool A
address prefix 3FFF::/64
dns-server 3FFF::1
#
interface g0/0/0
dhcpv6 server Atext
# DHCPv6 Client
interface g0/0/0
ipv6 address auto dhcp4.3 无状态 + 有状态组合（最佳实践）
通过 RA 中 M/O flag 控制地址获取方式：
M = 1（Managed）
地址、掩码、网关通过 DHCPv6 获取
等价于"有状态地址分配"
等价于"有状态地址分配"
O = 1（Other）
地址通过 SLAAC 获取
DNS、SIP、NIS 等通过 DHCPv6 获取
等价于"无状态地址 + 有状态其他信息"
DNS、SIP、NIS 等通过 DHCPv6 获取
等价于"无状态地址 + 有状态其他信息"
最佳实践：M=0, O=1（地址无状态，其他信息有状态）
text
# Server 配置
interface g0/0/0
dhcpv6 server A
ipv6 nd autoconfig other-flag # O 置位 = 1，其他信息走 DHCPv6
ipv6 nd autoconfig managed-address-flag # M 置位 = 0，地址走 SLAACtext
# Client 配置
interface g0/0/0
dhcpv6 client information-request # 使能 DHCPv6 无状态
ipv6 address auto global default # SLAAC 生成地址，同时生成默认路由注意：默认
M=0, O=0，全部无状态。若M=1, O=1，全部走有状态 DHCPv6。
4.4 DHCPv6 4-way 与 2-way
4-way（Server 多台时默认，用于选择 Server）：
text
Client Server
| Solicit →|
|← Advertise |
| Request →|
|← Reply |2-way（Server 只有一台时，降低开销）：
text
Client Server
| Solicit →|
|← Reply |text
# Server 侧启用 rapid-commit
interface g0/0/0
dhcpv6 server A rapid-commit
# Client 侧启用 rapid-commit
interface g0/0/0
ipv6 address auto dhcp rapid-commit5. IPv4 与 IPv6 核心对比
IPv4
地址长度：32 位
表示方式：点分十进制
地址空间：2³² ≈ 43 亿
广播：支持
地址解析：ARP Request/Reply
重复地址检测：免费 ARP
自动配置：DHCPv4
地址与拓扑：融合
最小 MTU：68 字节
报头大小：20 字节
表示方式：点分十进制
地址空间：2³² ≈ 43 亿
广播：支持
地址解析：ARP Request/Reply
重复地址检测：免费 ARP
自动配置：DHCPv4
地址与拓扑：融合
最小 MTU：68 字节
报头大小：20 字节
IPv6
地址长度：128 位
表示方式：冒号分十六进制
地址空间：2¹²⁸ ≈ 3.4×10³⁸
广播：不支持（用组播代替）
地址解析：NDP（NS/NA）
重复地址检测：ICMPv6 NS/NA
自动配置：SLAAC + DHCPv6
地址与拓扑：分离
最小 MTU：1280 字节
报头大小：40 字节
表示方式：冒号分十六进制
地址空间：2¹²⁸ ≈ 3.4×10³⁸
广播：不支持（用组播代替）
地址解析：NDP（NS/NA）
重复地址检测：ICMPv6 NS/NA
自动配置：SLAAC + DHCPv6
地址与拓扑：分离
最小 MTU：1280 字节
报头大小：40 字节
6. 报文结构
6.1 IPv4 Header（20~60 字节）
IPv4 Header
6.2 IPv6 Header（固定 40 字节）
IPv6 Header
6.3 ICMPv6 报文结构
text
0 1 2 3
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Type | Code | Checksum |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| |
+ Message Body +
| |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+常见 Type 值：
| Type | 含义 |
|---|---|
| 128 | Echo Request |
| 129 | Echo Reply |
| 133 | Router Solicitation (RS) |
| 134 | Router Advertisement (RA) |
| 135 | Neighbor Solicitation (NS) |
| 136 | Neighbor Advertisement (NA) |
| 137 | Redirect |
