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IPv6 知识总结

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IPv6协议 ICMPv6协议 NDP协议

ipv6协议

🧩 一、核心协议层（IPv6 主体）

这些是 IPv6 协议栈的基础。

协议全称作用
IPv6（RFC 8200）Internet Protocol version 6定义 IPv6 的数据包结构、地址格式、分片、头部字段等。
ICMPv6（RFC 4443）Internet Control Message Protocol for IPv6IPv6 的控制消息协议（类似 IPv4 的 ICMP），用于错误报告、邻居发现等。
NDP（RFC 4861）Neighbor Discovery Protocol取代 ARP，用于地址解析、路由器发现、邻居可达性检测。
MLD（RFC 2710 / 3810）Multicast Listener Discovery管理主机加入/离开 IPv6 多播组，类似 IPv4 的 IGMP。

🧭 二、地址分配与配置（自动化机制）

协议全称作用
SLAAC（RFC 4862）Stateless Address Autoconfiguration主机根据路由器广告（RA）自动生成地址（无状态）。
DHCPv6（RFC 8415）Dynamic Host Configuration Protocol for IPv6服务器分配 IPv6 地址和其他配置（有状态）。
DHCPv6-PD（RFC 8415 §6.3）Prefix Delegation向下游路由器分配子网前缀（常用于家庭宽带和v6plus）。
RA（Router Advertisement）Router Advertisement Message路由器广播前缀信息、DNS信息等，供主机生成地址。
RS（Router Solicitation）Router Solicitation Message主机主动请求路由器发送 RA。

🔐 三、安全与认证协议

协议全称作用
IPsec（RFC 4301+）Internet Protocol SecurityIPv6 内建安全框架，支持加密与认证。
IKEv2（RFC 7296）Internet Key Exchange v2为 IPsec 建立安全会话。
SEND（RFC 3971）Secure Neighbor Discovery给 NDP 加上签名与认证，防止伪造邻居攻击。

🌍 四、DNS 相关扩展

协议全称作用
AAAA Record（RFC 3596）IPv6 Address RecordIPv6 对应的 DNS 记录类型。
DNS64（RFC 6147）DNS IPv6/IPv4 互通将 IPv4 地址合成为 IPv6 地址（配合 NAT64）。
DNS over IPv6（RFC 3646）DNS over IPv6 transport在 IPv6 网络中直接查询 DNS。

🔀 五、过渡与兼容机制（IPv4 ↔ IPv6）

协议 / 技术作用
Dual Stack主机同时启用 IPv4 和 IPv6。
6to4（RFC 3056）IPv6 over IPv4 自动隧道（已淘汰）。
6rd (RFC 5969)IPv6 over IPv4 IPv4 网络上快速部署 IPv6 的过渡机制
ISATAP（RFC 5214）IPv6 over IPv4 内网自动隧道。
Teredo（RFC 4380）IPv6 over UDP over IPv4 穿透 NAT（已淘汰）。
DS-Lite Tunnel（RFC 6333）IPv6-only 网络访问 IPv4。
NAT64/NAT46（RFC 6146）IPv6/IPv4 地址转换。
464XLAT（RFC 6877）Android 移动网络常用的 NAT64/CLAT 模式。
MAP-E / MAP-T（RFC 7597/7599）IPv4 over IPv6 映射机制（ISP 常用）。
v6plus / OCN IPv6日本主流的 MAP-E 实现。

📡 六、路由与传输层扩展

协议作用
OSPFv3（RFC 5340）IPv6 的 OSPF 协议版本。
RIPng（RFC 2080）IPv6 的 RIP 路由协议版本。
BGP-4+（RFC 2545）支持 IPv6 的 BGP。
EIGRP for IPv6（Cisco）Cisco 的私有 IPv6 路由协议版本。
ICMPv6 Redirect / Router Renumbering（RFC 2894）动态更新路由前缀信息。

📦 七、扩展头与功能增强

扩展头功能
Hop-by-Hop Options Header每跳都要处理的选项（如 Jumbogram）。
Routing Header类似 IPv4 的源路由。
Fragment Header分片控制（仅源节点能分片）。
Destination Options Header目的节点的额外选项。
Authentication / ESP HeaderIPsec 相关。
Mobility Header（RFC 6275）移动 IPv6 的移动性支持（Mobile IPv6）。

🧠 八、特殊功能与改进型协议

协议 / 技术作用
Mobile IPv6（RFC 6275）主机在移动网络间保持固定 IPv6 地址。
MIPv6 / PMIPv6 / NEMO各类移动性扩展。
Segment Routing over IPv6（SRv6）新一代基于 IPv6 的路由控制技术（SDN 常用）。
RDNSS / DNSSL（RFC 8106）通过 RA 下发 DNS 配置。
Flow Label（RFC 6437）流量识别标签，用于 QoS。
Jumbogram（RFC 2675）支持超过 65535 字节的 IPv6 大包。

📘 九、总结图（知识结构）

IPv6
├── 核心协议：IPv6, ICMPv6, NDP, MLD
├── 地址配置：SLAAC, DHCPv6, DHCPv6-PD, RA
├── 安全机制：IPsec, IKEv2, SEND
├── DNS扩展：AAAA, DNS64, RDNSS
├── 过渡技术：NAT64, 464XLAT, MAP-E, DS-Lite
├── 路由协议：OSPFv3, RIPng, BGP-4+
├── 扩展头部：Routing, Fragment, ESP, AH
├── 特殊功能：SRv6, MIPv6, Flow Label, Jumbogram
└── 应用层支持：DNS over IPv6, HTTP/3 over IPv6

ipv6地址

IPv6

ipv6地址分类

🧩 一、IPv6 地址的三大类型（按功能划分）

Unicast Multicast Anycast

类型名称特点举例
单播 (Unicast)一对一通信表示网络中唯一的接口2001:db8::1, fe80::1
组播 (Multicast)一对多通信表示一组节点ff02::1, ff02::2
任播 (Anycast)一对最近通信多个节点共用一个地址，路由选择最近者通常分配给多个服务器的相同接口

Unicast

🧭 二、单播地址的常见类型

IPv6 的单播地址主要分为以下几类👇

地址类型前缀用途特点
全局单播 (Global Unicast)2000::/3（即 2000–3fff）公网可路由地址（类似 IPv4 的公网 IP）唯一且可跨 Internet 路由
链路本地地址 (Link-Local)fe80::/10同一链路内通信（邻居发现、RA/RS）自动生成，不能跨网段路由
唯一本地地址 (Unique Local Address, ULA)fc00::/7（常用 fdxx::/8）内网使用（类似 IPv4 私有地址）不可公网路由，可在本地或 VPN 使用
环回地址 (Loopback)::1/128本机测试用（类似 IPv4 的 127.0.0.1）仅在本地主机使用
未指定地址 (Unspecified)::/128表示“无地址”，用于启动阶段（如 DAD）不能作为通信源/目的
链路本地前缀（本地链路段）fe80::/64（通常）每个接口自动配置通常基于 MAC/EUI-64 或随机生成
IPv4 映射地址 (IPv4-mapped IPv6)::ffff:192.168.1.1IPv6-only 环境中表示 IPv4 地址用于 IPv4/IPv6 互操作
IPv4 兼容地址 (IPv4-compatible)已废弃::192.168.1.1旧标准，现不再使用
Link-local-Address

Link-Local 和 ULA 不冲突，因为它们的用途完全不同、作用范围不同、甚至通信逻辑也不同。

Link-local 是“链路通信地址”，ULA 是“站点通信地址”。

  • Link-local：设备在一个网段内通信、发现邻居、找路由器。
  • ULA：设备在**整个局域网（可跨多个网段）**内部通信。 Link-local地址是自生成的，只要设备启动了IPv6就会有link-local地址，然后才能获取其它地址。

不一定固定，但通常是稳定的。

  • 它是根据网卡接口标识（Interface Identifier, IID） 自动生成的。
  • IID 通常取决于网卡的 MAC 地址，或者系统为隐私生成的随机值。 因此：
  • 如果设备的 MAC 地址不变、算法一致 → Link-local 地址基本不会变。
  • 如果启用了 隐私扩展（Privacy Extension） 或系统策略改变 IID 生成方式 → 地址可能不同。
| 10 bits | 54 bits | 64 bits |
| Prefix  | 000...0  | Interface Identifier |
  • 前缀固定为 fe80::/10。
  • 中间 54 位保留为 0。
  • 后 64 位是 接口标识符 (IID)。

IID（接口标识符）的生成算法

IPv6 支持多种 IID 生成方式，不同系统和安全要求可能不同。

方式描述稳定性特点
EUI-64（传统）从 MAC 地址转换✅ 稳定可推算出设备的真实 MAC（隐私差）
Stable Secret-based（RFC 7217）从随机密钥和接口信息生成✅ 稳定隐私好，现代系统使用
随机 IID（Privacy Extension, RFC 4941）随机生成，周期更换❌ 不稳定用于临时全局地址，几乎不用在 link-local 上

EUI-64 生成算法

假设网卡 MAC 地址是：

00:1A:2B:3C:4D:5E

EUI-64 生成 IID 的步骤如下：

步骤操作结果
1️⃣把 MAC 地址分成两半00:1A:2B 和 3C:4D:5E
2️⃣插入固定的 FF:FE 中间00:1A:2B:FF:FE:3C:4D:5E
3️⃣翻转第 7 位（U/L 位）改为 02:1A:2B:FF:FE:3C:4D:5E（表示本地管理）
4️⃣拼接到 fe80::/64 前缀fe80::021a:2bff:fe3c:4d5e
✅ 得到最终 Link-local 地址：
fe80::021a:2bff:fe3c:4d5e

Stable Secret-based RFC 7217（现代系统默认）

现代 Linux、Windows、macOS 为了防止通过地址推测设备 MAC，通常使用 “Stable Privacy Address” 机制（RFC 7217）。 IID 计算公式：

IID = F(Prefix, Network_Interface, DAD_Counter, Secret_Key)

其中：

  • Prefix = fe80::/64（或全局前缀）
  • Network_Interface = 接口名（如 eth0）
  • DAD_Counter = 检测重试次数
  • Secret_Key = 随机生成、系统保存在内核里 🔹 结果：
    同一设备、同一接口、同一前缀 → IID 固定。
    但不同机器、不同接口 → IID 不同（无法反推出 MAC）。

🌐 三、组播/多播地址（Multicast）

Multicast

IPv6 完全取消了广播，所有广播功能都由组播取代。
组播地址总是以 ff00::/8 开头，第二个字节定义了作用范围（Scope）。

范围地址示例含义
ff02::1所有节点（All Nodes）当前链路上所有设备
ff02::2所有路由器（All Routers）当前链路上所有路由器
ff05::2区域范围的所有路由器用于更大范围的管理
ff02::1:ffXX:XXXXSolicited-Node 组播地址NDP（邻居发现）使用，用于 IPv6→MAC 解析

组播地址结构一般是：

| 8bit | 4bit  | 4bit  | 112bit |
|  ff  | flags | scope | group ID |

也就是：

ffXY::Z...

其中：

  • X 是 Flags（标志）
  • Y 是 Scope（作用范围）
  • 后面的部分是 Group ID（组的标识符）

Flags（标志位）字段 —— 控制“性质”

Flags 是 4 位（二进制），定义了组播地址的特征。
一般写成 4 bit 二进制 abcd，每一位都有特定含义：

位名称含义取值说明
a（bit 0）R-Flag（Rendezvous Point）是否为固定 RP（多播路由相关）一般为 0
b（bit 1）P-Flag（Prefix-based）是否根据前缀自动派生一般为 0
c（bit 2）T-Flag（Transient）是否临时（Transient）组播1 = 临时，0 = 永久（标准分配）
d（bit 3）Reserved保留位一般为 0

👉 实际网络中常见的情况：

  • ff02：Flags = 0，表示永久的（well-known）组播地址。
  • ff32：Flags = 3（临时 + link-local），极少见，用于实验性多播。

Scope（作用范围）字段 —— 控制“传播范围”

Scope 是 4 位十六进制值，定义该组播包能传播的最大范围。

Scope 值范围说明
1Interface-local仅限本接口（测试用途）
2Link-local同一链路（最常见），NDP 都用这个
3Subnet-local子网级别（很少用）
4Admin-local管理员限定范围
5Site-local整个站点（多个链路）
8Organization-local整个机构（例如公司网）
EGlobal全球范围（几乎不用）
👉 IPv6 NDP 的所有组播地址都用 Scope = 2（link-local），
比如：
ff02::1     所有节点（链路内）
ff02::2     所有路由器（链路内）
ff02::1:ffxx:xxxx  solicited-node（链路内）

Group ID（组编号）

Group ID 是 最后 112 位，用于区分不同的多播组。
它就像“组播频道号”。

常见标准分配的 Group ID：

地址Group ID名称
ff02::10x1所有节点组 (All Nodes)
ff02::20x2所有路由器组 (All Routers)
ff02::1:ffXX:XXXX0x1ffXX:XXXXsolicited-node 组
ff05::20x2所有站点路由器
ff02::1:20x1:2所有 DHCP 服务器

常见的标准组播地址（IPv6 内置）

地址名称用途
ff02::1所有节点路由器 RA 广播通告
ff02::2所有路由器主机 RS 请求路由器
ff02::1:ffxx:xxxxSolicited-nodeNDP 地址解析
ff02::1:2所有 DHCPv6 服务器DHCPv6 请求
ff02::5 / ff02::6OSPFv3路由协议
ff02::9RIPng路由更新
ff02::fbmDNS本地设备发现

Anycast

🧮 四、任播地址（Anycast）

项目内容
含义多个接口共享同一地址，数据包发给最近的一个
用途内容分发、DNS 负载均衡（如多个 DNS 服务器共用一个地址）
配置方式从单播地址池中手动指定为 Anycast，无特殊前缀
示例多个路由器接口都配置 2001:db8::1，客户端请求会自动发往最近的那台

🧠 五、作用范围（Scope）总结

IPv6 地址天然带“范围”概念：

范围说明可路由性
Interface-local本机内（如 ::1）否
Link-local本地链路（如 fe80::/10）否
Site-local已废弃（原为内网使用）否
Unique-local (fd00::/8)内网、VPN否（但可通过隧道或 NAT66）
Global (2000::/3)互联网✅ 可路由

🧾 六、速查表汇总

类型前缀示例可公网路由典型用途
未指定地址::/128::❌初始化、DAD
环回地址::1/128::1❌本地测试
链路本地fe80::/10fe80::1❌NDP、RS/RA
唯一本地 (ULA)fd00::/8fd12:3456::1❌内网通信
全局单播2000::/32001:db8::1✅公网通信
组播ff00::/8ff02::1, ff02::2局域/全网路由发现、ND、服务
任播（无固定前缀）多节点共享 2001:db8::1✅最近节点选路
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