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和IPv4一样

IPv6主要包括地址和分组格式

两个方面的内容

今天我们就来看看

IPv6地址的真面目

先来了解几个跟地址相关的术语吧

我们来看这个图

在这个图上我们看到

最小的单位是LAN段

局域网段

交换机一个接口下面的这一条链路

就叫做局域网段

比局域网段大的就是这个链路

链路呢

是路由器一个接口下面的这一堆

它可以是若干个局域网段构成的

比链路更大的单位呢

是这个子网

你可以把子网看成是一个单位

一个机构运作的几条链路

或者若干条链路构成的一个网络

那么比子网更大的就是互联网了

在这个图上呢我们还看到

另外一个概念

叫做邻节点

邻节点指的是在一条链路上的

两台组机

它们之间互为邻节点

有的时候这个邻节点可以

跨越这个交换机

IPv6带来的最显著的变化

就是地址空间的变化

你还记不记得IPv4地址

是用32位来表示的

它提供的地址数量

是2的32次方

大约是43亿

而IPv6的地址

是128个二进制位表示的

它提供的IPv6地址数量是

2的128次方

相当于3.4乘以10的38次方

我们可以用一个非常简洁的

表示方法来表示这个数量

340个涧

1个键呢是中国古代的数词

它相当于10的36次方

也就是10后面35个0

如果我们把2的128次方

用科学技术器写出来的话

就写成这样的一个形式

这个数字非常非常大

大到你完全无法想象它到底有多大

有一个人非常的聪明

他做了几种变换

来理解这个值

有一种变换的方法

他是在地球和离地球最近的

银河系的仙女恒星

做了一根连线

这个连线的距离是250万光年

跟着呢他就用这个值

去除以这个距离

就得到每纳米有140万个

IPv6的地址

你现在就可以想象一下有多大了

另外一种变换呢

它是用这个数字

去除以全球的人口数

70多亿

得到人均可以有5乘10的28次方个

IPv6地址

那么这下你也可以想象

这个值有多大了

他还做了这样的一个变换

就是把这个数字去除以

地球的表面积

得到每平方厘米

有6.7乘以10的19次方个IPv6地址

每平方厘米非常小

就这么一丁丁

在一丁丁的地方有这么多个地址

所以可以夸张地说

世界上每一粒沙子

都可以分到一个IPv6地址

128位的地址太难看了

类似IPv4的点分十进制表示

我们把IPv6的地址

用冒分十六进制表示出来

首先将128位分成八个十六位组

十六位组之间呢

用冒号把它分割开

每个十六位组转换成对应的

四位十六进制数来表示

比如说表示成FE80

在这个地址后面呢

我们用一个前缀

斜杆 前缀的位数

来表示整个地址

比如说1

::1/64

这个/64

就表示在这个地址里边

它的网络前缀是64位

这里有一个128位的IPv6地址

非常难看

我们把它分成8个十六位组

再在中间加上冒号

有相邻的两个十六位组之间

加上冒号把它分割开

并且把每一个十六位二进制组

转化成四位的十六进制组

就变成了这样的一个样子

那么这个样子的IPv6地址

看起来还是非常的难看

所以我们可以对它

进行一些简化

第一个简化呢

我们把它叫做规则一

是可以省略前导零

前导零就是

每一个四位的十六进制数的最高位

如果是零的话

我们可以把它直接去掉

那么这个地址就变成了这个样子

还有一个规则呢

叫规则二

它可以忽略全零

如果冒号加起来的这个值里边

是四个零

那么这个零可以被省略

省略了之后

两个冒号就连起来了

我们称它为双冒号

那么这个地址根据规则二

可以继续地简化为这个样子

注意

同一个IPv6地址

可以有不同的表示法

比如这个例子

它可以表示为这个样子

也可以表示为这个样子

这两个地址的表示方法

不同的就是双冒号的位置不一样

它在这两个位置都可以省略

按照规则二省略那个零

变成双冒号

但是我们说在一个IPv6地址里边

最多只能有一个双冒号

才能够确定出它省略的零的个数

IPv6的地址分成

单播地址 组播地址和任播地址

三种

从这个名称你已经发现了

它跟IPv4非常的不同

它没有了IPv4里边

大量使用的广播地址

换句话来说

在IPv6没有广播了

代之而取的是组播

而且在IPv6里面

还出现了一种新的地址

叫做任播

我们在本科阶段只关心单播地址

类似IPv4地址

IPv6地址里边

也有一些特殊的地址

我们来看这个表格

第一个特殊的地址是128个

都是零的这样的一个地址

它可以表示为::/128

它表示的是未指定的地址

当一台设备

刚刚启动的时候

还没有获取到正式的任何地址

它就可以用这个地址

简单地来代替

它是一个非常短暂的一个地址状态

那么128个零的这个地址

还可以用在路由表的目的网络

这一栏

代表的是默认路由

第二个特殊的地址是环回地址

由127个零加一个一构成

写成::/128

这样的形式

这个地址跟我们IPv4里边的

127.0.0.1这个地址是一样的

代表的是local host 本机

第三类比较特殊的地址呢

是组播地址

组播地址呢

是高八位是连续的8个1的

这样的地址

那么组播地址的典型特征

就是最高位是FF打头

第四种特殊的地址叫链路本地地址

它是由这样的十位位模式开头的

就是7个1加010

写成对应的冒分十六进制表示为

FE80::/10

链路本地地址是一个非常重要的

单播地址

稍后呢

我们会进一步地去学习这种地址

接下来这种特殊的地址叫做

网点本地地址

它是以这样的十位位模式开头的

7个连续的1加上011

写成对应的冒分十六进制数就是

FEC0-10

我们现在来仔细地学习一下

单播地址里边的链路本地地址

链路本地地址只用在单一的链路上

如果一个分组它的源地址

或者目的地址是链路本地地址

那么这个分组

是不转发到其他链路的

它只在本链路上有效

或者说只在本链路上进行通信

本地链路地址是由两大部分构成

第一部分呢是高64位

它是这样的位模式

FE80:0:0:0

这样的固定模式

而低64位呢

是用EUI-64地址来充当的

什么是EUI-64地址呢

是用MAC地址生成的一个地址

MAC地址怎么来生成这个

EUI-64地址呢

我们举一个例子来看

一台主机的MAC地址是

0012:3400:ABCD

现在要求它对应的链路本地地址

那么高64位我们知道了

现在就是要求它的低64位

我们来看这个低64位的EUI-64地址

怎么由MAC地址生成

我们首先把这个MAC地址

写成对应的二进制形式

我们发现它是48位的

我们把这48位的地址

切割成前面24位和后面24位

也就是说从正中间给它切一刀

切一刀之后呢

我们加上一个16位

这个16位是15个连续的1和1个0

我们把它加在正中间

你看48位的MAC地址

加上这个16位之后

刚刚好就构成了64位

我们接着下来再把这64位的地址

按照冒分十六进制的表示方法

把它表示成这个样子

同时我们在这个地方

还要做一件事情

就是把64位的地址的

从高位数起第七位

把它转化成1

最后呢

在这个生成的EUI64的地址前面

加上FE80::

就构成了链路本地地址了

可以说一台IPv6的设备

它启动了之后

首先就自动的拿到了这个地址

如果你的电脑支持并运行了IPv6

那么你可以在dos控制台

用命令行ipconfig

查看这个本机的IPv6地址

这是我自己的笔记本电脑上看到的

IPv6地址的截图

这是一个非常典型的自动生成的

链路本地地址

接下来学习的这个单播地址

是可聚合全球单播地址

它可以用来标识主机的接口

它由高64位的网络位

和低64位的主机位构成

高64位被分成五个部分

一

有三位固定的0 0 1

这个位模式

这个固定的三位表示目前呢

只用到了全球IPv6地址里边的

八分之一

另外八分之七还没有拿来分配

接下来这十三位就表示

TLA顶级聚类地址

它主要分给各大地区的网络中心

比如说亚太地区的网络中心

第三个部分呢有八位保留位

第四呢二十四位的NLA

叫做次级聚类

第五是十六位的SLA

站点级的聚类地址

我们运用商分配给单位网络的前缀

通常是/48

这样的一个地址

比如说我们华工自己内部的

IPv6地址就有两个

/48的地址

那么这个大的地址块里边

我们就可以把

紧跟着这四十八位后面的这十六位

用来做子网的规划

就是由获得/48的这个组织

它来划分这十六位

到目前为止

中国申请到的/32的块地址

总共有20000多个

而一个/32的块地址

就是全球IPv4地址

大约是43亿的2的64次方这么多倍

非常非常大的空间

足够用了

那么我们的IPv6主机

怎么做到即插即用呢

IPv6主机在启动的时候

它会首先生成一个链路本地地址

这个地址

它就可以和它所在的

链路的其他的节点进行通信了

这个节点里面

有一个非常特殊的节点

叫做默认网关

一旦这个节点

这台主机

可以和默认网关通讯

它就可以从默认网关这里

获取全球IPv6地址的前缀

有了这个前缀

就可以加上后面的InterfaceID

构成全球的单播地址

而这个InterfaceID呢

目前主要由三种方式来生成

有一种方式呢就是手工的来配

这个方式我们说非常的笨

也容易出错

第二种方式

就是用EUI-64地址来充当

用EUI-64地址来充当的这个地址呢

就有一些安全的隐患

容易被别人猜到MAC地址

所以还有第三种生成的方式

就是随机生成

用一个随机数来填充

这个InterfaceID

另外呢我们也可以采用DHCP

来获得上网所需要的IPv4地址

等等相关的资源

注意

我们刚刚讲到的IPv6地址

它的应用范围各不相同

有节点本地范围

有链路本地范围

也有站点本地范围

接下来我们来看

IPv6地址的子网规划

以前我们学IPv4子网规划的时候

我们总是精打细算

充分地利用每一个地址

因为IPv4地址

它充分地考虑了它地址的稀缺性

而IPv6地址足够多

所以它的子网规划

只需要根据路由器的数量

以及它们所支持的网络

来构建寻址的分层结构

不需要太精打细算

举一个例子

在这个图上有1 2 3 4 5

五个网络

我们现在呢有一个/48的地址块

那么我们的网管人员

只需要拿出48位后面的16位的

前面五个子网来分配给这个网络

就可以了

在16位写成十六进制的数

分别是0001 0002 0003 0004

和0005

所以IPv6的子网规划非常的简单

小结一下今天的内容

IPv6地址是由128位二进制位构成

地址空间巨大

总数是340涧

IPv6地址

可以用冒分十六进制来表示

IPv6地址分为

单播地址 组播地址和任播地址

三大类

生成链路本地地址

是自动配置的第一步

它可以由FE80::/64的

高64位和EUI-64的InterfaceID

低64位构成