[计算机网络] IPv6

1 IPv6 概述

引言

• 近期突发奇想，能不能用 IPv6 的公网地址，给家里的 NAS 做 内网穿透。

技术上是可行的。只是必须确保是 IPv6 的公网地址。

• 大学学的 IPv6 的知识，早就抛到九霄云外了，故此需要重新学习，并记录之。

1.1 诞生的由来：32位的IPv4数量受限，已分配殆尽

• 192.168.1.1，这个数字串对我们大部分人来说并不陌生，它是一个广泛使用的IPv4私有地址。很可能你家中的路由器管理页面就设置在了这个地址上。路由器可能会为你的电脑分配类似的私有IP地址。但是，私有IP地址仅能在局域网内部的设备间使用。要想访问互联网，必须采用公网IP地址。

• 电脑能够仅凭私有IP地址访问公网IP的互联网，得益于NAT（网络地址转换）技术的应用。然而，NAT只是一个十分蹩脚的解决方案，对P2P连接或者游戏来说严重恶化了网络环境。相对而言，IPv6提供了一个无需NAT的互联网世界，能够为每一台网络设备分配一个或多个公网IP地址，实现真正的万物互联，这也是互联网最初的设想。

• 常见的家庭网络环境中，通常包括运营商提供的宽带连接、光猫以及用户自行购买的路由器构成。路由器通过PPPoE拨号获取运营商分配的公网IPv4地址，同时作为局域网的网关，拥有自己的内网IP地址，例如192.168.1.1。家中的所有网络设备都会连接到这台路由器，而路由器负责为每一台设备分配内网IP地址以及其他如默认网关、DNS等信息。

• 在访问例如百度这样的外部资源时，浏览器首先向DNS服务器请求解析baidu.com的IP地址。随后，浏览器向该IP地址发送请求，以获取百度首页的数据。由于电脑使用的是局域网内的私有IP地址，路由器需要通过NAT将请求中的源IP地址转换为公网IP地址，才能将请求发送到互联网上。这一过程虽然解决了IPv4地址不足的问题，但也带来了网络通信复杂性增加、网络对等连接破坏等诸多问题。

• IPv6的引入旨在解决IPv4地址耗尽的问题。与IPv4的地址空间（2^{32个地址）相比，IPv6提供了几乎无限的地址空间（2}128个地址），这使得每一台设备都可以拥有一个或多个公网IP地址，从而无需NAT即可实现设备间的直接通信。

• 对于家庭网络的IPv6部署而言，配置过程要略微复杂一些。首先，需要确保你的路由器支持IPv6。大多数近两年内购买的路由器默认开启了IPv6支持。路由器通过PPPoE拨号，从运营商那里获取一个公网IPv4地址。同时，由于开启了IPv6，路由器还会获得一个公网IPv6地址以及一个IPv6前缀。

• 小结：IPv6的诞生

• 为扩大网络以满足未来需求，必须能够提供无限的IP地址并改善移动性.
• IPv6 扩大了地址空间，并使用了效率更高，功能更丰富的报头.
• 虽然IPv6类似于IPv4，但它满足IPv4无法支持的日益负责的层次编址需求.

IPv4 vs IPv6

对比项	IPv4	IPv6
长度	32 bit	128 bit

1.2 IPv6的地址结构

IPv6地址结构

IPv6 简化表示规则

• 每一个段中开头的0可以省略不写，但中间和末尾的0不能省略；

原始IPv6地址: 3ffe:1944:0100:000a:0000:00bc:2500:0d0b

简化后IPv6地址: 3ffe:1944:100:a:0:bc:2500:d0b

• 如果某段或连续几段全是0，则可以使用一个“::”来代替。

原始IPv6地址： ff02:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0005

简化后IPv6地址： ff02::5

• 如果128位全部为0的地址，则可以使用一个“::”来表示。

原始IPv6地址: 0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000

简化后IPv6地址：::

• 在IPv6地址中，只能使用一次双冒号。

例如：2001:0d02:0000:0000:0014:0000:0000:0095，以下两种缩写方式都是正确的：

2001:d02::14:0:0:95

2001:d02:0:0:14::95

但下面这种缩写方式是错误的：

2001:d02::14::95

• 可以表示下面任何一个可能的IPv6地址：

2001:0d02:0000:0000:0014:0000:0000:0095

2001:0d02:0000:0000:0000:0014:0000:0095

2001:0d02:0000:0014:0000:0000:0000:0095

地址分类

• 单播地址：标识单个节点。

• 全局单播地址

全局单播地址通常由 48 位全球路由前缀和 16 位子网 ID 组成再加上64位的接口ID组成。
各组织可以使用 16 位子网字段创建自己的本地编址架构。
此字段允许组织使用最多 65,535 个子网。

以 2000::/3 开头，由 IANA 分配

例：2001::1/64     2001:1::1/64       2001:2::1/64

• 链路本地地址

链路本地地址是受限制的，只能与同一链路的节点通信，它们都是使用链路本地前缀FF80::/10和一个64位接口ID创建的。

链路本地地址是用来做自动配置、邻居发现和路由器发现

FE80::FE80::20C:85FF:FE00:7D07

• 多播地址：标识一组节点。

• 任意播地址：标识一组节点， 源节点的数据流被转发到组里离源最近的节点。

注：任意播地址来自全局单播地址

多台设备使用相同的任意播地址

• 特殊地址

本地环回地址：::1

类比，IPv4的本机回环地址：127.0.0.1

任意网络：::（全0）

1.3 IPv6的特点

IPv6 特性

• 更大地址空间

IPv6 地址长 128 位, IPv4地址为 32 位.

IPv6 巨大的地址空间比整个 IPv4 地址空间大，可以满足这个星球上每一个人.

• 无需 NAT

更大的地址空间似的无需NAT就能进行端到端通信.

• 没有广播地址

IPv6 包括单播地址，多播地址和任意播地址.

• 支持移动性和安全性

有助于确保遵循移动 IP 标准和 IPsec s标准.

• 更简单的报头提高了路由器的效率

IPv6 新特性

修改前缀

IPv6 提高了一种简化的地址和前缀修改机制.

• 每个接口多个地址

一个IPv6接口可以分配多个不同类型的地址，并可同时使用.

• 链路本地地址

交换路由更新时，IGP将 link-local 地址用作下一跳.

• 无状态自动配置:

DHCP并不是必需的,因为一个IPv6设备能根据本身分配一个独特link-local IPv6的地址.

• 独立或不独立于提供商的编址

1.4 IPv6所需支持项

网卡适配器支持

网络路由器支持

• 在路由器启用 IPv6 协议

# 在路由器上启用IPv6协议
R(config)#ipv6 unicast-routing

# 为接口指定IPv6地址
R(config)#interface f0/0
R(config-if)#ipv6 address 2001::1/64|2001::/64 eui-64

# 查看命令
show ipv6 interface brief
show ipv6 route

DNS 服务器支持

应用服务器支持

用户浏览器支持

• 由于IPv6网络使用范围不是特别大，因此许多浏览器将默认配置禁用了IPv6功能。例如：Google Chrome就是如此，即便我们接入IPv6网络后，依然无法使用IPv6相关功能。

• 360 浏览器 : 支持

• QQ 浏览器 : 支持

• Chrome ： 支持，但需用户主动开启

为了使用Chrome的IPv6功能，我们需要对Chrome进行配置修改，以开启IPv6。

• step1 在Chrome的地址栏输入：about:net-internals/#dns 或 chrome://net-internals/#dns
• step2 点击Enable Ipv6按钮。至此，我们的Chrome已可以正常使用IPv6，再次登录 test.ipv6s.com 后，各项功能均恢复正常了！
  
  如果你认为启用ipv6对你造成了影响，也可以关闭掉。方法是：右键chrome的快捷方式，点击“属性”，在“目标”地址后面加上 --disable-ipv6 ，重启chrome即可。例如：

cd /opt/google/chrome
sudo gedit google-chrome

# exec -a "$0" "$HERE/chrome" "--enable-ipv6" "$@"
# exec -a "$0" "$HERE/chrome" "--disable-ipv6" "$@"

或：
C:\Users\xxxxxx\AppData\Local\Google\Chrome\Application\chrome.exe --disable-ipv6

• chrome常用参数

--enable-ipv6
启用ipv6
--disable-ipv6
禁用ipv6

例如: 

--disable-async-dns

--disable-images
禁用图片

--disable-javascript
禁用javascript

--disable-logging
禁止自动登录

--disable-sync
禁用自动同步

--disk-cache-dir
ex:”chrome.exe” –disk-cache-dir=”X:/”
指定缓存目录

--disable-java
禁用java

--disk-cache-size
缓存容量

用户的电脑支持

• Windows 启用/禁用IPv6

• 控制面板\网络和 Internet\网络和共享中心\（选择一个活动的以太网连接）\(双击)连接-(点击)属性，查看以太网属性

或者：控制面板\网络和 Internet\网络和共享中心-更改适配器设置\（选择一个活动的以太网连接）\(右键)属性`，查看以太网属性

• 找到Internet协议版本6（TCP/IPv6）选项，勾选或取消勾选即可

IPv6支持情况测验

• Windows电脑

• 控制面板\网络和 Internet\网络和共享中心\（选择一个活动的以太网连接）\(双击)连接-查看IPv6连接的状态信息

不支持 IPv6 的以太网连接

支持 IPv6 的以太网连接

• 测验网站：

http://ipv6.google.com

https://test.ipv6s.com 【推荐】

https://ipv6-test.com 【推荐】

IPv6-test.com 是一项免费服务，可检查您的 IPv6 和 IPv4 连接和速度。诊断连接问题，发现您当前正在使用哪些地址浏览互联网，以及当 v6 和 v4 都可用时您的浏览器选择的协议是什么。

http://test-ipv6.com/index.html.zh_CN

https://findipv6.com/find

形如：https://findipv6.com/find/2400:DA00:2::29

X 参考文献

• [网络] IP地址的内外网判别与分类(IPv4) - 博客园/千千寰宇
• Chrome开启或关闭IPv6的方法 - 百度文库
• IPV6 - CSDN
• IPv6 支持 - 中国科技云通行证
• 人人都有的公网IP-IPv6介绍 - 什么值得买 【推荐】
• ipv6可以访问那些网页？ - 百度

ipv6.baidu.com 访问地址：2400:da00:2::29

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• https://www.google.cn/ipv6/statistics.html 【推荐】