項目1 基于ipv6的Jan16公司網(wǎng)絡(luò)測試

項目1基于IPv6的Jan16公司網(wǎng)絡(luò)測試目錄項目描述項目需求分析項目相關(guān)知識項目規(guī)劃設(shè)計項目實施項目驗證項目描述項目描述隨著IPv6的普及，Jan16公司所在的智慧園區(qū)已全面升級到IPv6網(wǎng)絡(luò)。公司已部署的交換機、路由器均支持IPv6協(xié)議，公司擬將信息中心升級為IPv6網(wǎng)絡(luò)，前期需要測試公司現(xiàn)有終端設(shè)備是否支持IPv6。網(wǎng)絡(luò)工程師小明負(fù)責(zé)該測試任務(wù)，計劃先使用信息中心的兩臺終端進行IPv6網(wǎng)絡(luò)測試，本項目拓?fù)淙鐖D1-1所示。項目需求分析項目需求分析公司網(wǎng)絡(luò)從IPv4升級到IPv6，需要信息中心部門盡快熟悉IPv6網(wǎng)絡(luò)地址的相關(guān)知識，先在信息中心的測試終端上進行小規(guī)模實施，待測試通過后，再進行全網(wǎng)實施，這有利于降低項目實施風(fēng)險。根據(jù)項目描述，用于測試的交換機已支持IPv6協(xié)議。本任務(wù)需要將信息中心的兩臺測試終端接入測試交換機，在終端上配置IPv6地址，并測試通信是否正常。因此，本項目可以通過以下工作任務(wù)來完成。（1）在PC上配置IPv6地址。項目相關(guān)知識1.1IPv6概述IETF在20世紀(jì)90年代提出了下一代互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議－IPv6，IPv6支持幾乎無限的地址空間。IPv6使用了全新的地址配置方式，使得配置更加簡單。IPv6還采用了全新的報文格式，提高了報文處理的效率、安全性，也能更好的支持QoS。IPv6采用128位的地址長度，其地址總數(shù)可達(dá)2128個，它使得地球上的每一粒沙子都可以擁有一個IP地址。這不僅解決了網(wǎng)絡(luò)地址資源數(shù)量的問題，還為萬物互聯(lián)所限制的IP地址數(shù)量掃清了障礙。因此，相比于IPv4，IPv6具有諸多優(yōu)點。1.1IPv6概述（1）地址空間巨大。相對于IPv4的地址空間而言，IPv6可以提供2128個地址，幾乎不會被耗盡，可以滿足未來網(wǎng)絡(luò)的任何應(yīng)用，如物聯(lián)網(wǎng)等。（2）層次化的路由設(shè)計。在規(guī)劃設(shè)計IPv6地址時，吸取了IPv4地址分配不連續(xù)帶來的問題的教訓(xùn)，采用了層次化的設(shè)計方法，前3位固定，第4～16位頂級聚合，理論上，互聯(lián)網(wǎng)骨干設(shè)備上的IPv6路由表只有213=8192條路由信息。（3）效率高，擴展靈活。相對于IPv4報頭大小的可變（可為20～60字節(jié)），IPv6報頭采用了定長設(shè)計，大小固定為40字節(jié)。相對于IPv4報頭中數(shù)量多達(dá)12個的選項，IPv6把報頭分為基本報頭和擴展報頭，基本報頭中只包含選路所需要的8個基本選項，其他功能都設(shè)計為擴展報頭，這樣有利于提高路由器的轉(zhuǎn)發(fā)效率，也可以根據(jù)新的需求設(shè)計出新的擴展報頭，以使其具有良好的擴展性。1.1IPv6概述（4）支持即插即用。設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò)中時，可以通過自動配置的方式獲取網(wǎng)絡(luò)前綴和參數(shù)，并自動結(jié)合設(shè)備自身的鏈路地址生成IP地址，簡化了網(wǎng)絡(luò)管理。（5）更好的安全性保障。IPv6通過擴展報頭的形式支持IPSec協(xié)議，無須借助其他安全加密設(shè)備，因此可以直接為上層數(shù)據(jù)提供加密和身份認(rèn)證，保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?。?）引入了流標(biāo)簽的概念。使用IPv6新增的FlowLabel字段，加上相同的源IP地址和目的IP地址，可以標(biāo)記數(shù)據(jù)包屬于某個相同的流量，業(yè)務(wù)可以根據(jù)不同的數(shù)據(jù)流進行更細(xì)致的分類，實現(xiàn)優(yōu)先級控制，例如，基于流的QoS等應(yīng)用適用于對連接的服務(wù)質(zhì)量有特殊要求的通信，如音頻或視頻等實時數(shù)據(jù)傳輸。1.2IPv6的數(shù)據(jù)包封裝IPv4中的報頭功能字段過多，路由器查找選路的時候需要讀取每一個字段，但很多字段是空白的，這樣會導(dǎo)致轉(zhuǎn)發(fā)效率低下，所以IPv6把報文的報頭分為基本報頭和擴展報頭兩部分，基本報頭中只包含基本的必要屬性，如源IP地址、目的IP地址等，擴展功能用擴展報頭添加在基本報頭的后面。1．IPv6基本報頭IPv6基本報頭大小固定為40字節(jié)，其中包含8個字段，其格式如圖1-2所示。1.2IPv6的數(shù)據(jù)包封裝（1）Version：4位，指定IPv6時，其值為6。（2）TrafficClass：8位，其功能與IPv4中的TOS字段類似，用來區(qū)分不同類型或優(yōu)先級的IPv6數(shù)據(jù)包，根據(jù)RFC2647中定義的差分服務(wù)技術(shù)，該字段使用了6位作為DSCP，可以表示的DSCP值為0～63。（3）FlowLabel：20位，用于標(biāo)識同一個數(shù)據(jù)流，此字段為IPv6的新增字段。由于可以標(biāo)記一個流中的所有數(shù)據(jù)包，路由器可以利用該字段來辨別一個流，而不用處理流中的每個數(shù)據(jù)包頭，提高了處理效率。目前，該字段還在試用階段。（4）PayloadLength：16位，數(shù)據(jù)包的有效載荷，指報頭后的數(shù)據(jù)內(nèi)容的長度，單位是字節(jié)，最大數(shù)值為65535，指IPv6基本報頭后面的長度，包含擴展報頭部分。該字段和IPv4報文頭部中的總長度字段的不同在于，IPv4報頭中總長度字段指的是報頭和數(shù)據(jù)兩部分的長度，而IPv6的有效載荷字段只是指數(shù)據(jù)部分的長度，不包括IPv6基本報頭。（5）NextHeader：8位，指明基本報頭后面的擴展報頭或者上層協(xié)議中的協(xié)議類型。如果只有基本報頭而無擴展報頭，那么該字段的值指示的是數(shù)據(jù)部分所承載的協(xié)議類型，這一點類似于IPv4報頭中的協(xié)議字段，且與IPv4的協(xié)議字段使用相同的協(xié)議值，例如，UDP為6，TCP為17。表1-1列出了常用的NextHeader值及對應(yīng)的擴展報頭或高層協(xié)議類型。1.2IPv6的數(shù)據(jù)包封裝（6）HopLimit：8位，其功能類似于IPv4中的TTL字段，最大值為255，報文每經(jīng)過一跳，該字段值會減1，該字段值減為0后，數(shù)據(jù)包會被丟棄。對于IPv6來說，此時會發(fā)送一條ICMPv6超時消息，以通知數(shù)據(jù)包的源端數(shù)據(jù)已經(jīng)被丟棄。（7）SourceAddress：128位，數(shù)據(jù)包的源IPv6地址，必須是單播地址。（8）DestinationAddress：128位，數(shù)據(jù)包的目的IPv6地址，可以是單播地址或組播地址。NextHeader值對應(yīng)的擴展報頭或高層協(xié)議類型0逐跳選項擴展報頭6TCP17UDP43路由選擇擴展報頭44分段擴展報頭50ESP擴展報頭51AH擴展報頭58ICMPv660目的選項擴展報頭89OSPFv31.2IPv6的數(shù)據(jù)包封裝2．IPv6擴展報頭IPv6擴展報頭是可選報頭，位于IPv6基本報頭后，其作用是取代IPv4報頭中的選項字段，這樣可以使IPv6的基本報頭采用定長設(shè)計，并把IPv4中的部分字段（如分段字段）獨立出來，將其設(shè)計為IPv6分段擴展報頭，這樣做的好處是大大提高了中間節(jié)點對IPv6數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)效率。每個IPv6數(shù)據(jù)包都可以有0個或者多個擴展報頭，每個擴展報頭的長度都是8Byte的整數(shù)倍。IPv6基本報頭和擴展報頭的NextHeader字段表明了緊跟在此報頭后面的是什么，可能是另一個擴展報頭或者高層協(xié)議。IPv6的擴展報頭被當(dāng)作IPv6靜載荷的一部分，計算在IPv6基本報頭的PayloadLength字段內(nèi)。IPv6的報文結(jié)構(gòu)示例如圖1-3所示。1.2IPv6的數(shù)據(jù)包封裝1.2IPv6的數(shù)據(jù)包封裝目前，RFC2460中定義了6個IPv6擴展報頭：逐跳選項擴展報頭、目的選項擴展報頭、路由擴展報頭、分段擴展報頭、認(rèn)證擴展報頭、封裝安全凈載擴展報頭。逐跳選項擴展報頭和目的選項擴展報頭的數(shù)據(jù)部分都采用了類型-長度-值（Type-Length-Value，TLV）的選項設(shè)計，如圖1-4所示。圖1-4擴展報頭數(shù)據(jù)部分的選項設(shè)計1.2IPv6的數(shù)據(jù)包封裝（1）OptionDataType：8位，標(biāo)識類型，最高2位表示設(shè)備識別此擴展報頭時的處理方法（00表示跳過這個選項，01表示丟棄數(shù)據(jù)包，不通知發(fā)送方，10表示丟棄數(shù)據(jù)包，無論目的IP地址是否為組播地址，都向發(fā)送方發(fā)送1個ICMPv6的錯誤信息報文，11表示丟棄數(shù)據(jù)包，當(dāng)目的IP地址不是組播地址時，向發(fā)送方發(fā)送1個ICMPv6的錯誤信息報文）；第3位表示在選路過程中，Data部分是否可以被改變（0表示Option不能被改變，1表示Option可以被改變）。值得注意的是，如果存在認(rèn)證擴展報頭，則在計算數(shù)據(jù)包的校驗值時，可變化Data部分需要被當(dāng)作8位的全0進行處理。（2）OptionDataLength：8位，標(biāo)識OptionData部分的長度，最大為255字節(jié)，不包含OptionDataType和OptionDataLength部分的長度。（3）OptionDataValue：長度可變，最大為255字節(jié)，包含選項的具體數(shù)據(jù)內(nèi)容。1.3IPv6地址的表達(dá)方式對于IPv4的32位地址，人們習(xí)慣上將其分成4塊，每塊有8位，中間用“.”相隔，為了方便書寫和記憶，一般換算成十進制表示，例如，11000000.10101000.00000001.00000001可以表示為192.168.1.1。這種表達(dá)方式被稱為點分十進制。對于IPv6來說，可以將16位分成1塊，一共分為8塊，每塊用“:”相隔。下面是一個IPv6地址的完整表達(dá)方式。2001:0fe4:0001:2c00:0000:0000:0001:0ba1顯然，這樣的地址是非常不便于書寫和記憶的，所以在此基礎(chǔ)上可以對IPv6地址的表達(dá)方式做一些簡化。1.3IPv6地址的表達(dá)方式（1）簡化規(guī)則1：每一個地址塊的起始部分的0可以省略。例如，上述地址可以簡化表達(dá)為【2001:fe4:1:2c00:0:0:1:ba1】。需要注意的是，只有每個地址塊的前面部分的0可以被省略，但中間和后面部分的0是不能被省略的。在上述例子中，第5塊和第6塊地址都是由4個0組成的，可以簡化為1個0。（2）簡化規(guī)則2：由1個或連續(xù)多個0組成的地址塊可以用“::”取代。例如，上述地址可以簡化表達(dá)為【2001:fe4:1:2c00::1:ba1】。需要注意的是，在整個地址中，只能出現(xiàn)一次“::”。例如，以下是一個完整的IPv6地址。2001:0000:0000:0001:0000:0000:0000:0001若錯誤地將其簡化表達(dá)為【2001::1::1】，則上述表達(dá)方式中出現(xiàn)了2次“::”，會導(dǎo)致無法判斷具體哪幾塊地址被省略，以致引起歧義。1.3IPv6地址的表達(dá)方式以上IPv6地址可以正確表示為以下兩種表達(dá)方式。表達(dá)方式1：【2001::1:0:0:0:1】。表達(dá)方式2：【2001:0:0:1::1】。IPv6地址也分為兩部分——網(wǎng)絡(luò)號和主機號，為了區(qū)分這兩部分，在IPv6地址后面加上“/數(shù)字（十進制）”的組合，數(shù)字用來確定從頭開始的幾位是網(wǎng)絡(luò)位。例如，2001::1/64。項目規(guī)劃設(shè)計項目拓?fù)浔卷椖恐校褂?臺PC以及1臺新購置的交換機來搭建項目拓?fù)?，如圖1-5所示。其中PC1與PC2是Jan16公司現(xiàn)有員工電腦，LSW作為PC1與PC2之間的數(shù)據(jù)交換設(shè)備。通過為PC1和PC2配置IPv6地址，實現(xiàn)PC1與PC2之間能通過IPv6地址互相訪問。項目規(guī)劃根據(jù)以上項目拓?fù)鋱D進行項目的業(yè)務(wù)規(guī)劃，相應(yīng)的端口互聯(lián)規(guī)劃、IP規(guī)劃如表1-2、1-3所示。端口互聯(lián)規(guī)劃IP規(guī)劃本端設(shè)備本端接口對端設(shè)備對端接口PC1Ethernet0/0/1LSWGE0/0/1PC2Ethernet0/0/1LSWGE0/0/2LSWGE0/0/1PC1Ethernet0/0/1LSWGE0/0/2PC2Ethernet0/0/1設(shè)備命名接口IP地址用途PC1Ethernet0/0/12020::1/64PC1主機地址PC2Ethernet0/0/12020::2/64PC2主機地址項目實施任務(wù)1-1在PC上配置IPv6地址PC1配置（1）如圖1-6所示，打開【設(shè)置】，【網(wǎng)絡(luò)和Internet】，在【狀態(tài)】選項卡的右側(cè)菜單中點擊【更改適配器設(shè)置】，進入【網(wǎng)絡(luò)連接】配置界面。任務(wù)1-1在PC上配置IPv6地址（2）在【網(wǎng)絡(luò)連接】配置界面中，右鍵點擊需要配置的網(wǎng)絡(luò)適配器，選擇【屬性】，如圖1-7所示。任務(wù)1-1在PC上配置IPv6地址（3）在網(wǎng)絡(luò)適配器【屬性】界面中，選擇【Internet協(xié)議版本6（TCP/IPv6）】，雙擊該選項，如圖1-8所示。任務(wù)1-1在PC上配置IPv6地址（4）如圖1-9所示，為PC1配置【IPv6地址】為【2020::1】以及【子網(wǎng)前綴長度】為【64】，點擊【確定】按鈕，IPv6地址設(shè)置完畢。任務(wù)1-1在PC上配置IPv6地址PC2配置PC2的配置與PC1的配置操作相同，PC2地址配置過程略。需注意PC2地址為2020::2/64，謹(jǐn)防地址配置錯誤導(dǎo)致IP地址沖突問題。任務(wù)1-1在PC上配置IPv6地址任務(wù)驗證（1）在PC1同時按下鍵盤上的【windows】鍵和【R】鍵，調(diào)出運行窗口，在運行窗口中輸入【CMD】命令，點擊【確定】按鈕。在打開的CMD窗口中輸入【ipconfig】命令查看物理網(wǎng)卡上IPv6地址的配置情況，驗證已配置IPv6地址是否正確，結(jié)果如圖1-10所示?？梢钥吹?，PC1已經(jīng)正確加載了IPv6地址。任務(wù)1-1在PC上配置IPv6地址（2）在PC2進行相同的操作，結(jié)果如圖1-11所示?？梢钥吹剑琍C2同樣正確加載了對應(yīng)的IPv6地址。項目驗證項目驗證1.使用【PING】命令可以進行網(wǎng)絡(luò)連通性測試。在PC1的CMD窗口中輸入命令【ping2020::2】測試PC1與PC2之間IPv6的連通性，結(jié)果如圖1-12所示?？梢钥吹絇C1發(fā)送了4個測試數(shù)據(jù)包給PC2，PC2全部接收到并回應(yīng)了PC1，平均響應(yīng)時間為1ms，PC1和PC2基于IPv6的通信正常，響應(yīng)時間很好。練習(xí)與思考理論題1.IPv6前綴FE80::/10屬于哪一類地址（

）A.全球單播地址B.保留地址C.鏈路本地地址D組播地址2.請對IPv6地址2002:0DB8:0000:0100:0000:0000:0346:8D58進行壓縮，以下哪一項是正確的（

）A.2002:0DB8::0346:8D58B.2002:DB8::100::0346:8D58C.2002:0DB8:0:1::346:8D58D.2002:DB8:0:100::346:8D58練習(xí)