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IPv6

Date:2012/07/16
Speaker : Da-Wei Yang
1
Outline
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為何需要 IPv6 ?
IPv6 位址表示法
IPv6 與 IPv4 比較
IPv4 和 Ipv6 的過度時期
IPv4 和 IPv6 的轉換機制
IPV6 未來的應用

2
為何需要 IPv6 ?
• IPv4 Address 不足 ( 約 43 億 )
NAT 可減緩 IP Address 之消耗,但是擋不住市場的需求。
2010 年年底約有 20 億人口上網 ( 全球人口 2010 年有 69 億 )

• 資源分配不均
2011 年 4 月美國上網人口 2.4 億 ( 擁有 45% 的 IP Address,15 億 )
2011 年 4 月中國上網人口 4.59 億 ( 擁有 9.8% 的 IP Address,3.28 億 )

• 行動上網與物聯網的支援性

3
IPv6 位址表示法
• IPv6 使用 128Bit 的位址空間,也就是最高可有 2128 的位址
空間,以 16 進位 (24) 表示,可寫成 32 組十六進位數字
• 如二進位 0010 在十六進位中即為 2
• 0010 0000 0000 0001 即為 2001
• 用以下位址為例
20010000000FFFF0000000000005678( 太長容易記錯 )
• 2001:0000:0000:FFFF:0000:0000:0000:5678( 分為八段
,以冒號分隔 )
• 2001:0:0:FFFF::5678( 簡寫 )
• 簡寫規則 :
 每 16Bits 如開頭之 4bit 表示為 0 ,即可省略
 若 16Bits 全為 0 ,則可簡寫為 0
 若連續完整之 16Bits 段落皆為 0000 ,則可全省略
,簡寫為 :: ,但以一次為限

4
IPv6 位址表示法 (IPv4
Embedded)
• IPv6 Address 可使用 IPv4 位址作為其他位址的末 32Bit
例如:
1. 2001:0:0:1234::192.168.0.1=2001:0:0:1234::C0A8:1
2. 2001:0:0:1234:0:ffff:172.16.0.1
3. 2001:0:0:1234:0:5efe:10.10.0.1

5
Basic Address Types
•
1.
2.
3.

Unicast
Address of a single interface
Delivery to single interface
for one-to-one communication

•
1.
2.
3.

Multicast
Address of a set of interfaces
Delivery to all interfaces in the set
for one-to-many communication

•
1.
2.
3.
4.

Anycast
Address of a set of interfaces
Delivery to a single interface in the set
for one-to-nearest communication
Nearest is defined as being closest in term of routing distance

• Broadcast don’t use anymore

6
Unicast Address Scoping
•Global Scope:
•可在 Internet 上互連之位址空
間,其位址稱為 Global Unicast
Addresses

•Link Local Scope:
•所有在同一個 Layer2 網路下的
Host 所使用的位址空間,其位
址稱為 Link-Local Addresses

Global Site-Local Link-Local

•Unique-Local Scope
•( 類似 IPv4 的 Private Address)
:
•所有在一個網路管理機制下之
私用網路位址空間,其位址稱為
Unique-Local Addresses
圖來自中華電信研究所

Unique-Local
7
Unicast Address Scoping

8
Unicast Address Structure
舉例 2001:0:0:1234::5678/64
• 網路位址部份 2001:0:0:1234
• Interface 位址部份 :
• 非簡寫樣式 :0:0:0:5678
• 簡寫樣式 ::5678
Network 位址基本上由網路設備發送
Interface 位址基本上由 Host 端決定

9

圖來自中華電信研究所
IPv6 Prefix 表示法
• IPv6 完全使用 /X 取代 IPv4 Subnet mask 之表示方式 X 可
由 0 至 127
例如 :
• 2001:1234:3344::34ff:2314/64 代表了 Network ID 部份為
64bit
• 2001:1234:3344::34ff:2314/60 代表了 Network ID 的部份為
60bit
• 2001:1234:3344::34ff:2314/127 代表了 Network ID 的部份
為 127bit

10

資料來源中華電信研究所
Interface ID 產生方式
1. 採用 modified EUI-64 演算法,經由 MAC Address 計
算出 Interface 位址
2. 作業系統自動產生隨機位址
3. 手動設定
4. Tunnel Server 系統自動產生或指定
5. 經由加密機制產生之虛擬位址 (IPv6 IPSec)
6. DHCPv6 伺服器指定 (Stateful)

11
由 MAC Address 產生 Interface
ID
1.
2.
3.
4.

First three octets of MAC is Company-ID
Last three octets of MAC is Node-ID
將 FFFE 置入 Company ID 與 Node-ID 間
Company ID 2 進位表示法之第 7 碼為 Univeral/LocalBit ,設為 1 表示 Global Scope
如 : MAC Address 為 00-C0-3F-BB-93-91 ,則
1. Company ID 為 00-C0-3F, Node ID 為 BB-93-91
2. 00-C0-3F-FF-FE-BB-93-91
3. Company ID 2 進位表示法為 00000000 11000000
00111111
4. 將第 7bit 改為 1 ,為 00000010 11000000 001111111
5. 重組為 02-C0-3F
6. Interface ID 為 2C0:3FFF:FEBB:9391

12
EUI 64 address

13

圖來自中華電信研究所
Global Unicast Address 分配表 ( 部份
)

15

圖來自中華電信研究所
Link-Local Address
• Meaningful only in a single link zone, and may be re-used
on other links
• Link-local addresses for use during auto-configuration
and when no routers are present
• Required for Neighbor Discovery process, always
automatically configuration
• An IPv6 router never forwards link-local traffic beyond
the link
• Prefix= FE80::/64
1111111010

10 bits
圖來自中華電信研究所

0

interface ID

54 bits

64 bits

16
Unique-Local Address
•
•
•
•
•
•

同一個 Unique local address 不能重複使用
等同於 IPv4 private address space
取代原有定義的 IPv6 Site-Local Addresses
L flag 代表 assignment policy. 目前只有 L=1 被使用
Global ID 長度 40-bit, 並隨機產生 .
Prefix= FC00::/7
L=1 表示 Local
L=0 保留中

1111110 L

7 bits

Global ID

subnet ID

40 bits

16 bits

interface ID
64 bits
17

圖來自中華電信研究所
IPv6 Multicast Addresses
•
•
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•
•
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•

Scope field
–0: reserved
–1: Interface-Local
–2: Link-Local
–3: reserved
–4: Admin-Local Scope
–5: Site-Local
–8: Organization-Local
–E: Global
–Others: reserved

18

圖來自中華電信研究所
IPv6 Well-known multicast
address

19

圖來自中華電信研究所
IPv6 與 IPv4 比較
IPv4
位址數量
網路位址轉換器 (NAT)

用戶端位址配置

IPv6

232= 43*108

2128= 3.4*1030*108

大量使用 NAT ,用戶 不需使用 NAT ,用戶端
端互連技術複雜,成本 自由互連,成本下降,
高
有利應用服務發展
需手動配置或需設置系 支援自動組態,位址自
統來協助
動配置,隨插隨用

網路安全性

IPSec 需另外設定

內建 IPSec 加密機制

行動支援性

支援性低,不易支援跨
網段漫遊連線

支援性高,有利與解決
跨網段漫游的連線障礙

QoS 機制

QoS 支援度低

表頭設計直接支援 Qos
機制

26
IPv6 之優點
•
•
•
•
•
•

優點
1. 足夠的位址空間
2. 彈性的聯網機制
3. 安全機制
4.QoS 功能增強
5. 強化的 Mobility 與 Multicast 能力等

27
IPv4 和 IPv6 的過度時期
為何需要過度機制 ?

28

圖來自中華電信研究所
IPv4 和 IPv6 的轉換

29

圖來自中華電信研究所
IPv6 未來的應用
• 驅動 IPv6 標準發展的動力將取決於市場,電信產業的固
定 IP 網路與 GPRS 、 3G 等行動上網為公認的主要應用。
• IPv6 的大樓管理系統,主要用於監視和控制大樓內部的電
器、空調、防盜和防災等設備。
• IPv6 概念汽車,在汽車的雨刷、引擎與輪胎上分別裝有
IP 位址,分別檢測氣候、汽車性能與車速的檢查等,這些
奇特的想法與應用,透過 IPv6 將陸續的被引發。

30
作業
• 在自己的 CentOS 上開啟 IPv6 ,再新增一個 IPv6 address ,
並且下 ifconfig 可以看的到自己設定的 address 。
• 網頁上使用 IPv6 連線到自己的 Apache Server 。
• 練習 Tunnel Broker 安裝上網。
• 使用 Wireshark 查看 IPv6 封包。

31
Tunnel Broker
• Tunnel Broker( 以下簡稱 TB) 是通道代理人的意思
• 其主要原理是在 TB 及 Client 之間, 利用 IPv4 網路建立起
一條虛擬的隧道 (Tunnel) ,

http://ipv6day.tw/07connect.html
http://www.ipv6.hinet.net/installGuide.htm

32
資料來源
http://ipv6day.tw/07connect.html (TWNIC)
http://www.ipv6.hinet.net/installGuide.htm( 中華電信 BT)
http://www.rd.ipv6.org.tw/( 台灣 NGN)
http://kksc.myweb.hinet.net/IPV6.htm (IPv6 介紹 )
http://ipv6day.tw/16seed.html (IPv6 day 種子訓練課程 )

33

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IPV6

  • 2. Outline • • • • • • 為何需要 IPv6 ? IPv6 位址表示法 IPv6 與 IPv4 比較 IPv4 和 Ipv6 的過度時期 IPv4 和 IPv6 的轉換機制 IPV6 未來的應用 2
  • 3. 為何需要 IPv6 ? • IPv4 Address 不足 ( 約 43 億 ) NAT 可減緩 IP Address 之消耗,但是擋不住市場的需求。 2010 年年底約有 20 億人口上網 ( 全球人口 2010 年有 69 億 ) • 資源分配不均 2011 年 4 月美國上網人口 2.4 億 ( 擁有 45% 的 IP Address,15 億 ) 2011 年 4 月中國上網人口 4.59 億 ( 擁有 9.8% 的 IP Address,3.28 億 ) • 行動上網與物聯網的支援性 3
  • 4. IPv6 位址表示法 • IPv6 使用 128Bit 的位址空間,也就是最高可有 2128 的位址 空間,以 16 進位 (24) 表示,可寫成 32 組十六進位數字 • 如二進位 0010 在十六進位中即為 2 • 0010 0000 0000 0001 即為 2001 • 用以下位址為例 20010000000FFFF0000000000005678( 太長容易記錯 ) • 2001:0000:0000:FFFF:0000:0000:0000:5678( 分為八段 ,以冒號分隔 ) • 2001:0:0:FFFF::5678( 簡寫 ) • 簡寫規則 :  每 16Bits 如開頭之 4bit 表示為 0 ,即可省略  若 16Bits 全為 0 ,則可簡寫為 0  若連續完整之 16Bits 段落皆為 0000 ,則可全省略 ,簡寫為 :: ,但以一次為限 4
  • 5. IPv6 位址表示法 (IPv4 Embedded) • IPv6 Address 可使用 IPv4 位址作為其他位址的末 32Bit 例如: 1. 2001:0:0:1234::192.168.0.1=2001:0:0:1234::C0A8:1 2. 2001:0:0:1234:0:ffff:172.16.0.1 3. 2001:0:0:1234:0:5efe:10.10.0.1 5
  • 6. Basic Address Types • 1. 2. 3. Unicast Address of a single interface Delivery to single interface for one-to-one communication • 1. 2. 3. Multicast Address of a set of interfaces Delivery to all interfaces in the set for one-to-many communication • 1. 2. 3. 4. Anycast Address of a set of interfaces Delivery to a single interface in the set for one-to-nearest communication Nearest is defined as being closest in term of routing distance • Broadcast don’t use anymore 6
  • 7. Unicast Address Scoping •Global Scope: •可在 Internet 上互連之位址空 間,其位址稱為 Global Unicast Addresses •Link Local Scope: •所有在同一個 Layer2 網路下的 Host 所使用的位址空間,其位 址稱為 Link-Local Addresses Global Site-Local Link-Local •Unique-Local Scope •( 類似 IPv4 的 Private Address) : •所有在一個網路管理機制下之 私用網路位址空間,其位址稱為 Unique-Local Addresses 圖來自中華電信研究所 Unique-Local 7
  • 9. Unicast Address Structure 舉例 2001:0:0:1234::5678/64 • 網路位址部份 2001:0:0:1234 • Interface 位址部份 : • 非簡寫樣式 :0:0:0:5678 • 簡寫樣式 ::5678 Network 位址基本上由網路設備發送 Interface 位址基本上由 Host 端決定 9 圖來自中華電信研究所
  • 10. IPv6 Prefix 表示法 • IPv6 完全使用 /X 取代 IPv4 Subnet mask 之表示方式 X 可 由 0 至 127 例如 : • 2001:1234:3344::34ff:2314/64 代表了 Network ID 部份為 64bit • 2001:1234:3344::34ff:2314/60 代表了 Network ID 的部份為 60bit • 2001:1234:3344::34ff:2314/127 代表了 Network ID 的部份 為 127bit 10 資料來源中華電信研究所
  • 11. Interface ID 產生方式 1. 採用 modified EUI-64 演算法,經由 MAC Address 計 算出 Interface 位址 2. 作業系統自動產生隨機位址 3. 手動設定 4. Tunnel Server 系統自動產生或指定 5. 經由加密機制產生之虛擬位址 (IPv6 IPSec) 6. DHCPv6 伺服器指定 (Stateful) 11
  • 12. 由 MAC Address 產生 Interface ID 1. 2. 3. 4. First three octets of MAC is Company-ID Last three octets of MAC is Node-ID 將 FFFE 置入 Company ID 與 Node-ID 間 Company ID 2 進位表示法之第 7 碼為 Univeral/LocalBit ,設為 1 表示 Global Scope 如 : MAC Address 為 00-C0-3F-BB-93-91 ,則 1. Company ID 為 00-C0-3F, Node ID 為 BB-93-91 2. 00-C0-3F-FF-FE-BB-93-91 3. Company ID 2 進位表示法為 00000000 11000000 00111111 4. 將第 7bit 改為 1 ,為 00000010 11000000 001111111 5. 重組為 02-C0-3F 6. Interface ID 為 2C0:3FFF:FEBB:9391 12
  • 14. Global Unicast Address 分配表 ( 部份 ) 15 圖來自中華電信研究所
  • 15. Link-Local Address • Meaningful only in a single link zone, and may be re-used on other links • Link-local addresses for use during auto-configuration and when no routers are present • Required for Neighbor Discovery process, always automatically configuration • An IPv6 router never forwards link-local traffic beyond the link • Prefix= FE80::/64 1111111010 10 bits 圖來自中華電信研究所 0 interface ID 54 bits 64 bits 16
  • 16. Unique-Local Address • • • • • • 同一個 Unique local address 不能重複使用 等同於 IPv4 private address space 取代原有定義的 IPv6 Site-Local Addresses L flag 代表 assignment policy. 目前只有 L=1 被使用 Global ID 長度 40-bit, 並隨機產生 . Prefix= FC00::/7 L=1 表示 Local L=0 保留中 1111110 L 7 bits Global ID subnet ID 40 bits 16 bits interface ID 64 bits 17 圖來自中華電信研究所
  • 17. IPv6 Multicast Addresses • • • • • • • • • • Scope field –0: reserved –1: Interface-Local –2: Link-Local –3: reserved –4: Admin-Local Scope –5: Site-Local –8: Organization-Local –E: Global –Others: reserved 18 圖來自中華電信研究所
  • 19. IPv6 與 IPv4 比較 IPv4 位址數量 網路位址轉換器 (NAT) 用戶端位址配置 IPv6 232= 43*108 2128= 3.4*1030*108 大量使用 NAT ,用戶 不需使用 NAT ,用戶端 端互連技術複雜,成本 自由互連,成本下降, 高 有利應用服務發展 需手動配置或需設置系 支援自動組態,位址自 統來協助 動配置,隨插隨用 網路安全性 IPSec 需另外設定 內建 IPSec 加密機制 行動支援性 支援性低,不易支援跨 網段漫遊連線 支援性高,有利與解決 跨網段漫游的連線障礙 QoS 機制 QoS 支援度低 表頭設計直接支援 Qos 機制 26
  • 20. IPv6 之優點 • • • • • • 優點 1. 足夠的位址空間 2. 彈性的聯網機制 3. 安全機制 4.QoS 功能增強 5. 強化的 Mobility 與 Multicast 能力等 27
  • 21. IPv4 和 IPv6 的過度時期 為何需要過度機制 ? 28 圖來自中華電信研究所
  • 22. IPv4 和 IPv6 的轉換 29 圖來自中華電信研究所
  • 23. IPv6 未來的應用 • 驅動 IPv6 標準發展的動力將取決於市場,電信產業的固 定 IP 網路與 GPRS 、 3G 等行動上網為公認的主要應用。 • IPv6 的大樓管理系統,主要用於監視和控制大樓內部的電 器、空調、防盜和防災等設備。 • IPv6 概念汽車,在汽車的雨刷、引擎與輪胎上分別裝有 IP 位址,分別檢測氣候、汽車性能與車速的檢查等,這些 奇特的想法與應用,透過 IPv6 將陸續的被引發。 30
  • 24. 作業 • 在自己的 CentOS 上開啟 IPv6 ,再新增一個 IPv6 address , 並且下 ifconfig 可以看的到自己設定的 address 。 • 網頁上使用 IPv6 連線到自己的 Apache Server 。 • 練習 Tunnel Broker 安裝上網。 • 使用 Wireshark 查看 IPv6 封包。 31
  • 25. Tunnel Broker • Tunnel Broker( 以下簡稱 TB) 是通道代理人的意思 • 其主要原理是在 TB 及 Client 之間, 利用 IPv4 網路建立起 一條虛擬的隧道 (Tunnel) , http://ipv6day.tw/07connect.html http://www.ipv6.hinet.net/installGuide.htm 32
  • 26. 資料來源 http://ipv6day.tw/07connect.html (TWNIC) http://www.ipv6.hinet.net/installGuide.htm( 中華電信 BT) http://www.rd.ipv6.org.tw/( 台灣 NGN) http://kksc.myweb.hinet.net/IPV6.htm (IPv6 介紹 ) http://ipv6day.tw/16seed.html (IPv6 day 種子訓練課程 ) 33