网络层
IPv4协议介绍
概述
IPv4（Internet Protocol version 4）是互联网协议的第四版，也是广泛使用的网络层协议。它定义了数据包的格式和地址方案，负责将数据从源主机传输到目的主机。IPv4协议自1983年发布以来，一直是互联网的核心协议。
IPv4地址
-
格式：IPv4地址是32位的二进制数，通常表示为点分十进制格式，例如
192.168.0.1。 -
地址分类：IPv4地址分为A、B、C、D和E五类：
- A类：0.0.0.0 - 127.255.255.255，适用于大型网络。
- B类：128.0.0.0 - 191.255.255.255，适用于中型网络。
- C类：192.0.0.0 - 223.255.255.255，适用于小型网络。
- D类：224.0.0.0 - 239.255.255.255，用于多播。
- E类：240.0.0.0 - 255.255.255.255，保留用于实验目的。
-
私有地址：以下地址块用于私有网络，不在公共互联网中使用：
- 10.0.0.0 - 10.255.255.255
- 172.16.0.0 - 172.31.255.255
- 192.168.0.0 - 192.168.255.255
-
子网掩码：用于区分网络部分和主机部分，例如子网掩码
255.255.255.0对应的网络前缀为/24。
IPv4报文格式
IPv4报文由头部和数据部分组成。头部长度为20到60字节，包含以下字段：
- 版本 (Version)：4位，表示IP协议的版本号，为4。
- 头部长度 (IHL, Internet Header Length)：4位，表示IP头部的长度，以32位字（4字节）为单位。
- 服务类型 (Type of Service, TOS)：8位，用于指定数据包的优先级和QoS参数。
- 总长度 (Total Length)：16位，表示整个IP报文的长度，以字节为单位。
- 标识 (Identification)：16位，用于唯一标识发送的报文，可以在分片重组时使用。
- 标志 (Flags)：3位，控制和标识分片。包括：
- 保留位 (Reserved bit)
- 不分片 (Don’t Fragment, DF)
- 更多分片 (More Fragments, MF)
- 片偏移 (Fragment Offset)：13位，指示分片数据在原始数据中的相对位置，以8字节为单位。
- 生存时间 (Time to Live, TTL)：8位，指定数据包的生存时间，每经过一个路由器，TTL减1，TTL为0时，数据包被丢弃。
- 协议 (Protocol)：8位，指示上层协议类型（如TCP为6，UDP为17）。
- 头部校验和 (Header Checksum)：16位，计算头部的校验和，用于校验头部数据的完整性。
- 源地址 (Source Address)：32位，发送数据包的源IP地址。
- 目的地址 (Destination Address)：32位，接收数据包的目的IP地址。
- 选项 (Options)：可变长度，用于携带控制信息，如时间戳、安全等。
IPv4报文格式图示：
0 1 2 30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+|Version| IHL |Type of Service| Total Length |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| Identification |Flags| Fragment Offset |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| Time to Live | Protocol | Header Checksum |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| Source Address |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| Destination Address |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| Options | Padding |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+在IPv4协议头部中，“协议 (Protocol)”字段用于指示数据包中封装的上层协议类型。该字段是8位长，以下是一些常见协议的值及其对应的协议名称：
- 1 - ICMP (Internet Control Message Protocol)
- 2 - IGMP (Internet Group Management Protocol)
- 6 - TCP (Transmission Control Protocol)
- 17 - UDP (User Datagram Protocol)
- 41 - IPv6 encapsulation
- 47 - GRE (Generic Routing Encapsulation)
- 50 - ESP (Encapsulating Security Payload) in IPsec
- 51 - AH (Authentication Header) in IPsec
- 58 - ICMPv6 (Internet Control Message Protocol for IPv6)
- 89 - OSPF (Open Shortest Path First)
- 132 - SCTP (Stream Control Transmission Protocol)
这是一个更详细的列表，包括一些其他常见协议：
| 值 | 协议名称 | 描述 |
|---|---|---|
| 1 | ICMP (Internet Control Message Protocol) | 用于发送控制消息和错误报告，如ping命令。 |
| 2 | IGMP (Internet Group Management Protocol) | 用于管理多播组成员。 |
| 6 | TCP (Transmission Control Protocol) | 提供面向连接的、可靠的数据传输。 |
| 17 | UDP (User Datagram Protocol) | 提供无连接的、不可靠的数据传输。 |
| 41 | IPv6 encapsulation | 用于IPv6的封装。 |
| 47 | GRE (Generic Routing Encapsulation) | 用于封装各种网络层协议的数据包。 |
| 50 | ESP (Encapsulating Security Payload) | IPsec的一部分，用于提供加密和身份验证。 |
| 51 | AH (Authentication Header) | IPsec的一部分，用于提供数据包的完整性和身份验证。 |
| 58 | ICMPv6 (Internet Control Message Protocol for IPv6) | 用于IPv6的控制消息和错误报告。 |
| 89 | OSPF (Open Shortest Path First) | 用于路由信息的交换。 |
| 132 | SCTP (Stream Control Transmission Protocol) | 提供消息传递协议，适用于电话通信。 |
工作原理
- 数据封装：上层协议（如TCP或UDP）生成的数据被封装在IP报文中。
- 路由和转发：路由器根据目的IP地址和路由表，选择最佳路径将数据包从源节点传输到目的节点。
- 分片和重组：如果数据包大小超过网络的最大传输单元（MTU），则进行分片；接收端负责重组分片。
- 错误检测和处理：头部校验和用于错误检测，TTL字段防止数据包在网络中无限循环。
地址分配方式
IPv4地址的分配方式主要分为以下几种，每种方式根据不同的需求和应用场景，确保网络地址的合理使用和管理：
1. 静态分配 (Static Allocation)
在静态分配方式中，IPv4地址手动分配给设备，并且地址不会改变。这种方法通常用于需要固定地址的设备，如服务器、打印机和网络设备。
优点：
- 地址稳定，适合需要固定地址的设备。
- 便于管理网络设备的访问权限。
缺点：
- 手动配置麻烦，易出错。
- 不灵活，难以应对设备的增加或变动。
2. 动态主机配置协议 (DHCP, Dynamic Host Configuration Protocol)
DHCP是一种自动分配IP地址的协议，设备连接到网络时，会向DHCP服务器请求一个IP地址，服务器从预定义的地址池中分配一个可用地址给设备。
优点：
- 自动化，减少手动配置错误。
- 灵活，应对设备的增加和变动。
- 可以动态回收和重新分配地址，提高地址利用率。
缺点：
- DHCP服务器需要维护。
- 每次设备重启可能会获得不同的IP地址，不适合需要固定IP地址的设备。
3. 自动私有IP地址分配 (APIPA, Automatic Private IP Addressing)
APIPA是一种当DHCP服务器不可用时自动分配IP地址的机制，设备会自动分配一个169.254.x.x范围内的地址，使得设备在本地网络中可以互相通信。
优点：
- 无需DHCP服务器，提供基础网络连接。
- 自动化，无需配置。
缺点：
- 仅适用于本地网络，不能与外部网络通信。
- 地址范围有限，不适合大规模网络。
4. 基于地址分配协议 (BOOTP, Bootstrap Protocol)
BOOTP是DHCP的前身，主要用于无盘工作站从网络引导。BOOTP服务器存储客户端的IP地址和引导文件信息，设备启动时请求这些信息。
优点：
- 支持网络引导，适用于无盘工作站。
缺点：
- 功能较简单，逐渐被DHCP取代。
DHCP配置ipv4地址
DHCPv4（Dynamic Host Configuration Protocol for IPv4）是一种网络管理协议，用于动态分配IP地址和其他网络配置参数。通过udp协议传输数据, 服务端监听端口67, 客服端监听端口68, 通过广播地址255.255.255.255通信, 以下是DHCPv4分配IP地址的过程，包含各个步骤和相关数据包的交互。
1. DHCP Discover
客户端通过广播发送DHCP Discover消息，寻找可用的DHCP服务器。Discover消息中不包含任何IP地址，目的是让网络中的所有DHCP服务器都能接收到请求。
Client -> Broadcast: DHCP Discover2. DHCP Offer
所有接收到Discover消息的DHCP服务器都会发送DHCP Offer消息作为响应。Offer消息中包含服务器可以为客户端分配的IP地址、租约时间以及其他配置信息。
DHCP Server -> Broadcast: DHCP Offer3. DHCP Request
客户端选择一个DHCP服务器的Offer，并通过广播发送DHCP Request消息，明确表示选择的服务器及其提供的IP地址。Request消息中还包含客户端的请求参数。
Client -> Broadcast: DHCP Request4. DHCP Acknowledgment (ACK)
所选的DHCP服务器收到Request消息后，发送DHCP Acknowledgment（ACK）消息，确认IP地址的分配。ACK消息中包含确认的IP地址、租约时间及其他配置信息。
DHCP Server -> Broadcast: DHCP ACKDHCPv4消息格式
每个DHCPv4消息包含固定格式的头部和选项字段。以下是DHCPv4消息的基本格式：
DHCPv4报文格式
0 1 2 30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| op | htype | hlen | hops |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| xid |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| secs | flags |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| ciaddr |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| yiaddr |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| siaddr |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| giaddr |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| chaddr || || || |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| || sname |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| || file |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| || options |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+- op: 1字节，消息类型（1 = 请求，2 = 回复）。
- htype: 1字节，硬件类型（如以太网为1）。
- hlen: 1字节，硬件地址长度（如MAC地址为6）。
- hops: 1字节，跳数（通常为0）。
- xid: 4字节，事务ID，用于匹配请求和响应。
- secs: 2字节，客户端启动后经过的时间。
- flags: 2字节，标志字段。
- ciaddr: 4字节，客户端的当前IP地址（如果已知）。
- yiaddr: 4字节，服务器为客户端分配的IP地址。
- siaddr: 4字节，下一跳服务器的IP地址。
- giaddr: 4字节，中继代理的IP地址。
- chaddr: 16字节，客户端的硬件地址。
- sname: 64字节，可选的服务器主机名。
- file: 128字节，可选的引导文件名。
- options: 可变长度，包含DHCP选项。
详细交互过程
以下是DHCPv4分配过程的详细交互示意图：
Client DHCP Server |-- DHCP Discover ------------------>| | | |<-- DHCP Offer ----------------------| | | |-- DHCP Request -------------------->| | | |<-- DHCP ACK ------------------------|选项字段
DHCPv4的选项字段用于传递额外的配置信息。常见选项包括：
- Option 1: 子网掩码。
- Option 3: 默认网关。
- Option 6: DNS服务器。
- Option 51: IP地址租约时间。
- Option 53: DHCP消息类型（如Discover、Offer、Request、ACK）。
- Option 54: DHCP服务器标识符。
- Option 55: 参数请求列表。
在Linux上配置DHCP客户端
-
安装DHCP客户端软件：
Terminal window sudo apt-get install isc-dhcp-client -
启动DHCP客户端：
Terminal window sudo dhclient eth0 -
查看分配的IP地址：
Terminal window ip addr show dev eth0
BOOTP配置ipv4地址
概述
BOOTP（Bootstrap Protocol）是一种用于网络设备自动获取IP地址和引导信息的协议，特别是在无盘工作站和网络设备初始化时使用。BOOTP是DHCP的前身，后来被DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol）取代，尽管如此，BOOTP在某些嵌入式系统和设备中仍然有使用, 使用udp传输数据, 服务端监听端口67, 客服端监听端口68。
主要功能
- IP地址分配：为网络设备动态分配IP地址。
- 引导文件名提供：为无盘工作站提供引导文件的名称和服务器地址。
- 其他配置信息：提供子网掩码、默认网关等网络配置信息。
BOOTP报文格式
BOOTP报文的格式与DHCP相似，由一个固定长度的头部和可选的扩展选项部分组成。以下是BOOTP报文的详细结构：
0 1 2 30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| op | htype | hlen | hops |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| xid |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| secs | flags |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| ciaddr |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| yiaddr |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| siaddr |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| giaddr |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| || || chaddr (16 bytes) || || || |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| || sname (64 bytes) || |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| || file (128 bytes) || |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| || options (variable) |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+字段详细描述
-
op (操作码): 1字节
- 指定消息类型：
- 1 = BOOTREQUEST（客户端请求）
- 2 = BOOTREPLY（服务器响应）
- 指定消息类型：
-
htype (硬件类型): 1字节
- 指定网络硬件类型，例如以太网为1。
-
hlen (硬件地址长度): 1字节
- 指定硬件地址的长度，例如MAC地址长度为6字节。
-
hops (跳数): 1字节
- 指定跨越的中继代理数，通常为0。
-
xid (事务ID): 4字节
- 随机生成的事务ID，用于匹配请求和响应。
-
secs (秒数): 2字节
- 指定客户端从启动开始经过的时间（以秒为单位）。
-
flags (标志): 2字节
- 标志字段：
- 最左边的一位（高位）为广播标志位，0表示单播，1表示广播。
- 标志字段：
-
ciaddr (客户端IP地址): 4字节
- 客户端的当前IP地址，仅在客户端已知其IP地址时使用。
-
yiaddr (客户端’你的’IP地址): 4字节
- 服务器为客户端分配的IP地址。
-
siaddr (下一个服务器IP地址): 4字节
- 引导文件服务器的IP地址。
-
giaddr (中继代理IP地址): 4字节
- 中继代理的IP地址。
-
chaddr (客户端硬件地址): 16字节
- 客户端的硬件地址。
-
sname (服务器名称): 64字节
- 可选的服务器主机名，NUL结尾字符串。
-
file (引导文件名): 128字节
- 可选的引导文件名称，NUL结尾字符串。
-
options (选项): 可变长度
- 用于传递额外的配置信息和参数。
BOOTP的工作流程
BOOTP的工作流程包括以下步骤：
-
客户端请求 (BOOTREQUEST)
- 客户端发送一个BOOTP请求消息（BOOTREQUEST），请求IP地址和引导文件信息。
Client -> Broadcast: BOOTREQUEST -
服务器响应 (BOOTREPLY)
- BOOTP服务器接收到请求后，发送一个BOOTP响应消息（BOOTREPLY），提供IP地址、引导文件名和其他配置信息。
BOOTP Server -> Broadcast: BOOTREPLY
BOOTP和DHCP的区别
虽然BOOTP和DHCP有许多相似之处，但它们在功能和灵活性方面有所不同：
-
自动配置
- BOOTP：需要手动配置服务器上的所有客户端信息，较为静态。
- DHCP：支持动态分配和自动配置，更加灵活。
-
地址租期
- BOOTP：IP地址分配是永久的，没有租期概念。
- DHCP：IP地址有租期，可以动态回收和重新分配，提高地址利用率。
-
选项支持
- BOOTP：选项支持有限，功能较为简单。
- DHCP：支持丰富的选项，提供更多的配置信息（如DNS服务器、默认网关等）。
示例配置
在Linux上配置BOOTP服务器
-
安装BOOTP服务器软件（如
isc-dhcp-server，它支持BOOTP）。Terminal window sudo apt-get install isc-dhcp-server -
编辑
/etc/dhcp/dhcpd.conf文件，添加BOOTP配置：subnet 192.168.1.0 netmask 255.255.255.0 {range 192.168.1.100 192.168.1.150;option routers 192.168.1.1;option broadcast-address 192.168.1.255;default-lease-time 600;max-lease-time 7200;boot-unknown-clients true;filename "pxelinux.0";next-server 192.168.1.2;} -
启动BOOTP服务器：
Terminal window sudo service isc-dhcp-server start
IPv4的局限性
- 地址枯竭：IPv4地址空间有限，无法满足日益增长的网络设备需求。
- 安全性：IPv4本身缺乏内置的安全机制，需依赖其他协议（如IPsec）进行保护。
- 效率：分片和重组过程复杂，影响网络性能。
过渡到IPv6
为了应对IPv4的局限性，IPv6协议应运而生。IPv6具有128位地址空间，提供了更大的地址容量和改进的功能，如内置安全性和更高效的路由。但IPv4和IPv6的共存和过渡仍是一个长期的过程。
IPv6协议介绍
概述
IPv6（Internet Protocol version 6）是互联网协议的第六版，设计为IPv4的继任者，以应对IPv4地址耗尽的问题。IPv6引入了更大的地址空间和多项改进，提升了网络性能、安全性和管理灵活性。
IPv6不同地址的作用
IPv6地址空间大幅扩展，提供了多种类型的地址，每种类型有其特定的用途。以下是IPv6不同地址类型及其作用的详细说明：
1. 单播地址（Unicast Address）
单播地址用于标识单个接口，一个数据包发送到单播地址后会被传递到唯一的目标接口。
常见的单播地址类型：
-
全球单播地址（Global Unicast Address）
- 前缀：2000::/3
- 描述：用于全球范围内的唯一标识，类似于IPv4的公共地址。
- 作用：用于在全球互联网中的通信。
-
链路本地地址（Link-Local Address）
- 前缀：fe80::/10
- 描述：用于链路本地通信，仅在同一链路内有效。
- 作用：主要用于邻居发现、无状态地址自动配置（SLAAC）等局部网络通信。
-
站点本地地址（Site-Local Address，已弃用）
- 前缀：fec0::/10
- 描述：原本用于站点内通信，但已被弃用，现建议使用唯一本地地址替代。
-
唯一本地地址（Unique Local Address, ULA）
- 前缀：fc00::/7
- 描述：用于本地网络或站点内部通信，类似于IPv4的私有地址。
- 作用：用于内部网络通信，避免与全球单播地址冲突。
2. 多播地址（Multicast Address）
多播地址用于标识一组接口，一个数据包发送到多播地址后会被传递到所有属于该多播组的接口。
- 前缀：ff00::/8
- 描述：用于组播通信，数据包会被发送到多播组中的所有成员。
- 作用：用于IPv6邻居发现、路由协议等需要组播通信的场景。
多播地址范围：
- ff02::1: 所有节点多播地址（链路本地范围）
- ff02::2: 所有路由器多播地址（链路本地范围）
3. 任播地址（Anycast Address）
任播地址分配给一组接口，一个数据包发送到任播地址后会被传递到距离最近的一个接口。
- 描述：在多个接口上共享的地址，数据包将被传递到离源最近的一个接口。
- 作用：用于服务冗余和负载均衡，例如DNS服务器、内容分发网络（CDN）等。
IPv6地址的结构
IPv6地址由128位组成，通常表示为八组十六进制数，每组由冒号分隔，例如：
2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334各类IPv6地址的用途示例
全球单播地址
- 用途：全球唯一的地址，用于互联网通信。
- 示例：
2001:0db8:85a3::8a2e:0370:7334 - 应用场景：主机、服务器、路由器等需要与互联网通信的设备。
链路本地地址
- 用途：链路本地通信，不可跨路由器。
- 示例：
fe80::1 - 应用场景：邻居发现、自动配置、局域网内通信等。
唯一本地地址
- 用途：站点内部或本地网络通信，类似于IPv4的私有地址。
- 示例：
fd00::/8 - 应用场景：企业内部网络、家庭网络等不与互联网直接通信的场景。
多播地址
- 用途：组播通信，数据包发送到多播组中的所有成员。
- 示例：
ff02::1（所有节点）、ff02::2（所有路由器） - 应用场景：邻居发现协议、路由协议、视频会议等需要组播的应用。
任播地址
- 用途：一组接口共享的地址，数据包被传递到最近的一个接口。
- 示例：没有具体前缀，分配时与单播地址相同。
- 应用场景：服务冗余、负载均衡，如多个DNS服务器或CDN节点。
IPv6报文格式
IPv6报文由固定头部和可选的扩展头部组成，头部固定长度为40字节。以下是IPv6头部的字段及其说明：
- 版本 (Version)：4位，表示IP协议的版本号，为6。
- 流量类别 (Traffic Class)：8位，用于区分不同的流量类型和服务质量（QoS）。
- 流标签 (Flow Label)：20位，用于标识数据流，便于路由器快速处理。
- 有效载荷长度 (Payload Length)：16位，表示除基本头部外的有效载荷长度，以字节为单位。
- 下一个头部 (Next Header)：8位，指示扩展头部的类型或上层协议类型（如TCP、UDP）。
- 跳数限制 (Hop Limit)：8位，类似于IPv4的TTL字段，指定数据包的生存时间。
- 源地址 (Source Address)：128位，发送数据包的源IPv6地址。
- 目的地址 (Destination Address)：128位，接收数据包的目的IPv6地址。
IPv6报文格式图示：
0 1 2 30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+|Version| Traffic Class | Flow Label |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| Payload Length | Next Header | Hop Limit |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| |+ +| |+ Source Address +| |+ +| |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| |+ +| |+ Destination Address +| |+ +| |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+IPv6 Next Header值及其对应协议或扩展头部类型
以下是IPv6 Next Header字段常见值及其对应的协议或扩展头部类型的表格展示：
| Next Header 值 | 协议/扩展头部类型 | 描述 |
|---|---|---|
| 0 | Hop-by-Hop Options Header | 用于在每一跳的路由器进行处理的选项 |
| 1 | ICMPv4 | IPv4中的ICMP协议，IPv6中不常用 |
| 2 | IGMP | IPv4中的IGMP协议，IPv6中不常用 |
| 6 | TCP (Transmission Control Protocol) | 传输层的TCP协议 |
| 17 | UDP (User Datagram Protocol) | 传输层的UDP协议 |
| 41 | IPv6 encapsulation | 封装IPv6数据包 |
| 43 | Routing Header | 源路由的选项，指定数据包通过的中间节点列表 |
| 44 | Fragment Header | 数据包分片信息 |
| 46 | Resource Reservation Protocol (RSVP) | 资源预留协议 |
| 47 | GRE (Generic Routing Encapsulation) | 通用路由封装协议 |
| 50 | ESP (Encapsulating Security Payload) | IPsec中的加密和身份验证 |
| 51 | AH (Authentication Header) | IPsec中的数据包完整性和认证 |
| 58 | ICMPv6 | IPv6的ICMP协议，支持错误报告和诊断 |
| 59 | No Next Header | 没有后续头部，即数据包结束 |
| 60 | Destination Options Header | 为最终目的地或中间节点指定选项 |
IPv6扩展头部链示例
以下是一个包含多个扩展头部的IPv6头部链的示例表格：
| IPv6头部类型 | 描述 | Next Header 值 |
|---|---|---|
| IPv6 Basic Header | 基本IPv6头部，包含源地址和目的地址 | 0 |
| Hop-by-Hop Options Header | 在每一跳处理的选项 | 43 |
| Routing Header | 源路由选项，指定数据包通过的中间节点列表 | 44 |
| Fragment Header | 数据包分片信息 | 6 |
| TCP Header | 传输层的TCP协议头部，包含传输控制信息 | - |
| Payload | 实际传输的数据 | - |
示例IPv6头部链
+-------------------+---------------------+-------------------+--------------------+-----------------+| IPv6 Basic Header | Hop-by-Hop Options | Routing Header | Fragment Header | TCP Header |+-------------------+---------------------+-------------------+--------------------+-----------------+| Next Header = 0 | Next Header = 43 | Next Header = 44 | Next Header = 6 | Payload |+-------------------+---------------------+-------------------+--------------------+-----------------+在这个示例中：
- IPv6基本头部的Next Header字段值为0，表示后续是Hop-by-Hop Options Header。
- Hop-by-Hop Options Header的Next Header字段值为43，表示后续是Routing Header。
- Routing Header的Next Header字段值为44，表示后续是Fragment Header。
- Fragment Header的Next Header字段值为6，表示后续是TCP头部。
IPv6的改进
- 更大的地址空间：IPv6提供了128位地址空间，可以容纳约3.4×10^38个地址，远远超过IPv4的地址容量。
- 简化的头部格式：IPv6头部格式较IPv4简化，固定长度40字节，减少了处理开销。
- 无须NAT (Network Address Translation)：IPv6的巨大地址空间消除了对NAT的需求，简化了网络配置和管理。
- 内置IPsec：IPv6原生支持IPsec，增强了网络安全性。
- 改进的多播支持：IPv6改进了多播通信，提供更高效的多播路由。
- 自动配置：支持无状态地址自动配置（SLAAC），简化了设备的IP地址分配。
- 扩展头部和可选项：IPv6使用扩展头部机制，灵活支持新功能和改进。
NDP(Neighbor Discovery Protocol)
概述
IPv6的Neighbor Discovery Protocol（邻居发现协议，简称NDP）是IPv6协议套件中的一个关键协议，用于在IPv6网络中执行多个重要的网络功能。NDP在IPv6中的作用类似于IPv4中的ARP（地址解析协议）、ICMP路由器发现和ICMP重定向功能的综合。
NDP使用ICMPv6消息来执行其功能，主要包括邻居发现、地址自动配置、重定向、邻居不可达检测、重复地址检测等。
NDP的主要功能
- 地址解析：将IPv6地址解析为链路层地址。
- 邻居不可达检测（NUD）：检测邻居是否可达。
- 重复地址检测（DAD）：确保IPv6地址在网络中的唯一性。
- 自动地址配置：无状态自动配置（SLAAC），用于自动配置IPv6地址。
- 路由器发现：主机发现IPv6路由器。
- 重定向：路由器通知主机更好的下一跳路由。
NDP使用的ICMPv6消息类型
NDP使用的ICMPv6消息类型如下：
-
Router Solicitation（路由器请求）
- 类型：133
- 用途：主机发送RS消息，询问是否有可用的路由器。
-
Router Advertisement（路由器通告）
- 类型：134
- 用途：路由器响应RS消息，或定期发送RA消息，通告自身信息和网络前缀。
-
Neighbor Solicitation（邻居请求）
- 类型：135
- 用途：设备发送NS消息，请求邻居的链路层地址或检测邻居是否可达。
-
Neighbor Advertisement（邻居通告）
- 类型：136
- 用途：设备响应NS消息，通告自身的链路层地址。
-
Redirect（重定向）
- 类型：137
- 用途：路由器发送重定向消息，通知主机更优的路由路径。
NDP消息格式
Router Solicitation（路由器请求）
0 1 2 30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| Type | Code | Checksum |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| Reserved |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| Options ...+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+- Type：133
- Code：0
- Checksum：ICMPv6校验和
- Reserved：保留字段，设置为0
- Options：可选字段，例如源链路层地址
Router Advertisement（路由器通告）
0 1 2 30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| Type | Code | Checksum |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| Cur Hop Limit |M|O|H|Prf|Resvd| Router Lifetime |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| Reachable Time |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| Retrans Timer |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| Options ...+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+- Type：134
- Code：0
- Checksum：ICMPv6校验和
- Cur Hop Limit：当前跳数限制
- M：管理地址配置标志
- O：其他配置标志
- H：高速移动性标志
- Prf：默认路由器优先级
- Router Lifetime：路由器生存时间
- Reachable Time：邻居可达时间
- Retrans Timer：重传时间
- Options：可选字段，例如源链路层地址、前缀信息等
Neighbor Solicitation（邻居请求）
0 1 2 30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| Type | Code | Checksum |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| Reserved |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| Target Address |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| Options ...+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+- Type：135
- Code：0
- Checksum：ICMPv6校验和
- Reserved：保留字段，设置为0
- Target Address：目标地址
- Options：可选字段，例如源链路层地址
Neighbor Advertisement（邻居通告）
0 1 2 30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| Type | Code | Checksum |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+|R|S|O| Reserved |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| Target Address |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| Options ...+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+- Type：136
- Code：0
- Checksum：ICMPv6校验和
- R：路由器标志
- S：重定向可达标志
- O：覆盖标志
- Reserved：保留字段
- Target Address：目标地址
- Options：可选字段，例如源链路层地址
Redirect（重定向）
0 1 2 30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| Type | Code | Checksum |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| Reserved |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| Target Address |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| Destination Address |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| Options ...+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+- Type：137
- Code：0
- Checksum：ICMPv6校验和
- Reserved：保留字段
- Target Address：目标地址
- Destination Address：目标地址
- Options：可选字段，例如源链路层地址
NDP操作示例
-
地址解析
主机A需要与主机B通信，首先需要解析主机B的IPv6地址到MAC地址。
-
主机A发送NS请求：
Type: 135 (Neighbor Solicitation)Target Address: 主机B的IPv6地址 -
主机B发送NA应答：
Type: 136 (Neighbor Advertisement)Target Address: 主机B的IPv6地址
-
-
自动地址配置
主机首次连接到网络时，需要自动配置自己的IPv6地址。
-
主机发送RS请求：
Type: 133 (Router Solicitation) -
路由器发送RA通告：
Type: 134 (Router Advertisement)
-
-
重定向
路由器通知主机更优的路由路径。
- 路由器发送Redirect消息：
Type: 137 (Redirect)
- 路由器发送Redirect消息：
PD(Prefix Delegation)
IPv6的前缀代理（Prefix Delegation）是动态主机配置协议（DHCPv6）的一部分，主要用于将网络前缀从一个路由器（通常是ISP的路由器）动态分配给另一个路由器（通常是家庭或企业的边界路由器）。这种机制允许下游路由器（客户网络中的路由器）为其内部网络自动配置IPv6地址。
前缀代理的主要功能
- 前缀分配：ISP路由器将一个或多个IPv6前缀分配给客户的边界路由器。
- 地址自动配置：客户的边界路由器使用分配的前缀为其内部网络中的设备自动配置IPv6地址。
- 地址发布：边界路由器通过路由通告（Router Advertisement，RA）在其内部网络中发布分配的前缀，使内部设备能够自动配置IPv6地址。
前缀代理的工作流程
-
请求前缀（Prefix Request）
客户边界路由器发送一个DHCPv6请求消息（Request），请求上游ISP路由器分配一个或多个IPv6前缀。
-
分配前缀（Prefix Delegation）
ISP路由器接收到请求后，分配一个或多个IPv6前缀，并通过DHCPv6应答消息（Reply）将这些前缀发送回客户边界路由器。
-
发布前缀（Prefix Advertisement）
客户边界路由器接收到前缀后，通过RA消息在其内部网络中发布这些前缀，使内部设备能够使用这些前缀进行地址自动配置。
DHCPv6前缀代理消息类型
-
Solicit（请求）
- 客户边界路由器发送Solicit消息，寻找可用的DHCPv6服务器。
-
Advertise（通告）
- ISP路由器发送Advertise消息，响应Solicit消息，表明自己可用并提供前缀。
-
Request（请求）
- 客户边界路由器发送Request消息，请求分配具体的前缀。
-
Reply（应答）
- ISP路由器发送Reply消息，分配前缀并将其发送给客户边界路由器。
DHCPv6前缀代理报文格式
Solicit、Advertise、Request和Reply消息格式
这些消息的基本格式如下：
0 1 2 30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| msg-type | transaction-id |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| |. options .. .. .+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+- msg-type：8位，表示DHCPv6消息类型。
- Solicit：1
- Advertise：2
- Request：3
- Reply：7
- transaction-id：24位，事务ID，用于匹配请求和响应。
- options：可变长度，用于携带各种选项和配置参数。
IA_PD（Identity Association for Prefix Delegation）选项格式
用于携带前缀代理信息的IA_PD选项格式如下：
0 1 2 30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| option-code | option-len |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| IAID (4 octets) |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| T1 |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| T2 |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| |. IA_PD-options .. .+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+- option-code：16位，选项代码，表示IA_PD选项（25）。
- option-len：16位，选项长度，以字节为单位。
- IAID：32位，标识IA_PD的标识符。
- T1：32位，表示客户端应尝试续租的时间。
- T2：32位，表示客户端应尝试重新绑定的时间。
- IA_PD-options：可变长度，包含前缀信息选项。
Prefix Information Option（前缀信息选项）格式
前缀信息选项用于在Reply消息中携带分配的前缀：
0 1 2 30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| option-code | option-len |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| prefix-length | reserved1 |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| valid-lifetime |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| preferred-lifetime |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| reserved2 |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| |. prefix (variable) .. .+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+- option-code：16位，选项代码，表示前缀信息选项（26）。
- option-len：16位，选项长度，以字节为单位。
- prefix-length：8位，表示前缀长度。
- reserved1：8位，保留字段。
- valid-lifetime：32位，前缀的有效生存时间。
- preferred-lifetime：32位，前缀的首选生存时间。
- reserved2：32位，保留字段。
- prefix：可变长度，分配的前缀。
前缀代理操作示例
假设客户的边界路由器请求ISP路由器分配一个前缀：
-
客户边界路由器发送Solicit消息
Client Router -> ISP Router: Solicit -
ISP路由器发送Advertise消息
ISP Router -> Client Router: Advertise -
客户边界路由器发送Request消息
Client Router -> ISP Router: Request -
ISP路由器发送Reply消息，分配前缀
ISP Router -> Client Router: Reply -
客户边界路由器在内部网络发布前缀
客户边界路由器通过RA消息在其内部网络中发布分配的前缀：
Client Router -> Internal Network: Router Advertisement (with prefix)
DHCPv4的6RD（6rd）介绍
概述
6RD（IPv6 Rapid Deployment）是一个机制，用于在现有的IPv4基础设施上快速部署IPv6。它允许服务提供商通过现有的IPv4网络传输IPv6数据包，从而无需对现有网络进行重大更改即可提供IPv6连接。DHCPv4可以用于分配6RD配置参数，使客户端能够自动配置6RD隧道。
6RD的主要功能
- 快速部署IPv6：利用现有的IPv4基础设施快速部署IPv6，减少网络升级的复杂性和成本。
- 隧道机制：在IPv4网络中创建IPv6隧道，允许IPv6数据包在IPv4网络上传输。
- 自动配置：通过DHCPv4分配6RD配置参数，使客户端能够自动配置6RD隧道。
6RD配置参数
6RD配置参数通常通过DHCPv4分配给客户端。主要参数包括：
- 6RD前缀（6RD Prefix）：IPv6前缀，用于生成客户端的IPv6地址。
- 6RD前缀长度（6RD Prefix Length）：指定6RD前缀的长度。
- 6RD边界路由器地址（6RD Border Relay IPv4 Address）：IPv4地址，用于6RD隧道的远端地址。
DHCPv4中的6RD选项
DHCPv4协议通过选项212（6RD）来传递6RD配置参数。以下是选项212的格式：
0 1 2 30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| Option Code | Option Length | 6RD Prefix Length |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| 6RD Prefix (Variable Length) |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| 6RD BR IPv4 Address |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| 6RD BR IPv4 Address |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+- Option Code：8位，表示DHCP选项212。
- Option Length：8位，表示选项数据的长度。
- 6RD Prefix Length：8位，表示6RD前缀的长度。
- 6RD Prefix：可变长度，表示6RD前缀。
- 6RD BR IPv4 Address：32位，表示6RD边界路由器的IPv4地址。
6RD的工作流程
-
DHCPv4服务器配置
DHCPv4服务器配置6RD选项（选项212），包含6RD前缀、前缀长度和边界路由器的IPv4地址。
-
客户端请求
客户端通过DHCPv4请求配置参数。
-
DHCPv4服务器响应
DHCPv4服务器响应请求，提供6RD配置参数。
-
客户端配置6RD隧道
客户端接收到6RD配置参数后，自动配置6RD隧道，生成IPv6地址，并能够通过IPv4网络进行IPv6通信。
示例配置
DHCPv4服务器配置6RD选项
假设6RD前缀为2001:db8::/32，前缀长度为32，边界路由器的IPv4地址为192.0.2.1。
在DHCPv4服务器的配置文件中添加6RD选项：
option 6rd code 212 = { integer 8, ip-address, ip-address };
subnet 192.168.1.0 netmask 255.255.255.0 { range 192.168.1.100 192.168.1.150; option routers 192.168.1.1; option 6rd 32, 2001:db8::, 192.0.2.1;}客户端配置6RD隧道
客户端通过DHCPv4获取6RD配置参数后，自动配置6RD隧道。假设客户端的IPv4地址为192.168.1.100，生成的6RD隧道的IPv6地址为2001:db8:c0a8:164::1。
配置6RD隧道：
# 假设使用Linux系统ip tunnel add 6rd mode sit remote 192.0.2.1 local 192.168.1.100 ttl 64ip link set 6rd upip addr add 2001:db8:c0a8:164::1/64 dev 6rdip route add ::/0 dev 6rdIPv6自动配置
- 无状态地址自动配置 (SLAAC, Stateless Address Autoconfiguration)：设备根据网络前缀自动生成IPv6地址，无需手动配置或DHCP服务器。
- 有状态地址配置 (DHCPv6)：类似于IPv4的DHCP，通过DHCPv6服务器分配IPv6地址和其他网络配置。
SLAAC配置IPv6地址
概述
无状态地址自动配置（SLAAC, Stateless Address Autoconfiguration）是IPv6的一种自动配置机制，它允许设备在无需手动配置或DHCP服务器的情况下自动生成IPv6地址。SLAAC利用路由器广告（Router Advertisement, RA）消息来提供网络前缀信息，并基于此生成全局唯一的IPv6地址。
SLAAC配置步骤
- 链接本地地址生成
- 路由器发现
- 全局地址生成
- 重复地址检测
步骤详解
-
链接本地地址生成
当IPv6设备首次连接到网络时，它会生成一个链路本地地址。链路本地地址的前缀为
fe80::/10，其后部分通常基于设备的MAC地址生成。链接本地地址的格式如下：
fe80::/10 + 接口标识符接口标识符通常是64位长，可以通过将设备的48位MAC地址转换为64位扩展唯一标识符（EUI-64）来生成。
-
路由器发现
设备生成链路本地地址后，会发送一个路由器请求（Router Solicitation, RS）消息到本地链路，询问是否有可用的路由器。路由器会通过发送路由器广告（Router Advertisement, RA）消息来响应。
RA消息中包含网络前缀、前缀长度、路由器生存时间和其他配置参数。设备使用这些信息来配置自己的全局单播地址。
-
全局地址生成
设备根据RA消息中的前缀信息，结合自身的接口标识符生成全局单播地址。地址格式如下：
网络前缀 + 接口标识符例如，如果路由器广告的前缀是
2001:db8:abcd::/64，设备的接口标识符是eui-64，那么生成的全局地址可能是：2001:db8:abcd::eui-64 -
重复地址检测（DAD, Duplicate Address Detection）
设备生成全局地址后，会进行重复地址检测，以确保地址在本地链路上是唯一的。设备会发送邻居请求（Neighbor Solicitation, NS）消息，查询网络中是否存在同样的地址。
- 如果没有响应，表示地址唯一，可以使用。
- 如果收到响应，表示地址已被占用，需要重新生成一个新的接口标识符，再进行检测。
示例配置
以下示例展示了如何在Linux系统上启用SLAAC并自动配置IPv6地址。
-
检查网络接口
首先，检查可用的网络接口：
Terminal window ip link show -
启用IPv6
确保IPv6在网络接口上启用：
Terminal window sudo sysctl -w net.ipv6.conf.all.disable_ipv6=0sudo sysctl -w net.ipv6.conf.default.disable_ipv6=0sudo sysctl -w net.ipv6.conf.eth0.disable_ipv6=0 -
配置网络接口
使用
ip命令手动触发路由器请求消息：Terminal window sudo ip -6 addr flush dev eth0sudo ip -6 addr add fe80::1/64 dev eth0sudo ip -6 route add default dev eth0sudo ip -6 neigh add ff02::1 dev eth0启用自动配置：
Terminal window sudo sysctl -w net.ipv6.conf.eth0.autoconf=1sudo sysctl -w net.ipv6.conf.eth0.accept_ra=1检查配置：
Terminal window ip -6 addr show dev eth0
SLAAC中的报文格式
在SLAAC（Stateless Address Autoconfiguration）过程中，主要使用ICMPv6报文，包括路由器请求（Router Solicitation, RS）和路由器广告（Router Advertisement, RA）。以下是这些报文的格式详解：
1. 路由器请求（RS）报文格式
路由器请求报文用于请求邻居设备（尤其是路由器）发送路由器广告消息。其格式如下：
0 1 2 30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| Type | Code | Checksum |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| Reserved |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| Options ...+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-- Type: 133 (表示Router Solicitation)
- Code: 0
- Checksum: 16位的ICMP校验和
- Reserved: 32位保留字段，设置为0
- Options: 可选字段，例如源链路层地址（Source Link-Layer Address），用于提供发送设备的链路层地址。
2. 路由器广告（RA）报文格式
路由器广告报文由路由器发送，用于提供前缀信息和其他配置参数。其格式如下：
0 1 2 30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| Type | Code | Checksum |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| Cur Hop Limit |M|O|H|Prf|Resvd| Router Lifetime |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| Reachable Time |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| Retrans Timer |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| Options ...+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+- Type: 134 (表示Router Advertisement)
- Code: 0
- Checksum: 16位的ICMP校验和
- Cur Hop Limit: 当前跳数限制，用于设置IPv6报文的跳数限制
- M: 管理地址配置标志（Managed Address Configuration Flag）
- O: 其他配置标志（Other Configuration Flag）
- H: 高速移动性标志（Home Agent Flag）
- Prf: 默认路由器优先级（Default Router Preference）
- Resvd: 保留字段
- Router Lifetime: 16位，表示路由器作为默认路由器的生存时间，以秒为单位
- Reachable Time: 32位，表示邻居可达时间，以毫秒为单位
- Retrans Timer: 32位，表示重传时间，以毫秒为单位
- Options: 可选字段，包括：
- Source Link-Layer Address: 源链路层地址
- MTU: 最大传输单元
- Prefix Information: 前缀信息，用于生成IPv6地址
- Route Information: 路由信息
- Recursive DNS Server: 递归DNS服务器地址
- DNS Search List: DNS搜索列表
M标志（Managed address configuration flag）
- M标志用于指示是否应该使用DHCPv6获取IPv6地址。
- M = 1：设备应使用DHCPv6来获取其IPv6地址。这意味着网络中的DHCPv6服务器将分配IPv6地址给设备。
- M = 0：设备不需要使用DHCPv6来获取IPv6地址，可以使用SLAAC（无状态地址自动配置）来生成IPv6地址。
O标志（Other configuration flag）
- O标志用于指示是否应该使用DHCPv6获取其他配置信息（例如，DNS服务器地址、NTP服务器地址等）。
- O = 1：设备应使用DHCPv6来获取其他配置信息，即使它已经通过SLAAC获得了IPv6地址。
- O = 0：设备不需要使用DHCPv6来获取其他配置信息。
示例组合
-
M = 0, O = 0
- 设备通过SLAAC生成IPv6地址，不使用DHCPv6。
- 设备不会尝试通过DHCPv6获取其他配置信息。
-
M = 0, O = 1
- 设备通过SLAAC生成IPv6地址。
- 设备使用DHCPv6获取其他配置信息（如DNS服务器地址）。
-
M = 1, O = 0
- 设备使用DHCPv6获取IPv6地址。
- 设备不会尝试通过DHCPv6获取其他配置信息。
-
M = 1, O = 1
- 设备使用DHCPv6获取IPv6地址。
- 设备使用DHCPv6获取其他配置信息。
Prefix Information Option（前缀信息选项）
前缀信息选项用于在RA报文中传递前缀信息，其格式如下：
0 1 2 30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| Type = 3 |Length = 4 | Prefix Length |L|A| Reserved1 |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| Valid Lifetime |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| Preferred Lifetime |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| Reserved2 |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| |+ +| |+ Prefix +| |+ +| |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+- Type: 3 (表示Prefix Information)
- Length: 4（表示选项的长度，以8字节为单位）
- Prefix Length: 前缀长度，以位为单位
- L: 有效时间标志（On-link Flag）
- A: 自动配置标志（Autonomous Address-Configuration Flag）
- Reserved1: 保留字段
- Valid Lifetime: 前缀的有效生存时间，以秒为单位
- Preferred Lifetime: 前缀的首选生存时间，以秒为单位
- Reserved2: 保留字段
- Prefix: IPv6前缀
DHCPv6配置IPv6地址
概述
DHCPv6（Dynamic Host Configuration Protocol for IPv6）是一种用于IPv6网络的动态主机配置协议。它提供了一种集中化的、自动化的方式来分配IPv6地址和其他网络配置参数。DHCPv6主要用于需要更精细控制和管理的网络环境。
DHCPv6工作原理
DHCPv6客户端和服务器之间通过udp协议通信，服务器、中继代理侦听的UDP端口号是547, 客户端侦听的UDP目的端口号是546。
DHCPv6使用的组播地址
ff02::1:2客户端与服务端或中继代理之间的通信ff05::1:3中继代理与服务端之间的通信
以下是DHCPv6配置IPv6地址的主要步骤和相关报文格式:
1. DHCPv6消息类型
DHCPv6协议定义了多种消息类型，常见的包括：
- Solicit (1): 客户端请求服务器的消息。
- Advertise (2): 服务器响应Solicit消息的广告消息。
- Request (3): 客户端请求具体配置的消息。
- Confirm (4): 客户端确认其地址是否仍然有效的消息。
- Renew (5): 客户端请求续租其地址的消息。
- Rebind (6): 客户端在无法联系到服务器时请求续租的消息。
- Reply (7): 服务器响应请求、确认等消息。
- Release (8): 客户端释放其租用的地址。
- Decline (9): 客户端拒绝服务器提供的地址。
- Reconfigure (10): 服务器通知客户端需要重新配置。
2. DHCPv6报文格式
DHCPv6报文由以下字段组成：
0 1 2 30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| option-code | option-len |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| option-data (variable) .. .+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+- option-code：16位，表示选项类型。
- option-len：16位，表示选项数据的长度（以字节为单位）。
- option-data：可变长度，包含选项的实际数据。
常见DHCPv6选项
以下是一些常见的DHCPv6选项及其格式：
-
Client Identifier Option (Option 1)
客户端标识符，用于唯一标识DHCPv6客户端。
0 1 2 30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| option-code = 1 | option-len |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| DUID (variable) .+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ -
Server Identifier Option (Option 2)
服务器标识符，用于唯一标识DHCPv6服务器。
0 1 2 30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| option-code = 2 | option-len |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| DUID (variable) .+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ -
IA_NA Option (Option 3)
非临时地址（Non-temporary Address）标识符。
0 1 2 30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| option-code = 3 | option-len |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| IAID (4 octets) |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| T1 |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| T2 |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| |. IA_NA-options .. .+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ -
IA Address Option (Option 5)
IP地址分配信息。
0 1 2 30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| option-code = 5 | option-len |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| || IPv6 address || || |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| preferred-lifetime |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| valid-lifetime |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| |. IAaddr-options .. .+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ -
DNS Recursive Name Server Option (Option 23)
递归DNS服务器地址。
0 1 2 30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| option-code = 23 | option-len |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| || IPv6 address (128 bits) || || |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| |. ... .
示例消息
以下是一些常见的DHCPv6消息及其组成：
Solicit消息
客户端发送Solicit消息，寻找可用的DHCPv6服务器。
msg-type: 1 (Solicit)transaction-id: 0x123456options: - Client Identifier Option - Option Request OptionAdvertise消息
服务器响应Solicit消息，发送Advertise消息，告知客户端可用的配置选项。
msg-type: 2 (Advertise)transaction-id: 0x123456options: - Client Identifier Option - Server Identifier Option - IA_NA Option - DNS Recursive Name Server OptionRequest消息
客户端选择一个服务器，并发送Request消息，请求具体的配置参数和地址。
msg-type: 3 (Request)transaction-id: 0x123456options: - Client Identifier Option - Server Identifier Option - IA_NA OptionReply消息
服务器响应Request消息，发送Reply消息，分配IPv6地址和其他配置参数。
msg-type: 7 (Reply)transaction-id: 0x123456options: - Client Identifier Option - Server Identifier Option - IA_NA Option - IA Address Option - DNS Recursive Name Server Option3. 常见的DHCPv6选项
DHCPv6选项用于在客户端和服务器之间传递各种配置信息，常见选项包括：
- Client Identifier (Option 1): 客户端标识符，用于唯一标识客户端。
- Server Identifier (Option 2): 服务器标识符，用于唯一标识服务器。
- IA_NA (Option 3): 非临时地址（Non-temporary Address）标识符。
- IA_TA (Option 4): 临时地址（Temporary Address）标识符。
- IA Address (Option 5): IP地址分配信息。
- Option Request (Option 6): 客户端请求的选项。
- Preference (Option 7): 服务器优先级信息。
- Elapsed Time (Option 8): 请求发送后的时间。
- Relay Message (Option 9): 中继信息。
- DNS Recursive Name Server (Option 23): 递归DNS服务器地址。
- Domain Search List (Option 24): 域名搜索列表。
4. DHCPv6配置过程
以下是典型的DHCPv6地址配置过程，包括消息交互示意：
1. Solicit消息
客户端发送Solicit消息，寻找可用的DHCPv6服务器。
Client Server |-- Solicit ----------------------------->| | |2. Advertise消息
服务器响应Solicit消息，发送Advertise消息，告知客户端可用的配置选项。
Client Server |<-- Advertise ---------------------------| | |3. Request消息
客户端选择一个服务器，并发送Request消息，请求具体的配置参数和地址。
Client Server |-- Request ----------------------------->| | |4. Reply消息
服务器响应Request消息，发送Reply消息，分配IPv6地址和其他配置参数。
Client Server |<-- Reply ------------------------------| | |示例配置
在Linux上配置DHCPv6客户端
-
安装DHCPv6客户端软件（如
dhclient）。Terminal window sudo apt-get install isc-dhcp-client -
配置DHCPv6客户端。
编辑
/etc/dhcp/dhclient.conf文件，添加以下内容：Terminal window interface "eth0" {send dhcp6-client-identifier = hardware;request;} -
启动DHCPv6客户端。
Terminal window sudo dhclient -6 -v eth0
在Linux上配置DHCPv6服务器
-
安装DHCPv6服务器软件（如
isc-dhcp-server）。Terminal window sudo apt-get install isc-dhcp-server -
配置DHCPv6服务器。
编辑
/etc/dhcp/dhcpd.conf文件，添加以下内容：Terminal window subnet6 2001:db8:1::/64 {range6 2001:db8:1::1000 2001:db8:1::2000;option dhcp6.name-servers 2001:db8::1;option dhcp6.domain-search "example.com";} -
启动DHCPv6服务器。
Terminal window sudo service isc-dhcp-server start
IPv6的部署与过渡
由于IPv4和IPv6不兼容，过渡到IPv6需要以下策略：
- 双栈：设备同时运行IPv4和IPv6协议栈，逐步迁移到IPv6。
- 隧道：在IPv4网络中封装IPv6数据包，确保IPv6节点之间的通信。
- 翻译：使用NAT64/DNS64等技术实现IPv4和IPv6网络之间的互通。
ICMP协议介绍
概述
ICMP（Internet Control Message Protocol）是用于在IP网络中传输控制消息和错误报告的协议。ICMP是IP协议的一部分，主要用于报告网络通信中的错误、提供诊断和控制功能。
ICMP的主要功能
- 错误报告：当数据包无法到达目的地或路由发生变化时，ICMP用于向源设备报告错误。
- 诊断：使用ICMP的工具（如ping和traceroute）用于网络诊断和测试连接性。
- 控制信息：传递控制消息，如重定向、时间戳请求等。
ICMP报文格式
ICMP报文由固定头部和可选的数据部分组成。不同类型的ICMP报文有不同的格式，但头部的前几个字段是相同的。
ICMP头部格式（通用部分）
0 1 2 30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| Type | Code | Checksum |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| Rest of Header |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+- Type：8位，表示ICMP消息类型。
- Code：8位，表示ICMP消息的子类型或原因。
- Checksum：16位，ICMP报文的校验和，用于检测错误。
- Rest of Header：可变，根据具体的ICMP消息类型不同而不同。
常见ICMP消息类型及格式
-
回显请求和回显应答（Echo Request and Echo Reply）
-
用途：用于ping命令，测试网络连通性。
-
Type：8（回显请求），0（回显应答）
-
Code：0
-
Rest of Header：
0 1 2 30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| Type | Code | Checksum |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| Identifier | Sequence Number |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| Data ...+-+-+-+-+-+-+-+-+- Identifier：16位，标识符，用于匹配请求和应答。
- Sequence Number：16位，序列号，用于匹配请求和应答。
- Data：可变，包含测试数据。
-
-
目的不可达（Destination Unreachable）
-
用途：通知源设备数据包无法到达目的地。
-
Type：3
-
Code：
- 0：网络不可达
- 1：主机不可达
- 2：协议不可达
- 3：端口不可达
- 4：需要进行分片但设置了不分片标志
- 5：源路由失败
-
Rest of Header：
0 1 2 30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| Type | Code | Checksum |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| Unused |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| Internet Header + 64 bits of Original Data Datagram |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+- Unused：32位，未使用，通常为0。
- Internet Header + 64 bits of Original Data Datagram：包含导致错误的原始IP数据报的前64位。
-
-
源抑制（Source Quench，已弃用）
-
用途：通知源设备降低发送速率（已弃用）。
-
Type：4
-
Code：0
-
Rest of Header：
0 1 2 30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| Type | Code | Checksum |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| Unused |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| Internet Header + 64 bits of Original Data Datagram |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+- Unused：32位，未使用，通常为0。
- Internet Header + 64 bits of Original Data Datagram：包含导致错误的原始IP数据报的前64位。
-
-
重定向（Redirect）
-
用途：通知源设备应使用另一条路由。
-
Type：5
-
Code：
- 0：网络重定向
- 1：主机重定向
- 2：网络重定向（ToS）
- 3：主机重定向（ToS）
-
Rest of Header：
0 1 2 30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| Type | Code | Checksum |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| Gateway Internet Address |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| Internet Header + 64 bits of Original Data Datagram |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+- Gateway Internet Address：32位，指示重定向到的网关地址。
- Internet Header + 64 bits of Original Data Datagram：包含导致错误的原始IP数据报的前64位。
-
ICMP报文的使用示例
-
Ping命令
Ping命令使用ICMP回显请求和回显应答消息来测试网络连接性。典型的ping流程如下：
-
客户端发送ICMP回显请求：
Client -> Server: ICMP Echo Request (Type 8, Code 0) -
服务器发送ICMP回显应答：
Server -> Client: ICMP Echo Reply (Type 0, Code 0)
-
-
Traceroute命令
Traceroute命令使用ICMP目的不可达消息来追踪数据包到达目的地的路径。典型的traceroute流程如下：
-
客户端发送带有递增TTL值的UDP数据包：
Client -> Intermediate Router: UDP Packet with TTL=1 -
中间路由器返回ICMP时间超过消息：
Intermediate Router -> Client: ICMP Time Exceeded (Type 11, Code 0) -
客户端发送带有递增TTL值的UDP数据包，直到到达目的地：
Client -> Destination: UDP Packet with TTL=n -
目的地返回ICMP目的不可达消息（端口不可达）：
Destination -> Client: ICMP Destination Unreachable (Type 3, Code 3)
-
IGMP协议介绍
概述
IGMP（Internet Group Management Protocol，互联网组管理协议）是一种用于管理IP多播组成员的网络层协议。它用于在IP网络中实现多播通信，允许多个主机加入或离开特定的多播组，进而使数据包只发送给多播组中的成员，从而提高网络效率。
IGMP的主要功能
- 管理多播组成员关系：允许主机加入或离开多播组，并通知路由器多播组成员的变化。
- 维护多播组信息：路由器使用IGMP来维护多播组成员列表，并根据此信息决定是否转发多播数据包。
- 支持多播应用：广泛应用于视频会议、实时流媒体、在线游戏等需要一对多或多对多通信的场景。
IGMP的版本
IGMP协议有多个版本，每个版本在功能和特性上有所不同：
-
IGMPv1：
- 最早的IGMP版本。
- 主机通过发送成员报告消息加入多播组。
- 路由器定期发送查询消息，主机响应报告消息以维持组成员关系。
-
IGMPv2：
- 增加了离开组消息（Leave Group），使主机能够主动通知路由器离开多播组。
- 引入了特定组查询消息，优化了查询机制。
- 改进了查询消息和报告消息的格式和处理流程。
-
IGMPv3：
- 支持源特定多播（Source-Specific Multicast，SSM）。
- 主机可以指定感兴趣的多播源和拒绝的多播源。
- 引入了新的记录类型和更复杂的查询和报告机制。
IGMP消息格式
IGMP消息通过IP数据报的形式传输，IP协议号为2。以下是IGMP消息的通用格式：
IGMPv1和IGMPv2消息格式
0 1 2 30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| Type | Max Resp Time | Checksum |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| Group Address |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+- Type：8位，表示IGMP消息的类型。
- 0x11：成员查询（Membership Query）
- 0x12：成员报告（Membership Report，IGMPv1）
- 0x16：成员报告（Membership Report，IGMPv2）
- 0x17：离开组（Leave Group，IGMPv2）
- Max Resp Time：8位，最大响应时间，仅在查询消息中使用。
- Checksum：16位，校验和，用于检测消息错误。
- Group Address：32位，多播组地址。
IGMPv3消息格式
0 1 2 30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| Type | Max Resp Code | Checksum |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| Group Address |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| Resv |S| QRV | QQIC | Number of Sources (N) |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| Source Address [1] |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| Source Address [2] |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| ... |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| Source Address [N] |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+- Type：8位，表示IGMP消息的类型。
- 0x11：一般查询（General Query）
- 0x22：成员报告（Membership Report，IGMPv3）
- Max Resp Code：8位，最大响应时间编码。
- Checksum：16位，校验和，用于检测消息错误。
- Group Address：32位，多播组地址。
- Resv：4位，保留位。
- S：1位，抑制码。
- QRV：3位，查询者响应值。
- QQIC：8位，查询间隔码。
- Number of Sources (N)：16位，源地址数量。
- Source Address [1..N]：每个源地址为32位。
IGMP操作
-
加入多播组：
- 主机发送成员报告消息，通知本地路由器其加入多播组。
-
查询和报告：
- 路由器定期发送查询消息，询问是否有主机仍然是多播组成员。
- 主机在收到查询消息后，响应成员报告消息，以维持其在多播组中的成员身份。
-
离开多播组：
- 主机发送离开组消息，通知本地路由器其离开多播组（仅IGMPv2和IGMPv3）。
-
源特定多播（IGMPv3）：
- 主机可以指定其感兴趣的多播源，进一步优化多播流量的传递。
IGMP消息示例
-
IGMPv2加入多播组
主机发送成员报告消息：
Type: 0x16 (Membership Report)Group Address: 224.1.1.1 -
IGMPv2离开多播组
主机发送离开组消息：
Type: 0x17 (Leave Group)Group Address: 224.1.1.1 -
IGMPv3源特定多播
主机发送成员报告消息，指定源地址：
Type: 0x22 (Membership Report)Group Address: 232.1.1.1Number of Sources: 2Source Address [1]: 192.0.2.1Source Address [2]: 198.51.100.1
ARP协议介绍
概述
ARP（Address Resolution Protocol，地址解析协议）是用于解析网络层地址（如IPv4地址）和链路层地址（如MAC地址）之间映射关系的协议。ARP在IPv4网络中尤为重要，它使得设备能够在同一局域网（LAN）内通过IP地址找到对应的物理MAC地址，从而实现数据帧的正确传输。
ARP的主要功能
- 地址解析：将目标设备的IP地址解析为对应的MAC地址。
- 缓存管理：维护一个ARP缓存，用于存储最近解析的IP-MAC地址对，以减少频繁的ARP请求。
- 逆地址解析（RARP）：通过RARP协议（Reverse ARP）实现MAC地址到IP地址的解析，但RARP现已基本被DHCP取代。
ARP报文格式
ARP报文包含请求报文和应答报文。以下是ARP报文的通用格式：
0 1 2 30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| 硬件类型 (HTYPE) | 协议类型 (PTYPE) |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| 硬件地址长度 (HLEN) | 协议地址长度 (PLEN) | 操作 (OPER) |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| 发送方硬件地址 (SHA) (前两个字节) |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| 发送方硬件地址 (SHA) (后三个字节) || 发送方协议地址 (SPA) |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| 目标硬件地址 (THA) (前两个字节) |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| 目标硬件地址 (THA) (后三个字节) || 目标协议地址 (TPA) |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+字段详细描述
-
硬件类型 (HTYPE): 16位
- 表示网络硬件类型，例如以太网为1。
-
协议类型 (PTYPE): 16位
- 表示要解析的协议地址类型，例如IPv4为0x0800, IPv6为0x86DD, ARP不直接用于IPv6，IPv6使用Neighbor Discovery Protocol（NDP）代替ARP。
-
硬件地址长度 (HLEN): 8位
- 表示硬件地址的长度（以字节为单位），例如以太网地址长度为6。
-
协议地址长度 (PLEN): 8位
- 表示协议地址的长度（以字节为单位），例如IPv4地址长度为4。
-
操作 (OPER): 16位
- 表示操作类型：
- 1：ARP请求
- 2：ARP应答
- 3：RARP请求
- 4：RARP应答
- 表示操作类型：
-
发送方硬件地址 (SHA): 可变长度
- 发送方的硬件地址（MAC地址）。
-
发送方协议地址 (SPA): 可变长度
- 发送方的协议地址（IP地址）。
-
目标硬件地址 (THA): 可变长度
- 目标的硬件地址（MAC地址），在ARP请求中为0。
-
目标协议地址 (TPA): 可变长度
- 目标的协议地址（IP地址）。
ARP操作
-
ARP请求
当一个设备需要发送数据到另一个设备时，首先会检查本地ARP缓存是否有目标IP地址对应的MAC地址。如果没有，它会广播一个ARP请求消息，询问网络中的其他设备目标IP地址的MAC地址。
Sender (A) -> Broadcast: ARP Request "Who has IP 192.168.1.2? Tell 192.168.1.1" -
ARP应答
接收到ARP请求的设备如果匹配请求中的目标IP地址，它会发送一个ARP应答消息，包含自己的MAC地址，回应请求设备。
Receiver (B) -> Sender (A): ARP Reply "192.168.1.2 is at MAC 00:0a:95:9d:68:16" -
更新ARP缓存
收到ARP应答后，请求设备会将目标设备的IP-MAC地址对存储在本地的ARP缓存中，以便下次通信时直接使用。
ARP通信示例
假设主机A（IP地址：192.168.1.1，MAC地址：00:0a:95:9d:68:16）需要与主机B（IP地址：192.168.1.2，MAC地址：00:0b:46:fe:91:22）通信，但A没有B的MAC地址。
-
主机A发送ARP请求
Ethernet Header:- Destination MAC: FF:FF:FF:FF:FF:FF (广播)- Source MAC: 00:0a:95:9d:68:16- Ethertype: 0x0806 (ARP)ARP Header:- HTYPE: 1 (Ethernet)- PTYPE: 0x0800 (IPv4)- HLEN: 6- PLEN: 4- OPER: 1 (ARP Request)- SHA: 00:0a:95:9d:68:16- SPA: 192.168.1.1- THA: 00:00:00:00:00:00- TPA: 192.168.1.2 -
主机B发送ARP应答
Ethernet Header:- Destination MAC: 00:0a:95:9d:68:16 (主机A的MAC地址)- Source MAC: 00:0b:46:fe:91:22- Ethertype: 0x0806 (ARP)ARP Header:- HTYPE: 1 (Ethernet)- PTYPE: 0x0800 (IPv4)- HLEN: 6- PLEN: 4- OPER: 2 (ARP Reply)- SHA: 00:0b:46:fe:91:22- SPA: 192.168.1.2- THA: 00:0a:95:9d:68:16- TPA: 192.168.1.1
ARP缓存示例
主机A在收到主机B的ARP应答后，会将其存储在ARP缓存中，以便快速访问。
IP Address MAC Address192.168.1.2 00:0b:46:fe:91:22RARP协议介绍
概述
RARP（Reverse Address Resolution Protocol，逆地址解析协议）是一种网络协议，用于在局域网（LAN）中将物理地址（MAC地址）映射为IP地址。RARP是ARP（Address Resolution Protocol）的逆操作，主要用于无盘工作站或网络设备，这些设备在启动时没有IP地址，只知道自己的MAC地址。
RARP的主要功能
- 逆地址解析：将设备的MAC地址解析为对应的IP地址。
- 支持无盘工作站：在无盘工作站启动时，通过RARP获取IP地址，便于后续网络通信和引导操作系统。
RARP报文格式
RARP报文格式与ARP报文类似，包含以下字段：
0 1 2 30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| 硬件类型 (HTYPE) | 协议类型 (PTYPE) |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| 硬件地址长度 (HLEN) | 协议地址长度 (PLEN) | 操作 (OPER) |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| 发送方硬件地址 (SHA) (前两个字节) |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| 发送方硬件地址 (SHA) (后三个字节) || 发送方协议地址 (SPA) |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| 目标硬件地址 (THA) (前两个字节) |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| 目标硬件地址 (THA) (后三个字节) || 目标协议地址 (TPA) |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+字段详细描述
-
硬件类型 (HTYPE): 16位
- 表示网络硬件类型，例如以太网为1。
-
协议类型 (PTYPE): 16位
- 表示要解析的协议地址类型，例如IPv4为0x0800。
-
硬件地址长度 (HLEN): 8位
- 表示硬件地址的长度（以字节为单位），例如MAC地址长度为6。
-
协议地址长度 (PLEN): 8位
- 表示协议地址的长度（以字节为单位），例如IPv4地址长度为4。
-
操作 (OPER): 16位
- 表示操作类型：
- 3：RARP请求
- 4：RARP应答
- 表示操作类型：
-
发送方硬件地址 (SHA): 可变长度
- 发送方的硬件地址（MAC地址）。
-
发送方协议地址 (SPA): 可变长度
- 发送方的协议地址（IP地址）。
-
目标硬件地址 (THA): 可变长度
- 目标的硬件地址（MAC地址），在RARP请求中为0。
-
目标协议地址 (TPA): 可变长度
- 目标的协议地址（IP地址）。
RARP操作
-
RARP请求
当一个设备（如无盘工作站）启动时，它会发送一个RARP请求消息，广播其MAC地址，请求网络中的RARP服务器返回对应的IP地址。
Sender (A) -> Broadcast: RARP Request "Who has MAC 00:0a:95:9d:68:16? Tell 00:0a:95:9d:68:16" -
RARP应答
网络中的RARP服务器收到请求后，会查询本地的映射表，并返回包含对应IP地址的RARP应答消息。
RARP Server -> Sender (A): RARP Reply "MAC 00:0a:95:9d:68:16 is at IP 192.168.1.2"
RARP通信示例
假设一个无盘工作站（MAC地址：00:0a:95:9d:68:16）启动时没有IP地址，需要通过RARP获取IP地址。
-
无盘工作站发送RARP请求
Ethernet Header:- Destination MAC: FF:FF:FF:FF:FF:FF (广播)- Source MAC: 00:0a:95:9d:68:16- Ethertype: 0x8035 (RARP)RARP Header:- HTYPE: 1 (Ethernet)- PTYPE: 0x0800 (IPv4)- HLEN: 6- PLEN: 4- OPER: 3 (RARP Request)- SHA: 00:0a:95:9d:68:16- SPA: 0.0.0.0- THA: 00:0a:95:9d:68:16- TPA: 0.0.0.0 -
RARP服务器发送RARP应答
Ethernet Header:- Destination MAC: 00:0a:95:9d:68:16- Source MAC: 00:0b:46:fe:91:22- Ethertype: 0x8035 (RARP)RARP Header:- HTYPE: 1 (Ethernet)- PTYPE: 0x0800 (IPv4)- HLEN: 6- PLEN: 4- OPER: 4 (RARP Reply)- SHA: 00:0b:46:fe:91:22- SPA: 192.168.1.1- THA: 00:0a:95:9d:68:16- TPA: 192.168.1.2
RARP的限制和替代
-
限制
- 静态配置：RARP服务器需要预先配置静态的MAC到IP地址映射表。
- 局限性：RARP仅提供IP地址，不提供其他配置信息（如网关、子网掩码、DNS服务器等）。
-
替代协议
- BOOTP：提供更丰富的配置选项，能够动态分配IP地址，并提供引导文件名等信息。
- DHCP：基于BOOTP，提供更多的动态配置选项，成为最广泛使用的地址分配和配置协议。