IPv6之NDP（2）

NDP邻居发现协议用到的ICMPv6报文：

133 路由器请求RS

134 路由器通告RA

135 邻居请求NS

136 邻居通告ND

137 重定向

通过NDP邻居发现协议实现的功能：

1、路由器发现

2、地址自动配置

3、地址解析

4、DAD重复地址检测

5、邻居状态跟踪

6、重定向

补充path-mtu

地址自动配置

通过type 133的ICMPv6报文和type 134的ICMPv6报文实现，type 133的ICMPv6报文称为RS路由器请求，type 134的ICMPv6报文称为RA路由器通告；

PC1连接网线后，会发送RS路由器请求报文，获取地址自动配置所需的前缀信息，源IP地址为未指定地址，目的ip地址为FE02::2,源MAC地址为PC1接口mac地址，目的MAC地址为目的IP地址对应的组播mac地址；

网段上的路由器收到后，发送RA路由器通告应答，源IP地址为路由器接口的link-local地址，目的地址为FF02::1,源MAC地址为路由器接口mac地址，目的mac地址为目的地址对应的组播mac地址，报文内容携带地址前缀信息；

PC1收到后，根据地址前缀信息，软件方式自动生成IPv6地址，同时将路由器的link-local地址作为默认网关；

通过RA路由器通告报文中的M位、O位判断是无状态自动配置，还是有状态自动配置；

无状态自动配置无需DHCPv6服务器，仅能获取前缀生成地址；

有状态自动配置通过DHCPv6服务器，可以为主机分配地址和其他配置信息；

PC1也可以通过无状态自动配置获取前缀生成地址，仅通过有状态自动配置获取其他配置信息；

路由器发现

路由器会周期性（200s）的发送RA路由器通告，通知网段上的主机该网段上的前缀信息和网关；

如果一个网段上有多台路由器，RA路由器通告报文中携带路由器优先级选项，low、medium、high，主机优先级选择优先级高的路由器作为默认网关；如果优先级相同，都作为默认网关；

地址解析

通过type 135的ICMPv6报文和type 136的ICMPv6报文实现，type 135的ICMPv6报文称为NS邻居请求报文，type 136的ICMPv6报文称为NA邻居通告报文；

PC1要访问PC2，需要封装PC2的链路层地址，首先PC1发送NS邻居请求报文，请求PC2的链路层地址，通过type 135的ICMPv6报文实现，源IP为PC1的接口IP地址，目的IP为PC2的接口地址对应的请求组播地址，源MAC为PC1的接口MAC地址，目的MAC为请求组播地址对应的组播mac地址，报文内容部分为想要请求的IPv6地址，即PC2的接口地址，及PC1自身链路层地址；

PC2收到报文后，发送NA邻居通告报文进行响应，通过type 136的ICMPv6报文实现，源IP地址为PC2的接口IP地址，目的IP地址为PC1的接口IP地址，源MAC为PC2的接口MAC地址，目的MAC为PC1的接口MAC地址，报文内容携带请求的IPv6地址（PC2自身接口IP地址），以及对应的链路层地址（PC2接口mac地址）；

DAD重复地址检测

IPv6地址的生存期分为tentative、preferred、valid、invalid几个阶段；

接口开始使用一个IPv6地址时，先进入tentative阶段，发送NS邻居请求报文，探测网段上该地址是否已经被使用，通过type 136的ICMPv6报文实现，源IP为未指定地址，目的IP为想要使用地址的请求组播地址，源MAC为自身MAC地址，目的MAC为请求组播地址对应的组播MAC地址，报文内容携带想要使用的IPv6地址；

如果没有收到NA邻居通告回应，说明网段上该地址未被使用，进入preferred阶段，可以使用该地址进行通信；如果收到NA邻居通告回应，说明网段上该地址已被使用，不会使用该地址进行通信；

邻居状态跟踪

邻居状态跟踪通过type 135的ICMPv6报文和type 136的ICMPv6报文实现，type 134的ICMPv5报文称为NS邻居请求报文，type 136的ICMPv6报文称为NA邻居通告报文；

主机会维护一张IPv6地址到链路层地址的映射表，在主机发送NS邻居请求报文时，会在本地映射表中生存对应的缓存表项，由于还不知道想要请求的IPv6地址对应的链路层地址，将状态标记为incompele；

如果收到NA邻居通告报文，将在本地缓存表得到完整的映射条目，状态标记为Reachable；如果每隔1s，连续发三次NS邻居请求报文，都没收到回应，删除该表项；

状态Reachable的表项超时后（30s），不确定该映射条目是否有效，状态标记为stale；

如果有报文需要向stale状态的IP地址转发，需要先验证表项有效性，发送NS邻居请求报文，状态标记为delay，表示正在验证表项有效性；

如果5s内收到NA邻居通告报文，表示表项有效，状态标记为Reachable；

如果5s内没有收到NA邻居通告报文，说明表项无效，进入probe状态，每隔1s发送一次NS邻居请求报文，连发三次没有收到NA邻居通告响应，删除该表项；如果收到NA邻居通告，则认为邻居有效，进入Reachable状态；

重定向

通过type 137的ICMPv6报文实现

PC1访问R3的地址2001::3,查找路由表默认网关是R2的链路本地地址FE80::2,发送IPv6报文源IP为2000::1，目的IP为2001::3,源MAC为PC1的G0/0/0接口MAC，目的MAC为R2的G0/0/0接口MAC；

R2收到后，根据目的IP地址2001::3查找路由表，发现出接口和收到报文的接口一致，向PC1发送type 137的ICMPv6重定向报文，告知PC1去往2001::3的报文直接向FE80::3转发，重定向报文源IP为FE80::2，目的IP为2000::1，源MAC为R2的G0/0/0接口MAC，目的MAC为PC1的G0/0/0接口MAC；

PC1收到后，后续发往2001::3的报文直接转发给FE80::3;

pathMTU

通过type 2的ICMPv6报文（packet too big差错消息）来实现；

如果PC1有超过MTU1500的报文要发送，会按照MTU1500进行分片；

R2收到后，发现超过自身转发接口的MTU1400，返回type2的ICMPv6报文，告知PC1 packet too big，需要使用MTU 1400来分片，PC1重重新按照MTU1400来分片；

R3收到后，依然会因为报文超过转发接口MTU 1300，而回送type 2的ICMPv6报文，告知PC1 packet too big，需要按照MTU 1300进行分片，PC1重新按照MTU 1300进行分片，最终达到目的地PC2；

如果是IPv4的话，PC1按照MTU1500进行分片；

R2收到报文重组后，按照MTU1400进行分片；

R3收到报文重组后，按照MTU1300进行分片；

主要任务是把分组从源端传到目的端，为分组交换网上的不同主机提供通信服务。网络层传输单位是数据报。

链路层数据帧可封装数据的上限称为最大传送单元MTU

标识：同一数据报的分片使用同一标识。

中间位DF（Don’t Fragment）：

最低位MF（More Fragment）：

片偏移：指出较长分组分片后，某片在原分组中的相对位置。以8B为单位。除了最后一个分片，每个分片长度一定是8B的整数倍。

IP地址：全世界唯一的32位/4字节标识符，标识路由器主机的接口。IP地址::={<网络号>,<主机号>}

有一些IP地址是不能用的，有其特殊的作用，如：

网络地址转换NAT（Network Address Translation）：在专用网连接到因特网的路由器上安装NAT软件，安装了NAT软件的路由器叫NAT路由器，它至少有一个有效的外部全球IP地址。

此外，为了网络安全，划分出了部分IP地址和私有IP地址，私有IP地址网段如下：

路由器对目的地址是私有IP地址的数据报一律不进行转发。

分类的IP地址的弱点：

某单位划分子网后，对外仍表现为一个网络，即本单位外的网络看不见本单位内子网的划分。

路由器转发分组的算法：

无分类域间路由选择CIDR：

CIDR记法：IP地址后加上“/”，然后写上网络前缀（可以任意长度）的位数。eg 12814320/20

CIDR把网络前缀都相同的连续的IP地址组成一个“CIDR地址块”。

使用CIDR时，查找路由表可能得到几个匹配结果（跟网络掩码按位相与），应选择具有最长网络前缀的路由。前缀越长，地址块越小，路由越具体。

将多个子网聚合成一个较大的子网，叫做构成超网，或路由聚合。方法：将网络前缀缩短（所有网络地址取交集）。

由于在实际网络的链路上传送数据帧时，最终必须使用MAC地址。

ARP协议：完成主机或路由器IP地址到MAC地址的映射。

ARP协议使用过程：

ARP协议4种典型情况：

动态主机配置协议DHCP是 应用层 协议，使用 客户/服务器 方式，客户端和服务端通过 广播 方式进行交互，基于 UDP 。

DHCP提供即插即用联网的机制，主机可以从服务器动态获取IP地址、子网掩码、默认网关、DNS服务器名称与IP地址，允许地址重用，支持移动用户加入网络，支持在用地址续租。

DHCP工作流程如下：

ICMP协议支持主机或路由器：包括差错（或异常）报告和网络探询，分部发送特定ICMP报文

ICMP差错报告报文（5种）：

不应发送ICMP差错报文的情况：

ICMP询问报文:

ICMP的应用：

32位IPv4地址空间已分配殆尽，这时，可以采用更大地址空间的新版本的IPv6，从根本上解决地址耗尽问题

IPv6数据报格式如下图

IPv6的主要特点如下：

IPv6地址表示形式：

零压缩：一连串连续的0可以被一对冒号取代。双冒号表示法在一个地址中仅可出现一次。

IPv6基本地址类型：

IPv6向IPv4过渡的策略：

R1的路由表/转发表如下：

最佳路由：“最佳”只能是相对于某一种特定要求下得出的较为合理的选择而已。

路由算法可分为

由于因特网规模很大且许多单位不想让外界知道自己的路由选择协议，但还想连入因特网，可以采用自治系统来解决

自治系统AS：在单一的技术管理下的一组路由器，而这些路由器使用一种AS内部的路由选择协议和共同的度量以确定分组在该AS内的路由，同时还使用一种AS之间的路由协议以确定在AS之间的路由。

一个AS内的所有网络都属于一个行政单位来管辖，一个自治系统的所有路由器在本自治系统内都必须连通。

路由选择协议

RIP是一种分布式的基于距离向量的路由选择协议，是因特网的协议标准，最大优点是简单。

RIP协议要求网络中每一个路由器都维护从它自己到其他每一个目的网络的唯一最佳距离 [1] 记录（即一组距离）。 RIP协议只适用于小互联网。

RIP是应用层协议，使用 UDP 传送数据。一个RIP报文最多可包括25个路由，如超过，必须再用一个RIP报文传送。

RIP协议的交换

路由器刚开始工作时，只知道直接连接的网络的距离（距离为1），接着每一个路由器也只和数目非常有限的相邻路由器交换并更新路由信息。

经过若干次更新后，所有路由器最终都会知道到达本自治系统任何一个网络的最短距离和下一跳路由器的地址，即“收敛”。

RIP的特点：当网络出现故障时，要经过比较长的时间(例如数分钟) 才能将此信息传送到所有的路由器，“慢收敛”。

对地址为X的相邻路由器发来的RIP报文，修改此报文中的所有项目：把“下一跳”字段中的地址改为X，并把所有的“距离”字段+1。

开放最短路径优先OSPF协议：“开放”标明OSPF协议不是受某一家厂商控制，而是公开发表的；“最短路径优先”是因为使用了Dijkstra提出的最短路径算法SPF。OSPF最主要的特征就是使用分布式的链路状态协议。 OSPF直接用IP数据报传送。

OSPF的特点：

为了使OSPF 能够用于规模很大的网络，OSPF 将一个自治系统再划分为若干个更小的范围，叫做区域。每一个区域都有一个32 位的区域标识符（用点分十进制表示）。区域也不能太大，在一个区域内的路由器最好不超过200 个。

BGP 所交换的网络可达性的信息就是要到达某个网络所要经过的一系列AS。当BGP 发言人互相交换了网络可达性的信息后，各BGP 发言人就根据所采用的策略从收到的路由信息中找出到达各AS 的较好路由。

一个BGP 发言人与其他自治系统中的BGP 发言人要交换路由信息，就要先建立TCP 连接，即通过TCP传送，然后在此连接上交换BGP 报文以建立BGP 会话(session)，利用BGP 会话交换路由信息。 BGP是应用层协议，借助TCP传送。

BGP协议特点:

BGP-4的四种报文

组播提高了数据传送效率。减少了主干网出现拥塞的可能性。组播组中的主机可以是在同一个物理网络，也可以来自不同的物理网络（如果有组播路由器的支持）。

IP组播地址让源设备能够将分组发送给一组设备。属于多播组的设备将被分配一个组播组IP地址（一群共同需求主机的相同标识）。

组播地址范围为224000～239255255255（D类地址），一个D类地址表示一个组播组。只能用作分组的目标地址。源地址总是为单播地址。

同单播地址一样，组播IP地址也需要相应的组播MAC地址在本地网络中实际传送帧。组播MAC地址以十六进制值01-00-5E打头，余下的6个十六进制位是根据IP组播组地址的最后23位转换得到的。

TCP/IP 协议使用的以太网多播地址的范围是:从01-00-5E-00-00-00到01-00-5E-7F-FF-FF

收到多播数据报的主机，还要在IP 层利用软件进行过滤，把不是本主机要接收的数据报丢弃。

ICMP和IGMP都使用IP数据报传递报文。组播路由器知道的成员关系只是所连接的局域网中有无组播组的成员。

IGMP工作的两个阶段：

只要有一个主机对某个组响应，那么组播路由器就认为这个组是活跃的；如果经过几次探询后没有一个主机响应，组播路由器就认为本网络上的没有此组播组的主机，因此就不再把这组的成员关系发给其他的组播路由器。

组播路由协议目的是找出以源主机为根节点的组播转发树。构造树可以避免在路由器之间兜圈子。对不同的多播组对应于不同的多播转发树；同一个多播组，对不同的源点也会有不同的多播转发树。

组播路由选择协议常使用的三种算法：

移动IP技术是移动结点(计算机/服务器等)以 固定的网络IP地址 ，实现跨越不同网段的 漫游 功能，并保证了基于网络IP的网络权限在漫游过程中不发生任何改变。

路由器是一种具有多个输入端口和多个输出端口的专用计算机，其任务是转发分组。

若路由器处理分组的速率赶不上分组进入队列的速率，则队列的存储空间最终必定减少到零，这就使后面再进入队列的分组由于没有存储空间而只能被丢弃。 路由器中的输入或输出队列产生溢出是造成分组丢失的重要原因。

路由器(网络层)可以互联两个不同网络层协议的网段。

网桥(链路层)可以互联两个物理层和链路层不同的网段。

集线器(物理层)不能互联两个物理层不同的网段。

路由表根据路由选择算法得出的，主要用途是路由选择，总用软件来实现。

转发表由路由表得来，可以用软件实现，也可以用特殊的硬件来实现。转发表必须包含完成转发功能所必需的信息，在转发表的每一行必须包含从要到达的目的网络到输出端口和某些MAC地址信息的映射。

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