《CiscoIPv6网络实现技术》[PDF]

前言

IPv6在1992年由IETF推出。与IPv4地址空间匮乏相比，IPv6在今天看来将成为基本的、容易安装的解决方案。由于其设计基于IPv4协议过去20年的经验，IPv6的效率较IPv4有显著的提高。
对于IPv6，我们不得不改变思维方式，因为IPv6协议不仅仅是为网络(如当前的IPv4因特网)上的计算机而设计的。IPv6应用于所有的通信设备，如蜂窝设备、无线设备、电话、个人数字助理、电视、广播设备等，而不只限于计算机。
IPv6的一个主要目标是通过简化任何基于IP网络的实施、运营和管理，使路由器成为网络的关键组件。而且，对于将有数十亿个节点设备的全球网络，如3G基础设施，IPv6比IPv4更先进，更具规模扩展性。IPv6的一些优势包括：巨大的地址空间、简单的数据包头、自动配置、网络重编号、网络聚合、多穴、过渡以及与现有的IPv4基础设施并存。
从长远角度来看，因特网专家和高层分析人员一致认为因特网必须升级到IPv6。事实上，IPv6的最终目标是完全替代IPv4。因此，IPv6的长远市场是巨大的，意味着世界各地的数十亿台节点设备和网络。
Cisco系统公司是全球领先的网络互连硬件和软件供应商。Cisco从1995年(即IPv6的早期设计阶段)开始就参与了IETF IPv6的标准化过程。因为Cisco技术承载着全部因特网流量的80％，显然，Cisco是IPv6在全球实施的一个关键角色。
注：因为在本书中，要列出一份最新的Cisco IOS软件技术为不同平台已经或将要支持的IPv6功能列表是困难的，建议您访问www．cisco．com获得最新的可用功能列表。可以在“从这儿开始：Cisco IOS软件版本IPv6功能”手册中找到最新列表，也可以在CCO功能导航中找到最新列表。
本书目标
全面理解IPv6技术机制、Cisco IOS软件技术的IPv6新功能、Cisco路由器与IPv6实现的互操作性对实施可扩展的、可靠的IPv6网络是最基本的。
因此，本书重点介绍Cisco IPv6的实现，以及在Cisco路由器上设计、配置、部署和调试IPv6的深入的技术参考。通过书中所有的IPv6功能操作实例，您将获得Cisco技术IPv6的专门知识。
本书读者
本书面向企业和提供商市场的专业人员，如规划人员、网络设计者、系统工程师、网络经理、管理员以及任何技术人员。那些计划使用Cisco技术实施IPv6网络、提供IPv6连接并在网络骨干中应用IPv6的专业人员有必要阅读本书。因为本书提供了许多应用IPv6和Cisco IOS软件技术的例子、图解、IOS命令和建议，您将发现本书是值得一读的。
本书包含描述、设计、配置、维护和运营基于Cisco路由器的IPv6网络骨干的所有知识。为了全面理解本书的知识，您需要有一点儿IPv4的背景并能够操作Cisco路由器。
本书结构
虽然您可以逐页地通读全书，但本书的设计灵活，您可以随意地跳读任何章节，方便地查找到您所需要的内容。
本书分为五部分。第一部分介绍了IPv6的发展过程、理论基础和优势。第二部分详细说明IPv6的基本特征和高级特征，然后解释使用Cisco IOS软件技术进行设计、应用、配置和路由IPv6网络。第三部分讲述主要的整合和共存机制，并描述使用不同的策略、在当前的IPv4基础设施上整合IPv6。这部分还包括了使用Cisco IOS软件技术与不同的支持IPv6主机实现进行网络互联的例子。第四部分叙述6bone的设计，以及这个全球范围的IPv6骨干的运作机制。这部分还提供了一些信息，帮助ISP了解在IPv6因特网上成为IPv6提供商的步骤和规则。第五部分包括附录和术语表。
下面重点说明了涉及的主题和本书的组织结构：
第一部分：IPv6综述和缘由
第1章 IPv6介绍
本章概述了新的IPv6协议。通过指出IPv4的问题，如IPv4地址空间枯竭、快速增长的全球因特网路由选择表以及应用网络地址转换(NAT)机制的许多隐含条件，从而更具体地探讨了IPv6的理论依据。本章还介绍了IPv6的发展过程，并综述了IPv6的各种特征，如巨大的地址空间、地址层次结构、网络聚合、自动配置、网络重编号、有效的包头、移动性、安全性以及从IPv4到IPv6的过渡。
第二部分：IPv6设计

.第2章 IPv6编址
本章讨论了IPv6的基本知识，讲解了在Cisco路由器上应用基本的IPv6配置。更具体地说，本章详细描述了新的IPv6头、IPv6寻址结构、高层协议UDP与TCP、IPv6地址表示，以及如本地链路、本地站点等所有的IPv6地址类型。本章还解释并提供了许多例子，包括在一台路由器上启用IPv6功能、为网络接口启用并分配IPv6地址、使用EUI-64格式配置地址、检查接口的IPv6配置信息。
第3章 深入探讨IPv6
本章是本书中关键的一章。描述了IPv6的高级特征和机制，如邻居发现协议(NDP)、无状态自动配置、前缀通告、重复地址检测(DAD)、替代ARP、IPv6消息控制协议(ICMPv6)、路径MTU发现(PMTUD)、域名系统(DNS)新的AAAA记录、DHCPv6、IPSec以及移动IPv6。然后，为了帮助您掌握这些IPv6高级特征的操作知识，第3章涵盖了在Cisco路由器上启用并管理前缀公告、对一个网络重新编号、定义IPv6标准的和扩展的访问控制列表(ACL)等内容。本章还提供了一些例子，使用支持IPv6的工具和命令(如show、debug、ping、traceroute、Telnet、ssh和TFTP，这些是IOS的EXEC命令)在Cisco路由器上验证、管理并调试IPv6配置。
第4章 IPv6路由选择
本章通过将IPv6路由选择协议EGP、IGP与IPv4相应的协议作比较，解释了IPv6路由选择协议EGP和IGP的区别。和在IPv4中一样，路由选择协议对IPv6路由域是不可或缺的。第4章首先概述了这些路由选择协议为支持IPv6而做的更新和修改，内容包括域问路由选择协议BGP4+、域内路由选择协议RIPng、支持IPv6的IS-IS和OSPFv3。本章还讨论并提供了在Cisco路由器上启用、配置和管理这些IPv6路由选择协议的实例。更具体地讲，本章包括配置静态和默认的IPv6路由，启用和配置支持IPv6的BGP4+，建立多跳BGP4+配置，在BGP的IPv6对等点间配置BGP4+以交换IPv4路由，应用BGP4+为IPv6配置前缀过滤和路由映射，BGP4+使用本地链路地址，配置RIPng，启用和配置支持IPv6的IS-IS和OSPFv3，向BGP4+、RIPng、支持IPv6的IS-IS和OSPFv3中重分配IPv6路由。本章最后一节描述了在Cisco IPv6快速转发(CEFv6)中使用的命令，也描述了使用show和debug命令管理一些路由选择协议。
第三部分：IPv4和IPv6的共存与整合
第5章 IPv6的整合和共存策略
本章讲述了IPv6中主要的整合和共存策略，这些策略的目的在于维持与IPv4的完全后向兼容并允许从IPv4到IPv6的平稳过渡。本章描述的整合和共存策略包括：双栈方法；在IPv4网络上隧道传输IPv6数据包的多种协议和方法，如配置隧道、隧道代理、隧道服务器、6到4(6to4)、GRE隧道、ISATAP和自动IPv4兼容隧道；IPv6单协议网络到IPv4单协议网络的过渡机制，如应用层网关和NAT-PT。另外，本章讲述了启用双栈功能，启用配置隧道，启用6到4(6to4)，使用6到4中继，在GRE上实施IPv6，启用ISATAP隧道，启用NAT-PT，以及应用静态和动态NAT-PT配置。本章还提供了一些验证和调试这些过渡方法的例子。
第6章 IPv6主机和Cisco的互联
本章讲述了在各种操作系统上启用和配置IPv6，以便与Cisco IOS软件技术互联，这些操作系统包括：微软Windows NT、2000和XP；Solaris 8；FreeBSD 4．X；Linux和Tru64 UNIX。还包括一些关于IPv6主机实现和Cisco路由器之间使用无状态自动配置、双栈方法、配置隧道和6到4进行网络互联的例子。
第四部分：IPv6骨干网
第7章 连接IPv6因特网
本章讨论了如何构建IPv6因特网、如何与之连接。更具体地说，本章描述了6Bone的构架、设计、编址和路由选择策略以及如何成为该IPv6骨干网的伪TLA，也讲述了策略分配和在正常运行的IPv6因特网上区域因特网注册机构(RIR)如何分配地址。本章列出了成为IPv6提供商的准则，描述了地址分配、向客户进行地址再分配以及提供商如何将IPv6连接提供给客户。
第五部分：附录
附录A Cisco IOS软件的IPv6命令
本附录列出了Cisco IOS软件技术中已有的IPv6命令和在本书中出现的命令。
附录B 复习题答案
本附录提供了每章的复习题答案。案例分析问题的答案在每章的后面能够找到。
附录C 与IPv6有关的RFC
本附录列出了探讨IPv6技术规范的IETF RFC。
术语表
本部分提供了由IPv6引入的新技术术语的定义。
本书中用到的图标
Cisco使用下列图标表示不同的网络设备。
在本书中，将会出现其中的一些图标。
命令语法惯例
本书使用与《IOS命令参考手册》相同的命令语法惯例，描述如下：
竖线(｜)分开二选一的、互斥的元素。
方括号([])表示一个可选元素。
花括号(｛｝)表示一个必需的选择。
方括号内加花括号([{}])表示在一个可选元素内的必需的选择。
黑体表示直接输入的命令和关键字。在配置例子和输出中(不是通常的命令语法)，
黑体表示由用户手工输入的命令(例如show命令)。
斜体表示要用户提供实际值的变量。


序言

近年来，因特网得到了快速发展、应用和普及，网络在人们的日常生活和工作中起着日益重要的作用。目前占有因特网地址的主要设备早已由20年前的大型机变为PC机，越来越多的其他设备连接到因特网上，包括PDA、汽车、手机、各种家用电器和传感器等。尤其是移动通信正在从传统的话音通信向数据通信演化，要发展移动因特网业务，每一个手机都要求设置一个IP地址(我国目前已经有2．4亿手机用户)，将来每一台带有联网功能的电视、空调、微波炉等也需要设置一个IP地址。IPv4显然已经无法满足这些要求。
早在20世纪90年代初期，因特网工程任务组(IETF)就开始着手下一代因特网协议IPng的制定工作。1994年7月，IETF决定以SIPP作为IPng的基础，同时把地址长度从64比特增加到128比特。这种新的IP协议称为IPv6。制定IPv6的专家们充分总结了早期制定IPv4的经验以及因特网的发展和市场需求，认为下一代因特网协议应侧重于网络的容量和性能。IPv6继承了IPv4的优点，摒弃了它的缺点。IPv6与IPv4是不兼容的，但它同TCP／IP协议簇中所有其他的协议兼容，即IPv6完全可以取代IPv4。同IPv4相比较，IPv6在地址容量、安全性、网络管理、移动性以及服务质量等方面有明显的改进，是下一代因特网可采用的比较合理的协议。
1998年12月，草案标准RFC2460发布之后，IPv6实际上已经相当成熟。但是IPv6在很长一段时间里未能得到推广应用，全球只有少数几个实验网。这是因为IPv4和IPv6是不兼容的，庞大的IPv4网络要转换成IPv6是非常困难的。另外一方面的原因是对IPv6的需求还不够迫切，市场还不成熟，厂商也不急于开发生产相关设备。近一两年，情况开始发生变化，商用IPv6网布设进入议事日程，如3G移动通信标准组织3GPP决定WCDMA Re15采用IPv6。在移动数据通信市场需求的拉动下，各国，各方面都加大了向IPv6过渡的投资力度，纷纷建立各种规模的实验网，不少厂商推出了各种支持IPv6的网络设备，各种操作系统也都开始支持IPv6。我国已经有多个正在进行的IPv6科研和实验网计划，一些电信运营商也在建立自己的IPv6网。不久，国家的下一代因特网(IPv6)计划将开始实施。
IPv6的建设运营将对网络管理和维护人员提出更高的要求。管理和维护因特网的地址操作、互联互通过程中隧道的配置、IPv6路由选择的能力、IPv6的报文分段、IPv6的邻居发现、IPv6的安全业务和服务质量等都给配置带来了新的问题和负担，对系统管理员和网络的运维提出了新的挑战。科研人员以及网络管理和维护人员对IPv6的学习有迫切的需求。
本书是思科公司系列丛书中的一本，主要讲述IPv6网络的实现。中国科学院声学研究所DSP中心的几位博士研究生正在参加“IPv6有线无线接入系统关键技术研究”项目研究，他们在撰写博士论文的同时翻译了此书，希望本书能够对学习IPv6的读者有所帮助。


内容简介

本书介绍了Cisco IPv6的实现技术，以及在Cisco路由器上设计、配置、部署和调试IPv6的深入的技术参考。通过书中的所有IPv6功能操作实例，您将获得Cisco IPv6技术的专门知识。
本书分为五部分。第一部分介绍了IPv6的发展过程、理论基础和优势。第二部分详细说明IPv6的基本特征和高级特征，然后解释使用Cisco IOS软件技术进行设计、应用、配置和路由IPv6网络。第三部分讲述主要的整合和共存机制，并描述使用不同的策略，在当前的IPv4基础设施上整合IPv6。这部分还包括了使用Cisco IOS软件技术与不同的支持IPv6主机实现进行网络互联的例子。第四部分叙述6bone的设计，以及这个全球范围的IPv6骨干的运作机制。这部分还提供了一些帮助ISP了解在IPv6因特网上成为IPv6提供商的步骤和规则。第五部分包括附录和术语表。
本书面向企业和提供商市场的专业人员，如规划人员、网络设计者、系统工程师、网络经理、管理员以及任何技术人员。
本书是一本中、高级技术参考书，可以帮助读者理解IPv6的原理和技术实现，并有助于通过相关的Cisco认证考试。

第一部分 IPv6综述和缘由
第重章 IPv6介绍
1．1 IPv6的理论根据
1．2 IPv4地址空间
1．2．1 当前IANA的IP地址空间分配
1．2．2 Internet的未来增长
1．3 IPv4地址空间耗尽
1．4 IPv6的历史
1．5 IPv5
1．6 网络地址转换
1．7 IPv6的特点
1．7．1 大的地址空间
1．7．2 全球可达性
1．7．3 编址层次等级
1．7．4 聚合
1．7．5 多重地址
1．7．6 自动配置
1．7．7 重新编址
1．7．8 多播使用
1．7．9 高效包头

.1．7．10 流标签
1．7．11 扩展包头
1．7．12 移动性
1．7．13 安全性
1．7．14 过渡
1．8 总结
1．9 复习题
1．10 参考文献
第二部分 IPv6设计
第2章 IPv6编址
2．1 IP包头
2．1．1 IPv4包头格式
2．1．2 基本IPv6包头格式
2．1．3 IPv6扩展包头
2．1．4 用户数据报协议(UDP)和IPv6
2．1．5 传输控制协议(TCP)和IPv6
2．1. 6 IPv6的最大传送单元(MTU)
2．2 寻址
2．2．1 IPv6地址表示
2．2．2 IPv6地址类型
2．3 IPv6的寻址结构
2．4 在Cisco IOS软件技术上配置IPv6
2．4．1 在Cisco IOS软件技术上打开IPv6功能
2．4．2 数据链路技术之上的IPv6
2．4．3 在网络接口上启用IPv6
2．5 小结
2．6 配置练习：使用Cisco路由器配置一个IPv6网络
2．6. 1 目标
2．6．2 任务1和任务2的网络结构
2．6．3 命令列表
2．6．4 任务1：基本路由器安装和安装新的支持IPv6的Cisco IOS软件
2．6．5 任务2：在路由器上启用IPv6并配置静态地址
2．7 复习题
2．8 参考文献
第3章 深入探讨IPv6
3．1 IPv6因特网控制消息协议(ICMPv6)
3．2 IPv6路径MTU发现(PMTUD)
3．3 邻居发现协议(NDP)
3．3．1 用邻居请求和邻居公告消息替代ARP
3．3．2 无状态自动配置
3．3．3 重复地址检测是如何工作的
3．3．4 前缀重新编址是如何工作的
3. 3．5 路由器重定向
3．3．6 NDP总结
3．4 域名系统(DNS)
3．4．1 AAAA记录
3．4．2 IPv6的资源记录PTR
3．4．3 其他在IPv6中定义的资源记录
3．5 用IPv6访问控制列表(ACL)保护网络
3．5．1 创建IPv6 ACL
3．5．2 在接口上应用IPv6 ACL
3．5．3 定义标准IPv6 ACL
3．5．4 定义扩展IPv6 ACL
3．5．5 管理IPv6 ACL
3．6 Cisco IOS软件的IPv6工具
3．6．1 使用Cisco IOS软件的IPv6 ping命令
3．6．2 使用Cisco IOS软件的IPv6 traceroute命令
3．6．3 使用Cisco IOS软件IPv6 Telnet命令
3．6．4 使用Cisco IOS软件IPv6安全Shell(SSH)
3．6．5 使用Cisco IOS软件IPv6 TFTF
3．6．6 在Cisco IOS软件上启用支持IPv6的HTTP服务器
3．7 IPv6动态主机配置协议(DHCPv6)
3．8 IPv6安全性
3．8．1 IPSec认证包头(AH)
3．8．2 IPSec封装安全有效载荷(ESP)
3．9 移动IP
3．10 总结
3．11 配置练习：用Cisco路由器管理在IPv6网络上的前缀
3．11．1 目标
3．11．2 任务1的网络结构
3．11．3 命令列表
3．11．4 任务1：用本地站点前缀启用路由器公告
3．11．5 任务2的网络结构
3．11．6 任务2：用可聚合全球单播前缀重新编址本地站点前缀
3．12 复习题
3．13 参考文献
第4章 IPv6路由选择
4．1 IPv6路由选择简介
4．1．1 显示IPv6路由选择表
4．1．2 管理距离
4．2 静态IPv6路由
4．2．1 配置静态IPv6路由
4．2．2 显示IPv6路由
4．3 IPv6的EGP协议
4．3．1 BGP-4简介
4．3．2 IPv6的BGP4+
4．4 IPv6的IGP协议
4．4．1 IPv6 RIPng
4．4．2 IPv6 IS-IS
4．4．3 IPv6 OSPFv3
4．4．4 IPv6 EIGRP
4．5 IPv6的Cisco快速转发
4．5．1 在Cisco上启用CEFv6
4．5．2 CEFv6的显示命令
4．5．3 CEFv6的调试命令
4．6 小结
4．7 案例研究：使用Cisco配置静态路由和路由选择协议
4．7．1 目标
4．7．2 命令列表
4．7．3 任务1：在一台路由器上配置静态和默认路由
4．7．4 任务2：在路由器R2上配置eBGP和iBGP对等关系
4．8 复习题
4．9 参考文献
第三部分 IPv4和IPv6的共存和整合
第5章 IPv6的整合和共存策略
5．1 双协议栈
5．1．1 支持IPv4和IPv6的应用
5．1．2 协议栈选择
5．1．3 在Cisco路由器上启用双栈
5．2 在现有的IPv4网络中隧道传输IPv6数据包
5．2．1 为什么采用隧道
5．2．2 IPv6数据包在IPv4中隧道传输如何工作
5．2．3 采用隧道
5．3 IPv6单协议网络到IPv4单协议网络的过渡机制
5．3．1 使用应用层网关(ALG)
5．3．2 使用NAT-PT
5．3．3 其他转换机制
5．3．4 总结
5．4 案例研究：使用Cisco的IPv6整合和共存策略
5. 4．1 目标
5．4．2 命令列表
5．4．3 任务1的网络结构
5．4. 4 任务2的网络结构
5．4．5 任务3的网络结构
5．5 复习题
5．6 参考文献
第6章 IPv6主机和Cisco的互联
6．1 Microsoft Windows上的IPv6
6．1．1 支持IPv6的Microsoft Windows的互联
6．1．2 在Microsoft Windows上启用IPv6
6．1．3 在Microsoft Windows上验证IPv6
6．1．4 Microsoft Windows上的无状态自动配置
6．1．5 在Microsoft Windows上分配静态的IPv6地址和默认路由
6．1．6 在Microsoft Windows中管理IPv6
6．1．7 在Microsoft Windows上定义配置隧道
6．1．8 在Microsoft Windows上使用6to4隧道
6．2 Solaris上的IPv6
6．2．1 Solaris的IPv6互联
6．2．2 在Solaris上启用IPv6
6．2．3 Solaris上的无状态自动配置
6．2．4 在Solaris上分配一个静态IPv6地址和默认路由
6．2．5 在Solaris上管理IPv6
6．2．6 在Solaris上定义配置隧道
6．3 FreeBSD上的IPv6
6．3．1 FreeBSD的IPv6互联
6．3．2 在FreeBSD上验证IPv6支持
6．3．3 FreeBSD上的无状态自动配置
6．3．4 在FreeBSD上分配静态IPv6地址和默认路由
6．3．5 在FreeBSD上管理IPv6
6．3．6 在FreeBSD上定义配置隧道
6．3．7 在FreeBSD上使用6to4
6．3．8 OpenBSD和NetBSD
6．4 Linux上的IPv6
6．4．1 使用IPv6互联Linux
6．4．2 验证Linux的IPv6支持
6．4．3 Linux的无状态自动配置
6．4．4 在Linux上分配静态IPv6地址和默认路由
6．4．5 Linux的IPv6管理
6．4．6 在Linux上定义配置隧道
6．4．7 在Linux上使用6to4
6．4．8 在Linux上使用6to4中继
6．5 Tru64 UNIX上的IPv6
6．5．1 Tru64的无状态自动配置
6．5．2 在Tru64上分配静态IPv6地址和默认路由
6．5．3 在Tru64上管理IPv6
6．5．4 在Tru64上定义配置隧道
6．6 其他支持IPv6的主机实现
6．7 总结
6．8 案例研究：IPv6主机和Cisco互联
6．8．1 目标
6．8．2 命令列表
6．8．3 配置练习的网络结构
6．8．4 任务1：配置路由器R1的网络接口
6．8．5 任务2：在Solaris上启用无状态自动配置并分配一个静态IPv6地址
6．8．6 任务3：在路由器R1上配置隧道接口
6．8．7 任务4：在Microsoft Windows XP上启用6to4
6．8．8 任务5：在FreeBSD上定义配置隧道
6．9 复习题
6．10 参考文献
第四部分 IPv6骨干网
第7章 连接IPv6因特网
7．1 6bone
7．1．1 6bone拓扑结构
7．1．2 6bone结构
7．1．3 6bone上的IPv6寻址
7．1．4 成为6bone中的pTLA
7．1．5 6bone中的路由选择策略
7．1．6 6bone路由注册
7．2 IPv6因特网
7．2．1 区域因特网注册机构
7．2．2 注册机构的IPv6地址分配策略
7．2．3 地址分配
7．3 连向商用IPv6因特网
7．3．1 成为IPv6提供商
7．3．2 在NAP中交换流量
7．3．3 用户网络连接至IPv6提供商
7．3．4 IPv6提供商地址空间的再分配
7．3．5 IPv6提供商的路由选择和路由聚合
7．3．6 使用过渡和共存机制的主机连接
7．4 产业支持和发展方向
7．4．1 IPv6论坛
7．4．2 6NET
7．4．3 欧洲IPv6工作组
7．4．4 日本IPv6促进委员会
7．4．5 北美IPv6工作组
7．4．6 3G
7．4．7 无线移动因特网论坛(MWIF)
7．4．8 政府
7．5 总结
7．6 复习题
7．7 参考文献
第五部分 附录
附录A Cisco IOS软件的IPv6命令
附录B 复习题答案
附录C 与IPv6有关的RFC
术语表