什么是IPv6
IPv6，全称Internet Protocol version 6，即网际协议版本6，也叫互联网通信协议第六版。是互联网
工程任务组（IETF）设计的用于替代IPv4的下一代IP协议，其地址数量号称可以为全世界的每一粒沙子编
上一个地址。由于IPv4最大的问题在于网络地址资源有限，严重制约了互联网的应用和发展。IPv6的使用，
不仅能解决网络地址资源数量的问题，而且也解决了多种接入设备连入互联网的障碍。
IPv6与IPv4优势对比
● IPv6具有更大的地址空间
IPv4中规定IP地址长度为32，最大地址个数为2^32；而IPv6中IP地址的长度为128，即最大地址个数为
2^128。与32位地址空间相比，其地址空间增加了2^128-2^32个。
● IPv6使用更小的路由表
IPv6的地址分配一开始就遵循聚类（Aggregation）的原则，这使得路由器能在路由表中用一条记录（E
ntry）表示一片子网，大大减小了路由器中路由表的长度，提高了路由器转发数据包的速度。
● IPv6具有更高的安全性。
在使用IPv6网络中用户可以对网络层的数据进行加密并对IP报文进行校验，在IPV6中的加密与鉴别选项
提供了分组的保密性与完整性。极大的增强了网络的安全性。
● IPv6增加了增强的组播（Multicast）支持以及对流的控制（Flow Control），这使得网络上的多媒体
应用有了长足发展的机会，为服务质量（QoS，Quality of Service）控制提供了良好的网络平台。
● IPv6加入了对自动配置（Auto Configuration）的支持。这是对DHCP协议的改进和扩展，使得网络（尤
其是局域网）的管理更加方便和快捷。
IPv6地址的格式
IPv6地址的长度为128位，相比IPv4地址长度32位变的更长，因此IPv6地址采用每4位组合起来转换成16进
制的方式，每4个16进制数再以冒号分隔成8段，例如：2001:0000:0001:00a2:0000:0000:0000:0ec3。每
一节中起始的0可以省略，全是0的使用一个0表示。
省略前：2001:0000:0001:00a2:0000:0000:0000:0ec3
省略后：2001:0:1:a2:0:0:0:ec3
然后，用双冒号替代一组联续出现的0，只能取代一组，所以选最长的一组。
取代前：2001:0:1:a2:0:0:0:ec3
取代后：2001:0:1:a2::ec3
最终，2001:0000:0001:00a2:0000:0000:0000:0ec3 = 2001:0:1:a2::ec3
IPv6地址分类
IPv6主要有三种类型的地址：单播地址、组播地址和任播地址。
● 单播地址：用来唯一标识一个接口，类似于IPv4的单播地址。发送到单播地址的数据报文将被传送给此地
址所标识的接口。
● 组播地址：用来标识一组接口（通常这组接口属于不同的节点），类似于IPv4的组播地址。发送到组播地
址的数据报文被传送给此地址所标识的所有接口。
● 任播地址：用来标识一组接口（通常这组接口属于不同的节点）。发送到任播地址的数据报文被传送给此
地址所标识的一组接口中距离源节点最近（根据使用的路由协议进行度量）的一个接口。
注：IPv6中没有广播地址，广播地址的功能通过组播地址来实现。
IPv6的Prefix
在IPv6网络，路由器使用Prefix来判断IPv6地址是否位于同一个网络，比较普遍的方式是将128位的IPv6
地址切割成64位的Prefix和64位的Interface ID，IPv6 Prefix长度的表示方法是在地址后面加上/xx，
例如上图中的::1/128，表示Prefix为128位。假设所有IPv6地址都使用64位Prefix，就可以拥有2^64个
网络，每个网络可以容纳2^64个IP地址，2的64次方:18446744073709551616，这是个天文数字。所以在
IPv6网络里，已经不需要再把网络分成Subnet。
EUI-64
IPv6单播地址中的接口标识符用来标识链路上的一个唯一的接口。目前IPv6单播地址基本上都要求接口标
识符为64位。IEEE EUI-64格式的接口标识符是从接口的链路层地址（MAC地址）变化而来的。IPv6地址中
的接口标识符是64位，而MAC地址是48位，因此需要在MAC地址的中间位置（从高位开始的第24位后）插入
十六进制数FFFE（1111111111111110）。为了确保这个从MAC地址得到的接口标识符是唯一的，还要将Uni
versal/Local (U/L)位（从高位开始的第7位）设置为“1”。最后得到的这组数就作为EUI-64格式的接口标
识符。IPv6地址太长，如果要逐个端口配置IPv6地址是件很痛苦的事情，使用EUI-64就可以只设定Prefix
部份，然后接口就会用MAC地址自动生成Interface ID，大大减少工作量。
举例，MAC地址：0012-3400-ABCD
中间插入FFFE使其成为EUI-64 Interface ID: 0012:34FF:FE00:ABCD
最后把第7位改成1：0212:34FF:FE00:ABCD
Link-Local Address
Link-Local Address，链路本地地址，链路本地地址的前10位为1111111010。此地址用于邻居发现协议，
也用于无状态自动配置中本地链路上节点之间的通信。使用链路本地地址作为源或目的地址的数据报文不会
被转发到其他链路上。通常使用FE80::/10表示。下面我们演示一下如何配置Link-Local Address。如下
图路由器R1与R2通过f0/0互联。
1、手动配置R1 f0/0的Link-Local IPv6地址：
R1(config)#int fa0/0
R1(config-if)#ipv6 address fe80::1234 link-local
2、查看R1 f0/0的Link-Local IPv6地址：
R1#show ipv6 interface
3、使用EUI-64自动配置R2 f0/0的Link-Local IPv6地址：
R2(config)#int fa0/0
R2(config-if)#ipv6 enable
4、查看R2 f0/0的Link-Local IPv6地址：
R2#show ipv6 interface
5、从R2 Ping R1的IPv6 Link-Local 地址，注意，Ping Link-Local地址时要指定端口
R2#ping fe80::1234
Output Interface: fastethernet0/0
6、IPv6没有ARP机制，两个相连的设备配置好IPv6地址后，会自动生成IPv6 Neighbor。
Uniquel Local Address
Uniquel Local Address，站点本地地址，前10位为1111111011或FEC0::/10。与IPv4中的私有地址类似
（10.0.0.0/8、172.16.0.1/12、192.168.0.0/16）。使用站点本地地址作为源或目的地址的数据报文不
会被转发到本站点（相当于一个私有网络）外的其它站点，也就是在Internet上不可路由。私有地址在IPv4
中被广泛使用在NAT中用来弥补IPv4地址不足的情况，而在IPv6中，ip地址非常充足，所以站点本地地址通
常只用在测试环境中。
1、手动配置R1 f0/0的IPv6站点本地地址：
R1(config)#int fa0/0
R1(config-if)#ipv6 address FC00::4321/64
2、查看R1 f0/0的IPv6站点本地地址
R1#show ipv6 interface
3、使用EUI-64自动配置R2 f0/0的IPv6站点本地地址：
R2(config)#int fa0/0
R2(config-if)#ipv6 address FC00::/64 eui-64
4、查看R2 f0/0的IPv6站点本地地址
R2#show ipv6 interface
5、从R2 Ping R1的IPv6的站点本地地址。
R2#ping fc00::4321
Global Aggregatable Address
Global Aggregatable Address，全球单播地址，前三位是001或2000::/3。等同于IPv4公网地址，提
供给网络服务提供商。这种地址类型允许路由前缀的聚合，从而限制了全球路由表项的数量。全球单播地
址的设定方法与上面介绍的配置站点本地地址相同，这里我们就不演示了。其中2002::/16特别用作6to4
Tunnel。
无状态地址自动配置
Stateless Address Autoconfiguration（SLAAC），无状态地址自动配置。在IPv4网络中，我们可以通
过DHCP让端口自动获取到IP地址，而在IPv6网络里，则通过Auto-configuration来获取IP地址。前面我们
说过EUI-64可以自动产生Interface ID，所以现在要解决的就是如何自动获得Prefix。IPv6使用的是Stat
eless Address Autoconfiguration，Interface向Link-Local发出RS（Router Solicitation）多播
请求来获取配置参数，IPv6 Router回应RA（Router Advertisement）包含Internet层配置参数的路由器
宣告报文进行回应。下面我们来进行一下演示，R1为路由器，R2通过SLAAC获取IP地址。
1、配置R1的接口配置IPv6地址
R1(config)#int fa0/0
R1(config-if)#ipv6 address 2001::/64 eui-64
2、配置R2的接口，启用IPv6，只让它先有一个Link-Local地址
R2(config)#int fa0/0
R2(config-if)#ipv6 enable
3、在R1上开启IPv6 Routing，使其成为IPv6 Router。这样R1在收到RS后便会回应RA。
R1(config)#ipv6 unicast-routing
4、配置R2通过Auto-configuration获取IPv6地址，通过R1获得Prefix，2001::/64。
5、通show ipv6 route命令可以看到prefix:2001::/64通过fa0/0获得。
IPv6 Tunneling
将互联网完全从IPv4转换到IPv6将会是一个及其漫长的过程，目前IPv4仍然占据重要地位。所以在这个转
换的过程中，将会有相当长的一个时期IPv4与IPv6会共同存在于互联网当中。如果两张网完全各自独立是
不现实的，所以就需要一种技术实现IPv4可以与IPv6网络互通。IPv6 Tunneling可以让IPv6报文包裹在
IPv4之中进行传输，IPv6 Tunneling有两种技术，分别是ISATAP和6to4 Tunnel。
ISATAP
ISATAP（Intra-Site Automatic Tunnel Addressing Protocol）是一种IPv6转换传送机制，允许IPv6
数据包通过IPv4网络上双栈节点传输。它将IPv4地址夹入IPv6地址中，当两台 ISATAP 主机通讯时，可自
动抽取出IPv4地址建立Tunnel即可通讯，且并不需透过其它特殊网络设备，只要彼此间IPv4网络通畅即可。
ISATAP分为Server与Client两个角色，Client向Server请求IPv6地址并建立IPv6 Tunnel。这样Client
便可以透过ISATAP Server与IPv6网络通讯。我们以下面的场景来演示一下ISATAP如何工作。
● R1和R2位于IPv4网络中，R1(ISATAP Client)的default Route指向R2，无法与IPv6网络进行通信。
● R2与R3跑EIGRP，让R1可以与R3(ISATAP Server)通过IPv4进行通信。
● R3是ISATAP Server，充当中介的角色，连接IPv4和IPv6网络。
● R3与R4跑OSPFv3。
● R4和R5位于IPv6网络中，只有IPv6地址，没有IPv4地址。
1、配置R1的IP地址和Default Route。
R1(config)#int fa0/0
R1(config-if)#ip address 192.168.1.1 255.255.255.0
R1(config)#ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 192.168.1.2
R1#show ip route
2、配置R2的两个接口的IP地址，并配置EIGRP。
R2(config)#int e0/0
R2(config-if)#ip address 192.168.1.2 255.255.255.0
R2(config)#int e0/1
R2(config-if)#ip address 192.168.2.2 255.255.255.0
R2(config)#router eigrp 1
R2(config-router)#network 192.168.1.0
R2(config-router)#network 192.168.2.0
3、配置R3的两个接口，并配置EIGRP和OSPF
R3(config)#ipv6 unicast-routing
R3(config)#int e0/0
R3(config-if)#ip address 192.168.2.1 255.255.255.0
R3(config)#int e0/1
R3(config-if)#ipv6 address 2001:DB8:33::3/64
R3(config-if)#ipv6 ospf 1 area 0
R3(config)#router eigrp
R3(config-router)#network 192.168.2.0
R3(config)#ipv6 router ospf 1
R3(config-rtr)#router-id 3.3.3.3
4、配置R4两个端口的IP地址，并配置OSPF。
R4(config)#ipv6 unicast-routing
R4(config)#int e0/0
R4(config-if)#ipv6 address 2001：DB8:33::4/64
R4(config-if)#ipv6 ospf 1 area 0
R4(config)#ipv6 unicast-routing
R4(config)#int e0/1
R4(config-if)#ipv6 address 2001：DB8:55::3/64
R4(config-if)#ipv6 ospf 1 area 0
R4(config)#ipv6 router ospf 1
R4(config-rtr)#router-id 4.4.4.4
5、配置R5的IP地址，并确认R5可以从R4收到RA Default Route。
R5(config)#int e0/0
R5(config-if)#ipv6 address 2001：DB8:55::4/64
R5#show ipv6 route
6、确认EIGRP和OSPF运行正常。
7、在R3上配置Tunnel 1
R3(config-if)#ipv6 address 2001:DB8:3::3/64 eui-64
R3(config-if)#ipv6 ospf 1 area 0
R3(config-if)#tunnel source 192.168.2.1
R3(config-if)#tunnel mode ipv6ip isatap
8、在R1上配置Tunnel 1
R1(config-if)#ipv6 address autoconfig
R1(config-if)#ipv6 enable
R1(config-if)#tunnel source 192.168.1.1
R1(config-if)#tunnel destination 192.168.2.1
R1(config-if)#tunnel mode ipv6ip
9、如果配置正确，R1将会从R3获取到IPv6地址，同时还会得到IPv6 Default Route。
10、现在从R1 Ping R5的IPv6地址。现在IPv4网络中的R1已经可以与IPv6网络中的R5进行通信。
11、通过Traceroute可以看到R1直接通过R3连接到了IPv6网络。
6to4 Tunnel
ISATAP比较适合单机连接到IPv6网络，并且现在大部分OS都支持ISATAP，比如Windows、Linux系统。如果
希望把两个IPv6网络通过IPv4连接起来，即点对点连接，则使用6to4比较合适。我们以下图为例，这是一个
全路由网络的示例 ，来演示一下如何配置6to4 Tunnel将两个独立的IPv6网络通过IPv4网络打通。
● R2和R3位于IPv4网络中，配置6to4 tunnel。
● R1和R5位于IPv6网络A中，通过R1连接到R2。
● R4和R6位于IPv6网络B中，通过R4连接到R3。
1、首先配置R2，这里我们使用Loopback0接口用作Tunnel Source，R2与R3的Loopback0接口配置静态路
由。然后还需要配置IPV6 OSPF，以及开启ipv6 unicast-routing。最后注意按规划正确配置各接口的IP
地址。
2、配置R3，R3需要配置的内容与R2相同，注意仔细按上图配置正确的IP地址。
3、配置R1和R4，同样需要开启ipv6 unicast-routing，配置ipv6 ospf，各接口配置正确的IPv6地址。
4、R5和R6同样需要开启ipv6 unicast-routing，配置ipv6 ospf，各接口配置正确的IPv6地址。
5、通过以上配置，6to4的演示环境就完成了，下面我们验证一下R5与R6是否可以通信，如果可以，说明
6to4 Tunnel配置成功。分别在R5和R6上进行以下测试。
● R5:
show ipv6 route ospf #查看R5的ospf external route
ping 2002.303.303.46::6 #ping R6的IPv6地址
traceroute 2002.303.303.46::6 #查看路由路径
● R6:
show ipv6 route ospf #查看R6的ospf external route
ping 2002.202.202.15::5 #ping R5的IPv6地址
traceroute 2002.202.202.15::5 #查看路由路径
