IPv6入门指南

2019-05-05

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本文是《IPv6系列》文章的第一篇《入门指南》，用于快速了解并上手IPv6。

小慢哥的原创文章，欢迎转载

一. 为什么要了解IPv6

你以为我会讲些“正确的废话”，比如IPv6地址空间巨大，可以让地球上的每一粒沙子拥有一个IP地址？比如IPv6更加安全？

错！我才不在意这些，这跟我们有什么关系。

我要讲的，是不上IPv6，会有哪些后果。

1️⃣ 势不可挡：各大运营商已经在全面铺设IPv6，包括手机、家庭宽带，比如笔者所在地福州的移动4G手机，已经获得IPv6地址。

2️⃣ 坐以待毙：当IPv6占用率达到一定比例的时候，我相信已有的网站、新申请备案的网站，会被强制要求上IPv6，如果不配置，已有网站停止运营、申请备案不予通过。甚至，到那时，手机、家庭宽带，会仅获得IPv6地址，无法获得IPv4地址。最后，IPv4从中国互联网中废除。

通过上述2点，可以知道，作为服务端（如WEB服务提供方）是必须要上IPv6的，否则不仅无法运营、连用户也都无法访问。

那么，内网需要IPv6吗

▪ 家庭内网，比如连着wifi的手机、电脑

▪ 企业内网，比如办公室内每个工位上的电脑

▪ 数据中心内网，比如机房内的服务器、公有云主机

这些内网环境，是否也需要配置ipv6地址？

答：只要你想访问IPv6互联网，就必须要在终端上配置IPv6地址。原因在于“IPv6优先原则”，越来越多的程序，比如各大编程语言的许多主流模块/框架，在进行域名解析时，会通过DNS优先查询AAAA记录（对应IPv4的A记录），若该域名有提供IPv6访问，就必然会解析出AAAA记录。接着，就会优先通过IPv6来访问（即使本机没有配置IPv6，甚至没有启用IPv6），如果IPv6网络不通，则该访问直接失败，即便有的模块/框架在失败后会尝试IPv4，但已经增加了许多的延时

综上所述，IPv6已经来临，而不是还在讨论中，现在没有任何理由继续固守IPv4了。与其坐以待毙，不如主动学习

二. 顾虑：IPv6地址太复杂了，记不住啊

说的好像IPv4地址你能背下来似的，其实IPv6地址只是长度增加，并且展示方式从十进制改为十六进制，具体的计算方式是一样的。而且有dns在，没必要去背IP地址，就算是内网的IPv6地址，也可以通过DHCPv6或者路由器发送RA包来自动生成IPv6地址。

三. 顾虑：每台服务器都有IPv6地址，会暴露整个内网，不安全

担心是对的，但解决方案也和IPv4一样，有2种：

▷ 可以在内网服务器上配置“IPv6私网地址”，这样公网就访问不到了。在IPv6中，私网地址是fd00::/8，这相当于IPv4的10.0.0.0/8、172.16.0.0/12、192.168.0.0/16。然后在网关上配置NAT

▷ 依然用“IPv6公网地址”（即全球单播地址），但在网关上配置“有状态防火墙”

无论是哪种方案，最终都实现了“只出不进”，即服务器可以主动访问IPv6公网，但公网无法主动访问进来，保证了内网的安全。

四. 顾虑：IPv6地址有好几种类型，很难区分和记忆

什么全球单播、唯一本地、链路本地，类型太多了吧？其实，常用的IPv6地址，在IPv4中都能一一对应找到。

▷ 全球单播：对应IPv4的公网

▷ 唯一本地：对应IPv4的私网

▷ 链路本地：在IPv4中也有对应，就是169.254.x.x（这在IPv4中也叫链路本地）

至于其他类型的地址，要不然是被废弃的，要不然就是很少用到的，除非工作所需碰到，否则完全不用理会，上面这3种类型已经足够用了。除了这3种，下面这2个特殊地址一定很常见

▷ ::1，表示环回地址，对应IPv4中的127.0.0.1

▷ ::，表示未指定地址，对应IPv4中的0.0.0.0

五. 需要学哪些知识

▷ 开发、测试、DBA：只需简单了解IPv6即可，也就是本文看明白后基本就够了

▷ 运维人员：除了需要了解IPv6，还需要掌握IPv6通讯的工作原理、防火墙的配置等等，详见《IPv6系列》后续文章

▷ 网工：需要深入了解IPv6，包括IPv6的各类数据包格式、各种架构、多播路由通讯等等

六. IPv6基础知识

关于IPv6的教程，网络上已经有非常多写的很棒的教程了，笔者没有把握能写出更好的，因此《IPv6系列》文章，将把重点放在一些概念、解决方案、很多人没注意到的坑、工作原理等等

IPv6地址长度

▷ IPv4：32 bit

▷ IPv6：128 bit

可以这么记忆，IPv6比IPv4多了一倍的段落，并且每个段落里增加了一倍的长度，所以IPv6比IPv4长了2x2=4倍

IPv6地址组成

▷ IPv4：网络号+主机号/子网掩码，如192.168.1.2/24

▷ IPv6：前缀ID+接口ID/前缀长度，如2001:0000:0000:0000:0011:0000:0000:0010/64

地址简写

▷ IPv4：不支持

▷ IPv6：压缩0

注意：IPv6单个段落内可重复压缩，比如上述可压缩为2001:0:0:0:11:0:0:10/64；若多个段落连续为0，可压缩，但只能压缩一次，比如上述可进一步压缩为2001::11:0:0:10/64，或者2001:0:0:0:11::10/64，通常为前者

检验方法

找一台linux服务器，比如centos7系统，执行ip addr add ${IPv6地址} dev eth0，然后ip addr show dev eth0看一下会如何压缩

IPv6地址分类

注意：表格列出的是比较常见的地址，并非全部地址

另外，除了单播、多播，IPv6相比IPv4新增了一种任播（anycast），任播是属于单播范畴内的，无法单纯从地址识别出任播

术语

▪ 节点：任何运行IPv6的设备

▪ 路由器：转发不是发给自己的IPv6报文的节点

▪ 主机：非路由器的节点

▪ 接口：节点和链路相连的物理或逻辑配件

▪ 链路：由路由器分割的网络接口集合

▪ 邻居：同一链路上的节点

▪ 链路MTU：链路能传输的最大单位，即最大的IPv6报文字节数

▪ 路径MTU：IPv6源端和目的端之间能传输的最大的IPv6报文字节数，通常是路径中所有链路的最小链路MTU

七. IPv6地址生成

▷ IPv4：手工指定、dhcp分配

▷ IPv6：手工指定、dhcp分配、自动生成

在IPv6里，主流方案就是自动生成IP，而不是手工指定或dhcp分配。当然，作为服务端是需要手工指定的，但对于更广阔的客户端来说，基本都是自动生成。这种自动生成的，叫做“无状态”，相对于“无状态”，通过dhcp获取到的固定IP，就叫做“有状态”（dhcp也支持“无状态”，这里不做详解）

除了协议规定的特殊地址，其他可自行分配的地址，都是可以在具体范围内自动生成的，包括链路本地、全球单播、唯一本地。其中全球单播、唯一本地，是在接收到路由器发送的RA包后自动生成，具体生成的是全球单播还是唯一本地，是根据RA包内容中的前缀而定

如何自动生成的

无需关心，只要记住一点，能用即可。因为有多种自动生成的方法，有通过mac地址换算而来，有通过某种算法获得，也可能是完全随机而来，而且有的自动生成的地址还会每隔一段时间自动更换，不同的操作系统实现方法不一样，无法统一

为什么会出现这种无法统一的情况

原因在于IPv6协议一直在发展，新协议推翻老协议，每个实现者（也就是不同的操作系统）的诞生时间不同，所参考的协议就有可能不同，而且有的协议还支持不只一种方式，不同实现者出于不同的考量就会采用不同的方式。怎么办？没办法，要不然不理会，要不然投入精力去研究其不同之处，没有一劳永逸的方法。（这段话不仅适用IPv6地址，还适用其他方面，比如DHCPv6等等）

八. 常用命令

# 查看ip
ip -6 addr

# 查看路由
ip -6 route

# 查看多播地址
ip -6 maddr
netstat -gn

# 查dns AAAA记录（走ipv4线路）
dig -t AAAA fzxiaomange.com
nslookup -query=AAAA fzxiaomange.com

# 查dns AAAA记录（走ipv6线路）
dig @2620:0:ccc::2 -6 -t AAAA fzxiaomange.com
nslookup -query=AAAA fzxiaomange.com 2620:0:ccc::2

# 查dns AAAA记录（走ipv6线路的最纯粹、最完整、最靠谱方法）
dig @2620:0:ccc::2 -t AAAA -6 fzxiaomange.com +trace

# curl
curl -6 https://fzxiaomange.com

# ping
ping6 fzxiaomange.com

# trace route
mtr -6 fzxiaomange.com
traceroute6 fzxiaomange.com
tracert6 fzxiaomange.com
tracepath6 fzxiaomange.com

# 邻居地址解析，类似ipv4的arping
ndisc6 -n 2002::102 eth0

# iptables查看
ip6tables-save

# tcpdump
tcpdump -nnn -i eth0 ip6

九. 在线测试工具

▷ 公共dns列表

https://dns.icoa.cn/ipv6/

▷ 查询网站是否提供IPv6

https://ready.chair6.net/
http://ip6tools.com/#checkWebServer

▷ 查询我自己是否拥有公网IPv6地址

http://www.test-ipv6.com
http://ip6tools.com/#WhatisMyIPv6Address

十. 开启与关闭IPv6

# 检查ipv6是否开启
sysctl -a | grep ipv6 | grep disable # 如果输出的值是一堆0则表示ipv6是开启的
ip -6 addr | grep inet6，如果有看到fe80则表示ipv6是开启的

# 临时禁用ipv6
sysctl -w net.ipv6.conf.all.disable_ipv6=1

# 临时开启ipv6
sysctl -w net.ipv6.conf.all.disable_ipv6=0

# 彻底禁用ipv6
在grub里添加ipv6.disable=1，然后重启操作系统

十一. 在CentOS7上配置静态IPv6地址

1️⃣ 内核参数

# /etc/sysctl.conf里增加
net.ipv6.conf.all.disable_ipv6=0
net.ipv6.conf.default.disable_ipv6=0
net.ipv6.conf.lo.disable_ipv6=0

# 立即生效
sysctl -p

2️⃣ /etc/sysconfig/network里增加一行

NETWORKING_IPV6=yes

3️⃣ /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eth0

DEVICE=eth0
BOOTPROTO=none
ONBOOT=yes
IPV6INIT=yes
IPV6ADDR=2002::102/64
IPV6_DEFAULTGW=2002::1

4️⃣ 重启网络

systemctl restart network

十二. 如何让我的网站对外提供IPv6服务

1️⃣ 找你的运营商要IPv6地址

▷ 如果你的服务器是托管在电信机房里，那么就找电信运营商要，通常会给你一个/48或/56的地址段

▷ 如果你的服务器用的是公有云，比如阿里云、腾讯云，就找他们要，只不过由于IPv6还未全面普及，因此有的地域有提供IPv6，有的没有。另外，提供IPv6的方案也不完全一样，有的是以双栈方式，就是你的云主机里可以直接看到IPv6地址，而有的是负载均衡或者弹性IP方式提供。笔者的网站是放在腾讯云上，用的就是IPv6的L4负载均衡

2️⃣ 接下来，在dns里为自己的网站域名增加AAAA记录。（其实现在很多大厂dns服务器，即NS，还未提供纯IPv6线路的解析，比如笔者的个人网站域名解析商当前不支持ipv6-only，这点会在后续文章里进行详细说明）

3️⃣ 最后一步，测试IPv6，可通过https://ready.chair6.net/进行查询

这里展示下笔者个人网站支持IPv6后的效果