HCIE-IPv6过渡技术

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IPv6过渡技术

IPv6过渡技术简介

  • 当前世界上不同地区对部署IPv6的需求强烈程度不一，且当前IPv4网络仍然占主流地位，因此短时间内IPv6和IPv4将会共存，可以借助双栈技术、隧道技术、转换技术，实现IPv4/IPv6共存业务的互通。
    在这里插入图片描述

隧道技术：IPv6 over IPv4

  • IPv6 over IPv4是通过隧道技术，使IPv6报文在IPv4网络中传输，实现IPv6网络之间的孤岛互连。
  • IPv6 over IPv4隧道原理：
    在这里插入图片描述
  • IPv6 over IPv4隧道分类：
  • IPv6 over IPv4隧道的源IPv4地址必须为手工配置，而目的IPv4地址有手工配置和自动获取两种方式。根据隧道目的IPv4地址的获取方式不同可以将IPv6 over IPv4隧道分为手动隧道和自动隧道。

手动隧道

  • 手动隧道即边界设备不能自动获得隧道目的IPv4地址，需要手工配置，报文才能正确发送至隧道终点。
  • 在这里插入图片描述

实验

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自动隧道

  • 自动隧道中，用户仅需要配置设备隧道的源IPv4地址，隧道的目的IPv4地址由设备自动生成。为了使设备能够自动产生目的IPv4地址，隧道接口的IPv6地址采用内嵌IPv4地址的特殊IPv6地址形式。设备从IPv6报文中的目的IPv6地址中解析出IPv4地址，然后以这个IPv4地址代表的节点作为隧道的终点。
    在这里插入图片描述
  • IPv4兼容IPv6自动隧道数据转发流程：
    • IPv6报文到达R1后，以目的地址::A01:102查找IPv6路由，发现路由的下一跳为虚拟的Tunnel口。
    • R1对IPv6报文进行了封装。封装的时候，IPv6报文被封装为IPv4报文，IPv4报文中的源地址为隧道的源IPv4地址10.1.1.1，而目的IPv4地址直接从IPv4兼容IPv6地址::A01:102的后32位拷贝过来即10.1.1.2。
    • 这个报文被路由器从隧道口发出后，在IPv4的网络中被路由转发到目的地10.1.1.2，也就是R2。R2收到报文后，进行解封装，把其中的IPv6报文取出，送给IPv6协议栈进行处理。
    • R2返回R1的报文也是按照这个过程来进行的。
  • 6to4隧道：
    • 6to4地址的网络前缀长度为64 bit：
      • 前48 bit（2002: a.b.c.d）被分配给路由器上的IPv4地址决定了，用户不能改变。
      • 后16位（SLA）是由用户自己定义的。
    • 6to4地址解释：
      • FP（Format Prefix）：可聚合全球单播地址的格式前缀，其值为001。
      • TLA（Top Level Aggregator）：顶级聚合标识符，其值为0x0002。
      • SLA（Site Level Aggregator）：站点级聚合标识符。

实验

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隧道技术：6VPE

  • 6PE技术本质上相当于将所有通过6PE连接的IPv6业务都放在一个VPN内，无法做逻辑隔离，因此只能用于开放的、无保护的IPv6网络互联，如果需对所连接的IPv6业务做逻辑隔离，即实现IPv6 VPN，则需要借助于6VPE（IPv6 VPN Provider Edge， IPv6 VPN供应商边缘路由器）技术。

  • 6VPE技术是基于BGP/MPLS IPv6 VPN的扩展技术，在IPv4 MPLS骨干网上承载IPv6的VPN业务。
    在这里插入图片描述

  • 与6PE技术相比，6VPE技术通过MP-BGP在IPv4 MPLS骨干网发布VPNv6路由，通过MPLS分配标签来标识IPv6报文，并使用LSP、MPLS TE等隧道机制在骨干网上实现私网数据的传送。
    在骨干网络是IPv4的情况下，PE之间使用IPv4地址建立VPNv6邻居，传递VPNv6路由，VPNv6路由可以选择骨干网中的IPv4隧道来承载IPv6 VPN业务。

  • 6VPE除PE和CE之间运行的路由协议与IPv4 VPN不同外，其它所有特性原理都与IPv4 VPN相同。

实验

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  • 注：要完成次实验PE设备必须使用Router设备，其他普通路由器不支持vpnv6功能

6VPE配置举例

  • 配置需求：
    • 不同用户站点希望通过公网进行IPv6的数据通信，而又不希望公网感知到站点内部的路由信息，且希望实现业务隔离。
    • 如图所示，CE1和CE2属于vpna。希望通过配置6VPE，使得vpna的内部站点可以通过MPLS骨干网互相访问，同时希望PE与CE之间采用静态路由的方式来交换路由。
      在这里插入图片描述
  • 1、配置各接口的IPv4和IPv6地址。（略）
  • 2、配置PE1和PE2之间的IS-IS路由协议，使PE之间可以互相学习到去往对方Loopback0的路由。（略）
  • 3、骨干网上使能MPLS、MPLS LDP，PE之间建立LDP LSP。
[PE1] mpls lsr-id 2.2.2.2
[PE1] mpls
[PE1-mpls] quit
[PE1] mpls ldp
[PE1-mpls-ldp] quit
[PE1] interface GigabitEthernet0/0/2
[PE1-GigabitEthernet2/0/0] mpls
[PE1-GigabitEthernet2/0/0] mpls ldp
  • 4、PE上创建支持IPv6地址族的VPN实例，并将PE连接CE的接口与VPN实例绑定。
[PE1] ip vpn-instance vpna
[PE1-vpn-instance-vpna] ipv6-family
[PE1-vpn-instance-vpna-af-ipv6] route-distinguisher 100:1
[PE1-vpn-instance-vpna-af-ipv6] vpn-target 22:22 both

[PE1] interface GigabitEthernet0/0/1
[PE1-GigabitEthernet0/0/1] ip binding vpn-instance vpna
[PE1-GigabitEthernet0/0/1] ipv6 enable
[PE1-GigabitEthernet0/0/1] ipv6 address 2001:DB8:1::2 64
  • 5、PE之间建立VPNv6对等体关系。
[PE1] bgp 200
[PE1-bgp] peer 3.3.3.3 as-number 200
[PE1-bgp] peer 3.3.3.3 connect-interface loopback 0
[PE1-bgp] ipv6-family vpnv6
[PE1-bgp-af-vpnv6] peer 3.3.3.3 enable

[PE2] bgp 200
[PE2-bgp] peer 2.2.2.2 as-number 200
[PE2-bgp] peer 2.2.2.2 connect-interface loopback 0
[PE2-bgp] ipv6-family vpnv6
[PE2-bgp-af-vpnv6] peer 2.2.2.2 enable
  • 6、在PE和CE上配置静态路由，并在PE上将静态路由引入到BGP-VPN实例IPv6地址族路由表中。
[PE1] ipv6 route-static vpn-instance vpna 2001:DB8:5:: 64 2001:DB8:1::1
[PE1] bgp 200
[PE1-bgp] ipv6-family vpn-instance vpna
[PE1-bgp6-vpna] import-route static

[CE1] ipv6 route-static :: 0 2001:DB8:1::2

[PE2] ipv6 route-static vpn-instance vpna 2001:DB8:6:: 64 2001:DB8:2::1
[PE2] bgp 200
[PE2-bgp] ipv6-family vpn-instance vpna
[PE2-bgp6-vpna] import-route static

[CE2] ipv6 route-static :: 0 2001:DB8:2::2
  • 7、查看配置结果
    1. 在PE上查看VPNv6对等体的建立情况。
[PE1]display bgp vpnv6 all peer
 BGP local router ID : 10.0.0.1
 Local AS number : 200
 Total number of peers : 1                 Peers in established state : 1

  Peer	V     AS	MsgRcvd	MsgSent	OutQ	Up/Down	State	PrefRcv
  3.3.3.3	4     200	19       	19     	 0 	00:12:25 	Established    1
    1. CE1可以Ping通CE2的Loopback1地址。
[CE1]ping ipv6 -a 2001:db8:5::5 2001:db8:6::6
  PING 2001:db8:6::6 : 56  data bytes, press CTRL_C to break
    Request time out
    Reply from 2001:DB8:6::6 
    bytes=56 Sequence=2 hop limit=62  time = 50 ms
    Reply from 2001:DB8:6::6 
    bytes=56 Sequence=3 hop limit=62  time = 40 ms
    Reply from 2001:DB8:6::6 
    bytes=56 Sequence=4 hop limit=62  time = 30 ms
    Reply from 2001:DB8:6::6 
    bytes=56 Sequence=5 hop limit=62  time = 30 ms

  --- 2001:db8:6::6 ping statistics ---
    5 packet(s) transmitted
    4 packet(s) received
    20.00% packet loss
    round-trip min/avg/max = 30/37/50 ms

转换技术：NAT64

  • NAT64是一种将IPv6网络地址转换成IPv4网络地址的NAT（Net Address Translation，网络地址转换）技术。

  • 当IPv4网络的节点需要直接与IPv6网络的节点进行通信时，默认情况下是行不通的，因为两个协议栈无法兼容。但是借助一台设备，由该设备来实现IPv6与IPv4的互转，那么上述通信就可以实现了。
    在这里插入图片描述

  • IPv6网络用户访问IPv4网络服务器的应用场景。

    • 在向IPv6网络演进的前期，运营商为用户提供IPv6单栈接入能力，而很多Internet服务器还是IPv4的，不具备双栈能力。这种情况下，运营商提供NAT64设备，使IPv6单栈用户可以访问IPv4服务器。
    • 该场景下，运营商只为用户分配IPv6地址，NAT64设备支持双栈，纯IPv6的访问通过IPv6路由来实现；而IPv6访问IPv4业务通过NAT64映射技术来完成。
    • 当IPv6用户较少且IP地址固定时，可以通过静态NAT64映射实现IPv6访问IPv4业务；当网络中存在大量IPv6用户且IP地址不固定时，可以通过动态NAT64映射实现IPv6访问IPv4业务。

  • IPv4网络用户访问IPv6网络服务器的应用场景。

    • 在向IPv6网络演进的后期，许多服务提供商已经开始提供IPv6服务。而Internet上还有很多IPv4单栈用户存在，为了保留住用户，服务提供商提供NAT64设备，使IPv4单栈用户可以访问服务器。
    • 该场景下，服务提供商只为服务器分配IPv6地址，接入设备不需要升级。NAT64设备部署在出口，必须支持双栈，其中纯IPv6的访问通过IPv6路由来实现；而IPv4对IPv6的访问通过静态NAT64映射技术来完成。

NAT64前缀

  • 设备通过判断IPv6报文的目的地址中是否包含NAT64前缀来初步判断是否对该IPv6报文进行NAT64处理。
  • NAT64前缀分为两种形式：
    • 知名前缀：即64:FF9B::/96，缺省情况下已存在，无需配置。
    • 自定义前缀：前缀长度为32、40、48、56、64或96。
  • 根据前缀长度不同，IPv4地址嵌入IPv6地址时，嵌入的位置存在差异，具体差异如图所示。
    • PL（Prefix Length）表示前缀长度；Suffix表示后缀，可以任意取值，设备不处理该字段；U为保留位，8 bit，取值必须为0。
      在这里插入图片描述
  • NAT64分类：
    • 基于PAT方式的NAT64转换：NAT64过程中对于地址和端口同时进行转换操作，[IPv6地址，端口]与[IPv4地址，端口]相互映射。即，转换前后的地址是多对一的关系，多个IPv6地址可以转换成同一个IPv4地址（映射关系通过端口的不同来区分）。该方式是常用的NAT64转换方式。
    • 基于NO-PAT方式的NAT64转换：NAT64过程中对于地址进行转换操作，不对端口进行转换操作，[IPv6地址]与[IPv4地址]相互映射。即，转换前后的地址是一对一的关系。

动态NAT64映射

  • 当网络中存在大量IPv6用户且IP地址不固定时，IPv6用户访问IPv4 Server，报文到达设备后，设备会将IPv6地址动态转换为地址池中的IPv4地址，并将IPv6报文转换为IPv4报文，发送给IPv4 Server，实现IPv6用户访问IPv4业务。
  • 在此场景中NAT64设备通过IPv6到IPv4的流量触发创建会话表，并记录地址映射关系；IPv4到IPv6的流量匹配会话表后，查找地址映射关系进行反向回复。
    在这里插入图片描述

静态NAT64映射

  • 静态NAT64通过静态配置IPv6和IPv4地址的映射关系，不需要刷新也不老化，一直存在。这样IPv6到IPv4以及IPv4到IPv6的流量都能够触发创建会话表，这不仅可以实现IPv6用户访问IPv4服务器，也为IPv4用户访问IPv6服务器提供了一种方案。
  • IPv6用户访问IPv4业务时，设备将报文的目的IPv6地址静态映射为IPv4地址；IPv4用户访问IPv6业务时，设备将报文的目的IPv4地址静态映射为IPv6地址。
    在这里插入图片描述

动态NAT64配置举例

  • 配置需求：
    • FW1支持双协议栈，连接IPv6网络以及IPv4网络。
    • 位于IPv6网络中的PC（IP地址不固定且数量较多）通过域名example.huawei.com能够访问位于IPv4网络中的Server。
      在这里插入图片描述
  • IPv6 PC发出的IPv6报文中的目的地址是NAT64地址：2001:DB8:1::101:102/96。
  • 其他配置：
    • 配置DNS64设备。
      • 配置DNS64设备的IPv6前缀为FW1的NAT64前缀2001:DB8:1::/96。
      • 配置DNS64设备分别与PC和Server路由可达。
    • 配置PC的IPv6地址、路由和DNS server。（IPv6地址和路由的配置方法与PC的操作系统有关，配置方法略。）
      • 配置PC的IPv6地址为2001:DB8::1/64，与FW1的接口GE1/0/1同一网段。
      • 配置PC去往2001:DB8:1::/96网段的路由下一跳为2001:DB8::2。
      • 配置PC的DNS server地址为DNS64设备的IPv6地址。
    • 配置Server的IPv4地址。（IPv4地址的配置方法与Server的操作系统有关，配置方法略。）
      • 配置Server的IPv4地址为1.1.1.2/24，与FW1的接口GE1/0/2同一网段。

  • 1、配置FW1的IPv4和IPv6地址，配置安全区域。自行配置
  • 2、配置安全策略。
[FW1] security-policy
[FW1-policy-security] rule name sec1
[FW1-policy-security-rule-sec1] source-zone untrust
[FW1-policy-security-rule-sec1] destination-zone trust
[FW1-policy-security-rule-sec1] source-address 2001:db8:: 64
[FW1-policy-security-rule-sec1] action permit

3、开启FW1接口GE1/0/1的NAT64功能。

[FW1] interface GigabitEthernet 1/0/1
[FW1-GigabitEthernet1/0/1] nat64 enable

4、配置NAT64的前缀为2001:db8:1::/96（自定义前缀）。

[FW1] nat64 prefix 2001:db8:1:: 96

5、配置NAT64地址池。

[FW1] nat address-group pool1
[FW1-address-group-pool1] mode pat
[FW1-address-group-pool1] section 1 1.1.1.6 1.1.1.10

6、配置NAT64动态映射。

[FW1] nat-policy
[FW1-policy-nat] rule name nat64
[FW1-policy-nat-rule-nat64] nat-type nat64
[FW1-policy-nat-rule-nat64] source-zone untrust
[FW1-policy-nat-rule-nat64] destination-zone trust
[FW1-policy-nat-rule-nat64] source-address 2001:db8:: 64
[FW1-policy-nat-rule-nat64] action source-nat address-group pool1
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