新一代互联网技术与IPv6+

本书是适应未来数（字）智（能）时代互联网络技术发展的新型富媒体教材，数字资源丰富，多种媒体展现形式，符合数字化时代自适应、研究性学习的特点。本书面向互联网前沿技术，聚焦新一代互联网和IPv6+技术，填补了国内相关领域教材的空白。全书共13章，包括三部分内容：第1部分是第1章，介绍数据通信网络基本概念、常见网络设备和组网方式、网络参考模型和端到端的数据传输过程；第2部分是第2～8章，讲解以IPv6为核心的互联网基础协议，内容涵盖IPv6基础协议、IPv6路由与以太网交换技术、IPv6网络安全，以及IPv4到IPv6的过渡技术；第3部分是第9～13章，重点介绍IPv6+的概念，分析数智时代的网络特色与需求，描述IPv6+核心技术的基本原理和应用场景，该部分涉及的IPv6+技术包括分段路由SRv6、网络切片、新型组播BIER和随流检测技术。 本书可作为高等学校计算机专业、通信专业、电子信息专业、自动化专业等相关课程的教材，也可供相关领域的科技人员参考使用。

卞佳丽，教授，北京邮电大学教务处处长，北京市优秀教师，北京市教学名师，国家级精品课程、国家级精品资源共享课、北京市优质本科课程“现代交换原理”课程负责人，国家级一流专业建设点网络工程专业负责人，北京高校优秀本科教学管理人员，第五届中国“互联网+”大学生创新创业大赛全国优秀创新创业导师。担任教育部工程教育认证专家、教育部职业院校信息化教学指导委员会委员、北京市计算机与信息类专业群专家委员会及教学协作委员会委员、中国软件行业协会智能应用分会副主任委员等工作。2011年、2016年、2021年当选北京市海淀区第十五届、十六届、十七届人大代表。 在教学方面，主讲本科生国家级一流课程“计算机网络”、国家级精品课程“现代交换原理”和研究生“协议工程与通信软件”、“计算机通信新技术”等课程。多年来致力于教学改革和研究工作，主持和承担了二十多项国家级和北京市教改项目，内容涵盖新工科项目、专业建设、课程建设、实验创新等，荣获国家级、北京市教育教学成果6项。 在科研方面，主要研究方向为嵌入式系统与网络智能、移动互联网与智能硬件、交换与通信网技术。主持和参与完成了包括核高基专项、新一代无线通信国家重大专项等在内的三十多个国家级和企事业合作项目，主持完成了2项技术成果转让，获得国家发明专利授权8项。

第 1 章 数据通信网络基础 1.1　数据通信网络概述..............................2 1.1.1　数据通信网络的定义........................2 1.1.2　数据通信网络的类型........................2 1.2　常见的网络设备与组网.......................3 1.2.1　园区交换机........................................5 1.2.2　路由器................................................6 1.2.3　数据中心交换机................................7 1.2.4　防火墙................................................8 1.2.5　WAC及AP.........................................9 1.3　网络参考模型...................................11 1.3.1　网络参考模型概述..........................11 1.3.2　应用层..............................................13 1.3.3　传输层..............................................14 1.3.4　网络层..............................................14 1.3.5　数据链路层......................................16 1.3.6　物理层..............................................18 1.4　数据传输过程 ..................................18 1.4.1　数据的封装与解封装......................18 1.4.2　端到端数据转发过程举例..............19 1.5　本章小结........................................24 1.6　思考与练习.....................................24 第　2 章 IPv6基础 2.1　IPv4回顾.......................................26 2.1.1　IPv4报文..........................................26 2.1.2　IPv4地址..........................................27 2.2　IPv6概述.......................................29 2.3　IPv6报文结构.................................31 2.3.1　IPv6基本头部..................................31 2.3.2　IPv6扩展头部..................................32 2.4　IPv6编址方案................................34 2.4.1　IPv6地址简介..................................34 2.4.2　IPv6地址类型..................................35 2.4.3　IPv6单播地址..................................36 2.4.4　IPv6组播地址..................................40 2.4.5　IPv6任播地址..................................42 2.5　IPv6地址配置................................43 2.5.1　IPv6地址配置概述..........................43 2.5.2　DHCPv6...........................................44 2.5.3　SLAAC............................................46 2.6　实验：构建一个简单的IPv6网络.......46 2.7　实验：DHCPv6在路由器上的 基本配置........................................47 2.8　本章小结........................................49 2.9　思考与练习....................................50 第　3 章 ICMPv6与NDP 3.1　ICMPv6的报文类型........................52 3.2　ICMPv6的常见应用.......................55 3.2.1　Ping..................................................55 3.2.2　Tracert............................................56 3.2.3　PMTUD ..........................................57 3.3　NDP.............................................58 3.3.1　NDP概述..........................................58 3.3.2　NDP报文..........................................59 3.3.3　地址解析..........................................65 3.3.4　重复地址检测..................................66 3.3.5　邻居不可达检测..............................68 3.3.6　路由器发现与前缀发现..................69 3.3.7　路由器重定向..................................72 3.4　实验：IPv6无状态地址自动配置.......73 3.5　本章小结........................................74 3.6　思考与练习....................................75 目　录 2 新一代互联网技术与IPv6+ 第　4 章 路由技术 4.1　路由的基本概念..............................　77 4.1.1　路由概述..........................................　77 4.1.2　路由表..............................................　78 4.1.3　路由信息的来源..............................　79 4.1.4　直连路由概述..................................80 4.1.5　静态路由概述..................................80 4.1.6　动态路由协议概述..........................　81 4.1.7　路由优先级......................................　83 4.1.8　路由开销..........................................　84 4.1.9　默认路由..........................................　85 4.2　静态路由........................................　86 4.2.1　静态路由的基本概念......................　86 4.2.2　浮动静态路由..................................　87 4.3　OSPFv3.......................................　88 4.3.1　OSPF概述........................................　88 4.3.2　OSPF Router-ID...........................90 4.3.3　OSPF Cost......................................90 4.3.4　OSPF邻居表、LSDB及路由表.....　92 4.3.5　OSPF区域........................................　94 4.3.6　实验：OSPFv3的基础配置...........　95 4.4　IS-IS............................................　97 4.4.1　IS-IS概述........................................　97 4.4.2　IS-IS的NET及区域.......................　97 4.4.3　IS-IS的层次化结构........................　98 4.4.4　IS-IS的路由器分类.....................　100 4.4.5　实验：IS-IS的基础配置..............101 4.5　BGP............................................103 4.5.1　BGP对等体关系............................104 4.5.2　BGP对等体之间的交互原则 .......105 4.5.3　EBGP路由与IBGP路由................105 4.5.4　将路由发布到BGP........................106 4.5.5　BGP的路径属性............................108 4.5.6　BGP的路由优选规则....................110 4.5.7　MP-BGP与地址族.......................111 4.6　实验：IPv6路由综合实践................　113 4.7　本章小结.......................................　117 4.8　思考与练习...................................　118 第　5 章 以太网交换技术 5.1　园区交换网络概述..........................120 5.2　二层交换基础................................123 5.2.1　以太网数据帧................................123 5.2.2　MAC地址与MAC地址表.............124 5.2.3　以太网二层交换的基本原理........125 5.3　VLAN..........................................127 5.3.1　VLAN概述....................................127 5.3.2　VLAN的跨交换机实现................129 5.3.3　交换机接口的链路类型................130 5.4　实现VLAN间的IPv6通信................132 5.5　实验：IPv6以太网多层交换............135 5.6　本章小结.......................................138 5.7　思考与练习..................................138 第　6 章 广域网络技术 6.1　广域网络概述.................................140 6.2　MPLS.........................................140 6.2.1　MPLS概述.....................................140 6.2.2　MPLS标签及基本操作类型.........142 6.2.3　MPLS的典型应用.........................143 6.3　MPLS VPN.................................144 6.3.1　MPLS VPN的典型设备...............144 6.3.2　MPLS VPN的基本原理...............145 6.4　MPLS TE....................................148 6.5　本章小结.......................................152 6.6　思考与练习...................................152 第　7 章 IPv6网络安全 7.1　基础协议安全.................................154 7.1.1　ND Snooping................................154 7.1.2　IPv6 RA Guard.............................158 7.1.3　DHCPv6 Snooping.......................159 7.1.4　IPSG...............................................162 3 　目 录 7.2　交换网络安全................................164 7.2.1　端口安全........................................164 7.2.2　端口隔离........................................165 7.3　路由协议安全................................166 7.4　网络边界安全................................167 7.4.1　网络接入控制................................167 7.4.2　防火墙部署....................................169 7.5　业务通信安全................................　171 7.5.1　ACL................................................171 7.5.2　IPSec..............................................　173 7.6　本章小结.......................................174 7.7　思考与练习...................................174 第　8 章 IPv6过渡技术 8.1　IPv4与IPv6双协议栈......................178 8.2　隧道技术.......................................178 8.2.1　IPv6 over IPv4手动隧道.............178 8.2.2　GRE................................................179 8.2.3　6to4隧道........................................180 8.2.4　6PE与6VPE..................................181 8.2.5　VXLAN..........................................182 8.2.6　IPv4 over IPv6隧道.....................184 8.3　转换技术.......................................185 8.3.1　NAT64..........................................185 8.3.2　NAT66..........................................187 8.4　实验：配置NAT64动态映射...........190 8.5　本章小结.......................................192 8.6　思考与练习...................................192 第　9 章 IPv6+技术概述 9.1　IPv6+与智能连接...........................194 9.2　SRv6...........................................195 9.2.1　早期IP网络与IP路由面临的 问题................................................195 9.2.2　MPLS面临的问题.........................196 9.2.3　SR与SRv6.....................................199 9.3　BIERv6......................................　207 9.3.1　单播、组播及广播........................207 9.3.2　组播技术基础................................207 9.3.3　已有组播技术与挑战....................209 9.3.4　BIER与BIERv6.............................210 9.4　网络切片.......................................213 9.4.1　网络切片产生的背景....................213 9.4.2　网络切片简介................................214 9.4.3　网络切片架构与方案概览............215 9.5　随流检测与IFIT.............................217 9.5.1　网络性能检测的需求与趋势........217 9.5.2　带内检测技术IFIT........................218 9.6　APN6..........................................221 9.6.1　APN6概述.....................................221 9.6.2　APN6技术方案简介.....................223 9.7　本章小结......................................　224 9.8　思考与练习..................................　225 第　10 章 IPv6+分段路由 10.1　SR与SRv6概述..........................　227 10.2　SRv6的基本原理........................　229 10.2.1　IPv6 SRH....................................229 10.2.2　SRv6 Segment...........................232 10.2.3　本地SID表...................................233 10.2.4　SRv6报文转发过程....................235 10.2.5　常见的SRv6指令与SRv6 SID....236 10.2.6　SRv6节点角色............................240 10.3　SRv6 BE与SRv6 TE Policy......　242 10.3.1　SRv6 BE......................................242 10.3.2　SRv6 BE的基本原理..................243 10.3.3　SRv6 TE Policy.........................245 10.3.4　SRv6 TE Policy的基本原理.....246 10.4　本章小结....................................　248 10.5　思考与练习.................................　248 第　11 章 IPv6+网络切片 11.1　网络切片方案架构........................　250 11.2　网络切片技术分层概述..................251 11.3　网络切片的转发平面原理..............　253 11.3.1　FlexE...........................................253 11.3.2　信道化子接口..............................256 4 新一代互联网技术与IPv6+ 11.4　网络切片的控制平面原理..............　257 11.5　网络切片的数据平面原理..............　258 11.6　网络切片的管理平面原理..............　259 11.7　网络切片方案..............................　260 11.7.1　基于亲和属性的网络切片 方案..............................................260 11.7.2　基于Slice ID的网络切片方案....262 11.8　本章小结....................................　262 11.9　思考与练习.................................　263 第　12 章 IPv6+新型组播 12.1　BIERv6的基本概念.....................　265 12.2　BIERv6的数据平面原理..............　268 12.2.1　BIERv6报文头部........................268 12.2.2　End.BIER SID.............................269 12.2.3　BIERv6报文发送........................270 12.3　BIERv6的控制平面原理...............271 12.3.1　IS-ISv6 for BIERv6..................271 12.3.2　BIFT表项的生成........................272 12.3.3　BIERv6网络中的主机加入 组播组..........................................272 12.4　BIERv6的转发平面原理..............　273 12.4.1　从BFR-ID到Set ID、BitString 的映射..........................................　273 12.4.2　BIERv6报文处理流程................274 12.5　BIERv6在气象行业中的应用........　278 12.6　本章小结....................................　279 12.7　思考与练习.................................　279 第　13 章 IPv6+随流检测 13.1　IFIT的检测原理............................281 13.1.1　IFIT报文头部结构......................281 13.1.2　丢包检测原理..............................282 13.1.3　时延检测原理..............................283 13.2　IFIT的数据上报...........................　285 13.3　IFIT的统计方式...........................　285 13.4　IFIT的方案实现...........................　286 13.5　IFIT的技术价值...........................　287 13.6　本章小结....................................　289 13.7　思考与练习.................................　289 附录 英文缩写词