互联网协议IPv6是什么？知了堂详解

随着Internet规模的扩大，IPv4地址空间已经消耗殆尽。针对IPv4的地址短缺问题，曾先后出现过CIDR和NAT等临时性解决方案，但是CIDR和NAT都有各自的弊端，并不能作为IPv4地址短缺问题的彻底解决方案。另外，安全性、QoS(服务质量)、简便配置等要求也表明需要一个新的协议来根本解决目前IPv4面临的问题。

IETF在20世纪90年代提出了下一代互联网协议－IPv6，IPv6支持几乎无限的地址空间。IPv6使用了全新的地址配置方式，使得配置更加简单。IPv6还采用了全新的报文格式，提高了报文处理的效率、安全性，也能更好的支持QoS。

IPv6地址

版本 长度 地址数量 

IPv4 32 bit 4,294,967,296 

IPv6 128 bit 340,282,366,920,938,463,463,374,607,431,768,211,456 

IPv4地址空间已经消耗殆尽，近乎无限的地址空间是IPv6的最大优势。

IPv6基本报头

IPv6的基本报头在IPv4报头的基础上，增加了流标签域，去除了一些冗余字段，使报文头的处理更为简单、高效。

IPv6扩展报头

IPv6扩展报头是跟在IPv6基本报头后面的可选报头，可以有一个或多个。

如图所示的扩展报头是分片扩展报头。

IPv6地址格式

IPv6地址长度为128比特，每16比特划分为一段，每段由4个十六进制数表示，并用冒号隔开。

IPv6地址包括网络前缀和接口标识两部分。

IPv6地址压缩格式

每一组中的前导“0”都可以省略。 

地址中包含的连续全为0的组，可以用双冒号“::”来代替。

IPv6地址表示

冒号十六进制表示法

把128比特划分成8段，每段为16比特用十六进制表示

CDCD:910A:2222:5498:8475:1111:3900:2020

1030:0:0:0:C9B4:FF12:48AA:1A2B

2000:0:0:0:0:0:0:1

压缩表示法

将多个连续分段的0用双冒号表示

2000::1

地址前缀表示法

23E0:0:A4:/48 路由前缀

23E0:0:A4:/64 子网前缀

少于64位前缀要么是路由前缀要么是地址范围

IPv6地址分配机构

目前由IANA负责进行IPv6地址的分配，主要由三个地方组织来执行

欧洲地区的RIPE-NCC(www.ripe.net)

北美地区的INTERNIC(www.internic.net)

亚太地区的APNIC(www.apnic.net)

IPv6地址分类

IPv6地址分为单播地址、任播地址、组播地址三种类型。

IPv6单播地址

链路本地地址

每个设备的接口在启动IPv6的时候会自动配置一个链路本地地址

IPv6的“邻居发现”机制要用到IPv6的链路本地地址

链路本地地址以“FE80”开头

Interface ID是通过EUI－64自动生成

路由器绝不会转发链路本地地址

地址范围：FE80::/64

站点本地地址

相当于IPv4中的私网地址

不会路由到公网上

前缀为FEC0::/10

用于打印机、交换机的管理地址等

在IPv6大规模实现时,站点本地地址将不复使用

特殊IPv6地址和兼容地址

特殊IPv6地址

未指定地址 0:0:0:0:0:0:0:0 或 :: 相当于IPv4的0.0.0.0

环回地址（0:0:0:0:0:0:0:1 或 ::1）标识一个环回接口 ,相当于IPv4的127.0.0.1

兼容地址

与 IPv4 兼容的地址，0:0:0:0:0:0:w.x.y.z 或 ::w.x.y.z

IPv4 映射地址，0:0:0:0:0:FFFF:w.x.y.z 或::FFFF:w.x.y.z 

6to4 地址用于IPv4的网络上传送IPv6的包

IPv6组播地址

所有IPv6组播地址都以FF开始。 

IPv6为需要使用组播发送数据的协议预留了一些组播组。

IPv6任播地址

如果一个全局单播地址被指定给多于一个接口，那么该地址就成为了任播地址

源节点不需要关心如何选择最近的任播节点，这个工作由路由系统完成

当路由发生变化时，发往同一个任播地址的包可能会被发往不同的任播节点

目前，任播地址不能指定给IPv6 主机，只能指定给IPv6 路由器

EUI-64规范

将FFFE插入MAC地址的前24位与后24位之间，并将第7位的值取反（比如0改为1）即可生成接口ID。

IPv6无状态地址自动配置

网络节点向相连的路由器发送RS，请求地址前缀信息。

路由器通过发送路由器通告RA，回复地址前缀信息。

IPv6无状态地址DAD检查