IPV6地址分类
主要分为三类： Unicast、Multicast、Anycast
1、Multicast和Anycast都将一个IP地址分配给多个接口，Multicast中所有接口都能收到发往这个IP的包，Anycast只有路由算法计算最近的接口可以收到。
2、Anycast和Unicast共用一个地址空间，从地址表现上一样。
一、Unicast地址
Unicast地址译为"单播地址"，可以理解为"点对点"的网络通信，维基中的解释为"每次只有两个实体相互通信，发送端和接收端都是唯一确定的"。一个Unicast地址通常代表一个网络接口（网卡）。
1、自动获取Interface ID的方法
1.1 根据网卡的MAC地址生成Interface ID
Windows XP, Windows Server 2003及大多数Linux发行版都采用这种方式生成Interface ID。
MAC地址共48位，前24位表示厂商代号，后24位为网卡编号。要转成IPv6 Interface ID，首先将这两个24位断开，插入0xFF, 0xFE两个字节，这样也就转成EUI-64地址，然后将EUI-64地址的第7bit换成1（具体步骤请参看下图）。这是因为由于在标准的IEEE 802网卡中，如果该位为0，则表示该地址受IEEE管辖。
| EUI-64 Interface ID from MAC address |
|---|
| 24 bits | 24 bits |
+----------------------------+----------------------------+
Mac | Organization Unique ID | NIC Specific |
+----------------------------+----------------------------+
Mac | xxxxxx00 xxxxxxxx xxxxxxxx | xxxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx |
+----------------------------+----------------------------+
/ /\ \
/ / \ \
/ / \ \
/ / \ \
/ / \ \
/ / \ \
/ / \ \
/ / \ \
/ / \ \
| | 0xFF 0xFE | |
+----------------------------+-----------------+----------------------------+
| 24 bits | 16 bits | 24 bits |
+----------------------------+-----------------+----------------------------+
| xxxxxx00 xxxxxxxx xxxxxxxx |11111111 11111110| xxxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx |
+-------|--------------------+-----------------+----------------------------+
↓ (bit7 to 1)
| xxxxxx10 xxxxxxxx xxxxxxxx |11111111 11111110| xxxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx |
+----------------------------+-----------------+----------------------------+
|
例如，假设有一网卡MAC地址为00-15-C5-52-CA-9E，现将其转换成Interface ID：
| Example: EUI-64 Interface ID from MAC address |
|---|
| 24 bits | 24 bits |
+----------------------------+----------------------------+
Mac | Organization Unique ID | NIC Specific |
+----------------------------+----------------------------+
Mac | 00000000 00010101 11000101 | 01010010 11001010 10011110 |
+----------------------------+----------------------------+
/ /\ \
/ / \ \
/ / \ \
/ / \ \
/ / \ \
/ / \ \
/ / \ \
/ / \ \
/ / \ \
| | 0xFF 0xFE | |
+----------------------------+-----------------+----------------------------+
| 24 bits | 16 bits | 24 bits |
+----------------------------+-----------------+----------------------------+
| 00000000 00010101 11000101 |11111111 11111110| 01010010 11001010 10011110 |
+-------|--------------------+-----------------+----------------------------+
↓ (bit7 to 1)
| 00000010 00010101 11000101 |11111111 11111110| 01010010 11001010 10011110 |
+----------------------------+-----------------+----------------------------+
IPv6 Interface ID Hex String: 0215:C5FF:FE52:CA9E
|
1.2 随机生成Interface ID（temporary address）
出于安全考虑，Windows Vista及之后的Windows系统都默认采用随机生成方式产生Interface ID，而不是用EUI-64，可以通过以下命令禁用随机数生成Interface ID:
netsh interface ipv6 set global randomizeidentifiers=disabled
你还可以通过以下命令查看当前系统是以何方式生成的：
netsh interface ipv6 show global
由于Global unicast地址、Link-local地址、Site-local地址以及Unique-local地址这四种类型的IPv6地址由Interface ID决定地址的唯一性，首先讨论这三类IPv6地址
2、Unicast地址（单播地址）的分类
单播地址由前缀(Prefix)和Interface ID组成，如下图：
| Unicast address |
|---|
| 64 bits | 64 bits | +-------------------------------+--------------------------------+ | Prefix | Interface ID | +-------------------------------+--------------------------------+ |
前缀决定了不同类型的单播地址，主要有五种类型：
- Global unicast地址（全局单点广播地址）
- Link-local地址(FE80::/64)
- Site-local地址(FEC0::/10)【已弃用】
- Unique-local地址(FC00::/7)
- 特殊地址(Special IPv6 Address)
- 兼容地址(Compatibility Address)
这些类型的地址在Interface ID确定的情况下就被唯一确定，对应地，它们唯一确定一个网络接口或者主机（但是有时候可以让几块网卡得到相同的IPv6地址）。
2.1 Global unicast地址（全局单点广播地址）
| Global unicast address |
|---|
| 48 bits | 16 bits | 64 bits | +---+-------------------+-----------+----------------------------+ | 3 | 45 bits | 16 bits | 64 bits | +---+-------------------+-----------+----------------------------+ |001| Global Routing ID | Subnet ID | Interface ID | +---+-------------------+-----------+----------------------------+ |
- Global unicast地址相当于IPv4的Public IP
- Global unicast地址可以接入Internet，并可以被路由
- Global unicast地址具有4个字段：
- 001：Global unicast地址的前缀(2000::/3)
- Global Routing ID：站点(Site)路由前缀（相当于IPv4的Network ID），站点可以是一个网络公司
- Subnet ID：表示站点内的子网，最多可以有2^16=65536个子网
- Interface ID：表示子网内的网络接口（相当于IPv4的Host ID）
2.Link-local地址(FE80::/64)
| Link local address |
|---|
| 10 bits | 54 bits | 64 bits | +------------+------------------+--------------------------------+ |1111 1110 10| 000 ... 000 | Interface ID | +------------+------------------+--------------------------------+ |
- 拥有Link-local地址的节点可以与同一链路(link)上的相邻节点通信
- Link-local地址以FE80开头，前缀为FE80::/64
- Link-local地址只能在本地链路使用，不能在子网间路由
- IPv6协议下，每个网络接口都需要分配一个Link-local地址，即使该接口已经分配了可路由的IPv6地址
3.Site-local地址(FEC0::/10)【已弃用】
2004年9月的RFC 3879已经不建议在新建的IPv6网络中使用Site-local地址，但是现有的IPv6环境仍可继续使用。Site-local由Unique-local地址取代，见下一节。
| Site local address |
|---|
| 10 bits | 38 bits | 16 bits | 64 bits | +------------+----------+-----------+----------------------------+ |1111 1110 11| 00 .. 00 | Subnet ID | Interface ID | +------------+----------+-----------+----------------------------+ |
- Link-local地址以FEC0开头，前缀为FEC0::/10
- Site-local地址（相当于IPv4的Private IP）
- Site-local地址用于与同一站点内的其他节点进行通信
- IPv6路由器根据Subnet ID判断如何处理数据包
- 含有Site-local地址的数据包不能在站点间路由，仅能在子网间路由
- Site-local地址必须由DHCPv6服务器进行配置
4. Unique-local地址(FC00::/7)
2005年10月，RFC 4193发布，保留地址块fc00::/7用作IPv6专用网络(Private Network)，并定义其为unique local addresses（唯一区域地址, ULA）。fc00::/7被划分为两个/8组：
| Unique local address: fd00::/8 group |
|---|
| 8 bits | 40 bits | 16 bits | 64 bits | +-----------+-------------+-----------+--------------------------+ | 1111 1101 | Random bits | Subnet ID | Interface ID | +-----------+-------------+-----------+--------------------------+ | 48-bit routing prefix | 65536 | |
- fc00::/8 – 尚未定义
- fd00::/8
- 地址格式 fd00::/8
- 特点：随机生成40位随机二进制，与fd00::/8组合成fd??:????:????::/48
5.特殊地址(Special IPv6 Address)
在Unicast单播框架下，有以下两个特殊地址：
- 未分配地址(Unspecified address)
- 地址格式 ::或者0:0:0:0:0:0:0:0
- 特点：Interface ID全为0
- 环回地址(Loopback Address)
- 地址格式 ::1或者0:0:0:0:0:0:0:1
- 特点：Interface ID为1
6.兼容地址(Compatibility Address)
为了从IPv4时代向IPv6时代过渡，产生了很多IPv6向IPv4网络兼容的过渡地址。这些地址也符合Unicast的特性，即可以确定唯一网卡或主机。
为使现有网络能从IPv4平滑过渡到IPv6，需要用到一些IPv6转换机制。如下是一些较为流行的一些IPv6兼容地址，这些地址能够在特定转化机制下，在IPv4网络中使用：
a) IPv4-mapped IPv6 addresses
-
地址格式 ::ffff:w.x.y.z
b) ISATAP(Intra-Site Automatic Tunnel Addressing Protocal)地址
-
地址格式 ::0:5EFE:w.x.y.z
-
任何一个可以用在unicast地址的64位前缀，都可以用作ISATAP地址的前缀
-
例如Link-local地址(FE80::/64)，则有Link-local ISATAP地址FE80::5EFE:w.x.y.z
-
实现：Windows XP, Windows Vista, Windows 7, Windows Mobile, Linux
c) 6over4地址
-
地址格式 ::wwxx:yyzz 其中ww,xx,yy,zz都是十六进制
-
任何一个可以用在unicast地址的64位前缀，都可以用作6over4地址的前缀
-
例如Link-local地址(FE80::/64)，则有Link-local 6over4地址FE80::wwxx.yyzz
-
局限：6over4需要IPv4多播支持
d)Teredo地址
-
地址格式 2001::/32
-
Teredo地址属于Global Unicast地址
-
Teredo协议将IPv6数据包封装成IPv4 UDP包，这些数据包被转发到Teredo中继上
-
Teredo中继（连接到IPv6网络的Teredo节点）接收、解封这些数据包，并发送到IPv6网络上
-
局限：Teredo对NAT支持不佳
e)6to4地址
-
地址格式 2002:wwxx:yyzz::/48 其中ww,xx,yy,zz都是十六进制
-
6to4地址属于Global Unicast地址
-
IPv4地址包含在IPv6地址前缀中
-
和Teredo类似，6to4需要中继服务器
地址转换示例：
IPv4 dec: 192 . 0 . 2 . 4
IPv4 hex: C0 . 0 . 2 . 4
IPv4 hex: C000 0204
IPv6 pre:2002:C000:0204::/48
f) IPv4-compatible地址【已弃用】
-
地址格式 ::w.x.y.z
二、Multicast地址（多播/组播地址）
| Multicast address |
|---|
| 8 bits | 4 bits | 4 bits | 112 bits | +---------+---------+---------+----------------------------------+ |1111 1111| Flags | Scope | Group ID | +---------+---------+---------+----------------------------------+ |
Multicast地址的具有以下特征：
- 多个节点可以加入到同一Multicast组内
- 这些节点可以通过共同的Multicast地址监听Multicast请求
- 一个节点也可以加入多个Multicast组
- 一个节点可以同时通过多个Multicast地址监听Multicast请求
Multicast地址的结构：
- Multicast地址前缀为FF00::/8
- Flags目前有以下两个值：
- 0000：表示该Multicast地址由IANA组织固定分配，是Well-known Multicast地址（见下节）
- 0001：表示该Multicast地址尚未被IANA固定分配，是临时Multicast地址
- Scope表示路由范围：
- 1 – Interface-local Scope
- 2 – Link-local Scope
- 5 – Site-local Scope
- Group ID用来标识此组的唯一标识
1.Well-known Multicast地址
| Address | Description |
|---|---|
| ff01::1 | Interface-local scope all-nodes multicast address |
| ff01::2 | Interface-local scope all-routers multicast address |
| ff02::1 | All nodes on the local network segment |
| ff02::2 | All routers on the local network segment |
| ff02::5 | OSPFv3 AllSPF routers |
| ff02::6 | OSPFv3 AllDR routers |
| ff02::9 | RIP routers |
| ff02::a | EIGRP routers |
| ff02::d | PIM routers |
| ff02::16 | MLDv2 reports (defined in RFC 3810) |
| ff02::1:2 | All DHCP servers and relay agents on the local network site (defined in RFC3315) |
| ff05::1:3 | All DHCP servers on the local network site (defined in RFC 3315) |
| ff05::2 | Site-local scope all-routers multicast address |
| ff0x::fb | Multicast DNS |
| ff0x::101 | Network Time Protocol |
| ff0x::108 | Network Information Service |
| ff0x::114 | Used for experiments |
2.Solicited-node multicast地址
IPv4通过ARP广播询问目标主机的MAC地址，但是在IPv6网络中，通过将Solicited-node multicast地址与IPv6 Neighbor Discovery协议相结合，能够有效减少广播范围。Solicited-Node multicast address由前缀FF02:0:0:0:0:1:FF00::/104及Unicast地址或Anycast地址的最后24位产生：
| Unicast Address to Solicited-Node multicast address |
|---|
| 64 bits | 64 bits |
+-------------------------------+--------------------------------+
| Unicast Prefix | Interface ID |
+-------------------------------+----------------------+---------+
↓ 24 bits ↓
+------------------------------------------------------+---------+
| FF02:0:0:0:0:1:FF | |
+------------------------------------------------------+---------+
|
下面介绍一下IPv6主机获得目标IPv6主机MAC地址的大致过程，以供参考。
在IPv6中，首先构造和对方IPv6地址相关的Solicited-node Multicast地址，以下是一个典型的转换过程：
| Example: Unicast Address to Solicited-Node multicast address |
|---|
fe80::2aa:ff:fe28:9c5a Target address (compressed notation)
fe80:0000:0000:0000:02aa:00ff:fe28:9c5a Target address (uncompressed notation)
-- ---- the last 24-bits
ff02::1:ff00:0000/104 Solicited-node Multicast Address prefix
ff02:0000:0000:0000:0000:0001:ff00:0000/104 (uncompressed)
---- ---- ---- ---- ---- ---- -- The first 104 bits
ff02:0000:0000:0000:0000:0001:ff28:9c5a Result
ff02::1:ff28:9c5a Result (compressed notation)
|
然后，再将“Neighbor Solicitation packet”发送给这个地址，具有目标IPv6单播地址的主机一直监听自己所在的Solicited-Node multicast组，以回应自己的物理地址。
注意事项：
- Solicited-Node multicast address仅在本地链路有效
- 每个网络接口至少有一个Solicited-Node multicast地址
- 具有IPv6单播地址的主机一直监听自己所在的Solicited-Node multicast组
- 主机试图获得Unicast或者Anycast地址的物理地址时，才需要加入Solicited-Node multicast组
- Solicited-Node multicast地址被用于"邻居发现协议"中，以获得其他Solicited-node的链路层地址
三.Anycast地址（任播地址）
IPv6中，Anycast指一个发送方同最近的一组接收方之间的通信。Anycast地址具有以下特点：
- Anycast地址语义上与Unicast地址没有差别， 只是Anycast强调一组接口。
- 发到Anycast地址的数据包仅发送到（路由距离）最近的Anycast节点（不是所有节点）
- Anycast地址只能用于数据包的目的地址,不能作为主动发起的源地址
预定义的任播地址： Subnet-Router anycast address: 当移动主机需要与网段中的一个agent工作时使用
| n bits | 128-n bits | +------------------------------------------------+----------------+ | subnet prefix | 00000000000000 | +------------------------------------------------+----------------+