IP协议（三） IPv6协议

IPv6

• IPv4地址空间耗尽，需要更大的地址空间
• 改变其首部，使其可以快速转发数据报

IPv6数据报格式

1、IPv6基本首部

1. 首部长度改为固定的40字节，称为基本首部
2. 取消了服务类型字段
3. 取消了检验和字段
4. 将总长度字段改为有效载荷长度
5. 将TTL字段改为跳数限制字段
6. 将协议字段改为下一个首部字段
7. 将选项字段改为扩展首部(在IPv6的数据部分)来实现其功能
   

版本：指明协议版本

通信量类：8位，为了区分不同数据报的类别或优先级，以实现IPv6支持QoS(不同质量服务)

流标号：20位，用来标识同一“流”中的数据报， 流标签字段时IPv6数据报中新增的一个字段，占20位，可用来标记报文的数据流类型，以便在网络层区分不同的报文。流标签字段有源节点分配，通过流标签、源地址、目的地址三元组方式就可以唯一标识一条通信流，而不用像IPv4那样需要使用五元组方式（源地址、目的地址、源端口、目的端口和传输层协议号）。这样发动的最大好处有两点：一是流标签可以和任意的关联，需要标识不同类型的流（可以是非五元组）时，无需对流标签做改动；二是流标签在IPv6基本头中，使用IPSec时此域对转发路由器可见，因此转发路由器可以在使用IPv6报文IPSec的情况下仍然可以通过三元组（流标签、源地址、目的地址）针对特定的流进行QoS（质量服务）处理。

有效载荷长度：16位，指明有效载荷的长度(包括扩展首部)

下一个首部： 下一个头部字段用来标识当前报头（或者扩展报头）的下一个头部类型，占8位。每种扩展报头都有其对应的值。下一个头部字段内定义的扩展报头类型与IPv4中的协议字段值类似，但在IPv6数据报中，紧接着IPv6报头的可能不是上层协议头部（当没有扩展报头或者为最后一个扩展报头时才是上层协议头），而是IPv6扩展报头。这一机制下处理扩展报头更搞笑，因为标识了数据报中对应的上层协议或者扩展报头类型，转发路由器只需处理必须处理的扩展报头，提高了转发效率。

跳数限制：8位，相当于IPv4中的TTL

源地址、目的地址：128位

2、IPv6扩展首部

逐跳选项头

本扩展报头类型值为0（在IPv6报头下一个头部字段中定义，下同）。此扩展报头须被转发路径所有节点处理。目前在路由告警（RSVP和MLDv1）与Jumbo帧处理中使用了逐跳选项头，因为路由告警需要通知到转发路径中所有结点，而Jumbo帧是长度超过65535字节的报文，传输这种报文需要转发路径中所有结点都能正常处理。

目的选项头

本扩展报头类型值为60。只可能出现在两个位置：

1. 路由头前，这是此选项头被目的节点和路由头中指定的结点处理；
2. 上层头前（任何的ESP头后），此时只能被目的结点处理。
   移动IPv6中使用了目的选项头，称为家乡地址选项。家乡地址选项由目的选项头携带，用以移动结点离开“家乡”后通知接受节点此移动结点对应的家乡地址。接受节点收到带有家乡地址选项的报文后，会把家乡地址选项中的源地址（移动节点的家乡地址）和报文中源地址（移动节点的转交地址）交换，这样上层协议始终认为是在和移动节点的家乡地址通信，实现了移动漫游功能。

路由头

本扩展报头类型值为43，用于源路由选项和移动IPv6。

分段头

本扩展报头类型值为44，用于标识数据报的分段，在IPv4中就有对应的字段。当源节点发送的报文超过传输链路MTU（源节点和目的节点之间传输路径的MTU）时，需要对报文进行分段时使用。

认证头

本扩展报头类型值为51，用于IPSec，提供报文验证，完整性检查。

封装安全有效载荷头

本扩展头类型值为50，用于IPSec，提供报文验证、完整性检查差和加密。

上层头

这是用来标识数据报中上层协议类型，如TCP、UDP、ICMP等。

3、IPv6数据报对比IPv4

• IPv6去除了IPv4报头中的头部长度、标识、标志、段偏移、校验和、选项、填充这么多字段，却只增加了流标签这一个字段，因此IPv6报头处理和IPv4报头处理相比大大简化，提高了处理效率。

• 另外，IPv6为了更好地支持各种选项处理，提出了扩展头的概念，新增选项时不必修改现有的结构就能做到，理论上可以无限扩展，体现了优异的灵活性

IPv6地址

IPv6地址类型

(1) 单播 (unicast)：传统的点对点通信。

(2) 多播 (multicast)：一点对多点的通信。

(3) 任 播(anycast)： 这是 IPv6 增加的一种类型。任播的目的站是一组计算机，但数据报在交付时只交付其中的一个，通常是距离最近的一个。

IPv6的地址表示法

冒号十六进制记法：

如： 68E6:8C64:FFFF:FFFF:0:1180:960A:FFFF

可以使用零压缩技术：

FF05:0:0:0:0:0:0:B3 可压缩为： FF05::B3

IPv6地址分类

IPv4到IPv6

IPv6系统必须兼容IPv4系统，并且能够为IPv4分组选择路由

两种向IPv6过度的策略

双协议栈

• 在完全过渡到IPv6之前，是一部分主机(或者路由器)装有两个协议栈，
• 双协议栈主机有两种IP地址：IPv4 IPv6
• 可以根据DNS返回的IP地址确定使用IPv4还是IPv6地址

隧道技术

• 在IPv6数据报进入IPv4网络时，把IPv6数据报封装成为IPv4数据报
• 当IPv4数据报离开IPv4网络中的隧道时，再把IPv4的数据部分即原来的IPv6数据报交给主机的IPv6协议栈

ICMPv6

IPv4里的ARP和IGMP、ICMP都被合并到ICMPv6中