IPv6地址格式

1.说明

IPv6是互联网协议的第六版,
现有IPv4只支持大概40亿个网络地址，
而IPv6支持3.4e38个网络地址。
IPv4的地址长度是32位(bit)，
IPv6的地址长度是128位。
尽管大部分IPv4计算机每个接口只有一个IP地址，
但是IPv6计算机通常会有两个IP地址：
一个本地链路地址和一个全球单播地址。

2.首选格式(冒分十六进制表示法)

一个128位二进制数的IPv6地址如下：

0010000000000001 0000000000000000 0011001000111000 1101111111100001
0000000001100011 0000000000000000 0000000000000000 1111111011111011 

一般二进制数不好阅读和记忆，
所以推荐使用十六进制数作为首选格式，
这128位的地址按每16位划分为一组，
每组转换成4个十六进制数，
每组之间用冒号隔开，
称为冒分十六进制表示法。
一个典型的IPv6地址为8组4个十六进制数，如下：

2001:0000:0000:0000:085b:3c51:f5ff:ffdb

3.压缩格式

基于使用冒分十六进制表示法的首选格式，
IPv6地址还可以进一步压缩为两种短格式。

3.1.省略前导零

可以省去任意组的前导零来压缩IPv6地址，
085b可以化简为85b，
全0块0000可以化简为0，
下面的IP地址与前一个IP地址完全相同：

2001:0:0:0:85b:3c51:f5ff:ffdb

3.2.双冒号::

对于多个连续地址块为0的情况时，
可以使用双冒号::压缩。
下面的IP地址省略了3组全0，
只使用剩下的5组十六进制数，
实际与前一个IP地址完全相同：

2001::85b:3c51:f5ff:ffdb

为保证地址解析的唯一性，
地址中双冒号::只能出现一次，
因为IPv6地址始终会有8组4个十六进制数，
所以可以确定有多少全0组被省略。
如果出现多个连续全0块时，
双冒号::要化简最长的一段，
没有最长的使用就近原则，
压缩最靠近左边的第一段，
双冒号::可以出现在地址开头或结尾。

4.内嵌IPv4地址的格式

为了实现IPv4-IPv6互通，
IPv4地址会嵌入IPv6地址中，
此时地址常表示为：

X:X:X:X:X:X:d.d.d.d

地址前96位采用冒分十六进制表示法，
地址后32位则使用IPv4的点分十进制表示法，
下面两个地址是典型的内嵌IPv4地址：

::192.168.0.1
::FFFF:192.168.0.1

注意在地址前96位中，压缩格式仍然适用。

4.1.通过IPv4映射的IPv6地址

此类型的地址用于将IPv4节点表示为IPv6地址。
它允许IPv6应用程序直接与IPv4应用程序通信。
例如：

0:0:0:0:0:ffff:192.1.56.10 
::ffff:192.1.56.10/96

4.2.兼容IPv4的IPv6地址

此类型的地址用于隧道传送。
它允许IPv6节点通过IPv4基础结构通信。
例如：

0:0:0:0:0:0:192.1.56.10 
::192.1.56.10/96

5.地址类型

IPv6协议主要定义了三种地址类型：

• 单播地址(Unicast Address)
• 任播地址(Anycast Address)
• 组播地址(Multicast Address)

5.1.单播地址

一个单播地址对应一个接口，
发往单播地址的数据包会被送到对应的接口。

5.1.1 全球单播地址

前缀2000::/3，相当于IPv4的公网地址。
这种地址在全球的路由器间可以路由。

5.1.2 链路本地地址

前缀FE80::/10，
此类地址用于同一链路上的节点间的通信，
主要用于自动配置地址和邻居节点发现过程。
Windows和Linux支持或开启IPv6后，
默认会给网卡接口自动配置一个链路本地地址。
Linux下查看链路本地地址:

Windows下查看链路本地地址:

每个接口必须至少有一个链路本地地址，
每个接口可以配置1个以上的单播地址，
例如一个接口可以配置一个链路本地地址，
同时也可以配置一个全球单播地址。

5.1.3 唯一本地地址

前缀FC00::/7，
相当于IPv4的私网地址（10.0.0.0、172.16.0.0、192.168.0.0），
在RFC4193中新定义的一种解决私网需求的单播地址类型，
用来代替废弃使用的站点本地地址。
由于默认情况下私网内节点与外界通信的发起是单向的，
网络访问仅仅能从私网内发起，
外部发起的请求会被统一网关或者防火墙阻隔掉，
这样的网络架构很好的保护了私网内的节点安全性和私密性。
因此，在安全性和私密性要求下，
IPv6中同样需要支持私网，并且也需要支持NAT。

5.1.4 站点本地地址

前缀FEC9::/48，以前是用来部署私网的，
但RFC3879中已经不建议使用这类地址，
实际上这种地址已经不再使用，
建议使用唯一本地地址。

5.1.5 特殊地址：回环地址

0:0:0:0:0:0:0:1或::1，
等同于IPv4的127.0.0.1。

5.1.6过渡地址：内嵌IPv4地址的IPv6地址

参考上面的第4章节，
这类地址主要用于IPv6/IPv4的过渡技术中。

5.2.任播地址

一个任播地址对应一组接口，
发往任播地址的数据包会被送到这组接口中最近的一个接口，
最近的一个被标识接口由具体的路由协议确定。

5.3.组播地址

一个组播地址对应一组接口，
发往组播地址的数据包会被送到这组的所有接口。
IPv6中没有广播地址，其功能被组播地址取代。

6.参考文章:

IP Version 6 Addressing Architecture
RFC 2732 Format for Literal IPv6 Addresses in URL's
IPV6地址和报文结构详解
IPv6技术详解：基本概念、应用现状、技术实践（上篇）
IPv6技术详解：基本概念、应用现状、技术实践（下篇）