深入讲解IPV6

 IPv6是InternetProtocolVersion6的缩写，其中InternetProtocol译为“互联网协议”。IPv6是IETF（互联网工程任务组，InternetEngineeringTaskForce）设计的用于替代现行版本IP协议（IPv4）的下一代IP协议，号称可以为全世界的每一粒沙子编上一个网址[1]。

内容

　　IPV6优点

　　1、更大地址空间：128位的地址空间可以满足星球上每个人

　　2、无需NAT：保障端到端通信

　　3、没有广播地址：包括单播、多播、任意播

　　4、支持移动性和安全性：有助于确保遵循移动IP标准和Ipsec标准

　　5、更简单的报文提高了路由器的效率

　　6、接口标识：从接口的数据链路层

　　层次化的地址结构

　　IPv6将现有的IP地址长度扩大4倍，由当前IPv4的32位扩充到128位，以支持大规模数量的网络节点。这样IPv6的地址总数就大约有3.4*10E38个。平均到地球表面上来说，每平方米将获得6.5*10E23个地址。IPv6支持更多级别的地址层次，IPv6的设计者把IPv6的地址空间按照不同的地址前缀来划分，并采用了层次化的地址结构，以利于骨干网路由器对数据包的快速转发。

　　IPv6定义了三种不同的地址类型。分别为单点传送地址(UnicastAddress)，多点传送地址（MulticastAddress）和任意点传送地址（AnycastAddress）。所有类型的IPv6地址都是属于接口（Interface）而不是节点（node）。一个IPv6单点传送地址被赋给某一个接口，而一个接口又只能属于某一个特定的节点，因此一个节点的任意一个接口的单点传送地址都可以用来标示该节点。

　　IPv6中的单点传送地址是连续的，以位为单位的可掩码地址与带有CIDR的IPv4地址很类似，一个标识符仅标识一个接口的情况。在IPv6中有多种单点传送地址形式，包括基于全局提供者的单点传送地址、基于地理位置的单点传送地址、NSAP地址、IPX地址、节点本地地址、链路本地地址和兼容IPv4的主机地址等。

　　多点传送地址是一个地址标识符对应多个接口的情况（通常属于不同节点）。IPv6多点传送地址用于表示一组节点。一个节点可能会属于几个多点传送地址。在Internet上进行多播是在1988年随着D类IPv4地址的出现而发展起来的。这个功能被多媒体应用程序所广泛使用，它们需要一个节点到多个节点的传输。RFC-2373对于多点传送地址进行了更为详细的说明，并给出了一系列预先定义的多点传送地址。

　　任意点传送地址也是一个标识符对应多个接口的情况。如果一个报文要求被传送到一个任意点传送地址，则它将被传送到由该地址标识的一组接口中的最近一个（根据路由选择协议距离度量方式决定）。任意点传送地址是从单点传送地址空间中划分出来的，因此它可以使用表示单点传送地址的任何形式。从语法上来看，它与单点传送地址间是没有差别的。当一个单点传送地址被指向多于一个接口时，该地址就成为任意点传送地址，并且被明确指明。当用户发送一个数据包到这个任意点传送地址时，离用户最近的一个服务器将响应用户。这对于一个经常移动和变更的网络用户大有益处。

　　IPV6新特性

　　1、每个接口多个地址

　　2、链路本地地址：交换路由更新时，IGP将link-local地址作为下一跳地址

　　3、无状态自动配置：一个IPV6设备根据本身分配一个独特link-localIPV6的地址

　　4、独立或不独立于提供商的编址

　　表示方法

　　IPv6的长分布式结构图

　　IPv6的长分布式结构图

　　IPv6的地址长度为128b，是IPv4地址长度的4倍。于是IPv4点分十进制格式不再适用，采用十六进制表示。IPv6有3种表示方法

　　IPV6地址

　　1、IPV6地址由128位组成，使用8个16位段来表示，每个16位段使用十六进制数字表示即每4个十六进制为一组，之间使用英文冒号:分开

　　2、格式为：x:x:x:x:x:x:x:xx代表4个十六进制位，举例：2035:0001:2BC5:0000:0000:087C:0000:000A

　　3、IPV6地址包括两部分：前缀+本地标识

　　4、前缀：通过在IPV6地址后面加一个斜线/，再跟一个十进制的数字来标识一个IPV6地址的起始位由多少位是前缀位，一般前缀为64位，如：3ffe:1994:100:a::/64

　　5、接口标识：从接口的数据链路层地址直接派生出接口标识，该标识是全局唯一。长度为64位，根据MAC地址动态创建。

　　6、特殊的IPV6地址如下表：

　　IPV6地址简写规则：

　　1、在4个十六进制位组成的字段中，可以省略前导0；如：09C0=9C00000=0

　　2、在每个地址中，可使用一对冒号（::）来表示任意数量的连续的0,；如：ff02:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0005=ff02::5

　　注：一个地址中只能出现一对冒号，否则无法唯一确定地址

　　IPV6地址类型

　　本地单播地址：使用范围限定在单条链路上的地址。唯一性只在所在的链路有效，相同的地址也可能存在于另一条链路上，因此此地址离开所在的链路是不可路由的。链路本地单播地址的起始10位是1111111010（FE80::/10）

　　IPV6单播地址分配方法：

　　说明：每个接口只能有一个链路本地地址

　　仅仅配置一个全局单播地址也会在接口上创建一个链路本地地址（EUI-64）

　　接口上可以配置多个IPV6地址。IPV4和IPV6地址可以同时配置

　　以太网的接口ID是基于接口的48位MAC地址中间插入16位的0XFFFE

　　多播地址格式

　　说明：标记位：前3位保留为0，第4位：0-永久的公认的地址；1-暂时的地址

　　范围：包括：节点本地-0X1、链路本地-0X2、地区本地-0X5、组织本地-0X8、全球-0XE、保留-0XF0X0

　　组ID：前面80位设置为0，只使用后面的32位

　　常见的公认IPV6多播地址:都属于永久的链路本地的范围；

　　IPV6包头格式

　　说明：

　　版本：4位，0110表明版本6

　　流量类别：8位，类似于IPV4中的TOS字段

　　流标签：20位，设置目的是允许为特定的业务流打上标签，可以提供更精细的服务类别区分的颗粒，在平衡业务流量通过多条路径时可以确保属于同一流的数据包能够总是转发到相同路径上，在发起一个数据包时，加上合适的流标签字段，路由器能够识别一条流，而不必一一查找数据包头部，目前路由器忽略此字段

　　有效载荷长度：用来封装数据包所封装的有效载荷长度，IPV6数据包头部长度为40字节

　　下一报头：指出IPV6数据包头部后面的报头，与IPV4包中的协议字段类似

　　跳数限制：类似于IPV4中的TTL字段，衡量一个数据包到达目的地的路径中所能跨越的最大路由器跳数的工具

　　源地址和目的地址：128位长度

　　可选项：包含拓展报头，提供可选功能，如：分段、源路由选择或认证、目的地可选项、TCP/IP协议等，在下一个报文字段中是否有扩展报头