IPv6

IP 是互联网的核心协议。 互联网经过几十年的飞速发展，到 2011 年 2 月，IPv4 的 32 位地址已经耗尽。 ISP 已经不能再申请到新的 IP 地址块了。 我国在 2014 – 2015 年也逐步停止了向新用户和应用分配 IPv4 地址。

更换IPv6的原因：

IPv6 仍支持无连接的传送，但将协议数据单元 PDU 称为分组。为方便起见，本书仍采用数据报这一名词。

具有多个可选扩展首部的 IPv6 数据报的一般形式： IPv6 数据报由两大部分组成：

IPv6 将首部长度变为固定的 40 字节，称为基本首部。 把首部中不必要的功能取消了，使得 IPv6 首部的字段数减少到只有 8 个。

IPv6 对首部中的某些字段进行的具体更改如下：

版本(version)—— 4 位 指明协议的版本，对 IPv6 该字段总是 6。

通信量类(traffic class)—— 8 位：区分数据报的类别或优先级。 目前正在进行不同的通信量类性能的实验。

流标号(flow label)—— 20 位：所有属于同一个流的数据报都具有同样的流标号。 “流”是互联网络上从特定源点到特定终点的一系列数据报， “流”所经过的路径上的路由器都保证指明的服务质量。

有效载荷长度(payload length)—— 16 位 它指明 IPv6 数据报除基本首部以外的字节数（所有扩展首部都算在有效载荷之内），其最大值是 64 KB。

下一个首部(next header)—— 8 位：基本首部的下一个首部指的是有效载荷里标记的的扩展首部，有效载荷里的扩展首部再指向有效载荷里标记的的扩展首部，直至最后指向数据。 相当于 IPv4 的协议字段或可选字段。

跳数限制(hop limit)—— 8 位：TTL，源站在数据报发出时即设定跳数限制。路由器在转发数据报时将跳数限制字段中的值减 1。当跳数限制的值为零时，就要将此数据报丢弃。

源地址—— 128 位：数据报的发送站的 IP 地址。

目的地址—— 128 位：数据报的接收站的 IP 地址。

IPv6 把原来 IPv4 首部中 选项的功能 都放在扩展首部中，并将扩展首部留给路径两端的源站和目的站的主机来处理。 即：IPv6只能在主机分片，而IPv4可有在路由器和主机处分片。

优点： 极大的提高了路由器的处理效率。

在 RFC 2460 中定义了六种扩展首部： 1.逐跳选项；2.路由选择；3.分片 4.鉴别；5.封装安全有效载荷；6.目的站选项

所引进的主要变化如下：

更大的地址空间。 IPv6 将地址从 IPv4 的 32 位 增大到了 128 位。

扩展的地址层次结构。

灵活的首部格式。 IPv6 定义了许多可选的扩展首部。

改进的选项。 IPv6 允许数据报包含有选项的控制信息，其选项放在有效载荷中。

允许协议继续扩充 ，从而更好地适配新的应用

支持即插即用（即自动配置）因此 IPv6 不需要使用 DHCP。

支持资源的预分配， IPv6 支持实时视像等要求，保证一定的带宽和时延的应用。

IPv6 首部改为 8 字节对齐。 首部长度必须是 8 字节的整数倍。原来的 IPv4 首部是 4 字节对齐。

IPv6 数据报的目的地址有以下三种：

结点、接口与单播地址

（一）、冒号十六进制记法 colon hex(colon hexadecimal notation) 在 IPv6 中，每个地址占 128 位，使用点十进制表示法太冗余；为了使地址再稍简洁些，IPv6 使用冒号十六进制记法：

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

（二）、零压缩 冒号十六进制记法可以允许零压缩 (zero compression)，即一连串连续的零可以为一对冒号所取代。

例如FF05:0:0:0:0:0:0: B3 可压缩为：FF05::B3

（三）、点分十进制记法的后缀 冒号十六进制记法可结合使用点分十进制记法的后缀，这种结合在 IPv4 向 IPv6 的转换阶段特别有用。

例如：0:0:0:0:0:0:128.10.2.1 再使用零压缩即可得出： ::128.10.2.1

CIDR 的斜线表示法仍然可用,但是地址掩码废除。

例如：60 位的前缀 12AB00000000CD3 可记为： 12AB:0000:0000:CD30:0000:0000:0000:0000/60 或 12AB::CD30:0:0:0:0/60 （零压缩） 或 12AB:0:0:CD30::/60 （零压缩）

未指明地址 这是 16 字节的全 0 地址，可缩写为两个冒号“::”。 这个地址只能为还没有配置到一个标准的 IP 地址的主机当作源地址使用。 这类地址仅此一个。

环回地址 即 0:0:0:0:0:0:0:1（记为 ::1）。 作用和 IPv4 的环回地址一样。 这类地址也是仅此一个。

多播地址 功能和 IPv4 的一样，相当于D类地址：224.0.0.0。 这类地址占 IPv6 地址总数的 1/256。

本地链路单播地址 (Link-Local Unicast Address) 相当于IPv4的私有IP：192.168.0.0/16，172.16.0.0/12，10.0.0.0/8

有些单位的网络使用 TCP/IP 协议，但并没有连接到互联网上。连接在这样的网络上的主机都可以使用这种本地地址进行通信，但不能和互联网上的其他主机通信。 这类地址占 IPv6 地址总数 1/1024。

全球单播地址 IPv6 的这一类单播地址是使用得最多的一类。 曾提出过多种方案来进一步划分这 128 位的单播地址。 根据 2006 年发布的草案标准 RFC 4291 的建议， IPv6 单播地址的划分方法非常灵活。

IPv6 单播地址的几种划分方法

采取方法：

两种向 IPv6 过渡的策略：

双协议栈 (dual stack) 是指在完全过渡到 IPv6 之前，使一部分主机（或路由器）装有两个协议栈，一个 IPv4 和一个 IPv6。

双协议栈的主机（或路由器）记为 IPv6/IPv4，表明它同时具有两种 IP 地址：一个 IPv6 地址和一个 IPv4 地址。

双协议栈主机在和 IPv6 主机通信时是采用 IPv6 地址，而和 IPv4 主机通信时就采用 IPv4 地址。

根据 DNS 返回的地址类型可以确定使用 IPv4 地址还是 IPv6 地址。

注意：采用双协议栈时，进入IPv4网络再出来后，流标号会丢失。

在 IPv6 数据报要进入 IPv4 网络时，把 IPv6 数据报封装成为 IPv4 数据报，整个的 IPv6 数据报变成了 IPv4 数据报的数据部分。

当 IPv4 数据报离开 IPv4 网络中的隧道时，再把数据部分（即原来的 IPv6 数据报）交给主机的 IPv6 协议栈。

注意：采用隧道技术 IPv6报文完整，无损失