计算机网络 | IPv6 | 什么是IPv6

一.IPv6

1.IPv6的提出

2.IPv6的基本首部

3.IPv6的地址

一.IPv6

1.IPv6的提出

IP是互联网的核心协议。现在使用的IP（即IPV4）是在20世纪70年代末期设计的。互联网经过几十年的飞速发展，到2011年2月，IPV4的地址已经耗尽，ISP已经不能再申请到新的IP地址块了。我国在2014年至2015年也逐步停止了向新用户和应用分配IPv4地址，同时全面开始商用部署IPv6。解决IP地址耗尽的根本措施就是采用具有更大地址空间的新版本的IP，即IPv6。

2.IPv6的基本首部

IPv6所引进的主要变化如下：

更大的地址空间。IPv6把地址从IPv4的32位增大到4倍，即增大到128位，使地址空间增大了2倍。这样大的地址空间在可预见的将来是不会用完的。
扩展的地址层次结构。IPV6由于地址空间很大，因此可以划分为更多的层次。
灵活的首部格式。IPVv6数据报的首部和IPv4的并不兼容。IPV6定义了许多可选的扩展首部，不仅可提供比IPv4更多的功能，而且还可提高路由器的处理效率。
改进的选项。IPV6允许数据报包含有选项的控制信息，因而可以包含一些新的选项。但IPv6的首部长度是固定的。
允许协议继续扩充。这一点很重要，因为技术总是在不断地发展（如网络硬件的更新）而新的应用也还会出现。但我们知道，IPv4的功能是固定不变的。
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（即首部长度必须是8字节的整数倍）。原来的IP4首部是4字节对齐。

IPv6数据报由两大部分组成，即基本首部和后面的有效载荷。有效载荷也称为净负荷。有效载荷允许有零个或多个扩展首部，再后面是数据部分。但请注意，所有的扩展首部并不属于IPv6数据报的首部。

IPv6的首部长度是固定的（40字节），且首部的字段数减少到只有8个。下面解释IPv6基本首部中各字段的作用：

版本占4位。它指明了协议的版本，对IPv6该字段是6。
通信量类 占8位。这是为了区分不同的IPv6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 占20位。IPv6的一个新的机制是支持资源预分配，并且允许路由器把每一个数据报与一个给定的资源分配相联系。
有效载荷长度 占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）.这个字段的最大值是64KB（65535字节）。
下一个首部 占8位。它相当于IPv4的协议字段或可选字段。当IPv6数据报没有扩展首部时，下一个首部字段的作用和IPv4的协议字段一样它的值指出了基本首部后面的数据应交付mP层上面的哪一个高层协议（例如：6或17分别表示应交付运输层TCP或UDP）。当出现扩展首部时，下一个首部字段的值就标识后面第一个扩展首部的类型。
跳数限制 占8位。用来防止数据报在网络中无限期地存在。
源地址 占128位。是数据报的发送端的IP地址。
目的地址 占128位。是数据报的接收端的P地址

IPv4的数据报如果在其首部中使用了选项，那么沿着数据报传送的路径上的每一个路由器都必须对这些选项一一进行检查，这就降低了路由器处理数据报的速度。IPv6把原来IPv4首部中选项的功能都放在扩展首部中，并把扩展首部留给路径两端的源点和终点的主机来处理，而数据报途中经过的路由器都不处理这些扩展首部（只有一个首部例外，即逐跳选项扩展首部），这样就大大提高了路由器的处理效率。
定义了以下六种扩展首部：

逐跳选项；
路由选择；
分片；
鉴别；
封装安全有效载荷；
目的站选项。

每一个扩展首部都由若干个字段组成，它们的长度也各不同。但所有扩展首部的第个字段都是8位的“下一个首部”字段。此字段的值指出了在该扩展首部后面的字段是什么。当使用多个扩展首部时，应按以上的先后顺序出现。高层首部总是放在最后面。

3.IPv6的地址

般来讲，一个IPv6数据报的目的地址可以是以下三种基本类型地址之一

单播单播就是传统的点对点通信。
多播多播是一点对多点的通信，数据报发送到一组计算机中的每个。IPv6没有采用广播的术语，而是将广播看作多播的一个特例。
任播这是IPv6增加的一种类型。任播的终点是一组计算机，但数据报只交付其中的一个，通常是距离最近的一个。

IPv6把实现Iv6的主机和路由器均称为结点。由于一个结点可能会使用多条链路与其他的一些结点相连，因此一个结点可能有多个与链路相连的接口。这样，IPV6给结点的每个接口指派一个IP地址。一个结点可以有多个单播地址，而其中任何一个地址都可以当作到达该结点的目的地址。

在IPv6中，每个地址占128位，为了使地址再稍简洁些，IPv6使用冒号十六进制记法。它把每个16位的值用十六进制值表示，各值之间用冒号分隔。例如，如果下面所给的点分十进制数记法的值改为冒号十六进制记法，就变成了：

在十六进制记法中，允许把数字前面的0省略。上面就把0000中的前三个0省略了。冒号十六进制记法还包含两个技术使它尤其有用。首先，冒号十六进制记法可以允许零压缩，即一连串连续的零可以为一对冒号所取代，例如：

可压缩为：

为了保证零压缩有一个不含混的解释，规定在任一地址中只能使用一次零压缩。其次，冒号十六进制记法可结合使用点分十进制记法的后缀。我们下面会看到这种结合在IPv4向IPv6的转换阶段特别有用。例如，下面的串是一个合法的冒号十六进制记法

请注意，在这种记法中，虽然为冒号所分隔的每个值是两个字节（16位）的量，但每个点分十进制部分的值则指明一个字节（8位）的值。再使用零压缩即可得出

下面再给出几个使用零压缩的例子。

CIDR的斜线表示法仍然可用。例如，60位的前缀12AB00000000CD3（十六进制表示的15个字符，每个字符代表4位二进制数字）可记为：

IPv6的地址分类见下表所示

对表所列举的几种地址简单解释如下。

未指明地址 这是16字节的全0地址，可缩写为两个冒号“：：”。这个地址不能用作目的地址，而只能为某台主机当作源地址使用，条件是这台主机还没有配置到一个标准的IP地址。这类地址仅此一个。
环回地址 IPv6的环回地址是0：0：0：0：0：0：0：1，可缩写为：：1。它的作用和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。这类地址占IPv6地址总数的1/256。
本地链路单播地址 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IP6地址总数的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。