IPv6地址、单播、多播/组播介绍

1. IPv6地址介绍

这里主要介绍IPv6地址，什么是IP地址就不介绍了。

IPv6地址主要是为了解决IPv4地址枯竭的问题。

1.1 IPv6地址的格式

IPv6地址有128位，通常使用16进制表示，一个16进制数可以表示4位二进制，因此128位可以使用32个16进制数表示，而把4个16进制数又分成一组，因此128位可以表示成8组。

如下图所示，一个X表示一组（4个）16进制字符串，也就是一组包含了16个二进制。一共有8组。

图片来源：《IPv6 Fundamentals A Straightforward》

1.2 IPv6地址简写方式

一个完整的IPv6地址有32个十六进制字符串表示，太长了，可以简写，简写规则有两种：

省略每一组开头的0
省略连续的若干个0，使用两个冒号::表示省略的0。

1.2.1 省略开头的0

使用第一种简写规则，省略开头的0，如下图所示：

1.2.2 使用双冒号代替连续的0

如果使用第二种规则，省略连续的0，使用两个冒号表示::，如下图：

1.2.3 两种方式结合

如果把两种规则结合起来，也是最常见的写法，如下图：

1.2.4 简写时注意事项

双冒号::只能在IPv6地址中出现一次
比如地址：ffff:0000:0000:ffff:0000:0000:0000:0001，就不能写成：ffff::ffff::0001，因为这样写根本不知道原来的地址是什么样的。
使用双冒号::代替连续0最多的
比如地址：ffff:0000:0000:ffff:0000:0000:0000:0001，后面有连续的三组都是0，因此应该使用双冒号::代替这里，因此标准简写应该是ffff:0000:0000:ffff::00001。
连续的0出现位置一样多，双冒号代替先出现的（最左边的）。
比如地址:ffff:0000:0000:ffff:ffff:0000:0000:ffff，第一二组是连续的0，第六七组也是连续的0，标准写法应该是只能使用双冒号::代替先出现的，也就是第一二组，标准写法为：ffff::ffff:ffff:0000:0000:ffff

1.3 IPv6地址分类

IPv6地址分类基本可以如下图所示：

IPv6地址可以分为三种类型：单播地址、多播地址、任播地址。

2. 单播地址unicast

如上图，单播地址可以分为6种：

Global Unicast
Link-Local Unicast
Loopback
Unspecified
Unique Local
Embedded IPv4

2.1 Global Unicast Address

全局单播地址Global Unicast Address前缀是2000::/3，/3表示子网掩码，表示前面3位是固定的，跟IPv4掩码一样的。

全局单播地址全局唯一，不会重复，全局单播地址Global Unicast Address就像我们IPv4的公网IP地址。

2.2 Link-Local Unicast

Link-Local Unicast 前缀是fe80::/10，用于一个局域网内，不同的局域网的Link-Local地址可以重复。

类似IPv4的私网IP，比如IPv4的192.168.0.1

2.3 Loopback

回环地址Loopback前缀是::1/128，使用回环地址的数据包不会经过网卡，回环地址用于本地测试。

跟IPv4的回环地址127.0.0.1是一样的。

2.4 Unspecified

unspecified未指定的，这个地址固定就是全0，表示没有IPv6地址。

2.5 Unique Local

看名字，有个单词local，这个地址也是用于局域网，但是不同局域网的Unique Local Address不会重复。

那么不同的局域网如何保证产生的地址不重复呢？这涉及到一个算法，这里就不介绍了，这个地址的生成就类似UUID的生成。

2.6 Embeded IPv4

这个地址就是把IPv4地址包含在IPv6地址中，把IPv6地址的高80位全部设置为0, 然后中间16位设置为1, 低32位设置为IPv4地址。如下图：

3. 多播地址multicast

还是这个图，怕看到这里忘了，再放一次：

多播地址有很多种，重要的有三种：

Well-Known
Transient
Solicited-Node

3.1 多播地址格式介绍

如下图：

每个字段的意思图上都有解释，主要说说Scope字段，这个字段表示了多播的范围，按照字面意思可能不好理解，如下图：

3.1 Well-Known

Well-Known 多播地址前缀是ff00::/12，也就是最常见的多播地址。

注意：

IPv6没有广播地址，Well-Known多播地址包含了广播地址，比如上图中第一条地址，多播给多有设备，就是广播。

3.2 Transient

这个，，先不讲了

3.3 Solicited-Node

这个，，有点没看懂，简单说说。。。

Solicited-Node多播地址前缀是ff02:0:0:0:0:1:ff00::/104。

书上说Solicited-Node多播地址用于主要用于NDP(Neighbor Discovery Protocol)协议，NDP协议的功能有两个：

Address resolution
Duplicate Address Detection (DAD)

NDP协议的Address resolution功能就类似IPv4的ARP协议，名字都一样，就是根据IP地址请求MAC地址。

DAD功能是用来检测局域网中的所有设备的单播地址都是不同的。

3.3.1 单播地址到Solicited-Node多播地址的映射

Solicited-Node多播地址前104位是固定的，还剩下的24位则是来自单播地址，这剩下24位和单播地址是相同的。

如下图，把单播地址的低24位拷贝过来，作为Solicited-Node多播地址的低24位。

如上图，这个单播地址可以是全局单播地址，也可以是Link-Local单播地址。

3.3.2 Solicited-Node多播地址到MAC地址的映射

这个映射提现了多播地址比广播地址好的地方。。。。

Solicited-Node多播地址要映射到MAC地址上，就是Mac地址的高12位不变，低32位改为Solicited-Node多播地址的低32位。如图所示：

我之前以为MAC地址是固定不变了，原来可以改变。

这里我有个疑惑，每个设备有个公网地址Global Unicast Address，也有一个私网地址Link-Local Unicast Address，那这样不是会产生两个Mac地址吗？？？？

这样映射有什么好处？

多播地址只能用于目的地址，因此这样的数据包发出去后，目标设备接收时，只看Mac地址就可以知道，是不是发给自己的，就不用拆包查看IP地址了。

4. IPv6地址查看

查看了自己电脑的IP，如下图：

可以确定的是有一个回环地址：::1/128，还有个Link-Local地址：fe80::b105:a91f:85a5:e1ef/64。

参考资料

《IPv6 Fundamentals A Straightforward》