前言

RFC2460定义了IPv6数据报格式。

总体结构上，IPv6数据报格式与IPv4数据报格式是一样的，也是由IP报头和数据(在IPv6中称为有效载荷)这两个部分组成的。

但在IPv6数据报数据部分还可以包括0个或者多个IPv6扩展报头(Extension header)。

正文

1IPV6报文格式

如下图所示。IP报头部分固定为40字节长度，而有效载荷部分最长不得超过65535字节。

IPv6和IPv4之间的最大差别在于：IP地址的长度从32位到128位。

• 通过裁剪IPv4报头中的某些字段，或把一些字段移入到扩展报头中，IPv6基本报头的总长度大大减小了。

• IPv6使用固定长度的基本报头，从而简化了转发设备对IPv6报文的处理，提高了转发效率。

• 尽管IPv6地址长度是IPv4地址长度的4倍，但IPv6基本报头的长度只有40字节，为固定的IPv4报文头长度(不包括选项字段)的2倍。

IPv6报头格式如下图所示：

2IPV6报文各字段作用

• 版本(Version)

版本字段用来表示IP数据报使用的是IPv6协议封装，占4位，对应值为6(0110)。

• 通信分类(Traffic Class)

通信分类字段用来标识对应IPv6的通信流类别，或者说是优先级别，占8位，类似于IPv4中的ToS(服务类型)字段。

• 流标签(Flow Label)

流标签字段时IPv6数据报中新增的一个字段，占20位，可用来标记报文的数据流类型，以便在网络层区分不同的报文。

流标签字段有源节点分配，通过流标签、源地址、目的地址三元组方式就可以唯一标识一条通信流，而不用像IPv4那样需要使用五元组方式(源地址、目的地址、源端口、目的端口和传输层协议号)。

这样发动的最大好处有两点：

一是流标签可以和任意的关联，需要标识不同类型的流(可以是非五元组)时，无需对流标签做改动；

二是流标签在IPv6基本头中，使用IPSec时此域对转发路由器可见，因此转发路由器可以在使用IPv6报文IPSec的情况下仍然可以通过三元组(流标签、源地址、目的地址)针对特定的流进行QoS(质量服务)处理。

• 有效载荷长度(PayLoad Length)

有效载荷长度字段是以字节为单位的标识IPv6数据报中有效载荷部分(包括所有扩展报头部分)的总长度，也就是除了IPv6的基本报头以外的其他部分的总长度，占20位。

• 下一个头部(Next Header)

下一个头部字段用来标识当前报头(或者扩展报头)的下一个头部类型，占8位。

每种扩展报头都有其对应的值。下一个头部字段内定义的扩展报头类型与IPv4中的协议字段值类似，但在IPv6数据报中，紧接着IPv6报头的可能不是上层协议头部(当没有扩展报头或者为最后一个扩展报头时才是上层协议头)，而是IPv6扩展报头。

这一机制下处理扩展报头更搞笑，因为标识了数据报中对应的上层协议或者扩展报头类型，转发路由器只需处理必须处理的扩展报头，提高了转发效率。

• 跳数限制(Hop Limit)

跳数限制于IPv4报文中的TTL字段类似，指定了报文可以有效转发的次数，占8位。报文每经过一个路由器结点，跳数值就减1，当此字段值减到0时，则直接丢弃该报文。

• 源地址(Source IP Address)

源IP地址字段标识了发送该IPv6报文源节点的IPv6地址，占128位。

• 目的IP地址(Destination IP Address)

目的IP地址字段标识了IPv6报文的接受节点的IPv6地址，占128位。

3IPv6扩展报头

在各字段介绍中我们讲到了，IPv6报文中可以携带可选的IPv6扩展报头

IPv6扩展报头是跟在IPv6基本报头后面的可选报头。由于在IPv4的报头中包含了几乎所有的可选项，因此每个中间路由器都必须检查这些选项是否存在。

在IPv6中，这些相关选项被统一移到了扩展报头中，这样中间路由器不必处理每一个可能出现的选项(仅有“逐跳选项”报头是必须要处理的)，提高了处理器处理数据报文的速度，也提高了其转发的性能。

IPv6扩展报头附加在IPv6报头目的IP地址字段后面，可以有0个，或者多个扩展报头。

IPv6扩展报头分类：

• 逐跳选项头(Hop-by-hop Options Header)

本扩展报头类型值为0(在IPv6报头下一个头部字段中定义，下同)。

此扩展报头须被转发路径所有节点处理。

目前在路由告警(RSVP和MLDv1)与Jumbo帧处理中使用了逐跳选项头，因为路由告警需要通知到转发路径中所有结点，而Jumbo帧是长度超过65535字节的报文，传输这种报文需要转发路径中所有结点都能正常处理。

• 目的选项头(Destination Options Header)

本扩展报头类型值为60。只可能出现在两个位置：
1. 路由头前，这是此选项头被目的节点和路由头中指定的结点处理；
2. 上层头前(任何的ESP头后)，此时只能被目的结点处理。

移动IPv6中使用了目的选项头，称为家乡地址选项。

家乡地址选项由目的选项头携带，用以移动结点离开“家乡”后通知接受节点此移动结点对应的家乡地址。

接受节点收到带有家乡地址选项的报文后，会把家乡地址选项中的源地址(移动节点的家乡地址)和报文中源地址(移动节点的转交地址)交换，这样上层协议始终认为是在和移动节点的家乡地址通信，实现了移动漫游功能。

• 路由头(Routing Header)

本扩展报头类型值为43，用于源路由选项和移动IPv6。

• 分段头

本扩展报头类型值为44，用于标识数据报的分段，在IPv4中就有对应的字段。当源节点发送的报文超过传输链路MTU(源节点和目的节点之间传输路径的MTU)时，需要对报文进行分段时使用。

• 认证头

本扩展报头类型值为51，用于IPSec，提供报文验证，完整性检查。

• 封装安全有效载荷头

本扩展头类型值为50，用于IPSec，提供报文验证、完整性检查差和加密。

• 上层头

这是用来标识数据报中上层协议类型，如TCP、UDP、ICMP等。

注意：

• 目的选项头最多出现两次，一次在路由头前，一次在上层协议头前，其他选项头最多只能出现一次。

• IPv6节点必须能够处理选项头(逐跳选项头除外，它固定只能紧随基本报头之后)在任意位置出现，以保证互通性。

总结

1、对比IPv4数据报头部格式可以看出，IPv6去除了IPv4报头中的头部长度、标识、标志、段偏移、校验和、选项、填充这么多字段，却只增加了流标签这一个字段，因此IPv6报头处理和IPv4报头处理相比大大简化，提高了处理效率。

2、IPv6为了更好地支持各种选项处理，提出了扩展头的概念，新增选项时不必修改现有的结构就能做到，理论上可以无限扩展，体现了优异的灵活性。

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