IPv6

IP是互联网的核心协议。现在使用的IPv4是在70年代末期设计的。随着互联网飞速发展，到了2011年，IPv4的地址已经耗尽，ISP已经不能再申请到新的IP地址块了。

1、IPv6的基本首部

IPv6的首部分为基本首部(base header)和*有效载荷(payload)。有效载荷允许有零个或者多个扩展首部(extension header)，再后面是数据部分。注意，所有的扩展首部并不属于IPv6数据报的首部。

• IPv6的主要变化

1. 更大的地址空间。IPv6把地址从IPv4的32位增大到128位。
2. 扩展的地址层次结构。IPv6地址空间很大，所以能划分更多的层次。
3. 灵活的首部格式。IPv6数据报和IPv4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，这是因为路由器对扩展首部不进行处理（除逐跳扩展首部外）。
4. 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。但是IPv6的首部长度是固定的，其选项放在有效载荷中。而IPv4所规定的选项是固定不变的，其选项放在首部的可变部分。
5. 允许协议继续扩充。而IPv4的功能是固定不变的。
6. 支持即插即用。自动配置，因此不需要DHCP。
7. 支持资源预分配。IPv6支持实时视像等要求保证一定带宽和时延的应用。
8. 首部改为8字节对齐。而IPv4首部为4字节对齐。

• IPv6对首部中某些字段的更改

1. 取消了首部长度字段。因为它的首部长度固定。
2. 取消了服务类型字段。因为优先级和流标号字段实现了服务类型字段的功能。
3. 取消了总长度字段，改用有效载荷长度字段。
4. 取消了标识、标志、片偏移字段，因为这些功能已经包含在分片扩展首部中。
5. 把TTL字段改为跳数限制字段，但作用是一样的。
6. 取消了协议字段，改用下一个首部字段。
7. 取消了检验和字段，加快了路由器处理数据报的速度。运输层和数据链路层都有差错检测，网络层的差错检测可以精简掉。
8. 取消了选项字段，而用扩展首部来实现选项功能。

• IPv6基本首部中各字段作用

1. 版本(version)。4位。指明了协议的版本，IPv6的该字段为6。
2. 通信量类(traffic class)。8位。这是为了区分不同的IPv6数据报的类别或者优先级。目前正在进行不同的通信量类性能的实验。
3. 流标号(flow label)。20位。IPv6的一个新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。IPv6提出“流”的抽象概念。所谓“流”就是网络上从特定源到特定终点(单播或多播)的一系列数据报(如实时音频或视频传输)，而在这个流所经过的路径上的路由器都保证指明的服务质量。所有属于同一个流的数据报都具有相同的流标号。因此流标号对实时音频或视频数据的传送特别有用。对于传统的电子邮件或非实时数据，流标号则没有用处。
4. 有效载荷长度(payload length)。16位。它指明IPv6数据包除了基本首部外的字节数，这个字段最大值是64KB。
5. 下一个首部。8位。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协议字段一样，指明了基本首部后面的数据应该交付给IP层上面哪一个高层协议(例如6和17代表TCP和UDP)。
6. 跳数限制。8位。用来防止数据报在网络中无限期存在。
7. 源地址。128位。是数据报的发送端的IP地址。
8. 目的地址。128位。是数据报的接收端的IP地址。

• IPv6的扩展首部

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，大大提高了路由器处理效率。

2、IPv6的地址

• 一个IPv6数据报的目的地址可以是以下三种基本类型之一：
  1. 单播。传统点对点通信。
  2. 多播。一对多通信。IPv6把广播看作多播的特例。
  3. 任播。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一个，通常是最近的一个。
• IPv6地址的记法

1. IPv6使用冒号十六进制记法，它把每个16位的值用十六进制表示，各值之间用冒号分隔。

2. 允许把数字前面的0省略掉。

3. 一连串的0可以用一对冒号所取代。即零压缩，任一地址只能用一次零压缩。
   FF05::B3

4. 可以结合使用十进制记法的后缀。
   ::12.10.2.1

5. CIDR的斜线表示法仍然可用。
   12AB:0:0:CD30::/60

• IPv6地址分类

未指明地址：::/128（只能给某台没有配置到一个标准IP地址的主机当源地址用）
环回地址：::1/128（作用和IPv4的环回地址一样）
多播地址：FF00::/8（功能和IPv4的一样）
本地链路单播地址：EE80::/10（本地通信）
全球单播地址：(除上述四种外，所有其他的二进制前缀)

3、从IPv4向IPv6过渡

向IPv6过渡只能采用逐步演进的方法，同时还必须使新安装的IPv6系统兼容IPv4，也就是IPv6系统必须能接收和转发IPv4分组，并且能为IPv4选择路由。

主要有双协议栈和隧道技术两种过渡的策略。

Ⅰ、双协议栈

双协议栈(dual stack)是指完全过渡到IPv6之前，使一部分主机/路由器装有IPv4和IPv6两个协议栈。双协议主机/路由器具有两个地址：一个IPv4地址和一个IPv6地址。

双协议栈主机用DNS查询目的主机使用哪一种地址。在和IPv6主机通信时使用IPv6地址，在和IPv4主机通信时使用IPv4地址。

Ⅱ、隧道技术

这种方法的要点就是在IPv6数据报要进入IPv4网络时，把IPv6数据报封装成IPv4数据报。整个IPv6数据报变成了IPv4数据报的数据部分。

原来的IPv6数据报就好像在IPv4网络的隧道中传输，什么都没变化。当离开隧道时，再把数据部分交给主机的IPv6协议栈。

要使双协议栈主机知道IPv4数据报里面封装的是IPv6数据报，就必须把IPv4数据报协议字段设置为41。

4、ICMPv6

IPv6和IPv4一样也不保证数据报可靠交付，也需要使用ICMP来反馈一些差错信息。新的版本称为ICMPv6，比ICMPv4要复杂得多。

地址解析协议ARP和网际组管理协议IGMP的功能已被合并到ICMPv6中。

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