1. IPv6 特征

• IPv6 地址空间大，由 IPv4 的 32 位扩展到 128位
• 支持分层结构，便于寻址和路由聚合，提高路由选路能力
• 不需要 NAT 协议，可以实现端到端的安全通信
• 扩展了组播和任意播地址
• 相比 IPv4，报头格式进行了简化
• 加强了扩展报头和 Option 的支持a
• 安全性更高，IPv6 报头支持认证（IPSec）
• 对移动网络更好的支持
• IPv6 没有定义广播地址，由组播地址代替
• 更好的支持流标签功能（Qos）。与 IPv4 定义一组流（五元组）相同
• 支持无状态地址配置（只需要分配 IPv6 地址前缀，主机号可以自动生成）
• 地址格式
  • 每一段前的 0 可以被省略
  • 多个段连续的 0 可以被 “ :: “ 省略，” :: “只能使用一次
  • 冒号分 16 进制（一共 8 段，每段由 4 个 16 进制表示）
• 地址分类
  • 单播地址
  • 组播地址
  • 任播地址

    2. 单播地址

如果地址的前三 bit 不是 000，则接口标识必须为 64 位。如果前三 bit 是 000，则没有限制

1）IPv6 地址结构

• 网络前缀：n 比特（相当于 IPv4 中网络部分）
• 接口标识：128 - n 比特（相当于 IPv4 中主机部分）
  • 用来代表一个接口，目的地址为单播地址的报文会被送到被标识的接口
  • IPv6 中一个接口可以拥有多个 IPv6 地址

• 特殊单播地址

  • ::/0（0:0:0:0:0:0:0:0/0），表示匹配所有 IPv6 地址
  • ::/128（0:0:0:0:0:0:0:0/128），表示某个接口或节点没有 IPv6 地址
  • ::1/128（0:0:0:0:0:0:0:1/128），是一个环回地址，与 IPv4 中 127.0.0.1 作用相同，实际发送的数据包中不能使用该地址作为源或目的

    2）EUI - 64

    

• 用于自动生成接口地址（接口 ID 部分需要为 64位），用于无状态配置

• 接口标识部分为 48 位 MAC 地址+插入的 FFFE

  • MAC 地址的前 24 位和后 24 位中间插入 FFFE
  • 再将前面第 7 位二进制反转（0 → 1、1 → 0）

    3）全球单播地址（GUA）

    

• 全球唯一的和全球可路由的地址，可以作为业务网络（用于 IPv6 Internet），相当于 IPv4 的公网地址

  • 全球路由前缀：「前缀至少 48bit」，目前已分配的前 3bit 均为 2xxx::/3（001）
  • 子网：用子网来构建本地网络（64bit - 全球路由前缀），与 IPv4 中的子网号作用类似
  • 接口标识：用来标识一个设备，与 IPv4 中的主机位作用类似
• /48 是 BGP 最小网段
• /56 是局部多子网网段

• /64 是最小子网

  4）链路本地地址（Link-Local）

  

• 前10位固定为「**FE80::/10**（1111 1110 10）」

• 只能存在于一个链路的两端，不能跨越，TTL = 1
  • 每个 IPv6 接口都必须具备一个链路本地地址
  • 一个链路上不能相同，一个设备上多个接口可以相同
• 在启动 IPv6 协议的节点上，专门用来和相同链路上的其他主机通信，不能作为业务网络
  • 可以作为路由协议的源地址、发现邻居、无状态配置等

• 可以自动生成也可以手动配置，采用自动生成，后 64 位会采用 EUI-64 的算法

  • 接口只要配置了全球单播地址，就会自动生成 Link-Local 地址

    5）唯一本地地址（site-local address、ULA）

    

• 前7位固定为「**FC00::/7**（1111 110）、**FD00::/8**（1111 1101）」

• 代替了站点本地地址的功能，永远不会与全球 IPv6 的 Internet 进行通信的地址
  • 可以作为业务网络
  • 相当于 IPv4 的私网地址，在 IPv6 的 Internet 上不可被路由

    3. 组播地址

• 类似于 IPv4 组播地址，用于标识多个接口，在 IPv6 中组播地址代替了 IPv4 的广播地址
• 目的地址为组播地址的报文会被送到被标识的所有接口
• 只有加入相应组播组的设备才会侦听发往该组播地址的报文
• 由固定位、前缀（Flag）、范围（Scope）字段以及保留位、组播ID组成
  • 固定位：前 8 位固定为「**FFxx::/8**（1111 1111）」
  • 前缀（Flag）：前三位固定为 000
    • 第 4 位 = 0，表示为永久固定地址
    • 第 4 位 = 1，表示为临时地址
  • 范围（Scspe）：用于判定组播流量能否发送出去，十六进制表示，值越大，传播范围越广
    • 0：预留
    • 1：节点本地范围
    • 2：链路本地范围
    • 3：保留
    • 4：管理本地范围
    • 5：站点本地范围
    • 8：企业本地范围
    • E：全球范围
    • F：预留

      1）预定义和预留的组播地址

      

预留的组播地址

1. Node-Loacl： 只能是本地生效
2. Link-Loacl： 只能在一条链路上生效，不能跨越
3. ::/0（0:0:0:0:0:0:0:0/0）： 表示默认路由，与 IPv4 中 0.0.0.0 的作用相同

   2）请求节点组播地址（Solicited-Node）

• 每个节点必须分配给单播和任播的一个组播地址（Link-Local 地址也会生成），是可以自动生成的
• 用于地址 DAD 重复检测和 NDP 协议（NDP 相当于 IPv4 的 ARP），可以冲突（不会受到影响）
• 前缀固定：「**FF02::1:FF**``**/104**，后 24 位是 IPv6 单播地址的后 24 位拷贝过来的」
  • 例如IPv6单播地址：2001::12:1/64 → 对应请求节点组播地址为FF02::1:FF12:1
  • 例如Link-local地址：FE80::5689:98FF:FE1A:822 → 对应请求节点组播地址为FF02::1:FF1A:822

子网路由器任播地址，由 n bit 子网前缀标识子网，其余用 0 填充

• 任播地址表示在不同节点标识一组网络接口，是一个特殊的单播地址，本质是服务，只能作为目的地址使用，并且不做冲突检测
• 互联网的设备可以给多台相同 IPv6 地址的设备发送报文，需要在配置时指明是任播地址（anycast）
• 目标地址是任播地址时，路由器会将数据包发送给最近的一个网络接口（最近的一台设备）
• 子网路由器任播地址是已经定义好的一种任播地址，用于节点需要和远端子网上所有设备中的一个通信时使用
  • 例如：一个移动节点需要和它的 “家乡” 子网上的所有移动代理中的一个进行通信

    5. 地址分配

每个适配器可以分配多个 IPv6 地址，IPv6 主机至少拥有两个可以接收数据包的地址［用于接收本地链路流量的地址和可路由的地址］，此外还会侦听组播流量

1）主机的 IPv6 地址

1. 链路本地地址
2. 单播地址（可以是 1 个或多个唯一本地地址或全球单播地址）
3. FF01::1
4. FF02::1
5. 每个单播地址的请求节点多播地址
6. 已加入的多播地址

7. Loopback 地址（::1）

   2）路由器的 IPv6 地址

8. 链路本地地址

9. 单播地址（可以是 1 个或多个唯一本地地址或全球单播地址）
10. FF01::1
11. FF01::2
12. FF02::1
13. FF02::2
14. 每个单播地址的请求节点多播地址
15. 已加入的多播地址
16. Loopback 地址（::1）

    6. IPv6 Header Message

1）基本 Header

• IPv6 的报头字段更少（比较简洁）
• 基本报头有 8 个字段，固定大小 「40 字节」，每个 IPv6 数据包都必须包含报头
• 基本报头提供报文转发的基 本信息，会被转发路径上的所有路由器解析
• IPv6 在标准头部没有分片字段，分片字段移到了扩展头部

IPv6 Header Message 格式解析

• Version：版本
• Traffic Class：流分类
• Flow Label：流标签
• Payload Length：荷载长度。上层的总长度（包含 IPv6 扩展 Header）
• Next Header：下一个报头。承载的什么协议类型
• Hop Limit：跳数限制
• Source Address：源 IPv6 地址

• Destination Address：目的 IPv6 地址

  2）扩展 Header

  设备转发时是根据基本报头中 Next Header 值来决定是否处理扩展报头，并不是所有的扩展报头都需要被转发设备查看和处理

• 扩展报头是可选的，有需要扩展头部对应的功能才会进行添加

  • 原 IPv4 Options 字段放入扩展报头
  • IPv6 包含 0 个、1 个或多个扩展报头
  • 固定为 8 字节长度的倍数

• Next Header：下一个报头（8bit），与基本报头的作用相同
• Extension Header Length：扩展报头长度（8bit），不包含 Next Header 长度
• Extension Header Data：扩展报头数据（可变长 bit），是扩展报头的内容（一系列 Options 和填充字段）
• 除了目的选项扩展报头可以出现 1-2 次，其他扩展报头只能出现一次
• 当超过一种扩展报头用在同一个分组时，必须按照以下顺序出现（并不一定所有都必须有）：
  • IPv6基本报头
  • 逐条选项扩展报头
  • 目的选项扩展报头
  • 路由扩展报头
  • 分段扩展报头
  • 认证扩展报头
  • 封装安全有效载荷扩展报头
  • 目的选项扩展报头
  • 上层协议数据报文 | 报头类型 | Next Header 字段值 | 描述 | | —- | —- | —- | | 逐跳选项报头 | 0 | 该选项主要用于为在传送路径上的每跳转发指定发送参数，传送路径上的每台中间节点都要读取并处理该字段，应用场景：
    - 用于巨型载荷
    - 用于路由器提示
    - 用于资源预留
    | | TCP | 6 | / | | UDP | 17 | / | | 封装 IPv6 头部 | 41 | / | | 路由报头 | 43 | 路由报头和 IPv4 的 Loose Source and Record Route 选项类似，该报头能够被 IPv6 源节点用来强制数据包经过特定的路由器 | | 分段报头 | 44 | 同 IPv4 一样，IPv6 报文发送也受到 MTU 的限制。当报文长度超过 MTU 时就需要将报文分段发送，而在 IPv6 中，分段发送使用的是分段报头 | | 封装安全净载报头 | 50 | 该报头由 IPSec 使用，提供认证、数据完整性以及重放保护和 IPv6 数据报的保密，类似于认证报头 | | 认证报头 | 51 | 该报头由 IPSec 使用，提供认证、数据完整性以及重放保护。它还对 IPv6 基本报头中的一些字段进行保护 | | ICMPv6 | 58 | / | | 没有下一个头部 | 59 | / | | 目的选项报头 | 60 | 目的选项报头携带了一些只有目的节点才会处理的信息。目前，目的选项报头主要应用于移动 IPv6 |

7. IPv6 和 IPv4 地址的对应关系