布景

以IPv4为主题技术的Internet获得巨大成功，，，，，，，但随着网络技术的飞速发展，，，，，，，IPv4地址资源的枯竭,以及其固有的局限性无法满足网络发展的需要，，，，，，，也带来了一些问题，，，，，，，好比现有的IPv4地址匮乏、服务保险问题等。。。。。。。而IPv6能够有效的改善这些问题，，，，，，，由IPv4向IPv6的升级过渡将成为互联网发展的趋向。。。。。。。

IPv4发展的瓶颈

在Internet急剧发展的过程中，，，，，，，IPv4和谈在设计时存在的局限性凸显出来：

• IP地址空间的局限性

IPv4的地址位数为32位，，，，，，，可使用的IP地址数量约43亿个，，，，，，，全球公网 IPv4 地址已于2011年2月分配结束；；；；；；；；

• 骨干路由器守护的路由表表项数量过大

由于IPv4发展初期的分配规划问题，，，，，，，很多IPv4地址块分配不陆续，，，，，，，不能有效聚合路由。。。。。。。目前全球IPv4 BGP路由表仍不休增长，，，，，，，即便经过CIDR聚合（Classless Inter-Domain Routing，，，，，，，无类别域间路由），，，，，，，也有70万条左右，，，，，，，日益重大的路由表耗用内存较多，，，，，，，对设备成本和转发效能都有肯定的影响；；；；；；；；

• IPv4网络中主机终端配置复杂

在将主机节点接入网络时通常必要专业人员的领导和援手，，，，，，，必要对网络节点设置IP地址、子网掩码、网关地址等，，，，，，，而用户更喜欢“即插即用”；；；；；；；；

• 不足对安全的支持

TCP/IP和谈起初是面向军方网络的，，，，，，，以为使用者都是靠得住的，，，，，，，没有思考到网络安全问题。。。。。。。而用于保险IP数据传输安全的IPSec（Internet Protocol Security,因特网和谈安全性）仅作为IPv4和谈的一个可选项，，，，，，，并不是它的组成部门；；；；；；；；

• 不足对QoS（Quality of Service，，，，，，，服务质量）的支持 

IPv4网络提供全力交付的服务，，，，，，，不提供服务质量保障，，，，，，，如带宽、时延、误码率和抖动等。。。。。。。因而，，，，，，，IPv4不能满足日益增长的业务类型对QoS的需要。。。。。。。

IPv4和谈发展已经遇到了瓶颈，，，，，，，面对如此多的限度，，，，，，，必要一个新的IP和谈来代替现有的IPv4，，，，，，，这个和谈就是IPv6，，，，，，，IPv6的钻研和利用火烧眉毛。。。。。。。

IPv6的优势

为相识决IPv4中一些不成和谐的问题，，，，，，，IPv6应运而生。。。。。。。1998年国际互联网工程工作组（The Internet Engineering Task Force，，，，，，，简称IETF）颁布了IPv6和谈尺度RFC2460,之后还有屡次更新RFC（Request For Comments，，，，，，，是一系列以编号排定的文件。。。。。。。文件网络了有关互联网有关信息，，，，，，，以及UNIX和互联网社区的软件文件），，，，，，，蕴含:RFC 5095、RFC 5722、RFC 5871、RFC 6437、 RFC 6564、RFC 6935、RFC 6946、RFC 7045、RFC 7112。。。。。。。IPv6 终于在2017年7月14日正式实现尺度化—— RFC8200。。。。。。。

IPv6拥有如下优势：

• IPv6有128位地址结构，，，，，，，可能提供充足的地址空间。。。。。。。号称可能为地球上的每一粒沙子分配一个IP地址；；；；；；；；

• 分层聚合，，，，，，，提高了路由效能。。。。。。。IPv6可提供弘远于IPv4的网络前缀，，，，，，，统一组织机构在其网络中能够只使用一个前缀。。。。。。。对于ISP，，，，，，，则可获得更大的地址空间。。。。。。。这样ISP能够把所有客户聚合形成一个前缀并颁布出去。。。。。。。分层聚合使全局路由表项数量很少，，，，，，，转发效能更高；；；；；；；；

• IPv6拥有自动将IP地址分配给用户的职能，，，，，，，实现了即插即用的联网方式；；；；；；；；

• 安全性更高。。。。。。。IPSec是IPv6的沉要组成部门，，，，，，，通过AH(Authentication Header, 认证头)、ESP(Encapsulating Security Payload, 封装安全载荷)扩大首部实现IPv6网络高安全性；；；；；；；；

• 提供服务质量支持。。。。。。。IPv6新增的流标签，，，，，，，能够允许网络用户对通讯质量提出要求。。。。。。。

IPv6地址

IPv6地址暗示步骤

IPv6地址总共有128位，，，，，，，使用十六进造进行暗示，，，，，，，分为8段，，，，，，，中央用“:”隔开，，，，，，，如2001:0410:0000:0001:0000:0000:0000:45ff

IPv6地址的缩写：

以2001:0410:0000:0001:0000:0000:0000:45ff为例

• 每段的前导0能够省略，，，，，，，但至少留1个0

2001:410:0:1:0:0:0:45ff

• 陆续多个0能够缩写为“::”，，，，，，，但只能使用1次

2001:410:0:1::45ff

IPv6地址结构

IPv6地址分为两部门，，，，，，，如图1所示：

• 网络前缀，，，，，，，相当于IPv4中的网络ID

• 接口标识，，，，，，，相当于IPv4中的主机ID

▲图1:IPv6地址结构

接口标识天生步骤：

• 手工配置

• 系统通过软件自动天生

• IEEE EUI-64规范自动天生

接口标识能够凭据IEEE EUI-64规范将MAC地址（48bit）转化为接口ID。。。。。。。

这种方式利益有：

• MAC地址的独个性保障了接口ID的独个性；；；；；；；；

• 设备自动天生，，，，，，，不需报答过问。。。。。。。

如图2所示，，，，，，，某设备接口以太网MAC地址为00-E0-4C-68-10-18，，，，，，，通过EUI-64自动天生IPv6的接口ID。。。。。。。

• 步骤1：在MAC地址的高24位厂商ID和低24位厂商编号ID之间插入两个字节FFFE

• 步骤2：将U/L位取反，，，，，，，此处0置为1

注：U/L 位是第一个字节的第七位，，，，，，，用于确定该地址是全球治理还是本地治理。。。。。。。若是为0就为全球治理，，，，，，，暗示全球唯一地址；；；；；；；；为1就为本地治理，，，，，，，暗示本地唯一地址，，，，，，，是网络治理员为了加强自己对网络治理而指定的地址

▲图2：EUI-64地址天生方式

IPv6地址分类

IPv6中没有广播地址，，，，，，，增长了任播地址，，，，，，，即IPv6地址被分为：单播地址、组播地址、任播地址。。。。。。。

• 单播地址

标识一个接口，，，，，，，主张是单播地址的报文会被送到被标识的接口。。。。。。。

重要有三大类：

1、可聚合的全局单播地址（Aggregatable global unicast address)

• 可在全球领域内路由和达到的，，，，，，，相当于IPv4的公网地址；；；；；；；；

• 前三个bit是001，，，，，，，例如：2000::1:2345:6789:abcd（通常看到2与3开头的IPv6地址都是全局单播地址）。。。。。。。

2、链路本地地址（Link-Local Address）

• 用于统一个链路上的相邻节点之间通讯，，，，，，，相当于IPv4里面的169.254.0.0/16地址；；；；；；；；

• IPv6的路由器不会转发链路本地地址的数据包；；；；；；；；

• 前10个bit是1111 1110 10，，，，，，，由于终末是64bit的接口ID，，，，，，，所以它的前缀总是FE80::/64；；；；；；；；

• 链路本地地址通常是自动天生的。。。。。。。

3、怪异本地单播地址（Unique Local Address）

• 怪异本地地址的作用类似于IPv4中的私网地址，，，，，，，只能在本地网络内部被路由转发而不会在全球网络中被路由转发；；；；；；；；

• 怪异本地地址前缀FC00::/7。。。。。。。

组播地址

标识多个接口，，，，，，，主张是组播地址的报文会被送到被标识的所有接口。。。。。。。IPv6常用组播地址如表1所示：

▲表1:IPv6常用组播地址

在 IPv6 组播地址中，，，，，，，还有一种出格的组播地址，，，，，，，叫做 Solicited-node 地址(被要求节点组播地址)。。。。。。。Solicited-node 地址是一种特殊用处的地址，，，，，，，重要用于DAD（Duplicate Address Detection，，，，，，，沉复地址检测）代替 IPv4 中的 ARP。。。。。。。

Solicited-node 地址由前缀 FF02::1:FF00:0/104和IPv6单播地址的后24 位组成。。。。。。。如图3所示：

▲图3：Solicited-Node组播地址天生过程

任播地址

标识多个接口，，，，，，，主张是任播地址的报文会被送到被标识的最近的接口，，，，，，，最近的接口是由路由和谈来界说的。。。。。。。现实上任播地址与单播地址使用统一个地址空间，，，，，，，也就是说，，，，，，，由路由器决定数据包是做任播转发还是单播转发。。。。。。。

IPv6报文体式

IPv6数据包由一个IPv6报头、零或多个扩大报头和一个上层和谈数据单元组成。。。。。。。

IPv6根基报头

每一个IPv6数据包都要蕴含报头，，，，，，，其长度固定为40bytes，，，，，，，蕴含该报文的根基信息。。。。。。。报头体式如图4所示：

▲图4:IPv6报头体式

IPv4报头体式如图5所示：

▲图5:IPv4报头体式

与IPv4报头相比，，，，，，，IPv6报头结构的提升：

• 根基的IPv4报头长度为20个字节，，，，，，，根基的IPv6报头长度为40个字节；；；；；；；；

• 由于2层与4层的校验已经足够壮实，，，，，，，取缔了IP的三层校验；；；；；；；；

• 取缔中央节点的吩飕职能，，，，，，，吩飕沉组职能由源端实现，，，，，，，通过Path MTU机造来发现蹊径MTU。。。。。。。即，，，，，，，源节点在正式发送数据之前，，，，，，，使用ICMPv6来检测蹊径上最幼的MTU；；；；；；；；

• 增长流标签，，，，，，，提高QoS效能。。。。。。。

IPv6扩大报头

IPv6扩大报头是可选报头，，，，，，，一个IPv6数据包中可能存在零个或多个扩大报头，，，，，，，这些扩大报头能够拥有分歧的长度。。。。。。。IPv6扩大报头包办了IPv4的选项字段。。。。。。。IPv6扩大报头如图6所示。。。。。。。

▲图6:IPv6扩大报头

在IPv4中，，，，，，，IPv4报头蕴含可选字段Options，，，，，，，内容涉及安全、功夫戳、纪录路由等，，，，，，，这些Options能够将IPv4报头长度从20字节扩充到60字节。。。。。。。在转发过程中，，，，，，，处置携带这些Options的IPv4报文会占用路由器很大的资源，，，，，，，因而现实中也很少使用。。。。。。。

IPv6将这些Options从IPv6根基报头中剥离，，，，，，，放到了扩大报头中，，，，，，，扩大报头被置于IPv6报头和上层和谈数据单元之间。。。。。。。唬；；；；；；谡庵稚杓，，，，，，，IPv6头部固定为40字节，，，，，，，扩大头部仅在必要时增长。。。。。。。通常情况下，，，，，，，扩大头部仅由终端主机处置，，，，，，，IPv6的体式特点肯定水平上降低了对路由器机能的要求。。。。。。。

当使用多个扩大报头时，，，，，，，IPv6报头中的“下一报头”字段指明下一个扩大报头的类型，，，，，，，这样就形成了链状的报头列表，，，，，，，如图7所示。。。。。。。

▲图7:IPv6包的扩大报头示例

 总 结

在IPv6网络迅速推广、日益引起人们器沉的今天，，，，，，，人们要问的是，，，，，，，IPv6网络还有多远？？？？？？其实IPv6技术在或已经融入了生涯。。。。。。。全发国际网络的主流产品，，，，，，，蕴含互换机、路由器、无线、网关等均支持IPv6和谈，，，，，，，产品大量利用在互联网、新零售、教育、医疗、交通、能源等各个行业。。。。。。。

本文章仅对IPv6的地址及报文体式做基础注明，，，，，，，更多IPv6有关技术解说，，，，，，，敬请等待《技术盛宴》后续的IPv6系列文章。。。。。。。

本期作者：杨万里

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