IPv6

IPv6 也被称为 IPng (IP Next Generation) ，是网际协议的最新版本，用作互联网的协议。主要是为了解决 IPv4 地址枯竭问题 IP 地址长度从原来的 32 位升级为 128 位。IPv6 以其简化的报文头格式、充足的地址空间、层次化的地址结构、灵活的扩展头、增强的邻居发现机制将在未来的市场竞争中充满活力

IPv6 报文

扩展报头

IPv6 取消了 IPv4 报头中的选项字段，并引入了多种扩展报文头，在提高处理效率的同时还增强了 IPv6 的灵活性，为 IP 协议提供了良好的扩展能力，RFC 2460 中定义了 6 个 IPv6 扩展头 。扩展头长度任意，不受 40 字节限制，但报头总是 8 字节长度的整数倍

逐跳选项报头 (Next Header = 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

目的选项报头 (Next Header = 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

路由报头 (Next Header = 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设备

分段报头 (Next Header = 44)
当报文长度超过 MTU 时就需要将报文分段发送

认证报头 (Next Header = 51)
IPsec 使用，提供认证、数据完整性以及重放保护

封装安全净载报头 (Next Header = 50)
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

当超过一种扩展报头被用在同一个分组里时，前面报头的 Next Header 字段指明下一个扩展报头的类型，并且报头必须按照下列顺序出现 :

1. IPv6 基本报头
2. 逐跳选项扩展报头
3. 目的选项扩展报头
4. 路由扩展报头
5. 分片扩展报头
6. 授权扩展报头
7. 封装安全有效载荷扩展报头
8. 目的选项扩展报头 (指那些将被分组报文的最终目的地处理的选项)
9. 上层扩展报头

不是所有的扩展报头都需要被转发路由设备查看和处理。路由设备转发时根据基本报头中 Next Header 值来决定是否要处理扩展头。除了目的选项扩展报头出现两次 (一次在路由扩展报头之前，另一次在上层扩展报头之前)，其余扩展报头只出现一次

IPv6 编址

IPv6 地址由网络前缀和接口标识两个部分组成。网络前缀有 n 位，相当于 IPv4 地址中的网络 ID；接口标识有 (128-n) 位，相当于 IPv4 地址中的主机 ID

IPv6 地址长度为 128 位，表示为 “X:X:X:X:X:X:X:X”, 每个 X 代表 4 个十六进制值字符，以冒号分隔，一共被分为 8 组。上图地址为 “2001:A304:6101:0001:0000:00E0:F726:4E58” 可缩写为 “2001:A304:6101:1::E0:F726:4E58”

IPv6 地址缩写

1. 每组中的前导 “0” 都可以省略
2. 如果地址中包含连续两个或多个均为 0 的组，可以用双冒号 “::” 来代替
3. 一个 IPv6 地址中只能使用一次双冒号 “::”，否则当计算机将压缩后的地址恢复成 128 位时，无法确定每个 “::” 代表 0 的个数

接口 ID 可通过三种方法生成 : 手工配置、系统通过软件自动生成或 IEEE EUI-64 规范生成

IEEE EUI-64 规范是将接口的 MAC 地址转换为 IPv6 接口标识的过程。如下图所示，MAC 地址的前 24 位 (用 C 表示的部分) 为厂商标识 (OUI)，后 24 位 (用 X 表示的部分) 为序列号 (SN)

U/L (全局/本地)

U/L 位是第一个字节的第七位，标示该地址是全局管理的还是本地管理的。0 为通过分配唯一的公司 ID，IEEE 已对地址进行了管理。1 为本地管理，网络管理员已覆盖制造地址，并指定其他地址

I/G (个人/组)

I/G 位是第一个字节的最低位，用来确定地址是个人地址（单播）还是组地址（多播）。设置为 0 时，地址是单播地址。设置为 1 时，地址是多播地址

1. 将 FFFE 插入 MAC 地址的 OUI 和 SN 之间
2. 将第一个字节的第 7 位 0 改为 1 表示此接口标识全球唯一

IPv6 地址分类

单播 (unicast)
单播地址标示一个网络接口。协议会把送往地址的数据包送往给其接口。IPv6 的单播地址可以有一个代表特殊地址名字的范畴，如链路本地地址和唯一区域地址。单播地址包括 : 未指定地址 (::/128)、环回地址 (::1/128)、全球单播地址、链路本地地址 (FE80::/10)、唯一本地地址 ULA 等

任播 (anycast)
任播像是单播与广播的综合，有一组接收节点的地址列表，指定为 Anycast 的数据包只会发送给距离最近或发送成本最低 (根据路由表来判断) 的其中一个接收地址，当该接收地址收到数据包并进行回应，且加入后续的传输。该接收列表的其他节点，会知道某个节点地址已经回应了，它们就不再加入后续的传输作业
anycast 地址只能分配给中间设备 (如路由器、三层交换机等)，不能分配给终端设备 (手机、电脑等)，不能作为发送端的地址

多播 (multicast)
多播地址也称组播地址。多播地址也被指定到一群不同的接口，送到多播地址的数据包会被发送到所有的地址。多播地址由皆为一的字节起始，亦即 : 它们的前置为 FF00::/8 。其第二个字节的最后四个比特用以标明”范畴”。例如组播地址 FF02::1 表示链路本地范围的所有节点，组播地址 FF02::2 表示链路本地范围的所有路由器

IPv4 到 IPv6 过渡技术

双栈协议
网络中的节点同时支持 IPv4 和 IPv6 协议栈，源节点根据目的节点的不同选用不同的协议栈，而网络设备根据报文的协议类型选择不同的协议栈进行处理和转发。双栈可以在一个单一的设备上实现，也可以是一个双栈骨干网。对于双栈骨干网，其中的所有设备必须同时支持 IPv4/IPv6 协议栈，连接双栈网络的接口必须同时配置 IPv4 地址和 IPv6 地址

隧道技术
这种模式运用于 IPv4 和 IPv6 的边界。先借助 IPv4 网络来建立 IPv4 隧道，然后实现 IPv6 点到点访问，通常用于 IDC 出口边界或内部 IGP 跨域访问。技术协议包括 6in4 隧道、DS+NAT、DS-Lite、ISATAP、GRE 等。隧道模式是三种改造方式中最便捷的一种，但是对内网 IGP 协议以及关键链路流量用量有一定的要求

转换模式 (NAT64)
通过 NAT 46，进行 IPv4 to IPv6 或 IPv6 to IPv4 访问转换，可满足 IPv4 与 IPv6 之间的双向访问需求。一般面向数据中心出口，提供由外到内，由内到外的映射

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