下一代IP协议——IPv6简介（一）

发展现状

从21世纪开始，互联网的增长在全球范围内呈指数递增。2000至 2010, 互联网用户的数量从3.6亿人增长到近20亿用户。互联网是一个巨大的成功, 并继续增长。互联网正在改变人们的行为、沟通和做生意的方式。它几乎影响了我们日常生活的每一个部分。今天, 互联网是世界上许多国家主流生活的组成部分。人们连接通讯 (电子邮件, 聊天), 娱乐 (电影, 游戏, 购物), 工作 (远程连接到办公室), 银行和各种其他服务，当今的互联网协议主要使用的是 IPv4。现在成千上万的设备, 需要连接到互联网，就是我们平时说的物联网。这包括智能手机、智能汽车、智能电器等。这些设备都需要IP地址，早在2011年4月15日，APNIC的IPv4的地址库存已枯竭，2015年9月24日，ARIN也宣布IPv4地址耗尽。IP地址问题已成互联网发展的瓶颈。随着物联网的发展和IPv4地址的枯竭，这使得IPv6在快速的部署和发展。2018年5月，工信部发布的《推进互联网协议第六版（IPv6）规模部署行动计划》。

IPv6其实已经不是新鲜的概念了，但是之前IPv6一直都发展的不快，NAT（Network Address Translation,网络地址转换）的出现缓解了个人上网IP地址不足问题，但NAT的缺陷也同样很明显，地址是内网地址，虽然正常浏览网页，上QQ等没有什么问题，但对于网络摄像头监控，P2P业务，在自己电脑上建一个空间等等业务都无法完成，同时访问网络速度会受到一定影响。发展IPv6势在必行。

什么是IPv6

IPv6 不是一个全新的协议, 而是一个增强的IPv4。了解 IPv6 要对 IPv4的功能有基本理解。IPv6的带来的好处：更多的IP地址，更好的安全性，更好地处理移动设备的IP，以及对IPv4的许多缺点的全面改进。

IPv6的地址表示

由于IPv6的地址是128位的，传统的IPv4表示方法将不再适用。下面是IPv4和IPv6的地址比较。

· IPv4: 192.168.200.2

· IPv6: 69DC:8864:FFFF:FFFF:0:1280:8C0A:FFFF

和ipv4地址的十进制表示不同，IPv6地址的表示是用16进制表示的，其中A-F是不区分大小写的。

IPv6的地址缩写规则：

1 Ipv6的地址每个冒号里的前置0可以去掉.

2 一个IPv6地址中问可能包含很长的一段0，可以把连续的一段0压缩为“::”。但为保证地址解析的唯一性，地址中”::”只能出现一次。

地址缩写规则

IPv6地址类型

IPv6地址分为三类：单播地址，组播地址，任播地址。

IPv4和IPv6地址类型比较

IPv6地址结构

IPv6地址分三部分，

全局路由前缀，用于识别特殊地址，如多播或分配给站点的地址范围；

子网ID，用于识别站点内的链接，子网ID与一个链接相关联，

接口ID，用于识别链接上的接口，并且需要在该链接上唯一性。

单播地址：

1、全球单播地址（对应ipv4公网地址）2000::/3 ~ 3FFF::/3

前三bit前缀必须是001。

2、特殊地址：

::/128 — 未指定地址，全0，对应ipv4 0.0.0.0

::1/128 — 回环地址，对应ipv4的127.0.0.1

3、链路本地地址：

FE80::/10，二进制前缀为1111111010 ，它在一个接口上自动配置，允许同一子网上的主机在不需要路由器的情况下相互通信。链路本地地址应用于邻居发现，无状态地址配置等应用。以链路本地地址为源地址或目的地址的IPv6报文不会被路由设备转发到其他链路。

4、用于 IPv6 地址和 IPv4 地址的映射：

例如，::FFFF:192.0.2.128 映射到IPv4的 192.0.2.128

5、唯一本地地址（Unique Local addresses or ULA’s）：

FC00::/7, 二进制前缀为1111110000，它们可以在一个站点内部或在有限的站点之间进行路由，相当于内网私有地址，唯一本地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。

组播地址：

最高8位是FF的地址，FF00::/8。

任播地址：

任播是IPv6添加的新地址类型，没有独立的地址空间，使用单播的地址格式，使用时需要显式的指定为任播。Anycast 指 IPv6 协议中，当一个单播地址被分配到多于一个的接口上时，发到该接口的报文被网络路由到由路由协议度量的 “ 最近 ” 的目标接口上， IPv6任播地址仅可以被分配给路由设备，不能应用于主机。任播地址不能作为IPv6报文的源地址。

任播图示

上图两个DNS服务器的IP地址都是2001::A:ABC:1F0C:44DA ，但接口不同。于是发送到距离hostA最近的那个DNS服务器上。

IPv6协议层

IPv6增加了邻居发现协议（ND代替了ARP)，ICMPv6，TCPv6，UDPv6，和DHCPv6等协议。

总结：本文简要介绍了IPv6的产生背景，IP地址格式和类型，下一篇将详细讲解IPv6的格式及其他特点。