IPv6技术详解

1、前戏

IPv6的普及已经喊了很多年了，但是事与愿违啊，由于NAT技术的出现，硬是将当时岌岌可危的IPv4拖了二十年，所谓的普及IPv6还是遥遥无期，不可否认NAT技术真的很伟大，但是IPv6肯定是未来的趋势，作为网络编程的开发人员，系统的详细的了解IPv6还是很有必要的。我相信IPv6的普及很快就会到来，身怀此绝技的读者你们，肯定是香馍馍了。所以开始看文章吧。

其实我们用的比较多的主流操作系统都已经支持了IPv6协议栈，Windows7，Linux2.6之后的版本等等。

2、IPV6的基本概念

周所周知，IPv6采用128位的地址长度拥有更大的地址空间。首先我们先来认识一下IPv6到底长成什么样子。

IPv6数据报文和IPv4有很大的差别：

• 1）数据链路层（L2）的type字段标识为 0x86dd，表示承载的上层协议是IPv6（IPv4对比：type字段为0x0800）；
• 2）IPv6的头部字段，和IPv4差别巨大（可以猜测到，IPv6和IPv4无法兼容）。

我们来看下ipv6的报文头部格式：

ipv6报文头部

ipv6的头部更加的简单，少了很多的字段，对比ipv4,有这几个地方需要注意：

• 1）IPv6报文头部是定长（固定为40字节），IPv4报文头部是变长的。这个意味着，写代码处理IPv6数据报文的效率会提高很多：）；
• 2）IPv6中Hop Limit字段含义类似IPv4的TTL；
• 3）IPv6中的Traffic Class字段含义类似IPv4中的TOS（Type Of Service）；
• 4）IPv6的报文头部取消了校验和字段：取消这个字段也是对IPv4协议的一个改进。当IPv4报文在网路间传输，每经过一个路由器转发就是修改TTL字段，就需要重新计算校验和，而由于数据链路层L2和传输层L4的校验已经足够强壮，因此IPv6取消这个字段会提高路由器的转发效率。值得一提的是，在IPv6协议下，传输层L4协议UDP、TCP是强制需要进行校验和的（IPv4是可选的）；
• 5）IPv6报文头部中的Next Header字段表示“承载上一层的协议类型”或者“扩展头部类型”。

这里的含义与IPv4有很大的差别，需要加以解释：

• 当IPv6数据报文承载的是上层协议ICMPv6、TCP、UDP等的时候，Next Header的值分别为58、6、17，这个时候和IPv4报文头部中的Protocol字段很类似;
• 当不是以上3种协议类型的时候，IPv6报文头部紧接的是扩展头部。扩展头部是IPv6引入的一个新的概念，每个IPv6的数据报文可以承载0个或多个扩展头部，扩展头部通过链表的形式组织起来。当IPv6数据报文承载着扩展头部的时候，Next Header的数值为扩展头部的类型值。

为什么要引入扩展头部这个概念，这里也是IPv6对IPv4改进的一个方面，用扩展头部取代了IPv4的可选项信息，精简了IPv6的头部，增强了IPv6的扩展性。有同学会不会有疑问，IPv6的分片数据报文怎么处理？其实就是使用了IPv6扩展头部。

当发送一个分片IPv6数据报文的时候，IPv6使用的是扩展头部的形式组织各个分片的信息，IPv6报文头部Next Header字段值为44表示存在扩展头部，扩展头部是IPv6分片数据信息。

对比IPv4，分片信息是记录在IPv4报文头部的分片字段中。

IPv6的扩展头部类型有很多种，除了上述的分片头部，还有路由头部、逐跳可选头部等，具体的可以参考RFC2460。

本章主要介绍了IPv6的一些很直观的认识，下面逐渐介绍IPv6上的基本知识和概念。

3、ipv6的地址语法

读者可以网上查，在此不赘述。

4、IPv6地址的号段划分和前缀表示法

IPv6拥有128位巨大的地址空间，对于那么大的空间，也不是随意的划分，而是使用按照bit位进行号段划分（与鹅厂内部一些的64位uin改造放号的zone划分算法）。

IPv6的地址结构如下图：

例如RFC4291中定义了n=48, m=16，也就是子网和接口ID与各占64位。

IPv6支持子网前缀标识方法，类似于IPv4的无分类域间路由CIDR机制（注意：IPv6没有子网掩码mask的概念）。

使用“IPv6地址/前缀长度”表示方法，例如：

• 2001:C3:0:2C6A::/64表示一个子网；
• 而2001:C3:0:2C6A:C9B4:FF12:48BC:1A22/64表示该子网下的一个节点地址。

可以看到，一个IPv6的地址有子网前缀+接口ID构成，子网前缀由地址分配和管理机构定义和分配，而接口ID可以由各操作系统实现生成，生成算法后面的章节会介绍。

5、IPv6的地址类型

IPv6地址分三种类型：

• 1）单播，对应于IPv4的普通公网和私网地址；
• 2）组播，对应于IPv4的组播（多播）地址；
• 3）任播，IPv6新增的地址概念类型。

IPv6没有广播地址，用组播地址实现广播的功能。实际上我们工作和生活最可能最多接触的就是单播地址，接下来本文重点会讲解单播地址的种类。组播和任播地址有兴趣的同学自行查阅相关RFC和文献。

这篇写的不够好，希望大家见谅，谢谢大家支持。

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