IPv6：主要特点、数据报格式、地址类型与过渡技术
4.4 IPv6
4.4.1 IPv6的主要特点
解决IPv4地址耗尽问题的三种措施：
- 采用无类别编址CIDR，使IP地址分配更合理。
- 采用网络地址转换NAT，节省全球IP地址。
- 采用具有更大地址空间的新版本IPv6，从根本上解决地址耗尽问题。
IPv6主要特点：
- 更大的地址空间：地址长度从32位增大到128位。
- 扩展的地址层次结构：支持更灵活的地址划分。
- 灵活的首部格式：基本首部固定，扩展首部放在数据部分，减少首部开销。
- 改进的选项：选项功能更强大，且不影响转发效率。
- 允许协议继续扩充：具有良好的可扩展性。
- 支持即插即用：自动配置，不需要DHCP。
- 支持资源的预分配：通过流标号实现服务质量保证。
- 分片机制：只在源结点分片，不允许中间路由器分片（端到端）。
- 首部对齐：IPv6首部长度必须是8字节的整数倍（IPv4是4字节）。
- 增大了安全性：身份验证和保密功能是IPv6的关键特征，支持QoS。
4.4.2 IPv6数据报格式
IPv6数据报由基本首部和有效载荷组成。有效载荷可包含零个或多个扩展首部，后接数据部分。
基本首部字段说明：
| 字段 | 长度 | 说明 |
|---|---|---|
| 版本 | 4位 | 协议版本，IPv6为6。 |
| 通信量类 | 8位 | 区分数据报的类别或优先级。 |
| 流标号 | 20位 | 标识属于同一“流”的一系列数据报，用于资源预分配和QoS。 |
| 有效载荷长度 | 16位 | 基本首部之后所有字节数（含扩展首部），最大值65535B。 |
| 下一个首部 | 8位 | 标识下一个扩展首部的类型，若无扩展首部则标识上层协议（如TCP=6，UDP=17）。 |
| 跳数限制 | 8位 | 类似IPv4的TTL，每转发一次减1，为0时丢弃。 |
| 源地址 | 128位 | 发送端IP地址。 |
| 目的地址 | 128位 | 接收端IP地址。 |
注意：IPv6基本首部固定为40字节，没有校验和字段，因此不进行首部校验。
4.4.3 IPv6地址
1. 表示方法
- 冒号十六进制记法：将128位地址分为8组16位，每组用4位十六进制数表示，组间用冒号分隔。
例：2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334 - 省略前导零：每组的前导零可以省略。
例：2001:db8:85a3:0:0:8a2e:370:7334 - 双冒号压缩：一组或多组连续的零可以用双冒号
::代替，但一个地址中只能出现一次。
例：2001:db8:85a3::8a2e:370:7334 - 结合点分十进制：用于IPv4兼容地址，如
::128.10.2.1。
2. 地址类型
| 类型 | 说明 |
|---|---|
| 单播(Unicast) | 点对点通信，标识单个接口。 |
| 多播(Multicast) | 一点对多点通信，发送到一组接口，IPv6中没有广播，广播视为多播的特例。 |
| 任播(Anycast) | 新增加的类型，标识一组接口，数据报只交付给其中一个（通常是距离最近的一个）。 |
3. 常用地址前缀
| 地址类型 | 地址块前缀 | CIDR记法 | 说明 |
|---|---|---|---|
| 未指明地址 | 00…0（128位） | ::/128 |
只能作为源地址，表示本主机尚未配置IP地址。 |
| 环回地址 | 00…1（128位） | ::1/128 |
同IPv4的127.0.0.1，用于本地测试。 |
| 多播地址 | 11111111 | FF00::/8 |
多播地址前缀。 |
| 本地站点单播地址 | 1111111011 | FEC0::/10 |
类似IPv4的私有地址，仅限站点内部通信。 |
| 本地链路单播地址 | 1111111010 | FE80::/10 |
自动生成，仅限同一链路通信，不会被路由器转发。 |
| 全球单播地址 | 可变 | 无固定前缀 | 全球唯一，可划分为全球路由前缀、子网ID和接口标识符。 |
4.4.4 IPv4向IPv6过渡技术
| 技术 | 原理 | 特点 |
|---|---|---|
| 双协议栈 | 设备同时支持IPv4和IPv6协议栈，配置两种地址，根据需求选择协议。 | 灵活性高，逐步过渡；但增加设备复杂性。 |
| 隧道技术 | 将IPv6数据包封装在IPv4数据包中（或反之），通过IPv4网络传输。 | 适用于IPv6孤岛通过IPv4骨干网互连。 |
习题（部分）
IPv6相比IPv4的优点：
D. ①②③④（更大地址空间、更好安全性、更高效路由、支持即插即用）IPv6地址长度：C. 128位
关于IPv6地址表示，正确的是：
C. 0:0:0:0:0:0:0:1可以简化表示为::1IPv6地址类型不包括：B. 广播地址
关于IPv6数据包首部，错误的是：
D. IPv6数据包首部中的协议字段用于标识上层协议（实际是“下一个首部”字段）IPv6的任播地址：B. 一组接口的标识符，数据包会被发送到该组中的任意一个接口
环回地址：A. ::1
允许IPv6数据包通过IPv4网络传输的技术：A. 隧道技术 (如6to4)
谢希仁4-57（零压缩）：
- (1)
::F53:6382:AB00:67DB:BB27:7332（注意：最前面两组全0可压缩为::，但后面还有非零，所以压缩第一组全0）
更准确的简洁形式：0:0:F53:6382:AB00:67DB:BB27:7332→::F53:6382:AB00:67DB:BB27:7332 - (2)
::4D:ABCD - (3)
0:0:0:AF36:7328:0:87AA:398→::AF36:7328:0:87AA:398（注意只能一次双冒号，这里压缩前三个0为::，后面的0保留） - (4)
2819:AF:0:0:0:35:CB2:B271→2819:AF::35:CB2:B271
- (1)
笔记结束