IPv6

　　IPv6是Internet Protocol Version 6的縮寫(xiě)，其中Internet Protocol譯為“互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議”。IPv6是IETF（互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組，Internet Engineering Task Force）設(shè)計(jì)的用于替代現(xiàn)行版本IP協(xié)議（IPv4）的下一代IP協(xié)議，號(hào)稱(chēng)可以為全世界的每一粒沙子編上一個(gè)網(wǎng)址。

　　由于IPv4最大的問(wèn)題在于網(wǎng)絡(luò)地址資源有限，嚴(yán)重制約了互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用和發(fā)展。IPv6的使用，不僅能解決網(wǎng)絡(luò)地址資源數(shù)量的問(wèn)題，而且也解決了多種接入設(shè)備連入互聯(lián)網(wǎng)的障礙。

　　組成結(jié)構(gòu)

　　表示方法

　　IPv6的地址長(zhǎng)度為128b，是IPv4地址長(zhǎng)度的4倍。于是IPv4點(diǎn)分十進(jìn)制格式不再適用，采用十六進(jìn)制表示。IPv6有3種表示方法。

　　IPv6的長(zhǎng)分布式結(jié)構(gòu)圖

　　一、冒分十六進(jìn)制表示法

　　格式為X:X：X:X：X:X：X:X，其中每個(gè)X表示地址中的16b，以十六進(jìn)制表示，例如：

　　ABCD:EF01:2345:6789:ABCD:EF01:2345:6789

　　這種表示法中，每個(gè)X的前導(dǎo)0是可以省略的，例如：

　　2001:0DB8:0000:0023:0008:0800:200C:417A→ 2001:DB8:0：23:8：800:200C:417A

　　二、0位壓縮表示法

　　在某些情況下，一個(gè)IPv6地址中問(wèn)可能包含很長(zhǎng)的一段0，可以把連續(xù)的一段0壓縮為“：：”。但為保證地址解析的唯一性，地址中”：：”只能出現(xiàn)一次，例如：

　　FF01:0：0:0：0:0：0:1101 → FF01：：1101

　　0:0：0:0：0:0：0:1 → ：：1

　　0:0：0:0：0:0：0:0 → ：：

　　三、內(nèi)嵌IPv4地址表示法

　　為了實(shí)現(xiàn)IPv4-IPv6互通，IPv4地址會(huì)嵌入IPv6地址中，此時(shí)地址常表示為：X:X：X:X：X:X：d.d.d.d，前96b采用冒分十六進(jìn)制表示，而最后32b地址則使用IPv4的點(diǎn)分十進(jìn)制表示，例如：：192.168.0.1與：：FFFF:192.168.0.1就是兩個(gè)典型的例子，注意在前96b中，壓縮0位的方法依舊適用［3］ 。

　　報(bào)文內(nèi)容

　　IPv6報(bào)文的整體結(jié)構(gòu)分為IPv6報(bào)頭、擴(kuò)展報(bào)頭和上層協(xié)議數(shù)據(jù)3部分。IPv6報(bào)頭是必選報(bào)文頭部，長(zhǎng)度固定為40B，包含該報(bào)文的基本信息；擴(kuò)展報(bào)頭是可選報(bào)頭，可能存在0個(gè)、1個(gè)或多個(gè)，IPv6協(xié)議通過(guò)擴(kuò)展報(bào)頭實(shí)現(xiàn)各種豐富的功能；上層協(xié)議數(shù)據(jù)是該IPv6報(bào)文攜帶的上層數(shù)據(jù)，可能是ICMPv6報(bào)文、TCP報(bào)文、UDP報(bào)文或其他可能報(bào)文。

　　IPv6的報(bào)文頭部結(jié)構(gòu)如圖：

　　IPv6協(xié)議技術(shù)特點(diǎn)

　　3.1 IPv6相對(duì)于IPv4有哪些較為顯著的優(yōu)勢(shì)？

　　相對(duì)于IPv4，IPv6有如下一些顯著的優(yōu)勢(shì)：

　?。?）地址容量大大擴(kuò)展，由原來(lái)的32位擴(kuò)充到128位，徹底解決IPv4地址不足的問(wèn)題；支持分層地址結(jié)構(gòu)，從而更易于尋址；擴(kuò)展支持組播和任意播地址，這使得數(shù)據(jù)包可以發(fā)送給任何一個(gè)或一組節(jié)點(diǎn)；

　?。?）大容量的地址空間能夠真正的實(shí)現(xiàn)無(wú)狀態(tài)地址自動(dòng)配置，使IPv6終端能夠快速連接到網(wǎng)絡(luò)上，無(wú)需人工配置，實(shí)現(xiàn)了真正的即插即用；

　?。?）報(bào)頭格式大大簡(jiǎn)化，從而有效減少路由器或交換機(jī)對(duì)報(bào)頭的處理開(kāi)銷(xiāo)，這對(duì)設(shè)計(jì)硬件報(bào)頭處理的路由器或交換機(jī)十分有利；

　?。?）加強(qiáng)了對(duì)擴(kuò)展報(bào)頭和選項(xiàng)部分的支持，這除了讓轉(zhuǎn)發(fā)更為有效外，還對(duì)將來(lái)網(wǎng)絡(luò)加載新的應(yīng)用提供了充分的支持；

　?。?）流標(biāo)簽的使用讓我們可以為數(shù)據(jù)包所屬類(lèi)型提供個(gè)性化的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，并有效保障相關(guān)業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量；

　?。?）認(rèn)證與私密性：IPv6把IPSec作為必備協(xié)議，保證了網(wǎng)絡(luò)層端到端通信的完整性和機(jī)密性；

　　（7）IPv6在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和實(shí)時(shí)通信方面有很多改進(jìn)。特別地，不像IPv4，IPv6具備強(qiáng)大的自動(dòng)配置能力從而簡(jiǎn)化了移動(dòng)主機(jī)和局域網(wǎng)的系統(tǒng)管理。

　　3.2 報(bào)頭結(jié)構(gòu)

　　3.2.1 IPv6的報(bào)頭結(jié)構(gòu)是怎樣的？

　　新的IPv6報(bào)頭的結(jié)構(gòu)比IPv4簡(jiǎn)單得多， IPv6報(bào)頭中刪除了IPv4報(bào)頭中許多不常用的域，放入了可選項(xiàng)和報(bào)頭擴(kuò)展中；IPv6中的可選項(xiàng)有更嚴(yán)格的定義。IPv4中有10個(gè)固定長(zhǎng)度的域、2個(gè)地址空間和若干個(gè)選項(xiàng)，IPv6中只有6個(gè)域和2個(gè)地址空間。

　　雖然IPv6報(bào)頭占40字節(jié)，是24字節(jié)IPv4報(bào)頭的1.6倍，但因其長(zhǎng)度固定（IPv4報(bào)頭是變長(zhǎng)的），故不需要消耗過(guò)多的內(nèi)存容量。

　　IPv4中的報(bào)頭長(zhǎng)度（header length）、服務(wù)類(lèi)型（type of service，TOS）、標(biāo)識(shí)符（identification）、標(biāo)志（flag）、分段偏移（fragment offset）和報(bào)頭校驗(yàn)和（header checksum）這6個(gè)域被刪除。報(bào)文總長(zhǎng)（total length）、協(xié)議類(lèi)型（protocol type）和生存時(shí)間（time to live，TTL）3個(gè)域的名稱(chēng)或部分功能被改變，其選項(xiàng)（options）功能完全被改變，新增加了2個(gè)域，即優(yōu)先級(jí)和流標(biāo)簽。

　　下圖為具體的IPv4與IPv6報(bào)頭比較。

　　表1 IPv4包頭格式

　　4bit版本號(hào)

　　4bit報(bào)頭長(zhǎng)度

　　8bit服務(wù)類(lèi)型

　　16bit數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度

　　標(biāo)識(shí)符（16bit）

　　標(biāo)志（4bit）

　　分段偏移（12bit）

　　生存時(shí)間（8bit）

　　傳輸協(xié)議（8bit）

　　報(bào)頭校驗(yàn)和（16bit）

　　源IP地址（32bit）

　　目的IP地址（32bit）

　　選項(xiàng)（24bit）

　　填充（8bit）

　　表2 ipv6包頭格式

　　4bit版本號(hào)

　　4bit優(yōu)先級(jí)

　　24bit流標(biāo)簽

　　凈荷長(zhǎng)度（16bit）

　　下一報(bào)頭（8bit）

　　HOP限制（8bit）

　　源IP地址（128bit）

　　目的IP地址（128bit）