IPv6简介
ipv6概念
ipv6概念IPv6概念IPv6（Internet Protocol Version 6）是Internet协议的第六个版本，是IP协议族的下一代标准。
IPv6的设计是为了解决IPv4（Internet Protocol Version 4）所面临的地址枯竭问题。
IPv4使用32位地址，可以表示约42亿个地址，而随着互联网的快速发展和设备的普及，IPv4地址资源日益紧张。
为了应对这一情况，IPv6采用了128位地址，可以表示约3.4 x 10^38个地址，为互联网的发展提供了更为广泛的地址空间。
IPv6被设计为与IPv4兼容，以平滑地过渡到新的协议。
它除了提供更多的地址，还具有一些其他改进。
下面将介绍IPv6的一些主要特点：1. 更大的地址空间：IPv6地址由128位表示，相较于IPv4的32位，提供了更多的地址空间。
每个IPv6地址和端口组合唯一标识一个设备或服务，使得互联网上的设备数量不再受限。
2. 自动地址配置：IPv6引入了一种称为无状态地址自动配置（SLAAC）的机制。
通过SLAAC，设备可以通过监听网络上的路由器通告自动配置自己的IPv6地址，减少了手动配置的工作量。
3. 简化的头部格式：IPv6的报头相较于IPv4更加简化，减少了路由器在处理数据包时的负担。
IPv6头部只有40个字节，而IPv4头部则为20个字节。
4. 更好的路由和转发能力：IPv6引入了一些新的特性和协议，如多播和任播，以提高网络的路由和转发效率。
5. 安全性和隐私保护：IPv6提供了内置的IPsec支持，加强了数据的安全性。
此外，它还引入了一种称为基于临时地址的隐私保护（Privacy Extensions）的机制，将一个IPv6地址分为两个部分，一部分是临时地址，用于临时通信，一部分是固定地址，用于长期通信。
6. QoS支持：IPv6对于服务质量（Quality of Service）的支持更加完善。
它引入了流标签（Flow Label）字段，使得网络设备能够高效地处理特定数据流。
IPv6基础介绍
IPv6基础介绍文档摘要：IPv6协议，IPv6优点，IPv6基本功能关键字：IPv6，ICMPv6，DHCPv6，PPPoEv6一、IPv6协议介绍IPv6是Internet Protocol Version 6的缩写，其中Internet Protocol译为“互联网协议”。
IPv6是IETF（互联网工程任务组，Internet Engineering TaskForce）设计的用于替代现行版本IP协议（IPv4）的下一代IP协议。
目前IP协议的版本号是4（简称为IPv4），它的下一个版本就是IPv6。
1、IPv4设计的不足（a）IPv4地址空间不足IPv4地址采用32比特标识，理论上能够提供的地址数量是43亿。
但由于地址分配的原因，实际可使用的数量不到43亿。
另外，IPv4地址的分配也很不均衡：美国占全球地址空间的一半左右，而欧洲则相对匮乏；亚太地区则更加匮乏。
与此同时，移动IP和宽带技术的发展需要更多的IP地址。
IPv4地址资源紧张直接限制了IP技术应用的进一步发展。
针对IPv4的地址短缺问题，也曾先后出现过几种解决方案。
比较有代表性的是CIDR(Classless Inter-Domain Routing)和NAT(IP Network AddressTranslator)。
但是CIDR和NAT都有各自的弊端和不能解决的问题，由此推动了IPv6的发展。
（b）骨干路由器维护的路由表表项过于庞大由于IPv4发展初期的分配规划问题，造成许多IPv4地址分配不连续，不能有效聚合路由。
日益庞大的路由表耗用较多内存，对设备成本和转发效率产生影响，这一问题促使设备制造商不断升级其路由器产品，以提高路由寻址和转发性能。
（c）不易进行自动配置和重新编制由于IPv4地址只有32比特，并且地址分配不均衡，导致在网络扩容或重新部署时，经常需要重新分配IP地址。
因此需要能够进行自动配置和重新编址以减少维护工作量。
通俗易懂 ipv6
通俗易懂 ipv6
IPv6，全称为“Internet Protocol version 6”，中文名为“互联网协议第6版”，它是互联网工程任务组（IETF）设计的用于替代IPv4的下一代IP协议。
IPv6的出现，主要是为了解决IPv4地址资源枯竭的问题。
IPv4是我们现在使用的互联网协议，由于早期的设计缺陷，IPv4地址数量有限，随着互联网的快速发展，地址资源已经接近枯竭。
而IPv6则采用了128位的地址长度，理论上的地址数量是2的128次方个，这个数字之大，几乎可以认为是无穷无尽的，因此完全不用担心地址资源枯竭的问题。
IPv6相比于IPv4，还有很多其他的优点。
首先，IPv6的设计更加简洁高效，可以减少网络中的路由表大小，提高路由器的转发效率。
其次，IPv6具有更好的安全性，支持IPSec （互联网协议安全），可以对通信内容进行加密，保证数据的安全性。
此外，IPv6还支持更多的多播功能，可以更好地支持流媒体、视频会议等需要大量数据传输的应用。
对于普通用户来说，IPv6的普及可能并不会直接带来什么变化，因为大部分的网络应用并不需要用户去关心使用的是IPv4还是IPv6。
但是，随着IPv4地址资源的枯竭，以及IPv6技术的不断成熟，未来IPv6的普及是必然的趋势。
因此，了解IPv6，对于我们理解互联网的发展，以及未来可能出现的变化，都是非常有帮助的。
IPV6协议
IPV6协议IPv6是Internet Protocol Version 6的缩写，其中Internet Protocol译为“互联网协议”。
IPv6是IETF（互联网工程任务组，Internet Engineering Task Force）设计的用于替代现行版本IP协议（IPv4）的下一代IP协议。
IPv6是为了解决IPv4所存在的一些问题和不足而提出的，同时它还在许多方面提出了改进，例如路由方面、自动配置方面。
经过一个较长的IPv4和IPv6共存的时期，IPv6最终会完全取代IPv4在互连网上占据统治地位。
1IPv6简介IPv6是"Internet Protocol Version 6"的缩写，也被称作下一代互联网协议，它是由IETF设计的用来替代现行的IPv4协议的一种新的IP协议。
今天的互联网大多数应用的是IPv4协议，IPv4协议已经使用了20多年，在这20多年的应用中，IPv4获得了巨大的成功，同时随着应用范围的扩大，它也面临着越来越不容忽视的危机，例如地址匮乏等等。
IPv6是为了解决IPv4所存在的一些问题和不足而提出的，同时它还在许多方面提出了改进，例如路由方面、自动配置方面。
经过一个较长的IPv4和IPv6共存的时期，IPv6最终会完全取代IPv4在互连网上占据统治地位。
2IPv6特点对比IPv4，IPv6有如下的特点，这些特点也可以称作是IPv6的优点：简化的报头和灵活的扩展；层次化的地址结构；即插即用的连网方式；网络层的认证与加密；服务质量的满足；对移动通讯更好的支持。
简化报头灵活扩展IPv6对数据报头作了简化，以减少处理器开销并节省网络带宽。
IPv6的报头由一个基本报头和多个扩展报头(Extension Header)构成，基本报头具有固定的长度（40字节），放置所有路由器都需要处理的信息。
由于Internet上的绝大部分包都只是被路由器简单的转发，因此固定的报头长度有助于加快路由速度。
IPv6基础简介
2001::/16 全球可聚合地址，由 IANA 按地 域和ISP进行分配，是最常用的IPv6地址 2002::/16 6 to 4 地址，用于6to4自动构造 隧道技术的地址 3ffe::/16 早期开始的IPv6 6bone试验网地 址 注：上面三类属于单播地址，都是目前互联网 上广泛应用的IPv6地址
24 号
31 跳数限制
有 效 载 荷 长 度 IPv6 的 基 本 首 部 40 B
目 的 地 址 （128 bit）
流标号(flow label)—— 20 bit。 “流”是互联网络上 从特定源点到特定终点的一系列数据报， “流”所经 过的路径上的路由器都保证指明的服务质量。 所有属于同一个流的数据报都具有同样的流标号。 IPV6简介
24
31
版本
通信量类
有 效 载 荷 长 度
流
标
号 跳数限制
下一个首部
IPv6 的 基本首部 （40 B）
源 地 址 （128 bit）
目 的 地 址 （128 bit）
IPv6 的 有效载荷 （至 64 KB）
扩展首部 / 数据
IPV6简介
比特 0
4
12
16
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31
版本
通信量类
有 效 载 荷 长 度
IPV6简介
IETF推荐了双协议栈、隧道技术以及NAT等 演进方案。这些演进方案已经在欧洲、日本以 及我国的商用或实验网络中得到论证和实践。 这些演进方案需要进一步与中国具体的网络实 践和运营实践相结合，需要在大规模的商用实 践中论证、发展与完善。
比特 0 版本
4 通信量类
12
16 流 标 下一个首部 源 地 址 （128 bit）
IPV6原理与应用
ICMPv6协议——报文格式
ICMPv6 报文格式 （RFC 2463）
Type：ICMPv6消息的类型 Code：代码，取决于Type值，可将某一类型的ICMPv6消息
细分为更具体的用途 Checksum：校验和，校验的部分包括了ICMPv6数据和
IPv6的包头部分（IPv6包头不含校验） Data：ICMPv6数据
移动和宽带技术的发展要求更多的IP地址 CIDR, VLSM , NAT, 混合地址等技术只能暂时缓解IPv4地
址紧张，但无法根本解决地址问题
为什么要升级到IPv6?
IETF在20世纪90年代提出下一代互联网协议-IPv6
IPv6成为公认的IPv4的升级版本
最本质的改进——几乎无限的地址空间 其他（锦上添花）：
接口ID生成
接口ID可以根据IEEE EUI－64规范将48比特的MAC地址转化为 64比特的接口ID
MAC地址的唯一性保证了接口ID的唯一性 设备自动生成，不需人为干预
接口ID也可由设备随机生成（RFC3041） 手工配置
MAC到EUI-64转换实例
1. MAC 地址：0000:0b0a:2d51 2. 二进制：
IPv6原理与应用
2019-06
课程内容
一、IPv6概述 二、IPv6寻址 三、 IPv6报文结构 四、IPv6基本协议 五、IPv6路由协议 六、IPv6过渡技术
课程议题
一、IPv6概述
需要升级IPv4吗?
以IPv4为核心技术的Internet获得巨大成功 IPv4地址资源紧张
2001：410：：1/64
RS报文 源：FE80::ABCD 目的：FF02::2 RA报文( 前缀为2001：410) 源：FE80::EFGH 目的：FF02::1
IPv6基本介绍
3、快速部署-6RD
IPv6
ETH0_0 2011::1 PC1 2011::2 ETH0_1
IPv4 CE1
123.1.1.2 ETH0_1 ETH0_1 123.1.1.1 ETH0_0 2011::1
IPv6
BR
ETH0_0 2012::1 PC3 2012::2
CE2 123.1.1.3
PC2 2011::2
3）前缀重新编址（优先时间<=有效时间）
前缀在重新编址期间，链路上是同时存在两个前缀的连接的 优先时间（用旧前缀IPv6地址新建连接） 旧的前缀 有效时间（维持旧连接，为0后不再维持，连接自动老化） 优先时间（旧前缀优先时间为0后新建连接） 新的前缀 有效时间（维持新连接）
3、路由器重定向 主机A
ETH0_1 ETH0_0 FW2 123.1.1.2 10.10.12.1 PC2 10.10.12.2
原理为：当PC1向PC2发送报文时，源地址为2011::2，目的地址为 2011::10.10.12.2，此报文到达FW1后，FW1查看目的地址的前缀为2011::，并根 据它检查NAT64的规则，然后对其进行地址转换，从地址池中选取一个地址，比 如:123.1.1.3来替换IPv6的源地地址2011::2，再根据IPv6的目的地址 2011::10.10.12.2的低32位IPv4地址信息10.10.12.2来替换IPv6的目的地址。 转换结果就是：源地址2011::2123.1.1.3，目的地址2011::10.10.12.2 10.10.12.2；转换后的报文到达PC2后，PC2回复此报文，FW1对其进行逆向转 换。
二、IPv6邻居发现
1、ND协议功能组成：
1）地址解析（替代IPv4中的ARP） 2）无状态地址自动配置 路由器在其相连的链路上发布参数信息，主机捕获消息后，可获得v6 地址的前缀、默认路由、链路参数等 3）路由器重定向 当本地链路上存在一个到达目网络有更好的链路时，路由器需要通告节点 来进行相应的配置改变
IPv6地址表示方式
IPv6地址表⽰⽅式1、IPv6 简介IPv6是英⽂“I nternet P rotocol v ersion 6”（互联⽹协议第6版）的缩写，是互联⽹⼯程任务组（IETF）设计的⽤于替代的下⼀代IP协议，其地址数量号称可以为全世界的每⼀粒沙⼦编上⼀个地址。
由于IPv4最⼤的问题在于⽹络地址资源有限，严重制约了互联⽹的应⽤和发展。
IPv6的使⽤，不仅能解决⽹络地址资源数量的问题，⽽且也解决了多种接⼊设备连⼊互联⽹的障碍。
2、IPv6 地址表⽰法IPv6的地址长度为128位，是IPv4（32位）地址长度的4倍。
于是IPv4点分⼗进制格式不再适⽤，采⽤⼗六进制表⽰。
IPv6有3种表⽰⽅法。
1）冒分⼗六进制表⽰法格式为X:X:X:X:X:X:X:X，其中每个X表⽰地址中的16bit，以⼗六进制表⽰。
如下：0123:4567:890A:BCDE:F012:3456:7890:ACBD这种表⽰法中，每个X的前导0是可以省略的，例如：0001:0002:0034:0005:0006:0078:0009:000A 等价于 1:2:34:5:6:78:9:A2）0位压缩表⽰法在某些情况下，⼀个IPv6地址中间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。
例如：1234:0000:0000:0000:5678:0000:0000:ABCD等价于1234::5678:0:0:ABCD或者1234:0:0:0:5678::ABCD3）内嵌IPv4地址表⽰法为了实现IPv4-IPv6互通，IPv4地址会嵌⼊IPv6地址中，此时地址常表⽰为：X:X:X:X:X:X:d.d.d.d。
前96bit采⽤冒分⼗六进制表⽰，⽽最后32bit地址则使⽤IPv4的点分⼗进制表⽰。
例如::192.168.0.1与::FFFF:192.168.0.1就是两个典型的例⼦。
【注意】在前96bit中，压缩0位的⽅法依旧适⽤。
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IPv6简介
1．认识IPv6地址
对于128位的IPv6地址，考虑到IPv6地址的长度是原来的四倍，RFC1884规定的标准语法建议把IPv6地址的128位（16个字节）写成8个16位的无符号整数，每个整数用四个十六进制位表示，这些数之间用冒号（：）分开，例如：3ffe:3201:1401:1:280:c8ff:fe4d:db39
为了简化其表示法，rfc2373提出每段中前面的0可以省略，连续的0可省略为\"::\"，但只能出现一次.
例如：
1080:0:0:0:8:800: 200C : 417A 可简写为1080::8:800: 200C : 417A
FF01:0:0:0:0:0:0:101 可简写为FF01::101
0:0:0:0:0:0:0:1 可简写为::1
0:0:0:0:0:0:0:0 可简写为::
类似于IPv4中的CDIR表示法，IPv6用前缀来表示网络地址空间，比如：
2001:251:e000::/48 表示前缀为48位的地址空间，其后的80位可分配给网络中的主机，共有2的80次方个地址。
2．IPv6地址作用域和地址分类
IPv6地址指定给接口，一个接口可以指定多个地址。
2.1 IPv6地址作用域
每一个Ipv6地址都属于且只属于一个对应于其地址范围的区域。
例如，可聚合的全球单播地址（Aggregatable Global Unicast Addresses）地址范围就是全球；链路本地地址（Link-Local Addresses）的地址范围就是由一条特定的网络链路和连接到这条链路的多个接口组成的区域。
这样，地址的唯一性只能在其范围区域内的到保证。
* link local地址本链路有效
* site local地址本区域（站点）内有效，一个site通常是个校园网
* global地址全球有效，即可汇聚全球单播地址
2.2 IPv6地址分类
在RFC1884中指出了三种类型的IPv6地址，他们分别占用不同的地址空间：
* unicast 单播（单点传送）地址：这种类型的地址是单个接口的地址。
发送到一个单点传送地址的信息包只会送到地址为这个地址的接口。
* anycast 任播（任意点传送）地址：这种类型的地址是一组接口的地址，发送到一个任意点传送地址的信息包只会发送到这组地址中的一个（根据路由距离的远近来选择）
* multicast 组播（多点传送）地址：这种类型的地址是一组接口的地址，发送到一个多点传送地址的信息包会发送到属于这个组的全部接口。
其中单播地址又包括:全局可聚集的单播地址，站点本地地址和链路本地地址。
3．常见的IPv6地址及其前缀
•::/128 即0:0:0:0:0:0:0:0，只能作为尚未获得正式地址的主机的源地址，不能作为目的地址，不能分配给真实的网络接口。
•::1/128 即0:0:0:0:0:0:0:1，回环地址，相当于IPv4中的localhost（127.0.0.1），ping locahost 可得到此地址。
•2001::/16 全球可聚合地址，由IANA 按地域和ISP进行分配，是最常用的IPv6地址，属于单播地址。
•2002::/16 6 to 4 地址，用于6to4自动构造隧道技术的地址，属于单播地址。
•3ffe::/16 早期开始的IPv6 6bone试验网地址，属于单播地址。
•fe80::/10 (1111 1110 10)本地链路地址，用于单一链路，适用于自动配置、邻机发现等，路由器不转发以fe80开头的地址。
•fec0::/10 (1111 1110 11)站点-本地单播地址
•ff00::/8 (1111 1111) 组播地址。
•::A.B.C.D 兼容IPv4的IPv6地址，其中<A.B.C.D>代表IPv4地址。
自动将IPv6包以隧道方式在IPv4网络中传送的IPv4/IPv6节点将使用这些地址。
•::FFFF:A.B.C.D 是IPv4映射过来的IPv6地址，其中<A.B.C.D>代表IPv4地址，例
如::ffff:202.120.2.30 ，它是在不支持IPv6的网上用于表示IPv4节点。
4. IPv4和IPv6地址对应关系和区别
IPv4地址IPv6地址
组播地址（224.0.0.0/4）IPv6组播地址（FF00::/8）
广播地址无，只有任播（anycast）地址
未指定地址为0.0.0 .0 未指定地址为::
回路地址为127.0.0.1 回路地址为::1
公用IP地址可汇聚全球单播地址
私有地址（10.0.0 .0/8、172.16.0.0/12和
192.168.0.0/16）
本地站点地址（FEC0::/48）
Microsoft自动专用IP寻址自动配置的地址
（169.254.0.0/16）
本地链路地址（FE80::/64）
表达方式：点分十进制表达方式：冒号十六进制式（取消前置零、
零压缩）
子网掩码表示：以点阵十进制表示法或前缀长度表示法（CIDR）子网掩码表示：仅使用前缀长度表示法（CIDR）
5. Pv6地址结构
struct sockaddr_in6
{
u_char sin6_len;
u_char sin6_family; //协议族
u_int16_t sin6_port; //端口号
u_int32_t sin6_flowinfo; //设置流标记
struct in6_addr sin6_addr; //地址
u_int32_t sin6_scope_id; //设置IPv6地址作用范围，是可聚集的全球化地址，还是本地站地址，还是链路地址
}
struct in6_addr
{
u_int8_t __u6_addr8[16];
}
in6addr_any表示本地任意地址.
sin6_flowinfo和sin6_scope_id数据成员。
在数据成员sin6_flowinfo中将包含IPV6报头中的通信流类别字段和流标签字段。
在XP和SERVER2003系统中不支持sin6_flowinfo数据成员。
在数据成员sin6_scope_id中包含了范围ID，它用于标识一系列的接口，这些接口与地址字段中的地址相对应。
6. 从IPv4到IPv6的过渡策略过渡技术的概述与现状
6.1过渡技术
目前解决过渡问题基本技术主要有三种：双协议栈（RFC 2893 obsolete RFC1933）、隧道技术(RFC 2893)、NAT-PT(RFC 2766)。
(1) 双协议栈( Dual Stack)
采用该技术的节点上同时运行IPv4和IPv6两套协议栈。
这是使IPv6节点保持与纯IPv4节点兼容最直接的方式，针对的对象是通信端节点（包括主机、路由器）。
这种方式对IPv4和IPv6提供了完全的兼容，但是对于IP地址耗尽的问题却没有任何帮助。
(2) 隧道技术( Tunnel)
隧道技术提供了一种以现有IPv4路由体系来传递IPv6数据的方法：将IPv6的分组作为无结构意义的数据，封装在IPv4数据报中，被IPv4网络传输。
根据建立方式的不同，隧道可以分成两类：(手工)配置的隧道和自动配置的隧道。
隧道技术巧妙地利用了现有的IPv4网络，它的意义在于提供了一种使IPv6的节点之间能够在过渡期间通信的方法，但它并不能解决IPv6节点与IPv4节点之间相互通信的问题。
(3) 网关转换（NAT-PT）
转换网关除了要进行IPv4地址和IPv6地址转换，还要包括协议并翻译。
转换网关作为通信的中间设备，可在IPv4和IPv6网络之间转换IP报头的地址，同时根据协议不同对分组做相应的语义翻译，从而使纯IPv4和纯IPv6站点之间能够透明通信。
6.2IPv6与IPv6之间的通信
(1)手工配置隧道( Configured Tunnel)
(2)自动配置的隧道( Auto-configured Tunnel )
(3)隧道中介(Tunnel Broker)
(4) 6 over 4
6 over 4是一种点到点、点到路由和路由到点的自动隧道技术，它被用作通过Ipv4内部
网的Ipv6节点之间的单点或多点连接。
这种隧道端点的IPv4地址采用邻居发现的方法确定。
6.3IPv6/IPv4通信
(1)Dual Stack Model (双栈模型)
(2) Limited Dual Stack Model (限制型双栈模型)
(3) SIIT ( Stateless IP/ ICMP Translation，无状态IP/ICMP 转换)
(4) NAT-PT (Network Address Translation - Protocol Translation，网络地址―协议转换)
(5) BIA ( Bump-In-the-API, Internet Draft )。