IPv6简介

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。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。

一、简介

目前我们使用的第二代互联网IPv4技术，核心技术属于美国。它的最大问题是网络地址资源有限，从理论上讲，编址1600万个网络、40亿台主机。但采用A、B、C三类编址方式后，可用的网络地址和主机地址的数目大打折扣，以至目前的IP地址近乎枯竭。其中北美占有3/4，约30亿个，而人口最多的亚洲只有不到4亿个，中国截止2010年6月IPv4地址数量达到2.5亿，落后于4.2亿网民的需求。地址不足，严重地制约了中国及其他国家互联网的应用和发展。

一方面是地址资源数量的限制，另一方面是随着电子技术及网络技术的发展，计算机网络将进入人们的日常生活，可能身边的每一样东西都需要连入全球因特网。在这样的环境下，IPv6应运而生。单从数量级上来说，IPv6所拥有的地址容量是IPv4的约8×10^28倍，达到2^128（算上全零的）个。这不但解决了网络地址资源数量的问题，同时也为除电脑外的设备连入互联网在数量限制上扫清了障碍。

但是与IPv4一样，IPv6一样会造成大量的IP地址浪费。准确的说，使用IPv6的网络并 没有2^128个能充分利用的地址。首先，要实现IP地址的自动配置，局域网所使用的子网的前缀必须等于64，但是很少有一个局域网能容纳2^64个网络 终端；其次，由于IPv6的地址分配必须遵循聚类的原则，地址的浪费在所难免。

但是，如果说IPv4实现的只是人机对话，而IPv6则扩展到任意事物之间的对话，它不仅可以为人类服务，还将服务于众多硬件设备，如家用电器、传感器、远程照相机、汽车等，它将是无时不在，无处不在的深入社会每个角落的真正的宽带网。而且它所带来的经济效益将非常巨大。

当然，IPv6并非十全十美、一劳永逸，不可能解决所有问题。IPv6只能在发展中不断完善，也不可能在一夜之间发生，过渡需要时间和成本，但从长远看，IPv6有利于互联网的持续和长久发展。目前，国际互联网组织已经决定成立两个专门工作组，制定相应的国际标准。

二、特点

（1）IPV6地址长度为128位，地址空间增大了2的96次方倍；

（2）灵活的IP报文头部格式。使用一系列固定格式的扩展头部取代了IPV4中可变长度的选项字段。IPV6中选项部分的出现方式也有所变化，使路由器可以简单路过选项而不做任何处理，加快了报文处理速度；

（3）IPV6简化了报文头部格式，字段只有8个，加快报文转发，提高了吞吐量；

（4）提高安全性。身份认证和隐私权是IPV6的关键特性；

（5）支持更多的服务类型；

（6）允许协议继续演变，增加新的功能，使之适应未来技术的发展；

三、与IPv4相比的优势

1、IPv6具有更大的地址空间。IPv4中规定IP地址长度为32，最大地址个数为2^32；而IPv6中IP地址的长度为128，即最大地址个数为2^128。与32位地址空间相比，其地址空间增加了2^128-2^32个。

2、IPv6使用更小的路由表。IPv6的地址分配一开始就遵循聚类（Aggregation）的原则，这使得路由器能在路由表中用一条记录（Entry）表示一片子网，大大减小了路由器中路由表的长度，提高了路由器转发数据包的速度。

3、IPv6增加了增强的组播（Multicast）支持以及对流的支持（Flow Control），这使得网络上的多媒体应用有了长足发展的机会，为服务质量（QoS，Quality of Service）控制提供了良好的网络平台。

4、IPv6加入了对自动配置（Auto Configuration）的支持。这是对DHCP协议的改进和扩展，使得网络（尤其是局域网）的管理更加方便和快捷。

5、IPv6具有更高的安全性。在使用IPv6网络中用户可以对网络层的数据进行加密并对IP报文进行校验，在IPV6中的加密与鉴别选项提供了分组的保密性与完整性。极大的增强了网络的安全性。

6、允许扩充。如果新的技术或应用需要时，IPV6允许协议进行扩充。

7、更好的头部格式。IPV6使用新的头部格式，其选项与基本头部分开，如果需要，可将选项插入到基本头部与上层数据之间。这就简化和加速了路由选择过程，因为大多数的选项不需要由路由选择。

8、新的选项。IPV6有一些新的选项来实现附加的功能。

四、IPv6数据包

IPv6包头长度固定为40字节，去掉了IPv4中一切可选项，只包括8个必要的字段，因此尽管IPv6地址长度为IPv4的四倍，IPv6包头长度仅为IPv4包头长度的两倍。 　　右图为IPv6的数据包头结构.

其中的各个字段分别为：

Version（版本号）：4位，IP协议版本号，值= 6。

Traffic Class（通信类别）：8位，指示IPv6数据流通信类别或优先级。功能类似于IPv4的服务类型（TOS）字段。

Flow Label（流标记）：20位，IPv6新增字段，标记需要IPv6路由器特殊处理的数据流。该字段用于某些对连接的服务质量有特殊要求的通信，诸如音频 或视频等实时数据传输。在IPv6中，同一信源和信宿之间可以有多种不同的数据流，彼此之间以非“0”流标记区分。如果不要求路由器做特殊处理，则该字段 值置为“0”。

Payload Length（负载长度）：16位负载长度。负载长度包括扩展头和上层PDU，16位最多可表示65535字节负载长度。超过这一字节数的负载，该字段值 置为“0”，使用扩展头逐个跳段（Hop-by-Hop）选项中的巨量负载（Jumbo Payload）选项。

Next Header（下一包头）：8位，识别紧跟IPv6头后的包头类型，如扩展头（有的话）或某个传输层协议头（诸如TCP，UDP或着ICMPv6）。

Hop Limit（跳段数限制）：8位，类似于IPv4的TTL（生命期）字段，用包在路由器之间的转发次数来限定包的生命期。包每经过一次转发，该字段减1，减到0时就把这个包丢弃。

Source Address（源地址）：128位，发送方主机地址。

Destination Address（目的地址）：128位，在大多数情况下，目的地址即信宿地址。但如果存在路由扩展头的话，目的地址可能是发送方路由表中下一个路由器接口。

IPv6包头设计中对原IPv4包头所做的一项重要改进就是将所有可选字段移出IPv6包头，置于扩展头中。由于除Hop-by-Hop选项扩展头外，其他扩展头不受中转路由器检查或处理，这样就能提高路由器处理包含选项的IPv6分组的性能。

通常，一个典型的IPv6包，没有扩展头。仅当需要路由器或 目的节点做某些特殊处理时，才由发送方添加一个或多个扩展头。与IPv4不同，IPv6扩展头长度任意，不受40字节限制，以便于日后扩充新增选项，这一 特征加上选项的处理方式使得IPv6选项能得以真正的利用。但是为了提高处理选项头和传输层协议的性能，扩展头总是8字节长度的整数倍。

目前，RFC 2460中定义了以下6个IPv6扩展头：Hop-by-Hop（逐个跳段）选项包头、目的地选项包头、路由包头、分段包头、认证包头和ESP协议包头：

（1）Hop-by-Hop选项包头包含分组传送过程中，每个路由器都必须检查和处理的特殊参数选项。其中的选项描述一个分组的某些特性或用于提供填充。

这些选项有：

Pad1选项（选项类型为0），填充单字节。 PadN选项（选项类型为1），填充2个以上字节。

Jumbo Payload选项（选项类型为194），用于传送超大分组。使用Jumbo Payload选项，分组有效载荷长度最大可达4,294,967,295字节。负载长度超过65,535字节的IPv6包称为“超大包”。

路由器警告选项（选项类型为5），提醒路由器分组内容需要做特殊处理。路由器警告选项用于组播收听者发现和RSVP（资源预定）协议。

（2）目的地选项包头指名需要被中间目的地或最终目的地检查的信息。有两种用法：

如果存在路由扩展头，则每一个中转路由器都要处理这些选项。

如果没有路由扩展头，则只有最终目的节点需要处理这些选项。

（3）路由包头

类似于IPv4的松散源路由。IPv6的源节点可以利用路由扩展包头指定一个松散源路由，即分组从信源到信宿需要经过的中转路由器列表。

（4）分段包头

提供分段和重装服务。当分组大于链路最大传输单元（MTU）时，源节点负责对分组进行分段，并在分段扩展包头中提供重装信息。

（5）认证包头

提供数据源认证、数据完整性检查和反重播保护。认证包头不提供数据加密服务，需要加密服务的数据包，可以结合使用ESP协议。

（6）ESP协议包头

提供加密服务。

五、IPv6 编址

从IPv4到IPv6最显著的变化就是网络地址的长度。RFC 2373 和RFC 2374定义的IPv6地址，就像下面章节所描述的，有128位长；IPv6地址的表达形式一般采用32个十六进制数。

IPv6中可能的地址有3.4×10^38个。

在很多场合，IPv6地址由两个逻辑部分组成：一个64位的网络前缀和一个64位的主机地址，主机地址通常根据物理地址自动生成，叫做EUI-64（或者64-位扩展唯一标识）。 　　

IPv6地址表示

IPv6地址为128位长，但通常写作8组，每组为四个十六进制数的形式。例如：

2001:0db8:85a3:08d3:1319:8a2e:0370:7344是一个合法的IPv6地址。

如果四个数字都是零，可以被省略。例如：

2001:0db8:85a3:0000:1319:8a2e:0370:7344

等价于

2001:0db8:85a3::1319:8a2e:0370:7344

遵从这些规则，如果因为省略而出现了两个以上的冒号的话，可以压缩为一个，但这种零压缩在地址中只能出现一次。因此：

2001:0DB8:0000:0000:0000:0000:1428:57ab

2001:0DB8:0000:0000:0000::1428:57ab

2001:0DB8:0:0:0:0:1428:57ab

2001:0DB8:0::0:0:1428:57ab

2001:0DB8::1428:57ab都是合法的地址，并且他们是等价的。但 2001::25de::cade是非法的。（因为这样会使得搞不清楚每个压缩中有几个全零的分组）

同时前导的零可以省略，因此： 　　2001:0DB8:02de::0e13等价于2001:DB8:2de::e13

一个IPv6地址可以将一个IPv4地址内嵌进去，并且写成IPv6形式和平常习惯的IPv4形式的混合体。

IPv6有两种内嵌IPv4的方式：IPv4映像地址和IPv4兼容地址。

IPv4映像地址有如下格式：::ffff:192.168.89.9

这个地址仍然是一个IPv6地址，只是0000:0000:0000:0000:0000:ffff:c0a8:5909的另外一种写法罢了。IPv4映像地址布局如下：

| 80bits |16 | 32bits |

+---------------------------- +--------+------------------------|

0000....................0000 | FFFF | IPv4 address |

+---------------------------- +--------+----------------------- |

IPv4兼容地址写法如下：：：192.168.89.9

如同IPv4映像地址，这个地址仍然是一个IPv6地址，只是0000:0000:0000:0000:0000:0000:c0a8:5909的另外一种写法罢了。

IPv4兼容地址布局如下：

| 80bits |16 | 32bits |

+---------------------------- +--------+------------------------|

0000....................0000 | 0000 | IPv4 address |

+---------------------------- +--------+----------------------- |

IPv4兼容地址已经被舍弃了，所以今后的设备和程序中可能不会支持这种地址格式。

六、地址类型

地址中的前导位定义特定的 IPv6 地址类型。包含这些前导位的变长字段称作格式前缀 (FP）。

IPv6 单播地址被划分为两部分。第一部分包含地址前缀，第二部分包含接口标识符。表示 IPv6 地址/前缀组合的简明方式如下所示：ipv6 地址/前缀长度。

以下是具有 64 位前缀的地址的示例：

3FFE:FFFF:0:CD30:0:0:0:0/64.

此示例中的前缀是 3FFE:FFFF:0:CD30。该地址还可以以压缩形式写入，如 3FFE:FFFF:0:CD30::/64。 　　IPv6 定义以下地址类型：

单播地址(Unicast)　用于单个接口的标识符。发送到此地址的数据包被传递给标识的接口。通过高序位八位字节的值来将单播地址与多路广播地址区分开来。多路广播地址的高序列八位字节具有十六进制值 FF。此八位字节的任何其他值都标识单播地址。

以下是不同类型的单播地址：

链路本地地址。这些地址用于单个链路并且具有以下形式：FE80::InterfaceID。链路-本地地址用在链路上的各节点之间，用于自动地址配置、邻居发现或未提供路由器的情况。链路-本地地址主要用于启动时以及系统尚未获取较大范围的地址之时。

站点本地地址。这些地址用于单个站点并具有以下格式：FEC0::SubnetID:InterfaceID。站点本地地址用于不需要全局前缀的站点内的寻址。

可聚集全球地址。这些地址可用在 Internet 上并具有以下格式：001（FP，3 位）TLA ID（13 位）Reserved（8 位）NLA ID（24 位）SLA ID（16 位）InterfaceID（64 位）。

镶有IPv4地址的IPv6地址。这些地址主要是用在自动隧道上，这类节点即支持IPv4也支持IPv6，兼容的地址通过设备以隧道方式传送报文。

任播地址(Anycast)　任播，也叫泛播。一组接口的标识符（通常属于不同的节点）。发送到此地址的数据包被传递给该地址标识的所有接口（根据路由走最近的路线）。任播地址类型代替 IPv4 广播地址。

通常，节点始终具有链路本地地址。它可以具有站点本地地址和一个或多个全局地址。

组播地址(Multicast)　IPv6中的组播在功能上与IPv4中的组播类似：表现为一组接口对看到的流量都很感兴趣。

组播分组前8比特设置为FF。接下来的4比特是地址生存期：0是永久的，而1是临时的。接下来的4比特说明了组播地址范围（分组可以达到多远）：1为节点，2为链路，5为站点，8为组织，而E是全局（整个因特网）。

七、在服务器上的配置

1、Windows XP/Windows 2003 操作系统

(1) IPv6 协议栈的安装

在 开始 --> 运行 处执行 ipv6 install

(2) IPv6 地址设置

在 开始 --> 运行 处执行 netsh 进入系统网络参数设置环境，然后执行 ： interface ipv6

画面显示：netsh interface ipv6>

然后再执行 ：add address “本地连接” 2001:da8:207::9402

(3) IPv6 默认网关设置

在上述系统网络参数设置环境中执行 ：add route ::/0 “本地连接” 2001:da8:207::9401 publish=yes

(4) 网络测试命令 　　ping6 、 tracert6

2. Linux 操作系统

(1) 安装ipv6协议

#modprobe ipv6

(2)IPv6 地址设置

ifconfig eth0 inet6 add 2001:da8:207::9402

(3) IPv6 默认网关设置

route -A inet6 add ::/0 gw 2001:da8:207::9401

(4) 网络测试命令

ping6 、 traceroute6

3. Solaris 操作系统 　　

(1) 创建 IPv6 接口

touch /etc/hostname6.hme0

(2）添加 IPv6 地址

在 /etc/inet/ipnodes 文件中 ， 加入如下一行 ：2001:da8:207::9402 ipv6.********.bnu-ipv6

(3）设置 dns 查找顺序

在 /etc/nsswitch.conf 文件中 ， 修改 hosts 和 ipnodes 项如下 ：

hosts: files dns

ipnodes: files dns

(4) 添加默认路由

route add -inet6 default 2001:da8:207::9401 -interface

(5) 测试命令

ping -A inet6 IPv6 目标地址 　　traceroute -A inet6 IPv6 目标地址

本文讲解了IPv6的一些基础知识，希望对IPv6感兴趣的朋友有所帮助，想了解跟多的内容，可以看下《IPv6详解 卷1：核心协议实现》和《IPv6详解，卷2：高级协议实现》,这两本书对IPv6的技术做了很详细的说明。