一、IPv6簡介

1、IPv6 早期被稱為 IPng (next generation)目前是 IP 協(xié)議的最新版本

IP 協(xié)議是一種網(wǎng)絡層協(xié)議，采用 IP協(xié)議構(gòu)建的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡可提供高效的數(shù)據(jù)、語音和圖像的傳輸服務。目前，在 Internet 上廣泛采用的 IP協(xié)議是 IPv4 版。隨著 Internet 的迅猛發(fā)展，在充分享用了 IPv4 協(xié)議的簡單高效的同時，人們也就意識到了IPv4 的 32 位地址空間是不夠的;因此，必須建立新的 IP 標準。

2、海量 IPv6 地址空間

IPv6 最根本的改變是提供了未來對全球范圍內(nèi)可確定的地址空間的需求?；谝苿釉O備的應用，如：個人數(shù)字設備(PDAs), 移動電話,汽車, 家庭網(wǎng)絡和其他的移動數(shù)據(jù)通信設備都需要全球范圍內(nèi)可確定的地址。IPv6 將網(wǎng)絡地址位數(shù)從 32 位擴展到 128 位, 這代表著可以為地球上的任何需要聯(lián)網(wǎng)的設備提供唯一確定的地址。正是因為有了全球范圍內(nèi)可確定的地址，IPv6 提供了全球范圍內(nèi)的地址可達，端到端的安全通信，以及對所有對地址有要求的應用和服務的支持。 除此之外，豐富的 IPv6 地址空間消除了網(wǎng)絡中的NAT(Network Address Translation)瓶頸，提高了網(wǎng)絡效率。

二、IPv6地址

由于 IPv6 的地址有 128 位長，比 32 位的 IPv4 地址表示起來復雜的多。目前，IPv6 的地址由一串 16 進制的數(shù)字表示，每 16 位之間用分號(:)隔開，格式如下： x:x:x:x:x:x:x:x.下面是兩個 IPv6 地址例子：

• 2001:0DB8:7654:3210:FEDC:BA98:7654:3210
• 1080:0:0:0:8:800:200C:417A

通常情況下 IPv6 地址會包含連續(xù)的 0。為避免 IPv6 地址表示的復雜性，連續(xù)的 0 可縮寫為兩個冒號表示(::)。 Table1 lists IPv6 地址的縮寫格式。 兩個冒號可以用在 IPv6 地址的一部分。你可以在一個接口上配置多個地址，但只能一個 link-local 地址。注意兩個冒號(::) 只能在 IPv6 地址中出現(xiàn)一次，只能代表最長的連續(xù)的 0。IPv6 地址中的十六進制數(shù)的表示是大小寫不敏感的。

loopback 地址可以是一個網(wǎng)絡節(jié)點送一個 IPv6 的數(shù)據(jù)包給自己。 這個 loopback地址功能與 IPv4 的 loopback 地址 (127.0.0.1)一樣.注意 IPv6 的 loopback 地址不能配置在物理接口。 一個不管是原地址還是目的地址是 IPv6loopback 地址的數(shù)據(jù)包必須停留在產(chǎn)生他的網(wǎng)絡節(jié)點內(nèi)，不能出現(xiàn)在網(wǎng)絡鏈路上。IPv6 路由器不能轉(zhuǎn)發(fā)代有 IPv6 loopback 地址的數(shù)據(jù)包，不管是原地址還是目的地址。

三、單播 Unicast 地址

一個 IPv6 單播地址是用來標示一個網(wǎng)絡節(jié)點的一個接口。一個數(shù)據(jù)包的目的地址是一個單播地址時，他將被送到以這個地址標示的網(wǎng)絡接口。一個 IPv6 的路由器應支持下列單播地址類型:

• Global aggregatable address:可匯聚的全球化地址。
• Site-local address:區(qū)域內(nèi)的地址 (proposal to remove by IETF)
• Link-local address: 鏈路接口地址
• IPv4-compatible IPv6 address: 兼容 IPv4 的地址

四、可匯聚的全球地址

一個可匯聚的全球地址是一個帶有全球化的可匯聚的 IPv6 前綴的地址。 這種結(jié)構(gòu)化的全球化的單播地址可以進行嚴格的路由前綴的匯聚，這樣就可以大大減少整個路由表的路由條數(shù)，減少路由的復雜度。 可匯聚的全球 地址用來標示鏈路地址，可以進行多級的路由匯聚，一直到頂級的 Internet服務提供商(ISPs).全球化的可匯聚的 IPv6 地址被定義為全球化的路由前綴, 子網(wǎng)絡號,和接口地址。除了以二進制 000 開始的地址, 所有的全球化的 IPv6 單播地址都帶有 64 位的接口地址。目前， 全球化的單播地址的分配范圍從以二進制的 001 (2000::/3)開始。 下圖表示了全球化的可匯聚的單播地的格式 。

帶有前綴從 2000::/3 (001) 到 E000::/3 (111)的地址需要帶有從(EUI)-64 格式的 64 位接口地址。

IANA (Internet Assigned Numbers Authority)將 2000::/16 IPv6 地址空間下發(fā)到各個區(qū)域的地址注冊機構(gòu)分發(fā),如 APNIC 等。在通常情況下，全球化的可匯聚的 IPv6 地址包含一個 48 位的全球路由前綴和 16 位的子網(wǎng)絡號或稱為區(qū)域級的可匯聚前綴(Site-Level Aggregator-- SLA)。在 IPv6 的全球化的可匯聚單播地址格式文件(RFC 2374)中指出, 全球化的路由前綴包括兩層的層次化結(jié)構(gòu)：頂層匯聚(Top-Level Aggregator--TLA) 和第二層匯聚(Next-Level Aggregator -- NLA)。現(xiàn)在，IETF 決定從 RFCs 把 TLS 和 NLA 的區(qū)域規(guī)定刪除，這樣可以使路由匯聚有更多的靈活性。在一些已經(jīng)采用了 RFC 2374 中的匯聚方式的網(wǎng)絡可繼續(xù)沿用原有的方式。

一個 16 位的子網(wǎng)絡標示被稱作子網(wǎng)號，他可以被不同的組織機構(gòu)用來區(qū)分自己內(nèi)部的地址分配。一個子網(wǎng)號與 IPv4 的子網(wǎng)非常類似, 知識他可以有多達 65,535 個子網(wǎng)。一個接口地址用來標示鏈路的接口。接口地址在一個鏈路上必須是唯一的 ,他們可以是 64 位接口地址中的任何一個，只要確保是唯一的。在多數(shù)情況下，接口地址可以是從鏈路層的地址中衍生而來。

在全球化的可匯聚的 IPv6 地址中，接口地址必須是 64 位長，并且采用修改的 EUI-64 的格式.修改的 EUI-64 的格式的接口地址可從下列的產(chǎn)生方法之一產(chǎn)生：所有的 IEEE 802 的接口類型(如：以太網(wǎng)，F(xiàn)DDI 等), 前三個八進制數(shù)(24bits)從 MAC 地址中的 OUI(Organizationally Unique Identifier)復制;第四和第五個八進制數(shù)為 FFFE, 最后的三個八進制數(shù)(24bits)復制 MAC 地址中的后 24 位。 最后，在構(gòu)成的 64 位接口地址的第一個八進制數(shù)的第七位(U/L) bit 表示該接口地址是本地化的還是本地的：0 表示本地地址，1 表示全球唯一的接口地址。

對其他的接口類型(如：串行接口, loopback, ATM, Frame Relay, 和 tunnel 接口—除 IPv6 overlaytunnel 的接口), 接口地址的構(gòu)成采用 IEEE 802 接口類型相似的方法：MAC 地址來自于設備的 MAC 地址池中的第一個 MAC 地址。 當接口類型是 IPv6 overlay tunnels 時, 接口地址是低 32 位的 IPv4 地址加上高位的全 0。注意當接口類型是 PPP 時, 兩端的不同接口可能具有相同的 MAC 地址;這時，兩端設備需要重新協(xié)商，重新選擇接口地址，直到他們是唯一的。網(wǎng)絡設備的第一個 MAC 地址用來構(gòu)建 PPP 接口地址。

當網(wǎng)絡設備不具有 IEEE802 類型接口， link-local 的 IPv6 地址按以下方式產(chǎn)生：

• 路由器請求 MAC 地址 (從路由器本身的 MAC 地址池)。
• 如果沒有 MAC 地址可用, 路由器的序列號可用做 link-local 地址。
• 如果序列號不可用，路由器將采用 MD5 算法結(jié)合自己的名字創(chuàng)建 MAC 地址。

五、Site-Local地址

一個 site-local 地址是一個帶著前綴 FEC0::/10 和 16 位子網(wǎng)號加上 64 位的 EUI-64 格式的 IPv6 單播地址。Site-local 地址非常像 IPv4 中的私有地址空間 10.0.0.0/8;可以在一個區(qū)域內(nèi)部進行路由的查找，而不需要全球化的唯一的地址前綴。 Site-local 地址可以被認為是私有地址，因為他只能在一個嚴格限制的區(qū)域內(nèi)使用。 下圖表示了 site-local 地址。IPv6 路由器不可以將帶有 site-local 的源地址或目的地址的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到區(qū)域之外。

六、Link-Local 地址

一個 link-local 地址是一個帶有 link-local 前綴 FE80::/10(1111 1110 10)的 IPv6 單播地址，他采用修改

的 EUI-64 地址格式自動產(chǎn)生。 Link-local 地址可用于鄰居發(fā)現(xiàn)協(xié)議(neighbor discovery protocol)和無狀態(tài)自動配置進程。 在同一個鏈路上的節(jié)點可使用 link-local 地址來通信; 不需要 site-local 地址或全球化的單播地址。 下圖表示 link-local 地址的結(jié)構(gòu)。

IPv6 路由器不能將帶有 link-local 的源地址或目的地址的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到其他網(wǎng)絡或鏈路。

七、IPv4 兼容的 IPv6 地址

一個 IPv4 兼容的 IPv6 地址是一個高 96 位全 0 的，低 32 位為 IPv4 地址的 IPv6 單播地址。這種 IPv4兼容的 IPv6 地址可表示為 0:0:0:0:0:0:A.B.C.D 或::A.B.C.D. 整個 128 位的 IPv4 兼容的 IPv6 地址是將網(wǎng)絡節(jié)點的 IPv4 地址直接植入 IPv6 地址的低 32 位。IPv4 兼容的 IPv6 地址用來在運行 IPv4 和 IPv6 雙棧時使用自動的隧道技術(shù)(tunnels)。 下圖表示了 IPv4 兼容的 IPv6 地址 格式。

八、Anycast地址

一個 anycast 地址是一個屬于多個網(wǎng)絡節(jié)點的接口的 IPv6 的地址。一個以 anycast 地址為目的地址的數(shù)據(jù)包將被轉(zhuǎn)發(fā)到最近的網(wǎng)絡接口;接口的遠近由路由的計算結(jié)果來確定。Anycast 地址從地址的結(jié)構(gòu)上來說同單播地址是不可分的，因為 anycast 地址存在于單播地址的地址空間。但一個單播地址可以被超過一個網(wǎng)絡接口接收時，他就是一個 anycast 地址。Anycast 地址需要在網(wǎng)絡節(jié)點上明確定義：這個地址是一個 anycast 地址。

九、Multicast組播地址

一個前綴 FF00::/8(1111 1111)的 IPv6 地址就代表它是一個 IPv6 組播地址。一個數(shù)據(jù)包的目的地址為組播地址時，他將被復制轉(zhuǎn)發(fā)到多個網(wǎng)絡的接收者。組播地址前綴的第二個八進制數(shù)代表組播地址的范圍。這個八進制數(shù)被分為兩部分：前四位為 0000 代表是一個永久性的組播地址，前四位為 0001代表是暫時的組播 地址;后四位代表組播范圍，目前定義了 1, 2, 5, 8, or E，分別代表不同的組播范圍。

IPv6 的設備(主機和路由器)必須加入下列組播組(必須接收的相應的組播數(shù)據(jù)包):

All-nodes 所有節(jié)點的組播組

• FF02:0:0:0:0:0:0:1 (link-local 范圍)

Solicited-node 節(jié)點請求組播組

• FF02:0:0:0:0:1:FF00:0000/104 用來對應單播地址和 anycast 地址 。

IPv6 路由器必須加入所有路由器組播組

• FF02:0:0:0:0:0:0:2 (link-local 范圍).