1、前戲

IPv6的普及已經(jīng)喊了很多年了，但是事與愿違啊，由于NAT技術(shù)的出現，硬是將當時(shí)岌岌可危的IPv4拖了二十年，所謂的普及IPv6還是遙遙無(wú)期，不可否認NAT技術(shù)真的很偉大，但是IPv6肯定是未來(lái)的趨勢，作為網(wǎng)絡(luò )編程的開(kāi)發(fā)人員，系統的詳細的了解IPv6還是很有必要的。我相信IPv6的普及很快就會(huì )到來(lái)，身懷此絕技的讀者你們，肯定是香饃饃了。所以開(kāi)始看文章吧。

其實(shí)我們用的比較多的主流操作系統都已經(jīng)支持了IPv6協(xié)議棧，Windows7，Linux2.6之后的版本等等。

2、IPV6的基本概念

周所周知，IPv6采用128位的地址長(cháng)度擁有更大的地址空間。首先我們先來(lái)認識一下IPv6到底長(cháng)成什么樣子。

IPv6數據報文和IPv4有很大的差別：

• 1）數據鏈路層（L2）的type字段標識為 0x86dd，表示承載的上層協(xié)議是IPv6（IPv4對比：type字段為0x0800）；
• 2）IPv6的頭部字段，和IPv4差別巨大（可以猜測到，IPv6和IPv4無(wú)法兼容）。

我們來(lái)看下ipv6的報文頭部格式：

ipv6報文頭部

ipv6的頭部更加的簡(jiǎn)單，少了很多的字段，對比ipv4,有這幾個(gè)地方需要注意：

• 1）IPv6報文頭部是定長(cháng)（固定為40字節），IPv4報文頭部是變長(cháng)的。這個(gè)意味著(zhù)，寫(xiě)代碼處理IPv6數據報文的效率會(huì )提高很多：）；
• 2）IPv6中Hop Limit字段含義類(lèi)似IPv4的TTL；
• 3）IPv6中的Traffic Class字段含義類(lèi)似IPv4中的TOS（Type Of Service）；
• 4）IPv6的報文頭部取消了校驗和字段：取消這個(gè)字段也是對IPv4協(xié)議的一個(gè)改進(jìn)。當IPv4報文在網(wǎng)路間傳輸，每經(jīng)過(guò)一個(gè)路由器轉發(fā)就是修改TTL字段，就需要重新計算校驗和，而由于數據鏈路層L2和傳輸層L4的校驗已經(jīng)足夠強壯，因此IPv6取消這個(gè)字段會(huì )提高路由器的轉發(fā)效率。值得一提的是，在IPv6協(xié)議下，傳輸層L4協(xié)議UDP、TCP是強制需要進(jìn)行校驗和的（IPv4是可選的）；
• 5）IPv6報文頭部中的Next Header字段表示“承載上一層的協(xié)議類(lèi)型”或者“擴展頭部類(lèi)型”。

這里的含義與IPv4有很大的差別，需要加以解釋?zhuān)?/span>

• 當IPv6數據報文承載的是上層協(xié)議ICMPv6、TCP、UDP等的時(shí)候，Next Header的值分別為58、6、17，這個(gè)時(shí)候和IPv4報文頭部中的Protocol字段很類(lèi)似;
• 當不是以上3種協(xié)議類(lèi)型的時(shí)候，IPv6報文頭部緊接的是擴展頭部。擴展頭部是IPv6引入的一個(gè)新的概念，每個(gè)IPv6的數據報文可以承載0個(gè)或多個(gè)擴展頭部，擴展頭部通過(guò)鏈表的形式組織起來(lái)。當IPv6數據報文承載著(zhù)擴展頭部的時(shí)候，Next Header的數值為擴展頭部的類(lèi)型值。

為什么要引入擴展頭部這個(gè)概念，這里也是IPv6對IPv4改進(jìn)的一個(gè)方面，用擴展頭部取代了IPv4的可選項信息，精簡(jiǎn)了IPv6的頭部，增強了IPv6的擴展性。有同學(xué)會(huì )不會(huì )有疑問(wèn)，IPv6的分片數據報文怎么處理？其實(shí)就是使用了IPv6擴展頭部。

當發(fā)送一個(gè)分片IPv6數據報文的時(shí)候，IPv6使用的是擴展頭部的形式組織各個(gè)分片的信息，IPv6報文頭部Next Header字段值為44表示存在擴展頭部，擴展頭部是IPv6分片數據信息。

對比IPv4，分片信息是記錄在IPv4報文頭部的分片字段中。

IPv6的擴展頭部類(lèi)型有很多種，除了上述的分片頭部，還有路由頭部、逐跳可選頭部等，具體的可以參考RFC2460。

本章主要介紹了IPv6的一些很直觀(guān)的認識，下面逐漸介紹IPv6上的基本知識和概念。

3、ipv6的地址語(yǔ)法

讀者可以網(wǎng)上查，在此不贅述。

4、IPv6地址的號段劃分和前綴表示法

IPv6擁有128位巨大的地址空間，對于那么大的空間，也不是隨意的劃分，而是使用按照bit位進(jìn)行號段劃分（與鵝廠(chǎng)內部一些的64位uin改造放號的zone劃分算法）。

IPv6的地址結構如下圖：

例如RFC4291中定義了n=48, m=16，也就是子網(wǎng)和接口ID與各占64位。

IPv6支持子網(wǎng)前綴標識方法，類(lèi)似于IPv4的無(wú)分類(lèi)域間路由CIDR機制（注意：IPv6沒(méi)有子網(wǎng)掩碼mask的概念）。

使用“IPv6地址/前綴長(cháng)度”表示方法，例如：

• 2001:C3:0:2C6A::/64表示一個(gè)子網(wǎng)；
• 而2001:C3:0:2C6A:C9B4:FF12:48BC:1A22/64表示該子網(wǎng)下的一個(gè)節點(diǎn)地址。

可以看到，一個(gè)IPv6的地址有子網(wǎng)前綴+接口ID構成，子網(wǎng)前綴由地址分配和管理機構定義和分配，而接口ID可以由各操作系統實(shí)現生成，生成算法后面的章節會(huì )介紹。

5、IPv6的地址類(lèi)型

IPv6地址分三種類(lèi)型：

• 1）單播，對應于IPv4的普通公網(wǎng)和私網(wǎng)地址；
• 2）組播，對應于IPv4的組播（多播）地址；
• 3）任播，IPv6新增的地址概念類(lèi)型。

IPv6沒(méi)有廣播地址，用組播地址實(shí)現廣播的功能。實(shí)際上我們工作和生活最可能最多接觸的就是單播地址，接下來(lái)本文重點(diǎn)會(huì )講解單播地址的種類(lèi)。組播和任播地址有興趣的同學(xué)自行查閱相關(guān)RFC和文獻。