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由于新的子網(wǎng)和IP結(jié)點(diǎn)以驚人的增長(zhǎng)率連到因特網(wǎng)上，并被分配唯一的IP地址，32比特的IPv4地址空間即將用盡，為了解決這一問(wèn)題，IPv6也應(yīng)運(yùn)而生。而事實(shí)上在20多年前，因特網(wǎng)工程任務(wù)組就開(kāi)始致力于開(kāi)發(fā)一種替代IPv4的協(xié)議，即IPv6

一、IPv6數(shù)據(jù)報(bào)格式

1、IPv6數(shù)據(jù)報(bào)格式

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• 版本（4比特）
  該字段用于標(biāo)識(shí)IP版本號(hào)，IPv6將該字段值設(shè)為6。而如果將該字段設(shè)為4并不能創(chuàng)建一個(gè)合法的IPv4數(shù)據(jù)報(bào)

• 流量類(lèi)型（8比特）
  類(lèi)似于IPv4數(shù)據(jù)報(bào)中的服務(wù)類(lèi)型（TOS）

• 流標(biāo)簽（20比特）
  流標(biāo)簽字段是IPv6數(shù)據(jù)報(bào)中新增的一個(gè)字段，用來(lái)標(biāo)識(shí)一條數(shù)據(jù)報(bào)的流類(lèi)型，以便在網(wǎng)絡(luò)層區(qū)分不同的報(bào)文。

• 有效載荷長(zhǎng)度（16比特）

IPv6數(shù)據(jù)報(bào)中在40定長(zhǎng)字節(jié)數(shù)據(jù)報(bào)首部后的字節(jié)數(shù)量，即除了IPv6的數(shù)據(jù)報(bào)首部以外的其他部分的總長(zhǎng)度

• 下一個(gè)首部（8比特）
  當(dāng)IPv6沒(méi)有擴(kuò)展報(bào)頭時(shí)，該字段的作用和IPv4的協(xié)議字段一樣。當(dāng)含有擴(kuò)展報(bào)頭時(shí)，該字段的值即為第一個(gè)擴(kuò)展報(bào)頭的類(lèi)型

• 跳限制（8比特）
  與IPv4報(bào)文中的TTL字段類(lèi)似，轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報(bào)的每臺(tái)路由器將對(duì)該字段的內(nèi)容減1.如果跳限制計(jì)數(shù)到達(dá)0，則該數(shù)據(jù)報(bào)將被丟棄

• 源地址和目的地址（各128比特）
  記錄源IP地址，目的IP地址

• 數(shù)據(jù)

可以看出，在IPv4數(shù)據(jù)報(bào)中出現(xiàn)的幾個(gè)字段在IPv6數(shù)據(jù)報(bào)中已不復(fù)存在：

• 分片/重新組裝
  IPv6不允許在中間路由器上進(jìn)行分片和重新組裝。這種操作只能在源與目的地上執(zhí)行。如果路由器收到的IPv6數(shù)據(jù)報(bào)因太大不能轉(zhuǎn)發(fā)出鏈路上的話，路由器會(huì)丟掉該數(shù)據(jù)報(bào)，并回一個(gè)“分組太大”的ICMP差錯(cuò)報(bào)文
• 首部檢驗(yàn)和
  因?yàn)檫\(yùn)輸層和數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議執(zhí)行了檢驗(yàn)操作，該項(xiàng)功能在網(wǎng)絡(luò)層就沒(méi)有必要了，從而更快速處理IP分組
• 選項(xiàng)
  選項(xiàng)字段不再是標(biāo)準(zhǔn)IP首部的一部分了。但并沒(méi)有消失，而是可能出現(xiàn)在IPv6首部中由“下一個(gè)首部”指出的位置上。即就像TCP或UDP協(xié)議首部能夠是IP分組中的“下一個(gè)首部”，選項(xiàng)字段也能是“下一個(gè)首部”

IPv6相對(duì)IPv4最重要的變化如下：

• 擴(kuò)大的地址容量
  IPv6將IP地址長(zhǎng)度由32比特增加到128比特，這使得理論可存在的IP地址增加到2[圖片上傳失敗...(image-67a6d5-1583481819087)]

  個(gè)，約340萬(wàn)億億億億個(gè)，這是一個(gè)非常大的數(shù)字，確保全世界再也不會(huì)用盡IP地址，甚至可以為地球上每一粒沙子都分配一個(gè)唯一的IP地址
  除了單播和多播地址外，IPv6沒(méi)有廣播這一說(shuō)法，而是引入了一種稱(chēng)為任播地址的新型地址，這種地址可以使數(shù)據(jù)報(bào)交付給一組主機(jī)中的任意一個(gè)

• 簡(jiǎn)化高效的40字節(jié)首部
  除去共32字節(jié)的源地址和目標(biāo)地址外，首部其余字段只占了8字節(jié)

• 流標(biāo)簽與優(yōu)先級(jí)
  給屬于特殊流的分組打上標(biāo)簽，這些特殊流是發(fā)送方要求進(jìn)行特殊處理的流，如一種非默認(rèn)服務(wù)質(zhì)量或需要實(shí)時(shí)服務(wù)的流

2、IPv6書(shū)寫(xiě)和表達(dá)方式

表述和書(shū)寫(xiě)時(shí)，把長(zhǎng)度為128比特的IPv6地址分成8個(gè)16位的二進(jìn)制段、每一個(gè)16位的二進(jìn)制段用4位的16進(jìn)制數(shù)表示，段間用“：”（冒號(hào)）隔開(kāi)（其書(shū)寫(xiě)方法和IPv4的十進(jìn)制數(shù)加“.”不同）。

例如：1000:0000:0000:0000:000A:000B:000C:000D就是每一個(gè)16位的二進(jìn)制數(shù)的段用4位16進(jìn)制數(shù)的段來(lái)表示、段間用“：”（冒號(hào)）隔開(kāi)的一個(gè)IPv6地址；其中：各個(gè)4位16進(jìn)制數(shù)的段中的高位0允許省略；因此，上面的IPv6地址也可以縮寫(xiě)成：1000:0:0:0:A:B:C:D。

為了更進(jìn)一步簡(jiǎn)化，IPv6的地址規(guī)范中還規(guī)定，可以在一個(gè)IPv6地址中最多使用一次雙冒號(hào)（::）來(lái)取代IPv6地址中緊密相連的多個(gè)全0的16進(jìn)制數(shù)的段（因?yàn)槿绻试S在一個(gè)IPv6地址中使用一次以上的雙冒號(hào)時(shí)將無(wú)法判斷IPv6地址的長(zhǎng)度，所以IPv6的地址規(guī)范中才規(guī)定：在一個(gè)IPv6地址中最多只能使用一次雙冒號(hào)），這樣上面的IPv6地址還可以縮寫(xiě)成：1000::A:B:C:D。

雙冒號(hào)使用的地點(diǎn)可以在IPv6地址的前面、后面或者是中間；例如：對(duì)于1000:0:0:0:A:B:0:0這樣的一個(gè)IPv6地址，可以寫(xiě)成1000::A:B:0:0，也可以寫(xiě)成1000:0:0:0:A:B::；但是不能寫(xiě)成1000::A:B::。

帶有端口號(hào)的IPV6地址字符串形式，地址部分應(yīng)當(dāng)用“[]”括起來(lái)，在后面跟著‘：’帶上端口號(hào)，如 [A01F::0]:8000

二、從IPv4到IPv6的遷移

基于IPv4的公共因特網(wǎng)如何遷移到IPv6呢？這是個(gè)非?，F(xiàn)實(shí)的問(wèn)題
雖然IPv6使能系統(tǒng)可做成向后兼容，即能接收、發(fā)送和路由IPv4數(shù)據(jù)報(bào)，但已部署的IPv4使能系統(tǒng)卻不能處理IPv6數(shù)據(jù)報(bào)

1、雙協(xié)議棧

引入IPv6使能結(jié)點(diǎn)的最直接方式是雙棧方法，即使用該方法的IPv6結(jié)點(diǎn)還有完整的IPv4實(shí)現(xiàn)，即IPv6/IPv4結(jié)點(diǎn)，具有接收和發(fā)送IPv4和IPv6兩種數(shù)據(jù)報(bào)的能力。
當(dāng)與IPv4結(jié)點(diǎn)互操作時(shí)，IPv6/IPv4結(jié)點(diǎn)可使用IPv4數(shù)據(jù)報(bào)；當(dāng)與IPv6結(jié)點(diǎn)互操作時(shí)，IPv6/IPv4結(jié)點(diǎn)又可使用IPv6數(shù)據(jù)報(bào)。

IPv6/IPv4結(jié)點(diǎn)必須有IPv6與IPv4兩種地址。此外，它們還必須能確定另一個(gè)結(jié)點(diǎn)是否是IPv6使能的或僅IPv4使能的。

可以使用DNS來(lái)解決，若要解析的結(jié)點(diǎn)名字是IPv6使能的，則DNS會(huì)返回一個(gè)IPv6地址，否則返回一個(gè)IPv4地址。如果發(fā)出DNS請(qǐng)求的結(jié)點(diǎn)是僅IPv4使能的，則只返回一個(gè)IPv4地址。

兩個(gè)IPv6使能的結(jié)點(diǎn)不應(yīng)相互發(fā)送IPv4數(shù)據(jù)報(bào)，而如果發(fā)送方或接收方任意一個(gè)僅為IPv4使能的,則必須使用IPv4數(shù)據(jù)報(bào)。
這樣就會(huì)有下面這種情況：

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如圖，假如結(jié)點(diǎn)A、B、E、F都是IPv6使能的結(jié)點(diǎn)，而結(jié)點(diǎn)C和D是僅IPv4使能的結(jié)點(diǎn)，那么當(dāng)按A->B->C->D->E->F順序發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)時(shí),AB之間會(huì)發(fā)IPv6數(shù)據(jù)報(bào)，BC會(huì)發(fā)IPV4數(shù)據(jù)報(bào)， 由于IPv6數(shù)據(jù)報(bào)特定的字段在IPv4數(shù)據(jù)報(bào)中無(wú)對(duì)應(yīng)的部分，這些字段將會(huì)丟失。因此，即使E和F之間能發(fā)IPv6數(shù)據(jù)報(bào)，從D到達(dá)E的IPv4數(shù)據(jù)報(bào)并未含有從A發(fā)出的初始IPv6數(shù)據(jù)報(bào)中的所有字段。

2、隧道

建隧道是另一種雙棧方法，該方法能解決上述問(wèn)題。
假定兩個(gè)IPv6結(jié)點(diǎn)要使用IPv6數(shù)據(jù)報(bào)進(jìn)行交互，但是它們是經(jīng)由中間IPv4路由器互聯(lián)的。將兩臺(tái)IPv6路由器中間的IPv4路由器的集合成為一個(gè)隧道，如B->C->D->E。

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如圖，借助于隧道，在隧道發(fā)送端的IPv6結(jié)點(diǎn)可將整個(gè)IPv6數(shù)據(jù)報(bào)放到一個(gè)IPv4數(shù)據(jù)報(bào)的數(shù)據(jù)字段中。于是，該IPv4數(shù)據(jù)報(bào)的地址設(shè)為指向隧道接收端的IPv6結(jié)點(diǎn)，再發(fā)送給隧道中的第一個(gè)結(jié)點(diǎn)。而隧道中的IPv4路由器在它們之間為該數(shù)據(jù)報(bào)提供路由，就像對(duì)待其他IPv4數(shù)據(jù)報(bào)一樣，完全不知道該數(shù)據(jù)報(bào)自身就含有一個(gè)完整的IPv6數(shù)據(jù)報(bào)。而隧道接收端的IPv6結(jié)點(diǎn)最終收到該IPv4數(shù)據(jù)報(bào)，并確定該IPv4數(shù)據(jù)報(bào)中含有一個(gè)IPv6數(shù)據(jù)報(bào)，于是提取出該IPv6數(shù)據(jù)報(bào)，然后再為該IPv6數(shù)據(jù)報(bào)提供路由

3、NAT-PT

除了雙棧和隧道方案外，還有一種NAT-PT(Network Address Translator - Protocol Translator)附帶協(xié)議轉(zhuǎn)換器的網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換器方案
IPv4 IPv6共存技術(shù)-----NAT-PT
可以參考下這篇文章

IPv6 測(cè)試可在這測(cè)試是否支持IPv6