网络层（6） IPv6
一、IPv6地址概念介绍
IPv6是“Internet Protocol Version6”（互联网协议第6版），用于替代IPv4的下一代IP协议。由于IPv4地址资源有限，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。
二、IPv6地址使用的原因
1. IPv4地址枯竭不够使用问题:
根据互联网地址分配的官方组织公告说明，随着IPv4地址诞生以来，使用的人员递增，网络设备的不断增加，IPv4地址已经出现了枯竭不够使用的情况，根据最新公告，地址将在2020年使用耗尽。
2.IPv6地址端到端通讯有局限性:
由于IPv4地址不足，通常使用NAT技术来实现私网地址与公网地址的转换，但这种技术也有局限性，如使用地址加密技术IPsec VPN，就不能使用NAT地址，因此端到端的通讯会受影响，而使用IPv6地址就不用考虑地址不足问题。
三、IPv6地址优势和特点
1.全局可达性与灵活性
2.网络地址聚合性更高
3.地址的多宿主特性（没有子接口地址概念）
4.地址自动分配方式简单（自动配置地址技术）
5.更容易可以实现端到端通讯
四、IPv6数据报格式
IPv6数据报包含两个部分，分别是基本首部（40B）和有效载荷。有交载荷又包含两个部分，分别是选项部分和数据部分，选项部分是各种扩展首部。
1、版本（4bit）：指明协议版本，IPv6就是6。
2、优先级（8bit）：区分数据报的优先级，是否需要对数据报进行优先处理。
3、流标签（20bit）：“流”是指在互联网络上从特定源点到特定终点的一系列数据据。所有属于同一个流的数据报都具有同样的流标签。
4、有交载荷长度（32bit）：它指的是IPv6数据报的有效载荷的长度，指扩展首部+数据部分的总长。
5、下一个首部（8bit）：标识下一个扩展首部字段的位置。如一个IPv6数据报，基本首部的下一个首部则指向的是扩展首部1，而扩展首部1的下一个首部则指向扩展首部2，扩展首部2的下一个首部则指向扩展首部3，以此类推。
6、跳数限制（8bit）：就是跳数限制。类拟于IPv4的TTL值。
7、源地址和目的地址（128bit）：就是IPv6的源地址和目的地址。
注：IPv6头部默认为40字节。
五、IPv6 地址报文
IPv4地址采用32位二进制组成，IPv4地址数据为:2的32次方。
IPv6 地址采用128位二进制组成，IPv6地址数据为2的128次方。
IPv4地址与IPv6地址的报文对比:
IPv6与IPv4地址的区别：
（1）IPv6把IPv4的可选字段移多首部，变成了扩展首部，成为灵活的首部格式，路由器不对扩展首部进行检查，大大提高了路由器的处理效率。
（2）IPv6支持即插即用（即自动配置），不需要DHCP协议。
（3）IPv6首部长度必须是8B的整数部，IPv4首部是4B的整数倍。
（4）IPv6只能在主机处分片，IPv4可以在路由器和主机处分片。
（5）IPv6取消了协议字段，改成下一个首部字段。
（6）IPv6取消了总长度长段，改用有效载荷长度字段。
（7）IPv6取消了服务类型字段。
（8）IPv6地址在通讯过程中不存在广播通讯方式。
五、IPv6 地址使用与过渡
利用下面两种方案解决IPv4至IPv6地址过渡问题:
1.双栈协议技术
指在同一台设备的网卡上同时配置IPv4地址，也配置IPv6地址，根据不同网络环境，使用不同地址进行通讯。
2.使用隧道技术
在原有使用IPv4的网络环境中打一个隧道，隧道技术将其它协议的数据帧或包重新封装，然后通过隧道发送。要实现IPv6地址的通讯需要（6to4）。
3.释译技术
解决纯IPv6节点与IPv4节点之间通信。
六、IPv6 地址组成
IPv6 地址是由128位二进制组成，每4位二进制划分为一组，IPv6地址可以分成8组字符串。
XXXX:XXXX: XXXX:XXXX: XXXX:XXXX: XXXX:XXXX 16进制信息
IPv6地址可以分为:IPv6 单播地址、IPv6 组播地址、IPv6 任意播地址。
IPv6单播地址：一对一通信，可做为源地址和目的地址使用。
IPv6组播地址：一对多通信，可做目的地址。取代了IPv4中的广播地址。
IPv6任意播地址：一对多中的一个通信，可做目的地址。
IPv6单播地址，又可以分成以下几种
1.聚合全局单播地址
其实就是公网IP地址，又称为AGUA地址，地址的组成格式如图所示:
开始地址为:2000:0000: 0000: 0000: 0000: 0000: 0000: 0000
结束地址为:3FFF:FFFF: FFFF: FFFF: FFFF: FFFF: FFFF: FFFF
主机分配为:2001::/16
设备使用为:2002::/16 实现6to4隧道使用的地址。
2.链路本地单播地址
链路本地单播地址用于邻居发现协议，主要用于启动时链路结点的自动地址配置，该地址的起始10位固定为1111 1110 10（FE80::/10）。
分配的地址为: FE80::/10。
3.站点本地地址
其实就是主机配置的私网IP地址，在没有得到公网地址时，可以分配给主机使用的私网地址，用于进行网络测试通讯。
分配的地址为:FEC0::/10
4.未指定地址和还回接口地址
就是在自动获取网络地址的过程中，需要一个地址表示网卡地址信息，就是0000:0000: 0000:0000: 0000:0000: 0000:0000(简写为::);还回接口地址就是等价于IPv4中的127.0.0.1地址，使用0000:0000: 0000:0000: 0000:0000: 0000:0001(简写为::1)。
5.IPv4兼容地址
就是主机上已配置IPv4地址，能够将IPv4地址转换为IPv6地址就是所谓的兼容地址。
比如:我们的主机已配置了192.168.1.5地址，如转换为IPv6地址，对应的IPv6地址就是0:0: 0:0: 0:0: 192.168.1.5->0:0: 0:0: 0:0:C0A8:0105。
6.IPv6 任意播地址
表示一组接口的标识符，通常是路由距离最近的接口，任意播地址不能用作源地址，而只能作为目标地址，任意播地址不能指定给IPv6主机，只能指定给IPv6路由器。
7.IPv6 组播地址
发住组播地址的分组被传送给絯地址标识的所有接口，IPv6中没有广播地址，它的功能已被组播地址所代替，IPv6组播地址的格式前缀为1111 1111 十六进制为 FF00::/8 开头。
七、IPv4与IPv6地址对比
八、IPv6地址编写
IPv6地址采用128位二进制组成，在编写时，采用冒号分16进制表示，以下就是一个常见的IPv6地址格式:
2001:0DB0:010F:0000:0000:0000:0000:0D0C
其实IPv6有简化规则:
1.每组地址0开头可以省略
原地址为: 2001:0DB0:010F:0000:0000:0000:0000:0D0C
简化地址: 2001:DB0:10F:0000:0000:0000:0000:D0C
2.每组连续多个0可以用一个0表示
原地址为: 2001:0DB0:010F:0000:0000:0000:0000:0D0C
简化地址: 2001:DB0:10F: 0: 0: 0: 0:D0C
3.连续多组0可以用::表示（双冒号只能出现一次）
原地址为: 2001:0DB0:010F:0000:0000:0000:0000:0D0C
简化地址: 2001:DB0:10F::D0C
