计算机网络-4-10-IPv6
IPv6
IP是互联网的核心，现在使用的IP地址经过发展，已经在2011年2月耗尽。解决IP地址耗尽的根本措施就是使用更大地址空间的新版本IP即IPv6。
IPV6的基本首部：
IPv6仍然是无连接传送，但是将协议数据单元PDU称之为分组，而不是IPv4的数据报。
IPv6的主要变化如下：
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具有更大的地址空间：IPv6把地址从IPV4的32位增大了4倍，即增加到128倍，使得地址空间增大了\(2^{96}\)倍，这样大的地址在未来可预见的时间内是用不完的。
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扩展的地址层次结构：IPv6由于地址空间很大，因此可以划分为更多的层次。
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灵活的首部格式：IPv6和IPv4的数据报首部并不兼容。IPv6定了许多可选的扩展首部。不仅可以提供比IPv4更多的功能，还可以提高路由器的处理速度。这是因为路由器对扩展首部不进行处理。
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改进的选项：IPv6允许数据报包含有选项的控制信息，因此可以包含新的选项。但是IPv6的首部长度是固定不变的。
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允许协议继续扩充：因为技术在不断发展，新的应用也会出现，但是IPv4的功能是固定不变的。
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支持即插即用（即自动配置）：IPv6协议不需要使用DHCP。
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支持资源的预分配：IPv6支持实时视频等要求保证一定的带宽和时延的应用。
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IPv6首部改为8字节对齐（即首部长度必须是8字节的整数倍）：原来的IPv4首部长度是4字节对齐。
IPv6数据报两大部分组成：基本首部和有效载荷有效载荷（净负荷）。有效载荷允许有零个或者多个扩展首部，再后面是数据部分。
与IPv4相比，IPv6的首部对某些字段进行了如下的改变：
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取消了首部长度字段，因为IPV6的首部长度固定为40字节。
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取消了服务类型字段，因为优先级和流水号字段实现了服务类型字段的功能。
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取消了总长度字段，改用有效载荷长度字段。
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取消了标识，标志，片偏移量，因为这些功能已经包含在分片扩展首部中。
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把TTL字段改为跳跃限制字段，但作用是一样的。
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取消了协议字段，改用下一个首部字段。
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取消了检验和字段，这样就加快了路由器处理数据报的速度。
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取消了选项字段，而用扩展首部来实现选项功能。
下面解释IPv6基本首部各字段的作用：
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版本（version）：占4位，表明协议的版本，对于IPv6来说，该字段为6。
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通信量类（traffic class）：占8位，为了区分不同的IPv6数据报类别或优先级，目前只是进行不同的通信量类性能的实验。
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流标号（flow label）：占20位。IPV6一个新的机制就是支持资源预分配，并且允许路由器把一个数据报与一个给定的资源分配相联系。IPv6提出了一个流的概念，流就是互联网上从特定源点到特定终点（单播或多播）的一系列数据报（如实时语音或者视频），而这个流所经过的路径上的路由器都能保证指明的服务质量。凡是流经过的路由器，服务质量都可以得到保证。所有属于同一个流的数据报都有相同的流标号。
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有效载荷长度（payload length）：占16位，他指明IPv6数据报除了基本首部以外的字节数（所有扩展首部字节数都算在在内），这个字段的最大长度为64KB（65535字节）。
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下一个首部（next header）：占8位，它相当于IPV4的协议字段或者可选字段。
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当IPV6数据报没有扩展首部时，下一字段的作用就是和IPV4的协议字段一样，它的值指出了基本首部后面数据应该交付给IP层上面的高层协议（例如6代表交付给TCP层，17交付给UDP层）。
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当出现扩展首部时，下一首部的字段的值就标识后面第一个扩展首部的类型。
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跳数限制（hop limit）：占8位，用来防止数据报在网络中无限存在，源点在每个数据报发出时设定某个跳数限制（最大为255跳），每个路由器在转发数据报时，要先把跳数-1，当跳数为0，路由器就会把这个数据报丢弃。
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源地址：占128位，是数据包发送端的IP地址。
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目的地址：占128位，是数据包接受端的IP地址。
IPv6的地址
一般来讲，一个IPv6数据报的目的地址可以是以下3种基本类型地址之一：
- 单播（unicast）：传统的点对点通信。
- 多播（multicast）：一对多通信
- 任播（anycast）：IPv6新增的类型，任播的终点是一组计算机，但数据报只交付其中的一个，通常是距离最近的一个。
IPv6把实现IPv6协议的主机或者路由器均称之为结点，由于一个结点可能有多个与链路相连的接口，因此，IPv6给每一个结点指派一个IP地址，一个结点可以有多个单播地址，与其中任何一个地址都可以当做到达该结点的目的地址。
IPv6使用冒泡十六进制记法，例如68E6:8C64:FFFF:FFFF:0:1180:960A:FFFF
常见的IPv6地址分类：
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未指明地址：这是16字节全为0的地址，可以缩写为两个冒号“：：”。这个地址不能用做目的地址，而只能用作某台主机当作源地址使用。这类地址仅此一个
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环回地址：IPv6的环回地址是0：0：0：0：0：0：0：1，可以缩写为：：1。它的作用是和IPv4的环回地址一样。这类地址仅此一个。
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多播地址：功能和IPv4一样，这类地址站占IPv6地址总数的1/256。
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本地链路多播地址（Link-Local Unicast Address）：有些网络使用的TCP/IP协议的，但并没有连接到互联网上。连接在这样的互联网上的主机都可以使用这种本地地址进行通信，但不能和其他互联网上的其他主机通信。这类地址占IPv6总地址数的1/1024。
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全球单播地址：IPv6的这一类单播地址是使用最多的一类。如图4-48所示，可以把整个128比特都作为一个结点的地址。也可以使用n比特作为子网前缀，用剩下的(128-n)比特作为接口标识符（相当于IPv4的主机号）。当然也可以划分三级，用n比特作为全球路由选择前缀，用m比特作为子网前缀，而用剩下的（128-n-m）比特作为接口标识符。
从IPv4向IPv6过度
由于现在互联网规模很大，一次性从IPv4过渡到IPv6显然是不可能的，因此过渡到IPv6只能采用逐步演进的办法，同时新安装的IPv6系统还要向后兼容IPv4协议。也就是说，IPv6系统除了处理IPv6报文，还要能够处理IPv4 的报文。
以下介绍过渡到IPV6的协议策略，即使用双协议栈和使用隧道技术[RFC 2473，2529，3056，4038，4212]。
双协议栈策略
双协议栈（dual stack）：指的是在完全过渡到IPv6协议之前，使得一部分主机（或者路由器）装有双协议栈：一个IPv4和一个IPv6。因此双协议栈主机（路由器）既能够和IPv4的系统通信，也能和IPv6的系统通信。双协议栈的主机（路由器叫做）IPV4/IPV6，表明它同时具有两种IP地址：一个IPv4地址，一个IPv6地址。那么双协议栈主机怎么知道目的主机是采用哪一种地址呢？它使用DNS域名来查询。若DNS返回的是IPv4地址，双协议栈就采用IPv4地址，若DNS服务器返回的是IPv6，那么双协议栈就采用IPv6地址。
图4-49所示的情况是源主机A和目的主机F都使用IPv6，所以A向F发送IPv6数据报，路径是A->B->C->D->E->F。中间B到E是IPv4网络，路由器B不能向路由器C转发IPv6数据报，因为路由器C只使用IPv4协议。B是IPv6到IPv4路由器，它把IPv6数据报首部转化为IPv4数据报首部发送给C，C再发送给D。当D转发到IPv4网络的出口路由器E时（E也是IPv4/IPv6路由器），再恢复成原来的IPv6数据报。需要注意的是：IPv6首部中某些字段无法恢复，例如原来IPv6首部中的流标号X在恢复后可能变为空缺。这样的信息损失是使用首部转化放啊不可避免的。
隧道技术
隧道技术（tunneling），这种方法的工作要点是在IPv6数据报要进入IPv4网络的时候，把整个IPv6数据报封装成IPv4数据报。现在整个IPv6部分都成了IPv4数据报的数据部分。这样的IPv4数据报从路由器B进入路由器C和D，传到E，而原来的IPv6数据报就好像在IPV4网络的隧道中传输，没有发生什么变化。当IPv4数据报离开IPv4网络中的隧道的时候，再把数据部分（即原来的IPv6数据报）交给IPV6协议栈。图中一条粗线表示在IPv4网络中好像有一个从B到E的“IPv6隧道”，路由器B是隧道的入口而E是出口。注意：在隧道中传送的数据报的源地址是B而目的地址是E。
要使得双协议栈主机知道IPv4数据报里封装的是一个IPv6的数据报，就必须把IPv4的首部的协议字段设置为41（41代表的是数据报里面的数据部分是IPv6数据报）。
ICMPV6：
和IPv4一样，IPv6也不能保证数据报的可靠交付，因为互联网中的路由器可能会丢弃数据报，因此IPv6也需要使用ICMP来反馈一些差错信息。新的版本称之为ICMPv6，它比ICMPv4要复杂的多，地址解析协议（ARP）和网际组管理协议（IGMP）的功能都已经被合并到ICMPv6中（如图4-51）。
ICMPv6是面向报文的协议，它利用报文来报告差错，获取信息，探测邻站，管理多播通信。
