IPv6協議：IPv4的終極進化，你要知道的概念、地址和報文
大家好，我是IT售前工程師Bernie。
自1981年9月開始，IPv4開始大行其道。作為互聯網通信協議的第四個版本，在長達30多年的時間裡，IPv4一直作為網絡層的核心。
它是一種無連接的協議，即：通信的兩台設備不需要事先建立好一條穩定的連接通道，系統只需要選定路線做傳輸即可。
IPv4好用是好用，但随着互联网高速发展，连接数呈现指数级暴增。32位的IPv4最多只能提供大概43亿个地址（2的32次方，4294967296），2011年9月，43亿个IPv4地址被使用完了！
于是，IPv6走向前台。IPv6号称“可以为地球上每一粒沙标注地址”，这话听着有点大，实际上是有道理的。因为它有128位长度，可以提供的地址数量也就是2的128次方（3.4028237e+38，256万亿亿亿亿）。
IPv6的发展时间线
- 1992年，IETF（互国际互联网工程任务组）提出关于下一代IP地址的发展建议，并形成白皮书。
- 1994年，用于定义IPv6的RFC（Request For Comments，需求文件）发表，并且确定了IPv4和IPv6并行使用的指导方针。
- 2003年，IETF发布IPv6的测试网络（6bone网络），验证IPv4向IPv6迁移的方案可行性。
- 2009年，用于验证IPv6协议的6bone网络架构开始在全球39个国家的260个组织施行。
- 2011年，大部分服务器、计算机的操作系统都支持IPv6。
- 2012年，世界互联网协会举办IPv6纪念日，全球IPv6网络正式启动。
- 2017年，我国印发《推进互联网协议第六版（IPv6）规模部署行动计划》，各大企业纷纷加入轰轰烈烈的升级计划。
地址表示
与IPv4采用“点分十进制”不同，IPv6采用的是“冒分十六进制”，整个地址包含网络前缀和接口标识两个方面。网络前缀就是网络的ID，接口标识就是主机ID，IPv6有3种表示方法。
① 冒分16进制
格式：x:x:x:x:x:x:x:x，每个X表示地址中的16b，以十六进制表示
举例：
5BCD:E901:23C5:6789:AEC7:E
② 0位压缩
如果一个IPv6地址中间包含连续的一段0，可以把连续的一段0压缩为“::”。
举例：AB00:0:0:0:0:0:0:1101 → AB00::1101
③ 内嵌IPv4
IPv6地址可以嵌入一段IPv4：前96位是v6地址，後32位是v4地址x:x:x:x:dddd
舉例：::192.168.10.1 ::FF:169.167.3.1
地址類型
IPv6協議的地址類型有三種：單播地址（Unicast Address）、組播地址（Multicast Address）和任播地址（Anycast Address）。
需要注意的是：IPv4地址的廣播地址在IPv6中取消了，IPv6用組播替代了。
單播地址
跟IPv4地址中大單播地址一樣，用來唯一地標識某一個端口。發送到單播地址的數據報文將被傳送給此地址所標識的一個端口。
比如：採用單播地址通信，PC1就可以在同一個交換機下的端口中唯一找到PC2進行通信。
組播地址
用來標識一組端口，發送到組播地址的數據報文被傳送給此地址所標識的所有接口。
比如，採用組播地址方式，PC1可以跟PC2/3/4同時通信。
任播地址
發送到任播地址的數據報文被傳送給此地址所標識的一組端口中距離源節點最近的一個端口。
注意：這裡說的距離是根據路由協議計算出來的，不是物理長度的地址。
IPv6報頭
IPv6的報文的整體結構包括報頭、擴展報頭和上層的協議數據。報頭包括如圖的以下內容。
- Version：四位版本號，IPv6對應的是6
- Traffic Class：流量等級，主要是QoS的等級
- 流標籤：標識同一個流裡面的報文內容
- 數據長度：當前IPv6包頭後麵包含的字節數，也包含擴展報頭
- 下一報頭：當前報頭後面接的報文的報頭類型
- 跳數限制：轉發一次就做自減，類似於IPv4的TTL
1.6. IPv6與IPv4的對比
與IPv4相比，IPv6可不是數量多這麼簡單。它還有很多的優點，比如支持QoS網絡質量等級、可以做路由聚合提高路由的轉發效率等等。列舉一小部分區別如下。
1.7. 總結
以上是對IPv6的簡要介紹，管中窺豹，很多技術細節沒有談到。比如IPv6的編址技術、重要的基礎協議ICMPv6等。
2023年，互聯網技術、物聯網技術迅猛發展，全球移動連接數已突破55億，IP地址也超過了42.9億個。這兩個數量都已經超過了IPv4地址總數，但對於IPv6來說這個數量還不夠塞牙縫的。有了IPv6，我們再也不必擔心連接數過多的情況。
文章出自： IT一指禪