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Ready to discover IPv6, the next-gen Internet Protocol (IP) that’s set to replace IPv4? This article will take you through the ins and outs of IPv6. You’ll learn what is IPv6, including its features, structure, and packet composition.
目录
1.什么是 IPv6？
IPv6（在 RFC2460)是 互联网协议 被称为 IPv4。它由 IETF 在上世纪 90 年代开发，以解决 IPv4 地址空间有限的问题。IPv6 使用 128 位寻址，大大增加了可能的 IP 地址数量。IPv6 地址比 IPv4 地址长很多。它们长达 128 位，而 IPv4 只有 32 位。这就为 IPv6 提供了更多可能的地址。
这种寻址扩展是必要的，因为互联网已经发展得非常快，IPv4 地址已经不够用了。虽然 IPv6 与 IPv4 并不直接兼容，但目前已有过渡机制帮助过渡（例如，IPv6 可与 IPv4 兼容）。IPv6 迁移的优势和技术)
除了扩大地址空间，IPv6 还简化了路由选择，扩展了组播功能，并包含了安全和设备配置方面的规定。IPv6 地址以四个十六进制数字组成八组，为方便起见可以缩写。例如，IPv6 地址可以是 "2607:f8b0:4005:0800:0000:0000:0000:200e"，缩写后变成 "2607:f8b0:4005:800::200e"。
有趣的事实！ IPv6 拥有 128 位地址空间，理论上可容纳 340 个十亿分之一（即 340 后加 36 个零）的唯一 IP 地址。这足以为地球上的每一个微生物生物分配一个 IP 地址，而且还有空余地址--多出好几倍！
2.IPv6 与 IPv4（主要区别）
IPv6 可分配的接口总数为 2^128，从而使无数设备和用户能以永久性的技术连接起来。而 IPv4 可分配的接口总数为 2^32（去除保留地址）。IPv6 地址跨度为 128 位，分为 8 个 16 位块，使用十六进制符号，而 IPv4 使用点分十进制寻址。
IPv6 还在其他几个方面改进了 IPv4。它采用分层方式分配地址，使路由更有效，地址管理更容易。IPv6 将地址分配给接口，承认一个节点可以承载多个接口。此外，你还可以为每个接口分配多个 IPv6 地址 (DHCPv6).
IPv6 还包括 IPsec 等内置安全功能。该协议可确保保密性、身份验证和数据完整性。在 IPv4 中，此类安全增强功能是可选的。
总体而言，IPv6 的设计在路由选择、网络自动配置和可扩展性方面更胜一筹。它为互联网的未来奠定了坚实的基础。有关此主题的更多信息，请参阅 IPv6 与 IPv4：它们的区别.
| 特征 | IPv4 详情 | IPv6 详情 |
| 位尺寸 | 32 位 | 128 位 |
| 地址代表 | 带点小数符号 | 以冒号分隔的十六进制 |
| 地址总数 | 约 43 亿 | 约 340 十亿美元 |
| 安全集成 | IPsec（非强制） | IPsec（强制） |
| 配置方法 | 手动或 DHCP | 无状态自动配置 |
| 地址多样性 | 单播、多播和广播 | 单播、组播和任播 |
| 网络地址转换（NAT） | 经常需要 | 不需要（由于地址空间较大） - IPv6 不需要 NAT |
| 标题复杂性 | 更复杂的页眉 | 简化的页眉（改进了处理过程） |
| 碎片化 | 由发送方和路由器处理 | 仅由发件人处理（提高效率） |
3.地址结构。
IPv6 子网的工作方式与 IPv4 类似，但采用十六进制 ID。我们通常将这些地址写成由四个十六进制数字组成的八组，中间用冒号隔开。例如，你可能会看到这样的地址
| 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334. |
这个完整的 IPv6 地址由 16 个八位位组（共 128 位）组成。该地址以十六进制书写，分为 8 组，中间用冒号隔开。每组有 4 个十六进制数字，代表 16 位或 2 个八进制数。
让我们来解构一下这个地址：
注意： 此特定地址（2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334）用于文档目的。
- 前 48 位是站点前缀（2001:0db8:85a3）。这部分表示您的公共网络，通常由 ISP 提供。
- 随后的 16 位数据块是您的子网 ID (0000)。这部分标志着您的内部网络布局。
- 最后 64 位构成接口 ID（0000:8a2e:0370:7334）。最后一部分由 MAC 地址生成或手动设置。每个子网的接口 ID 都是唯一的，可自动生成或手动设置（请参阅 RFC 3513 手动设置）。
有趣的事实！ 支持 IPv6 的设备在使用 IPv6 的邻居发现协议连接到网络后，可以立即生成自己的 IP 地址。这一功能被称为无状态地址自动配置（SLAAC）。
4.地址类型：
与前身 IPv4 相比，IPv6 引入了一个更复杂、更多用途的寻址系统。它将地址分为几种类型，每种类型在网络通信中都有不同的作用。了解这些地址类型对于理解 IPv6 如何促进高效灵活的互联网通信至关重要。
- 单播 与单个节点接口的链接。单播地址是最常见的 IPv6 地址类型。它们允许两个特定设备之间直接通信。单播地址有两种类型：
- 全球单播： 在互联网上是唯一的。例如，全局单播地址 2001:db8:3c4d:15::/64 包括公共拓扑和专用拓扑以及接口 ID。
- 本地链接： 链路本地地址，如 fe80::/10，只能在本地网络内使用（在网络外无法识别）。这些地址用于在单个网段内进行通信。链路本地地址会自动配置到所有接口上。
- 组播： 组播地址可实现一对多的通信。 它通常连接到不同节点上的多个接口，向所有组员分发数据包。了解有关这方面的所有信息 IPv6 多播.
- Anycast： 任播是 IPv6 的一项新功能（IPv4 中没有）。这种类型的地址被分配给多个接口（通常在不同的节点上）。发送到任播地址的数据包会被传送到分配给该地址的最近接口（就路由距离而言）。
有关 IPv6 多播和任播地址的详细信息，请参阅 RFC 3306 和 RFC 3307
有趣的事实！ IPv6 不使用广播地址（如 IPv4）。取而代之的是，它使用多播和任播地址来进行面向多个目的地的通信。这减少了网络流量，提高了效率。
从我们的综合指南中了解有关地址类型的更多信息 IPv6 地址类型.
5.IPv6 数据包的结构和组成。
IPv6 数据包主要由两部分组成：报头和有效载荷。 这种结构设计便于在互联网或其他基于 IP 的网络中路由和处理数据。 有关 IPv6 地址结构的全部详情，请参阅 RFC 2374.
下图直观地展示了 IPv6 数据包的结构和组成。IPv6 的 40 字节报头大小固定，便于网络设备进行简单高效的处理。有效载荷的大小可以不同，但都携带了目的地的基本数据。
a.IPv6 基本标头：
IPv6 有一个固定长度的 40 字节报头，只包含传输所需的基本信息。
- 版本： 该字段表示正在使用的 IP 版本；对于 IPv6，该值设为 6。
- 交通等级： 与 IPv4 中的服务类型 (ToS) 类似，该字段用于服务质量 (QoS) 管理。
- 流量标签:用于标记需要中间 IPv6 路由器特殊处理的数据包序列。
- 有效载荷长度： 以八位字节为单位指定有效载荷的大小，包括任何扩展标头。
- 下一个标题 标识紧随 IPv6 报头之后的报头类型，并决定数据包中所含数据的解释。
- 跳数限制： 取代 IPv4 中的 "生存时间"（TTL）字段，表示数据包被丢弃前的最大跳数（路由器或中间设备）。
- 来源地址： 发端节点的 128 位地址。
- 目的地地址： 目标收件人节点的 128 位地址。
b.IPv6 有效载荷：
有效载荷位于报头之后，是数据包中包含实际数据的部分。有效载荷最多可达 65,535 字节，但可以通过巨型有效载荷选项进一步扩展。
- 扩展标头： 提供额外功能（如路由、分片和安全功能）的可选标头位于标准标头和有效载荷之间。
- 来自上层的数据包： 这是指 IPv6 数据包所传输的来自网络堆栈高层的封装数据，如 TCP 或 UDP 网段。
有趣的事实！ IPv6 报头比 IPv4 报头简单。这种简单性使路由器更容易处理 IPv6 报头。这是因为非必要字段和可选字段已被移至 IPv6 报头之后的扩展报头中。
6.压缩 IPv6 地址
IPv6 地址长达 128 位，因此相当冗长和复杂。此外，128 位长的地址可能使它们难以使用和记忆（对人类而言）。为了解决这个问题，IPv6 包含了地址压缩方法。这些方法在不改变 IPv6 地址实际价值或功能的情况下，简化了 IPv6 地址的表示。这种压缩对于易用性（尤其是在手动配置 IPv6 地址时）和可读性至关重要。
例如，IPv6 通常包含一些零字段。您可以使用":: "来表示连续的零字段（16 位块），将 2001:0db8:3c4d:0015:0000:0000:1a2f:1a2b 压缩为 2001:0db8:3c4d:0015::1a2f:1a2b。 请注意，这种零压缩方法在一个地址中只能使用一次，以避免歧义。
压缩 IPv6 地址的第二种方法是去掉前导零。在每个 16 位数据块中，可以省略前导零。例如，数据块 0008 可以简化为 8。这种方法通常与零压缩结合使用。
有关此主题的更多信息，请查阅 IPv6 压缩规则
7.IPv6 常见问题。
a.如何禁用 IPv6？
禁用 IPv6 通常需要更改设备上或操作系统中的网络设置，通常是取消选中网络属性中的 IPv6 选项或修改系统配置文件。了解如何 禁用 IPv6 适用于所有平台和操作系统。
b.IPv6 地址有多少位？
IPv6 地址由 128 比特组成。
c.为什么 IPv6 不需要 NAT？
IPv6 不需要 NAT，因为它有足够大的地址空间，可以为每台设备提供唯一的全局地址。这意味着 IPv6 无需在多个设备之间共享一个公共 IPv4 地址。更多信息 为什么 IPv6 不需要 NAT？
d.为什么我们目前正在从 IPv4 向 IPv6 转换？
改用 IPv6 的主要原因是 IPv4 地址耗尽；没有足够的 IPv4 地址来满足日益增长的互联网连接设备的需求。
e.哪两种 IPv6 报文可代替 ARP 用于地址解析？
IPv6 使用 "邻居发现协议"（NDP）的两种报文--"邻居请求"（Neighbor Solicitation）和 "邻居广告"（Neighbor Advertisement）来代替 ARP 进行地址解析。
f.与 IPv4 相比，IPv6 简化报头的一个优势是什么？
IPv6 简化报头的一个优点是，它通过减少路由器需要检查的字段数量，提高了数据包的处理效率，从而加快了数据包的路由速度。
g.IPv6 路由前缀是如何格式化的？
IPv6 使用前缀进行数据包路由选择，格式为以比特为单位的前缀/长度，如 2001:db8:3c4d::/48。2001:db8::/32等特定前缀保留用于文档。
h.IPv6 使用什么功能来支持从 IPv4 的过渡？
IPv6 支持 IPv4 地址嵌入，以帮助 IPv6 数据包通过 IPv4 网络进行隧道传输。IPv6 还使用双栈等机制、 特列多、ISATAP 和 6to4 隧道，使 IPv4 过渡更容易，从而使两种协议共存。
i.如何通过 SSH 连接到支持 IPv6 的设备？
要以 SSH 方式连接支持 IPv6 的设备，请使用 SSH 客户端命令，然后输入用户名和 IPv6 地址，如 "ssh username@[IPv6地址]"。确保网络和设备都支持 IPv6，且 SSH 服务正在 IPv6 地址上监听。查看我们的综合指南 IPv6 上的 SSH
j.为什么从 IPv4 地址转换到 IPv6 需要这么长时间？
从 IPv4 到 IPv6 的转换需要一段时间，因为围绕 IPv4 构建了庞大的基础设施。此外，IPv6 与设备和网络兼容的需求仍然很大。此外，NAT 等临时解决方案的存在也降低了一些企业进行转换的紧迫性。更多相关内容 为什么从 IPv4 地址转换到 IPv6 需要这么长时间？.
8. 结语。
IPv6 是什么？
IPv6 不仅仅是未来，它已经改变了我们连接全球的方式。它拥有几乎无限的地址空间和增强的功能，克服了 IPv4 的限制，为互联网通信设定了新标准。
通过我们的详细见解，了解这一变化的好处，为顺利过渡做好准备。我们希望您掌握知识，了解什么是 IPv6。
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