IPv6詳解

一IPv6地址

IPv6地址類型

?單播地址(UnicasiAddresses)：同IPv4中的單播地址，一個接口對應一個。

?組播地址(MulticastAddresses)：用于表示一組IP設備的地址，一個發往

組播地址的信息將發給它所代表的組中的所有設備。IPv6中為組播提供更

多的支持。

?任播地址(AnycastAddresses)：將信息發送到一組設備中的任意一個，通常

會發給這組設備中最近的一個。一個常見的用途：客戶端有兩個或多個服務

器提供服務，而客戶端不介意哪個服務器提供服務，重點是哪個服務器更容

易提供服務，這時候就可以用任播。

在IPv6中廣播被移除了。

IPv6地址空間大小

IPv4存在的一個很大的問題便是地址空間太小了，即使后來我們用了如NAT

的方法去解決他，但用NAT也使得一些功能被限制了，不管用什么方法也是無

法解決IPv4地址空間太小，而人們的需求日益增加的基本問題。最簡單有效的

方法就是在下一代中擴大地址空間。

用一個字來概括IPv6的地址空間就是大！非常大！

IPv4的地址長度為32bits,所以最多有4,294,967,296個地址，而IPv6的地址

長度達到了驚人的128bits,最多可以有

340,282,366,920,938,463,463,374,607,431,768,211,456個地址!

IPv6地址表示

128bits的長度使得IPv6地址寫起來很長，即使用十進制表示也很長，所以一

般用十六進制來表示IPv6地址。

Q.100000000101101100101101100111011101110000101ooooooooooooooooooo

y0000000000000030111111000101011111010100110010000001111111111111

Dotted

12891451572204000002528721220031255

Decimal

3296128

Hexadecimal

StraightHex805B2D9DDC2800000000FC57D4C81FFF

Leading-Zero

805B2D9DDC2800FC57D4C81FFF

Suppressed

Zero-

805B2D9DDC28FC57D4C81FFF

Compressed

MixedNotation805B2D9DDC28?FC5721220031255

壓縮書寫

?Leading-ZeroSuppressed：將全為0的用一個0表示。

?Zero-Compressed：將連續的0用雙冒號（二）代替，僅可出現一次，如果

出現多次，我們就無法確定此處代替了多少個0。

MixedNotation用于表示最后32bits為嵌入式IPv4地址的IPv6地址，前

96bits用冒號六進制表示,后32bits用IPv4的點十進制表示。

IPv6地址分配

IPv6地址通過開始的若干bits來指示地址類型（用于指示的位數稱為FP,

formatprefix）,這和IPv4分類尋址中使用前1?4bils來區分的方式很像，但

IPv6中的FP范圍為3?10。

IPv6地址分配計劃:

開頭配給

00000000未分配（包括環回地址等）

00000001未分配

0000001為NSAP地址分配保留

000001未分配

開頭配給

00001未分配

0001未分配

001全球單播地址

()1()未分配

()11未分配

1(X)未分配

101未分配

110未分配

1110未分配

11110未分配

111110未分配

1111110未分配

111111100未分配

1111111010鏈路本地地址(Link-LocalUnicastAddresses；

1111111011站點本地地址(Site-Lx)calUnicastAddresses)

11111111多播地址

IPv6全球單播地址格式

0326496128

GlobalRoutingPrefixSubnetIDInterfaceIdentifier

(48bits)(16bits)(64bits)

字段名長度(bits)描述

Prefix48GlobalRoutingPrefix：含網絡號用于路由，前三位為（）（）1表示為1

SubnetID16SubnetIdentifier：標識站點內部的子網。

InterfaceID64InterfaceID：一個接口的唯一標識。

IPv6接口標識符與物理地址間的映射

從上面可以發現單播地址中最后64bits用作接口標識符，這么長的接口標識符

當然不能隨便浪費，因為幾乎所有設備接口的物理地址長度都為64bils或更少,

所以可以基于接口的物理地址來指定這個接口標識符，而不是用沒有意義的數字

作為接口標識符，這樣做的好處有：使得網絡更容易管理，我們不需要記錄接口

標識符和設備的對應關系，可以通過MAC地址得知IP地址，也可以通過IP

地址得知其MAC地址。

從數據鏈路層地址到1P接口標識符的實際映射取決與特定的算法。當然，同一

網絡下所用的映射算法是相同的。

?IEEE802MAC地址：MAC地址分為兩部分，前24bits為制造商ID,后

24bits為底板ID（裝配時唯一指派給網絡適配器）。

?EUI-64：64-bitextendeduniqueidentifiero將IEEE802MAC地址從24bits

擴充到40bitso

從EUI-64地址映射到IP接口標識很簡單，只要將EUI-64的第七位從0改

成1即可。

從IEEE802MAC地址映射到IP接口標識要先轉換成EUI-64再將第七位改

為1。怎么將IEEE802MAC地址改成EUI-64呢？在IEEE802MAe地址的

制造商ID和底板ID中間插入111111111111II10(“FFFE”inhexadecimal)

即可。

IPv6特殊地址

保留地址(ReservedAddresses)

不像IPv4中有很多小的保留地址塊分布在整個地址空間中，IPv6的保留地址

在整個地址空間的“最前面”：開頭為“00000000”的地址。之后要說的特

殊地址有些就來自與這里。

私人地址(PrivateAddresses)

私人地址的開頭為“111111101”，有兩種類型：鏈路本地地址(Link-Local

UnicastAddresses)和站點本地地址(Site-LocalUnicastAddresses)。

鏈路本地地址(Link-LocalUnicastAddresses)

這個地址的作用范圍比站點本地地址小，它只在特定的物理網絡中。路由器不會

使用鏈路本地地址傳輸數據報。它可以用于地址配置或ND操作如地址識別

(addressresolution)和鄰居發現(neighbordiscovery)<,地址前綴為“1111111010”

站點本地地址(Site-LocalUnicastAddresses)

這個地址可以在整個站點或組織范圍內使用，路由器將在站內使用站點本地地址

傳輸數據報，不會傳到公共網絡。地址前綴為“1111111011”。

環回地址(LoopbackAddress)

和IPv4不同，IPv6只有一個環回地址不再是一個地址塊。地址為

0:0:0:0:0:0:0:1(縮寫::1)o

未指定地址(UnspecifiedAddress)

在IPv4中全為零的地址有特殊的含義：它指主機自己，在主機不知道自己的地

址時使用。在IPv6中這一概念被正式化，全為零的地址稱為未指定地址

(0:0:0:0:0:0:0:0,縮寫為“::")0往往出現在設備配置自己的IP時詢問的數據

報的源地址。

嵌入式IPv6/IPv4地址

因為不可能突然全球都使用IPv6,需要一段時間來從IPv4過渡到IPv6,這段

時間里，IPv4和IPv6是共存的。所以我們需要一個方法使得IPv6可以向下

兼容IPv4,于是就開發出了一種方案，允許IPv4地址嵌入到IPv6地址中，

使得IPv6設備識別IPv4設備實現通信。因為IPv6的地址空間比IPv4的地

址空間大得多，所以將IPv4嵌入進IPv6地址很容易實現。這種嵌入式地址是

上面提到的保留地址塊中的一部分，所以以“00000000”開頭。有兩種無同

格式的嵌入式地址，兩種地址的前80bits都為0,并將IPv4嵌入進最后32bitso

不同之處在于中間剩余的16bils。

?IPv4兼容的IPv6地址(IPv4-CompatibleIPv6Addresses)：這種特殊地址分

配給雙棧設備(既可以使用IPv4也可以使用IPv6),中間的16bits全為

0o

?IPv4映射的IPv6地址(IPv4-MappedIPv6Addresses)：這種地址分配給只

支持IPv4的設備，中間16bils全為Io

IPv6組播(Multicast)

組播允許一個設備發送數據報給一組接收者。組播地址開頭為“11111111”。

IPv6組播地址格式

長

字段度

描述

名(bi

ts)

(Indic

8前8bits總為“11111111"表示這個地址為多播地址。

ator)

表明這個多播地址的一些特性。在現階段前3bits未使用設為0,

第四位為T(Transient)Flag,如果值為()則表明此多播地址永久

Flags4

分配，即眾所周知的地址。如果設為1則表明此多播地址為臨時

地址，不是永久分配的。

這4bits用于定義此多播地址的作用范圍，16個不同的值，從0

到15o

ScopeIDValueMulticastAddressScope

0]Reserved

1Node-LocalScope

Scope

42Link-LocalScope

ID

5Site-LocalScope

8Organization-LocalScope

14GlobalScope

151Reserved

Group11

定義在每個不同范圍級別的特殊組號

ID2

組播范圍(MulticastScopes)

眾所周知的組播地址

如下表所示，其中地址中的“x”為組播地址的scopeID字段。

組播地址模ScopeID可用

名稱描述

型值

FF0x::00~15ReservedGroupID全為0的組播地址

FF0x::l1,2AllNodes當GroupID為1時，此地址為scopeID范圍I

All當GroupID為2時，此地址為scopeID范圍|

FF0x::21,2,5

Routers址

被請求節點組播地址(Solicited-NodeMulticastAddresses)

除了常規的組播地址以外，每個單播地址都有一個特殊的組播地址，叫做被請求

節點組播地址。該地址是通過設備的單播地址特殊映射得到的。當同一網絡的其

他設備需要訪問此設備時可以使用。用于鄰居發現協議(NeighborDiscovery,ND)

以提供比IPv4中ARP更高效的地址解析。

所有被請求節點組播地址的Tflag值為0,scopeID為2。GroupID中前

80bits為0:0:0:0:1,接著8bits全為1(FF),最后24bits為其單播地址的最后

24bitSo

326496128

IPv6UnicastAddress805B2D9DDC2800FC57D4C81FFF

SolicitedNodeMulticast

FormatWithLowest24BitsFF0200000000000000000001FFC81FFF

OfUnicastAddress

SolicitedNodeAddressFF0200001FFC81FFF

SolicitedNodeAddressFF02::1:FFC81FFF

hColonHexadecimal

IPv6任播(Anycast)

任播是出現在IPv6的一種新的IP地址。我們可以認為是一種介于單播和組播

之間的地址。單播是將數據報發送到一個接口；組播是將數據報發送到一個組的

所有成員；而任播是將數據報發送到一個組的隨便一個成員。實際上是發送到組

里最容易到達的成員，即最近的那個成員。

IPv6數據報(Datagram)

IPv6數據報一般格式

MainHeader(40bytes)

ExtensionHeader#1：

ExtensionHeader#2

?JL?

■T

:ExtensionHeader#NT

Data-=

長度

組成部分描述

(bytes)

MainHeader40每個數據報包含源地址、目的地址和一些必須的重要信息

Extension每個ExtensionHeaders都包含一種類型的擴展信息，以支持各

可變的

Headers種功能，如分片、源路由、安全性和各種選項

Data可變的裝載來自上層要傳輸的信息

IPv6主報頭(MainHeader)格式

0N8121620242832

III1

VersionTrafficClassFlowLabel

PayloadLengtnNextHeaderHopLimit

SourceAddress

(128bits)

DestinationAddress

(128bits)

長度

字段名描述

(bytes)

生成該數據報所用IP協議的版本。IPv6中值為6(二進制

Version0.5

0110)。

指示IPv6數據流通信類別或優先級，與IPv4中的TOS相似，

TrafficClass1

但使用DifferentiatedServices(DS)o

該標簽為實時數據傳輸和服務質量功能提供額外支持。路徑上的

FlowLabel2.5路由器可以根據該標簽對數據流進行區分和處理。不是所有路由

器和設備都支持流標簽處理，該字段是可選的。

該字段代替了IPv4中的TotalLength,TotalLength不同，

Payload

2它測量的不是整個數據報的長度，而只是擴展頭和荷載的字節

Length

數，即整個數據報的長度減去40bytes的主頭部。

該字段代替了IPv4中的Protocol。有兩個用處，當數據報有擴

NextHeader1展頭時，該字段指向地一個擴展頭，當數據報沒有沒有擴展頭時，

該字段和IPv4中的Protocol一樣。

該字段代替了IPv4中的TTLo這個名字更好的反映了TTL的

HopLimit1

實際工作方式，因為TTL實際上是計算跳數，而非時間。

Source

16源地址

Address

Destination

16目的地址

Address

IPv6下一報頭字段(NextHeader)

下一報頭是IPv6數據報中新加入的一個重要字段。該字段包含一個表示第一個

擴展頭的標識符，擴展頭又有自己的下一報頭字段指向它的下一個擴展頭，最后

一個擴展頭的下一報頭字段則指出上層協議。

值(十六進制)協議/擴展頭

00逐跳選項(Hop-By-HopOplions)擴展頭

01ICMPv4

02IGMPv4

04IPinIPEncapsulation

06TCP

08EGP

11UDP

29IPv6

2B路由(Routing)擴展頭

2C分片(Fragmentation)擴展頭

2E資源預留協議(RSVP)

32ESP擴展頭

33AH擴展頭

3AICMPv6

3B沒有下一報頭

3C目的選項(DestinationOptions)擴展頭

IPv6數據報擴展頭

IPv6DatagramWithNoExtensionHeadersCarryingTCPSegment

NextHeaderNextHeaderNextHeaderTCP

0446HeaderTCPSegmentData

Hop-by-HopFragment

IPHeaderOptionsHeaderHeaderIPData

IPv6DatagramWithTwoExtensionHeadersCarryingTCPSegment

IPv6數據報擴展頭通過下一報頭字段形成一個鏈式結構。所有擴展頭的長度必

須為8bytes的整數倍。

下一報頭

長度

值（十進擴展頭名描述

(bytes)

制）

Hop-By-Hop定義一組選項，這些選項用于傳輸路徑上所有設備

0可變的

Options進行檢查

指定數據報傳輸的路由，相當與IPv4中的loose

43Routing可變的

sourceroutingoptiona

當數據報僅為原始消息的片段時，包含此擴展頭，

44Fragment8它包含IPv6主報頭去除的FragmentOffset.

Identification和MoreFragment字段的信息。

50ESP可變的攜帶用于安全道信的加密數據。

51AH可變的包含確保加密數據可靠性的信息。

Destination

60可變的定義一組選項，這些選項僅用于檢查目的。

Options

IPv6RoutingExtensionHeader

041121620242832

\111

HeaderExtension

NextHeaderRoutingType(=0)SegmentsLeft

Length

Reserved

Addressl

(128bits)

AddressN

(128bits)

字段名長度(bytes)描述

NextHeader1同主報頭的下一報頭字段。

HeaderExtension以8-byte為一單位，指出該擴展頭的長度，不包

1

Length含該頭的前8byteso

該字段允許定義多種路由類型，現階段唯一使用值

RoutingType1

為0。

SegmentsLeft1指定到目的之前路由中剩余的顯式命名節點數。

Reserved4還未使用，設為0。

Address1~可變的（16的倍

一組用于指定路由的IPv6地址。

AddressN數）

IPv6FragmentExtensionHeader

048121620242832

0*/1//23;?,■

_1/

Moro

ReservedFrag-

ments

長度

字段名描述

(bits)

NextHeader8同上

Reserved8保留，還未使用，設為0。

Fragment指定數據報片段在原始信息中的偏移量或位置，以8bytes為一單位，

13

OffsetOffset字段相同。

Res2保留，還未使用，設為0。

同IPv4中的MoreFragmentsFlago當設為0時表示該片段為原始1

MFlag1

反之則表示后面還有其他片段。

Identification32同IPv4中的Identification字段，不同的是擴展到32bits。

IPv6擴展頭順序

每個擴展頭在任何數據報中之出現一次（DestinalionOplions例外）。當有多個

擴展頭時，它們在主報頭之后和數據報的上一層辦議報頭之前按以下順序排列:

1.Hop-By-HopOptions

2.DestinationOptions（被目的設備和路由擴展頭中指定的設備處理）

3.Routing

4.Fragmentation

5.AH

6.ESP

7.DestinationOptions（僅被最終目的設備處理）

IPv6數據報選項(DatagramOptions)

IPv6通過用擴展頭包裝選項的方式實現了IPv4報頭中的選項字段。

IPv6中有兩種選項擴展頭：Hop-By-HopOptions和DestinationOptionso它們

僅在包含的選項如何由設備處理方面有所不同，它們的格式和使用方式都是相同

的。

IPv6Hop-By-HopOptionsandDestinationOptionsHeaderFormats:

048121620242832

0248

UnrecognizedOption

ChangeRemainderofOptionType

OptionActionAllowed

子長

字度

描述

段(byt

名es)

表示該選項的類型

長度

子子字段名描述

(bits)

Opt

前兩位指定處理選項的設備無法識別選項類型時采取【

ion

1值操作

Typ

eUnrecognized

200跳過選項，處理后面的報頭

OptionAction

01丟棄數據報，不進行操作

10丟充數據報，發送一個2代號的ICMPParamc

message給發送數據報的源設備

丟棄數據報，僅當目的地址不為組播地址時發

11

ICMP信息

OptionChange

1如果選項數據允許在數據報傳送中途被修改則設為1,

AllowedFlag

Remainderof剩余的五個位允許為上述三個位的每個組合指定32，

5

OptionType合。

Opt

Dat

1指出接下來的OptionData字段的長度

a

Len

Opt

可

ion

變選項數據

Dat

的

a

MTU,分片(Fragmentation)和重組(Reassembly)

IPv6與IPv4在MTU,分片和重組上的不同：

?增大了默認MTU：在IPv4中，路由器和物理鏈路要求的最低MTU為

576bytcso而在IPv6中，最低要求為1280bytcso

?取消了路由器分片：在IPv6中，數據報只能由發送者進行分片，路由器不

能進行分片。所以在發送數據報之前要進行PathMTU發現，并將數據報

分片成合適的碎片進行發送。

?MTUSizeError回復：因為路由器不能對數據報進行分片，當要傳遞一個過

大的數據報時就只能將其丟棄，并返回一個ICMPv6PacketTooBig信息。

?去除報頭中的Fragment相關字段：在IPv4中固定存在的Fragment相關

字段被去除，改為以Fragment擴展頭的形式存在，僅在需要的時候添加。

IPv6分片處理

IPv6數據報被分為兩部分：

?不可分段部分（Unfragmentable分rt）：主報頭和以下擴展頭（如果有的話）:

Hop-By-HopOptions,DestinationOptions（可被路由上的設備處理的選項）

和Routingo

?可分段部分（FragmentablePart）：數據報的數據部分和以下擴展頭（如果有

的話）：AH,ESP和DestinationOptions（僅被目的設備處理的選項）。

數據報碎片：

?笫1個碎片：熨制不可分段部分，加入Fragment擴展頭，加入可分段部

分,復制數據部分將數據報補至MTU大小。

?第2至N個碎片：復制不可分段部分，加入Fragment擴展頭，復制剩余

的數據部分將數據報補至MTU大小，直至復制完所有數據部分，最后一

個數據報碎片大小通常小于MTUo

Fragment#3:Bytes240-269ofFragmentablePart

IPv6數據報(Datagram)

IPv6數據報一般格式

MainHeader(40bytes)

ExtensionHeader#1

ExtensionHeader#2

ExtensionHeader#N

Data

長度

組成部分描述

(bytes)

Main

40每個數據報包含源地址、目的地址和一些必須的重要信息

Header

Extension可變每個ExtensionHeaders都包含一種類型的擴展信息,以支

Headers的持各種功能，如分片、源路由、安全性和各種選項

可變

Data裝載來自上層要傳輸的信息

的

IPv6主報頭(MainHeader)格式

08121620242832

III1

VersionTrafficClassFlowLabel

PayloadLengthNextHeaderHopLimit

SourceAddress

(128bits)

DestinationAddress

(128bits)

長度

字段名描述

(bytes)

生成該數據報所用IP協議的版本。IPv6中值為6（二進

Version0.5

制（）110）。

Traffic韋示IPv6數據流通信類別或優先級，與IPv4中的TOS

1

Class相似，但使用DifferentiatedServices（DS）o

該標簽為實時數據傳輸和服務質量功能提供額外支持。路

勢上的路由器可以根據該標簽對數據流進行區分和處理。

FlowLabel2.5

不是所有路由器和設備都支持流標簽處理，該字段是可選

的。

該字段代替了IPv4中的TotalLength,但和TotalLength

Payload

2不同，它測量的不是整個數據報的長度，而只是擴展頭和

Length

荷載的字節數，即整個數據報的長度減去40bytes的主頭

長度

字段名描述

(bytes)

部。

該字段代替了IPv4中的Protocol有兩個用處，當數據

Next

1很有擴展頭時，該字段指向地一個擴展頭，當數據報沒有

Header

沒有擴展頭時，該字段和IPv4中的Protocol一樣。

該字段代替了IPv4中的TTLo這個名字更好的反映了

HopLimit1TTL的實際工作方式，因為TTL實際上是計算跳數，而

非時間。

Source

16源地址

Address

Destination

16目的地址

Address

IPv6下一報頭字段(NextHeader)

下一報頭是IPv6數據報中新加入的一個重要字段。該字段包含一個表示第一個

擴展頭的標識符，擴展頭又有自己的下一報頭字段指向它的下一個擴展頭，最后

一個擴展頭的下一報頭字段則指出上層協議。

值(十六進制)協議/擴展頭

00逐跳選項(Hop-By-HopOptions)擴展頭

01ICMPv4

02IGMPv4

04IPinIPEncapsulation

值(十六進制)協議/擴展頭

06TCP

08EGP

11UDP

29IPv6

2B路由(Routing)擴展頭

2C分片(Fragmentation)擴展頭

2E資源預留協議(RSVP)

32ESP擴展頭

33AH擴展頭

3AJCMPv6

3B沒有下一報頭

3C目的選項(DestinationOplions)擴展頭

IPv6數據報擴展頭

IPv6DatagramWithNoExtensionHeadersCarryingTCPSegment

NextHeaderNextHeaderNextHeaderTCP

TCPSegmentData

0446Header

Hop-by-HooFragment

IPHeaderOptionsHeaderHeaderIPData

IPv6DatagramWithTwoExtensionHeadersCarryingTCPSegment

IPv6數據報擴展頭通過下一報頭字段形成一個鏈式結構。所有擴展頭的長度必

須為8bytes的整數倍。

下一

報頭長度

擴展頭名描述

值（十(bytes)

進制）

Hop-By-Hop可變定義一組選項，這些選項用于傳輸路徑上所有設

0

Options的備進行檢查

可變指定數據報傳輸的路由，相當與IPv4中的

43Routing

的loosesourceroutingoptiono

當數據報僅為原始消息的片段時，包含此擴展

頭，它包含IPv6主報頭去除的Fragment

44Fragment8

Offset,Identification和MoreFragment字段的

信息。

可變

50ESP攜帶用于安全通信的加密數據。

的

下一

報頭長度

擴展頭名描述

值（十(bytes)

進制）

可變

51AH包含確保加密數據可靠性的信息。

的

Destination可變

60定義一組選項，這些選項僅用于檢查目的。

Options的

IPv6RoutingExtensionHeader

字段名長度(bytes)描述

NextHeader1同主報頭的下一報頭字段。

Header

以8-byte為一單位，指出該擴展頭的長度，不

Extension1

包含該頭的前8byteso

Length

該字段允許定義多種路由類型，現階段唯一使

RoutingTypeI

用值為0c

字段名長度(bytes)描述

指定到目的之前路由中剩余的顯式命名節點

SegmentsLeft1

數。

Reserved4還未使用，設為0o

Address1~可變的（16的

一組用于指定路由的IPv6地址。

AddressN倍數）

IPv6FragmentExtensionHeader

048121620242832

II1II1II11I1I_______

NextHeaderReservedFragmentOffset/Resivr,

Identification

0/1/23;：

More

ReservedFrag-

ments

長度

字段名描述

(bits)

NextHeader8同上

Reserved8保留，還未使用，設為0o

Fragment指定數據報片段在原始信息中的偏移量或位置，以8bytes

13

Offset為一單位，和IPv4中的FragmentOffset字段相同。

Res2保留，還未使用，設為0。

同IPv4中的MoreFragmentsFlago當設為0時表示該

MFlag1

片段為原始信息的最后一個片段，反之則表示后面還有其

長度

字段名描述

（bits）

他片段。

同IPv4中的Identification字段,不同的是擴展到

Identification32

32bitSo

IPv6擴展頭順序

每個擴展頭在任何數據報中之出現一次（Destinalion