IPv6 地址理解与子网划分详解

IPv6 地址理解与子网划分详解

📚 目录

1. IPv4 vs IPv6 地址结构对比
2. IPv6 地址表示方法
3. 子网掩码 vs 前缀长度
4. 实际案例分析：fd00::/112 子网
5. IPv6 地址分类
6. 路由原理
7. 常见问题与解答

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IPv4 vs IPv6 地址结构对比

IPv4 地址结构（你已经了解的）

地址示例：192.168.1.25
子网掩码：255.255.255.0 (/24)
网络地址：192.168.1.0
广播地址：192.168.1.255
可用地址范围：192.168.1.1 - 192.168.1.254

IPv6 地址结构

地址示例：fd00::25
前缀长度：/112
网络地址：fd00::
可用地址范围：fd00::1 - fd00::ffff

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IPv6 地址表示方法

基本表示规则

1. 128位地址：用冒号分隔的8组16进制数
2. 压缩规则：连续的0可以用::表示（只能用一次）
3. 前导零省略：每组前面的0可以省略

示例解析

完整表示：fd00:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0025
压缩表示：fd00::25

fd00::25 的详细解析：
- fd00:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0025
- 前16位：fd00 (网络前缀)
- 后112位：0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0025 (主机部分)

对比 IPv4 的理解方式

IPv4: 192.168.1.25/24
- 网络：192.168.1.0
- 主机：25
- 子网范围：192.168.1.0 - 192.168.1.255

IPv6: fd00::25/112
- 网络：fd00::
- 主机：25
- 子网范围：fd00:: - fd00::ffff

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子网掩码 vs 前缀长度

IPv4 子网掩码

/24 = 255.255.255.0
- 前24位是网络部分
- 后8位是主机部分 (2^8 = 256个地址)
- 可用主机地址：254个

/16 = 255.255.0.0
- 前16位是网络部分
- 后16位是主机部分 (2^16 = 65536个地址)

IPv6 前缀长度

/112
- 前112位是网络部分
- 后16位是主机部分 (2^16 = 65536个地址)
- 可用主机地址：65534个

/64
- 前64位是网络部分
- 后64位是主机部分 (2^64个地址，巨大！)

前缀长度对比表

前缀长度	IPv4 类似	IPv6 地址数量	适用场景
/64	/8	2^64	标准子网
/80	/16	2^48	大型网络
/96	/24	2^32	中型网络
/112	/28	2^16	小规模网络
/120	/30	2^8	点对点链路
/128	/32	1	单个地址

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实际案例分析：fd00::/112 子网

网络参数

网络地址：fd00::
前缀长度：/112
子网范围：fd00:: 到 fd00::ffff

地址范围计算

起始地址：fd00::0000 (fd00::)
结束地址：fd00::ffff
总地址数：2^16 = 65536个
可用主机数：65534个（除去网络地址和广播地址）

实际节点地址

节点1：fd00::25 (x.x.x.25)
- 二进制：fd00:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0025
- 十六进制：最后两位是 25

节点2：fd00::174 (x.x.x.174)
- 二进制：fd00:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0174
- 十六进制：最后两位是 174

同一子网验证

两个地址都在 fd00::/112 范围内：
✅ fd00::25 在 fd00:: - fd00::ffff 范围内
✅ fd00::174 在 fd00:: - fd00::ffff 范围内

因此它们可以直接通信，无需路由器

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IPv6 地址分类

单播地址 (Unicast)

1. 全球单播 (Global Unicast)
   - 2000::/3 (以2或3开头)
   - 公网路由地址

2. 唯一本地地址 (Unique Local)
   - fc00::/7 (以fd开头)
   - 私网地址，相当于IPv4的192.168.x.x
   - 我们的fd00::就属于此类

3. 链路本地地址 (Link-Local)
   - fe80::/10
   - 仅在同一链路内使用
   - 相当于IPv4的169.254.x.x

特殊地址

::1/128                # 回环地址 (相当于127.0.0.1)
::/128                 # 未指定地址 (相当于0.0.0.0)
2001:db8::/32          # 文档示例地址 (相当于192.0.2.0/24)

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路由原理

直连路由 (同一子网)

节点A (fd00::25/112)
    ↓ 直接通信
节点B (fd00::174/112)

条件：
1. 两个地址在同一子网内
2. 物理网络连通
3. 无防火墙阻拦

路由表查看

# IPv4 路由表
ip route show
192.168.1.0/24 dev eth0 proto kernel scope link src 192.168.1.25

# IPv6 路由表
ip -6 route show
fd00::/112 dev bond0 proto kernel metric 256 pref medium

路由匹配规则

最长前缀匹配原则：
- 更具体的路由优先
- /112 比 /64 更具体
- /128 比 /112 更具体

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常见问题与解答

Q1: 为什么 IPv6 地址看起来这么复杂？

A: IPv6 设计为128位以支持海量设备，但通过压缩规则，实际使用时很简洁：

fd00:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0025 → fd00::25

Q2: /112 子网能容纳多少设备？

A:

总地址：2^16 = 65536个
可用地址：65534个（除去网络地址和广播地址）
相当于 IPv4 的 /28 网络

Q3: 如何快速判断两个IPv6地址是否在同一网段？

A:

1. 查看前缀长度：如 /112
2. 比较前112位：是否相同
3. 简单方法：看前导部分是否相同，最后部分是否在合理范围内

fd00::25    vs    fd00::174    → 都在 fd00::/112 内 ✓
fd00::25    vs    fd01::25    → 不在同一网段 ✗

Q4: IPv6 也有广播地址吗？

A: IPv6 取消了广播，改用多播和任播：

IPv4: 192.168.1.255 (广播地址)
IPv6: ff02::1 (所有节点多播地址)

Q5: 如何从 IPv4 思维转换到 IPv6？

A:

IPv4: 192.168.1.25/24 → 网络192.168.1.0，主机25
IPv6: fd00::25/112     → 网络fd00::，主机25

关键是把 /112 理解为类似 IPv4 /24 的概念！

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实际操作参考

地址分配示例

网络：fd00::/112
节点分配：
- 节点1：fd00::25  (x.x.x.25)
- 节点2：fd00::174 (x.x.x.174)
- 节点3：fd00::175 (MetalLB负载均衡器)
- 网关：fd00::1

配置示例

# 添加 IPv6 地址
ip -6 addr add fd00::25/112 dev eth0

# 查看地址
ip -6 addr show dev eth0

# 测试连通性
ping6 fd00::174

# 查看路由
ip -6 route show

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📝 总结

1. fd00::25/112 可以理解为：

   • 网络部分：fd00:: (前112位)
   • 主机部分：25 (后16位)
   • 相当于 IPv4 的 192.168.1.25/24

2. 为什么能互通：

   • 同一子网 (fd00::/112)
   • 直连路由存在
   • 物理网络连通

3. 关键概念转换：

   IPv4 概念      →  IPv6 对应概念
   子网掩码        →  前缀长度 (/112)
   网络地址        →  网络前缀 (fd00::)
   主机地址        →  接口标识符 (25)
   广播地址        →  多播地址
   

记住：把 /112 想象成类似 IPv4 /24 的子网，就很容易理解了！ 🎯

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文档创建时间：2025-10-24
适用场景：Kubernetes IPv6 网络配置与故障排查