【IPV6从入门到起飞】1-IPV6介绍

IPV6介绍

IPv6（互联网协议第六版）是为了解决IPv4地址耗尽问题而设计的下一代互联网协议。
它引入了更大的地址空间和一些新的特性，以满足现代网络的需求。

1. 地址空间

IPv6使用128位地址长度，相比于IPv4的32位地址，IPv6可以提供极其庞大的地址空间。具体来说，IPv6可以提供约3.4×10^38个地址，这几乎可以为地球上的每一粒沙子分配一个唯一的IP地址。

2. 地址表示

IPv6地址由128位二进制数构成，通常以十六进制形式表示，分为8组，每组16位（4个十六进制数字），用冒号分隔。每组的范围是从0000到FFFF。例如：

2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334

其中每个xxxx代表一个16位的十六进制数。

2.1 地址压缩

IPv6地址可以通过以下方式进行压缩：

• 零压缩：连续的零组可以用双冒号（::）表示，但在一个地址中只能使用一次。例如，上面的地址可以简化为：

2001:0db8:85a3::8a2e:0370:7334

• 前导零省略：每组中的前导零可以省略，例如0001可以表示为1。

3. 地址类型

IPv6地址可以分为以下几种主要类型：

3.1 单播地址（Unicast Address）

单播地址用于标识网络中的单个接口。数据包从一个源发送到一个目的地。单播地址又可以细分为：

• 全球单播地址（Global Unicast Address）：可在互联网上唯一标识的地址，通常以2000::/3开头。
• 全球单播地址由全球路由前缀（Global routing prefix，48bit）、子网ID（subnet ID，16bit）、和接口标识（interface 路由前ID，64bit）组成。

• 链路本地地址（Link-Local Address）：用于在同一链路上的设备之间通信，地址范围为FE80::/10。这些地址不能被路由到互联网。

• 站点本地地址（Site-Local Address）：用于在一个站点内部的通信，已被弃用。

3.2 组播地址（Multicast Address）

组播地址用于向一组接口发送数据包。组播地址以FF00::/8开头。组播可以有效地减少网络带宽的使用，因为数据包只会被发送到需要接收的接口。

3.3 任播地址（Anycast Address）

任播地址用于将数据包发送到一组接口中的最近接口。任播地址的分配通常用于负载均衡和冗余。

3.4 唯一本机地址

ULA，唯一本地地址，概念上相当于私有IP，仅能够在本地网络使用，在IPv6 Internet上不可被路由。上面提到的站点本地地址由于起初的标准定义模糊而被弃用，而后RFC又重新定义了唯一本地地址以满足本地环境中私有IPv6地址的使用。

在RFC4193中标准化了一种用来在本地通信中取代站点本地单播地址的类型。ULA拥有固定前缀FC00::/7，分为两块：FC00::/8暂未定义，FD00::/8定义如下：

3.5 未指定地址

0:0:0:0:0:0:0:0/128 --> ::/128

该地址作为某些报文的源IP地址，比如作为重复地址检测时DAD时发送的邻居请求报文的源地址，或者DHCPv6初始化过程中客户端所发送报文的源IP。

3.6 回环地址

0:0:0:0:0:0:0:1

同IPV4中127.0.0.1地址的含义一样，表示节点自已。

3.7 内嵌IPv4

映射IPV4的IPV6地址–仅用于拥有IPV4和IPV6双协议栈节点的本地范围
其中高80bit设为0,后16bit设为1，再跟IPV4地址，

0000:0000:0000:0000:0000:ffff:206.123.31.2
0000:0000:0000:0000:0000:ffff:ce7b:1f01

4. 地址的组成部分

IPv6地址的组成可以进一步细分为以下几个部分：

4.1 前缀（Prefix）

前缀用于标识网络部分，类似于IPv4中的网络地址。前缀长度通常以斜杠后跟数字的形式表示，例如2001:0db8::/32，其中/32表示前32位是网络部分。

4.2 接口标识符（Interface Identifier）

接口标识符用于标识网络中的具体接口，通常为后64位。接口标识符可以通过多种方式生成，包括：

• EUI-64格式：基于MAC地址生成的接口标识符。
• 随机生成：为了提高隐私性，接口标识符可以随机生成。

5. 自动配置

IPv6支持无状态地址自动配置（Stateless Address Autoconfiguration, SLAAC），允许设备在没有DHCP服务器的情况下自动生成自己的IP地址。这使得网络设备的配置变得更加简单和灵活。

6. 安全性

IPv6协议内置了IPsec（Internet Protocol Security），提供数据加密和身份验证功能。这使得IPv6在安全性方面比IPv4更具优势。

7. 其他特性

更高效的路由：IPv6的地址结构使得路由表更加简洁，从而提高了路由效率。
多播支持：IPv6原生支持多播，减少了网络带宽的消耗。
扩展性：IPv6设计时考虑了未来的扩展需求，支持更多的协议和服务。

8. 过渡机制

由于IPv4和IPv6并存的现状，网络工程师采用了一些过渡机制，如双栈（Dual Stack）、隧道（Tunneling）和NAT64等，以便在过渡期间实现两种协议的互通。

9. IPV6公有地址

9.1 公有地址（Global Unicast Address）

• 定义
  公有地址是可以在互联网上唯一标识的地址，允许设备直接与其他设备进行通信。公有地址通常由互联网服务提供商（ISP）分配。

• 特点
  唯一性：每个公有地址在全球范围内是唯一的。
  可路由性：公有地址可以被路由到互联网，允许设备之间进行直接通信。
  地址范围：公有地址通常以2000::/3开头，意味着所有以2000到3FFF开头的地址都是公有地址。

示例：一个典型的公有地址示例是：

2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334

9.2 私有地址（Link-Local Address 和 Unique Local Address）

在IPv6中，私有地址主要分为两种类型：链路本地地址（Link-Local Address）和唯一本地地址（Unique Local Address）。

9.2.1 链路本地地址（Link-Local Address）

• 定义
  链路本地地址用于在同一链路（局域网）内的设备之间进行通信。它们不能被路由到互联网。

• 特点
  地址范围：链路本地地址以FE80::/10开头，通常后面跟随64位的接口标识符。
  自动配置：设备在连接到网络时会自动生成链路本地地址，无需手动配置或使用DHCP。
  作用域：链路本地地址仅在本地链路有效，无法跨越路由器。

示例：一个典型的链路本地地址示例是：

FE80::1A2B:3C4D:5E6F:7G8H

9.2.2 唯一本地地址（Unique Local Address）

• 定义
  唯一本地地址用于在组织内部进行通信，类似于IPv4中的私有地址。它们也不能被路由到互联网，但可以在不同的子网之间进行路由。

• 特点
  地址范围：唯一本地地址以FC00::/7开头，通常分为两部分：FC00::/8（由IANA分配）和FD00::/8（随机生成）。
  可路由性：唯一本地地址可以在组织内部的不同子网之间进行路由，但不能被路由到公共互联网。
  隐私性：由于这些地址不在公共互联网中使用，因此可以提高网络的隐私性和安全性。

示例：一个典型的唯一本地地址示例是：

FD12:3456:789A:1::1

10 拓展

10.1 各大运营商IPV6前缀

2409（中国移动）
2408（中国联通）
240e（中国电信）
240a（广电电视）

10.2 fe80地址

如果有fe80开头的IPv6地址，那通常是设备自动生成的本地地址

10.3 IPV6唯一但不固定

目前，国内运营商支持IPv6的都会提供独立公网IP，但需要注意的是，这并不意味着IP地址是固定不变的

10.4 其他

前3bit 固定001
地址范围：2xxx:xxxxx/3 - 3FFF: :FFFF
2001::/16 IPV6因特网地址
2002::/16 6to4过渡地址
3ffe::/16 用于6bone测试目的的前缀

参考

https://baijiahao.baidu.com/s?id=1736787745342947999&wfr=spider&for=pc