计算机网络笔记：IPV6_ipv6首部长度

IPV6的产生背景：到2011年，IPV4地址已经全部耗尽。解决IPV4地址耗尽的根本措施就是采用具有更大地址空间的新版本的IP，因此IPV6应运而生。

1.IPV6的基本首部

IPV6概述：IPV6仍然支持无连接的传送，但是将协议数据单元PDU称为分组，而不是IPV4中的数据报。

IPV6的主要变化：

• 更大的地址空间：IPV6把地址从IPV4的32位增加到128位，使得地址空间发生了非常大的增大。
• 扩展的地址层次结构：IPV6的地址空间很大，因此可以划分为更多的层次。
• 灵活的首部格式：IPV6数据报的首部和IPV4的并不兼容，它定义了更多可选的扩展首部，不仅提供了更多的功能，同时也提高了路由器的处理效率，这是因为路由器对扩展首部不做处理。同时，IPV6的首部长度是固定，为40字节。
• 允许协议继续扩充：IPV4的功能是固定不变的，相比之下IPV6的这个功能非常重要。
• 支持即插即用：因此PV6无需使用DHCP协议。
• 首部对齐方式修改：IPV6的首部为8字节对齐，也就是首部长度必须是8字节的整数倍，而原先的IPV4首部是4字节对齐。

IPV6数据报的组成：由基本首部和有效载荷两部分组成。有效载荷也被称为净载荷，允许有零个或多个扩展首部，再后面才是数据部分。扩展首部并不属于基本首部。

IPV6中主要去除的不必要的首部内容：

• 首部长度字段：因为其首部长度是固定的。
• 检验和字段：由于在运输层会进行差错检测，因此在网络层可以去掉检验和字段来加速路由器的处理。
• 选项字段：取消了选项字段，用扩展首部来实现选项的功能。

IPV6的基本首部：

• 版本：占4位。指明IP协议的版本，对于IPV6就是6。
• 通信量类：占8位。为了区分1不同IPV6数据报的类别或优先级。
• 流标号：占20位。所有属于一个流的数据报都有相同的流标号，对音频视频数据的传送很有用。
• 有效载荷长度：占116位。指明IPV6数据报除了基本首部之外的字节数（包括扩展首部）。
• 下一个首部：占8位。相当于IPV4的协议字段或可选字段。
  • 当IPV6没有扩展首部时，下一个首部字段的作用和IPV4的协议字段相同，指出了基本首部后面的数据应该交付IP层上面的哪一个高级协议。
  • 当出现扩展首部时，下一个首部字段的值标识下一个扩展首部的类型。
• 跳数限制：占8位。用来防止数据报在网络中无限期地存在，和IPV4中的生存时间字段相似。每个路由器转发数据报时都会将跳数限制字段中的值减一，当跳数限制的值为零时，就将该数据报丢弃。
• 源地址：占128位。是数据报的发送端的IP地址。
• 目的地址：占128位。是数据报的接收端的IP地址。

2.IPV6的地址

IPV6的目的地址类型：

• 单播：单播地址就是传统的点对点通信；
• 多播：多播是一点对多点的同学你，数据报发送到一组计算机中的每一个。IPV6将广播视为多播的一个特例。
• 任播：IPV6中的一种新类型。任播的终点是一组计算机，但是数据报只会交付给其中的一个，通常是由算法得出的距离最近的一个。

IPV6地址的表示：

• 冒号十六进制表示法：把IPV6地址用十六进制表示，各个值之间用冒号分隔。在这种表示方法中，允许把数字前面的0省略。
• 零压缩：冒号十六进制表示法中，一连串的0可以用一对冒号取代。如FF05:0:0:0:0:0:0:B3可以用FF05::B3进行表示。但是，为了零压缩引起歧义，对于任何一个IPV6地址只允许使用一次零压缩。
• 结合点分十进制记法：冒号十六进制记法的一部分可以结合点分十进制记法使用。

几种常用IPV6地址：

• 未指明地址：16字节的全0地址，可以缩写为两个冒号。该地址不能作为目的地址，只能由某台主机作为自己的源地址，条件是该主机还没有配置到一个标准的IP地址。这类地址有且只有一个。
• 环回地址：最后一个字节为1，前面七个字节为0的地址。它的作用和IPV4的环回地址一样，这类地址也只有一个。
• 多播地址：这一类地址为全1。功能与IPV4的一样。
• 本地链路单播地址：这种地址是在单一链路上使用的。当一个结点启用IPV6时会1自动生成本地链路地址。当需要分组发往单一链路的设备而不希望该分组倍转发到此链路之外的地方时就可以使用这种地址。
• 全球单播地址：IPV6中使用最多的一类单播地址。

3.从IPV4向IPV6过渡

从IPV4向IPV6过渡必须采用逐步演进的方法，而且要保证新安装的IPV6系统能够向后兼容。目前的策略包括双协议栈和隧道技术。

3.1.双协议栈

双协议栈的概念：

• 定义：双协议栈指的是完全过渡到IPV6之前，使得一部分主机（或路由器）同时装有IPV4和IPV6两种协议栈。因此双协议栈主机（或路由器）不仅可以和IPV6的系统通信，也可以与IPV4的系统通信。
• 记法：双协议栈的主机或路由器记为IPV6/IPV4，表明它同时具有IPV6地址和IPV4地址。
• 双协议栈主机如何确定目的主机的地址：通过域名系统查询，如果返回的是IPV4地址，则源主机使用IPV4地址；如果返回IPV6地址，则源主机使用IPV6地址。

对双协议栈技术的评价：双协议栈付出的代价太大，因为需要安装两套协议。因此在过渡时期最好采用下面的隧道技术。

3.2.隧道技术

基本思想：在IPV6数据报要进入IPV4网络时，把IPV6数据报封装成IPV4数据报，让整个IPV6数据报变成IPV4数据报的数据部分。

注意事项：如果要让双协议栈主机知道IPV4数据报里面封装的数据是一个IPV6数据报，则需要将IPV4首部的协议字段设置为41，表示数据报的数据部分是也给IPV6数据报。

4.ICMPV6

ICMPV6概述：IPV6需要使用ICMP协议来反馈一些差错信息，同时，地址解析协议ARP和网际组管理协议IGMP的功能也被合并到ICMPV6中了。