IP v 6

相关概念

地址长度128bit,采用冒号划分为8段,并用16进制标识,其容量大到能为地球上的每一粒沙子分配一个地址,通常情况下其网络前缀为64位,接口标识为64位,依照写法可分为首选格式,即完整书写;压缩格式,即按照以下缩写格式进行书写;内嵌IPv4格式,即在前95bit为IPv6地址,后32bit填充点分10进制的IPv4地址

缩写规则(压缩格式)

1.前导0可以省略,全为0必须保留一个0

2.连续的0可以省略,用::标识但只能使用一次

接口标识

IPv6接口标识除了手动配置外,还有系统自动生成与EUI-64生成

IEEE EUI-64即使用接口的Mac地址转化为IPv6地址,其通过将Mac地址第7位进行取反操作,并在中间插入FFFE字段生成IPv6的64位接口地址

例如:Mac:08-70-5A-90-1A-01

第7位取反:0A-70-5A-90-1A-01(8(1000)+2(10)=10(A))

中间加入FFFE:0A70-5AFF-FE90-1A01

地址类型

在 IPv6 协议中,地址类型主要分为单播、组播和任播三类,其中,单播与组播的核心功能逻辑与 IPv4 保持一致,仅在地址编码格式上进行了调整,延续了原有网络通信中 "一对一"(单播)和 "一对多"(组播)的传输特性

而任播作为 IPv6 中更具特色的地址类型,其核心作用是标识一组具备相同服务能力的网络接口,当数据包的目标地址为任播地址时,网络会通过路由机制自动将流量转发至这组接口中 "距离最近"的一个节点,这种特性不仅突破了传统 IP 地址 "一个地址对应一个固定接口" 的认知局限,还能为服务器集群的冗余备份、负载均衡提供更高效的解决方案 ------ 例如可通过任播地址实现服务的就近接入,同时在某一节点故障时,流量能自动切换至其他正常节点,提升服务可用性

全球单播地址GUA

即IPv4的公网地址,以001开头

唯一本地单播地址ULA

相当于IPv4的私网地址,以FC00::/7为网络前缀,但目前仅使用FD00::/8,FC00::/8被保留

链路本地地址LLA

以FF80::/10为网络前缀,被用于一条单一的链路间进行通信,被用于邻居发现,无状态自动配置,也是因为有此类地址,IPv6才能实现即插即用

IPv6组播地址

FF::/8为前缀,Flag字段用于标识组播为永久组播地址(IANA分配)还是临时组播地址(用户自定义使用)0000为永久组播地址,0001为临时组播地址

Scope字段用于描述传播范围,1为节点本地范围,2为链路本地范围,5为站点本地范围,8为组织本地范围,E为全球范围,0,和F为预留项

Group ID组播组ID

IPv6组播Mac

以33:33为前缀直接照抄组播地址后32bit

被请求节点组播地址

被用于IPv6地址冲突检测以及邻居发现,当一个节点拥有单播或者任播地址即会生成对应的被请求节点地址,以FF02::1:FF00:0:0/104为固定前缀,后面24bit照抄IPv6地址的后24bit

案例

类似IPv4的ARP解析行为,就是PC1和PC2进行通信前需要获取对端的Mac地址,进而进行数据转发,这时候PC1请求对方Mac地址目的Mac填的就是对方的被请求节点地址

横向对比

报文结构

IPv6采用固定报头长度40Bytes,取消三层校验功能和分片字段,增加流标签,对于流量管理越加灵活便捷

version(4) Traffic Class(8) Flow label(20)

Payload length(16) Next Header(8) Hop limit(8)

Source address(128)

Destination address(128)

version:版本,6

Traffic Class:流类型,与IPv4中的TOS类似,用于表示数据报文的优先级与类型

Flow label:流标签,不同于IPv4中的依照五元组进行流量定义,其一般可以与源目地址结合确定流量

Payload length:数据长度

Next Header:标记下一个IPv6拓展头部(如果存在)

Hop limit :跳数限制,相当于TTL字段

拓展报头

逐跳选项报头:该报头会被每一跳处理,内可包含多种选项,比如路由器告警选项

目的选项报头:目的地址处理该报头,类似场景家乡漫游,该报文最多出现两次,1次在路由报文之前,1次在上层协议数据之前,如果没有路由报头只能出现一次

路由报头:表明该报文一定要经过的节点

分段报头:同IPv4的分片操作

认证包头:AH,IPSEC使用

封装安全净载报头:ESP,IPSEC使用

总结

IPv6地址力大砖飞,地址128位,量大管饱,从根源上解决了IPv4地址耗尽的问题,支持即插即用,方便便捷,不再依赖于ARP,对网络变化感知更加敏感,提高效率,取消广播地址,节省IP地址一定限度限制流量的传播范围,报文定长,采用拓展报文,提供了更高效的传输模式

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