IPv6互联网协议 (转帖)

IPv6是互联网协议的第六版；最初它在IETF的 IPng选取过程中胜出时称为互联网新一代网际协议(IPng)，IPv6是被正式广泛使用的第二版互联网协议。

现有标准IPv4只支持大概40亿(4×10⁹)个网络地址，而IPv6支持3.4 ×10³⁸个，这等价于在地球上每平方英寸有4.3×10²⁰地址(6.7×10¹⁷地址/mm²)。(IPv5不是IPv4的继承，而是实验性的面向流的数据流协议，用来对声音，图像等提供支持。)

背景与目标

促使IPv6形成的主要原因是网络空间的匮乏。从1990年开始，因特网工程任务小组（Internet Engineering Task Force，简称IETF）开始规划IPv4的下一代协议，除要解决即将遇到的IP地址短缺问题外，还要发展更多的扩充功能，为此IETF小组创建IPng，以让后续工作顺利进行。1994年，各IPng领域的代表们于多伦多举办的IETF会议中正式提议IPv6发展计划，该提议直到同年的11月17日才被认可，并于1998年8月10日成为IETF的草案标准。

IPv6的计划是建立未来互联网扩充的基础，其目标是取代IPv4，预计在2025年以前IPv4仍会被支持，以便给新协议的修正留下足够的时间。

虽然IPv6在1994年就已被IETF指定作为IPv4的下一代标准，然而在世界范围内使用IPv6部署的公众网[1]与IPv4相比还非常的少[2]。

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IPv6 编址

从IPv4到IPv6最显着的变化就是网络地址的长度。RFC 2373 和RFC 2374定义的IPv6地址，就像下面章节所描述的，有128位长；IPv6地址的表达形式一般采用32个十六进制数。

IPv6中可能的地址有2¹²⁸ ≈ 3.4×10³⁸个.也可以想象为16³²个因为32位地址每位可以取16个不同的值(参考组合数学)。

在很多场合，IPv6地址由两个逻辑部分组成：一个64位的网络前缀和一个64位的主机地址，主机地址通常根据物理地址自动生成，叫做EUI-64(或者64-位扩展唯一标识)

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IPv6地址表示

IPv6地址为128位长但通常写作8组每组四个十六进制数的形式。例如：

2001:0db8:85a3:08d3:1319:8a2e:0370:7344

是一个合法的IPv6地址。

如果四个数字都是零，可以被省略。例如：

2001:0db8:85a3:0000:1319:8a2e:0370:7344

等价于

2001:0db8:85a3::1319:8a2e:0370:7344

遵从这些规则，如果因为省略而出现了两个以上的冒号的话，可以压缩为一个，但这种零压缩在地址中只能出现一次。因此：

2001:0DB8:0000:0000:0000:0000:1428:57ab
2001:0DB8:0000:0000:0000::1428:57ab
2001:0DB8:0:0:0:0:1428:57ab
2001:0DB8:0::0:1428:57ab
2001:0DB8::1428:57ab

都使合法的地址，并且他们是等价的。但

2001::25de::cade

是非法的。(因为这样会使得搞不清楚每个压缩中有几个全零的分组)

同时前导的零可以省略，因此：

2001:0DB8:02de::0e13

等价于

2001:DB8:2de::e13

如果这个地址实际上是IPv4的地址，后32位可以用10进制数表示；因此：

ffff:192.168.89.9 等价于 ::ffff:c0a8:5909, 但不等价于 ::192.168.89.9 和 ::c0a8:5909。

ffff:1.2.3.4格式叫做IPv4映像地址，是不建议使用的。而::1.2.3.4格式叫做IPv4一致地址。

IPv4 地址可以很容易的转化为IPv6格式。举例来说，如果IPv4的一个地址为135.75.43.52(十六进制为0x874B2B34)，它可以被转化为0000:0000:0000:0000:0000:0000:874B:2B34或者::874B:2B34。同时，还可以使用混合符号(IPv4-compatible address)，则地址可以为::135.75.43.52。

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IPv6 封包

Image:IPv6 header rv1.png

IPv6封包的架构说明。

IPv6封包由两个主要部分组成：头部和负载。

包头是包的前40字节并且包含有源和目的地址，协议版本，通信类别(8位，包优先级)，流标记(20位，QoS服务质量控制)，负载长度(16位)，下一个头部(用于向后兼容性)，和跳段数限制(8位，生存时间)。后面是负载，至少1280字节长，或者在可变MTU(最大传输单元)大小环境中这个值为1500字节。负载在标准模式下最大可为65535字节，或者在扩展包头的"jumbo payload"选项进行设置。

IPv6曾有两个有着细微差别的版本; 在RFC 1883中定义的原始版本(现在废弃)和RFC 2460中描述的现在提议的标准版本。两者主要在通信类别这个选项上有所不同，它的位数由4位变为了8位。其它的区别都是微不足道的。

分段(Fragmentation)只在IPv6的主机中被处理。在IPv6中，可选项都被从标准头部中移出并在协议字段中指定，类似于IPv4的协议字段功能。

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IPv6和-{域名}-系统

IPv6地址在-{域名}-系统中为执行正向解析表示为AAAA记录(所谓4A记录)(类似的IPv4表示为A记录A records) ；反向解析在ip6.arpa (原先ip6.int)下进行，在这里地址空间为半字节16进制数字格式。这种模式在RFC 3596给与了定义。

AAAA模式是IPv6结构设计时的两种提议之一。另外一种正向解析为A6记录并且有一些其它的创新像二进制串标签和DNAME记录等。RFC 2874和它的一些引用中定义了这种模式。

AAAA模式只是IPv6域名系统的简单概括，A6模式使域名系统中检查更全面，也因此更复杂：

A6记录允许一个IPv6地址在分散于多个记录中，或许在不同的区域；举例来说，这就在原则上允许网络的快速重编号。
使用域名系统记录委派地址被DNAME记录(类似于现有的CNAME，不过是重命名整棵树)所取代。
一种新的叫做比特标签的类型被引入，主要用于反向解析。

2002年8月的RFC 3363中对AAAA模式给与了有效的标准化(在RFC 3364有着对于两种模式优缺点的更深入的讨论)。

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IPv6部署与应用

2004年七月的ICANN声称互联网的根域名服务器已经经过改进同时支持IPv6和IPv4[3]。

缺点：

需要在整个互联网和它所连接到的设备上建立对IPv6的支持
从IPv4访问时的转换过程中，在网关路由器(IPv6<-->IPv4)还是需要一个IPv4地址和一些NAT(=共享的IP地址)，增加了它的复杂性，还意味着IPv6许诺的巨大的空间地址不能够立刻被有效的使用。
遗留的结构问题，例如在对IPv6 multihoming支持上一致性的匮乏。

工作：

6bone
ICMPv6
IPv6 multihoming

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转换机制

直到IPv6获得广泛的使用和路由下部构造的支持之前，还是需要一种机制来在IPv4网中使用IPv6。需要做的是：

在双协议栈节点间配置静态IPv6-in-IP通道。
6to4，一种自动的非对称的隧道机制。

这些隧道通过将IPv6包包装在IPv4包中，这些包头的协议字段值为41，因此叫做proto-41。类似的，ISATAP允许IPv6包在下层组织都是IPv4的网络中传输。它也使用协议号41。

当使用NAT（网络地址转换）设备的网络使用IPv6时，大多数并没有对proto-41进行正确的转发，可以使用Teredo协议在IPv4中基于UDP包装IPv6。还可以使用IPv6-to-IPv4和IPv6-to-IPv6代理，尽管它是在应用层的（例如HTTP）。

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主要的IPv6公告

在2003年，日本经济新闻（在2003年被CNET亚洲机构引用）报告中说日本、中国和韩国声称已经决定要在网络技术中寻求领先，将部分参与IPv6的开发并在2005年开始全面采用IPv6。
ICANN在2004年7月20日发表声明，称DNS根服务器已经建立了对应日本(.jp)和韩国(.kr)的顶级域名服务器的AAAA记录，序列号为2004072000。对应法国的(.fr)IPv6记录会再晚一点时间加入。这就开放了IPv6的运作。

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