作者 | 向閑
小編 | 不吃豬頭肉
引言

IPv6是互聯網升級演進的必然趨勢、網絡技術創新的重要方向、網絡強國建設的基礎支撐。近些年，隨著我國大力推動IPv6規模部署和應用，目前中國的IPv6滲透率已超過70%。
對于車載以太網來說，目前IPv4是車載IP通信的主流協議，但隨著車輛的智能化、網聯化程度不斷提高，IPv6協議應用在車載以太網是一種未來趨勢。
那IPv6是什么呢，它包含哪些內容呢，帶著這些疑問本文將帶領讀者認識IPv6。對于引言提到的IPv4協議，有想了解的讀者可以閱讀上一篇文章《IPv4協議—互聯網通信協議第四版》。

為什么需要IPv6協議
IPv6協議（Internet Protocol version 6）——互聯網通信協議第六版，是互聯網工程任務組（IETF）設計的用于替代IPv4的下一代IP協議。IPv6的出現和普及可以有效地解決IPv4地址枯竭問題。

為什么沒有IPv5
IPv5曾被提出并設計用于多媒體傳輸，?但由于其地址限制、?缺乏廣泛標準化和支持以及實際應用中存在的問題，?IPv5并沒有成為廣泛應用的互聯網協議。?相反，?IPv6作為更先進的協議，?成功地滿足了未來互聯網的需求，?成為了下一代互聯網協議的標準。

IPv6地址表示方法
IPv6地址長度為128位，每16位地址為一組，通常分為8組，每組十六進制數間用冒號分隔，例如：ABCD2345ABCD2345:6789。
RFC2373標準中規定了IPv6的規范文本表示形式：

1、每組中的前導“0”都可以省略，200100000008200CDB823800417A。

2、地址中包含的連續兩個或多個均為0的組，可以用雙冒號“::”來代替，FF01000:1101。

3、在一個IPv6地址中只能使用一次雙冒號“::”，否則當計算機將壓縮后的地址恢復成128位時，無法確定每個“::”代表0的個數。

IPv6地址類型
IPv6協議主要定義了三種地址類型：單播地址、組播地址和任播地址。與IPv4地址類型比較，IPv6新增了任播地址，取消了IPv4的廣播地址。但在IPv6協議中，廣播功能是通過組播來完成的。
1.單播地址
用來唯一標識一個接口，類似于IPv4中的單播地址。發送到單播地址的數據報文將被傳送給此地址所標識的一個接口。
目前常用的單播地址有：未指定地址、環回地址、鏈路本地地址、唯一本地地址、全局單播地址。

1.未指定地址（0000:0/128或::/128）：僅用于表示某個地址不存在，等同于IPv4未指定地址0.0.0.0。未指定地址通常被用做嘗試驗證暫定地址唯一性數據包的源地址，并且永遠不會指派給某個接口或被用做目標地址。

2.環回地址（0000:1/128或::1/128）：用于標識環回接口，允許節點將數據包發送給自己，等同于IPv4環回地址127.0.0.1。

3.鏈路本地地址（FE80::/10）：僅用于單個鏈路（鏈路層不能跨VLAN），不能在不同子網中路由。

4.唯一本地地址（FC00::/7、FD00::/8和FC00::/8）：唯一本地地址是本地全局的，它應用于本地通信，但不通過Internet路由，將其范圍限制為組織的邊界。

5.全局單播地址：等同于IPv4中的公網地址，可以在IPv6 Internet上進行全局路由和訪問。這種地址類型允許路由前綴的聚合，從而限制了全球路由表項的數量。

2.組播地址
用來標識一組接口（通常這組接口屬于不同的節點），類似于IPv4中的組播地址。發送到組播地址的數據報文被傳送給此地址所標識的所有接口。
IPv6組播地址的最高的8位固定為1111 1111，如FF00::/8。
3.任播地址
用來標識一組接口（通常這組接口屬于不同的節點）。發送到任播地址的數據報文被傳送給此地址所標識的一組接口中距離源節點最近（根據使用的路由協議進行定義）的一個接口。
一個任播地址必須不能用作IPv6數據包的源地址，也不能分配給IPv6主機，僅可以分配給IPv6路由器。

IPv6報頭格式
IPv6報文分為IPv6報頭（長度固定為40字節）、擴展報頭和數據部分。其中，擴展報頭是可選報頭，可能存在0個、1個或多個。
IPv6報頭結構如下圖所示：

-版本號（Version）

4bits，表示當前IP協議版本號，此處協議版本號為IPv6(6)。

-流量等級（Traffic Class）

8bits，用于識別和區分IPv6報文的不同類別或優先級。

-流標簽（Flow Label）

20bits，用來標識同一個流里面的報文，對于不支持Flow Label字段功能的主機或路由器，需要在發起報文時將該字段設置為零，在轉發報文時不修改該字段，在接收報文時忽略該字段。

-載荷長度（Payload Length）

16bits，IPv6有效載荷長度，包含擴展報頭和數據部分的長度。

-下一報頭（Next Header）

8bits，標識緊跟在IPv6報頭后的報頭類型。

-跳數限制（Hop Limit）

8bits，該字段類似于IPv4中的TTL，每次轉發跳數減一，該字段達到0時包將會被丟棄。

-源地址（Source Address）

128bits，標識該IPv6報文的源地址。

-目標地址（Destination Address）

128bits，標識該IPv6報文的目標地址。

IPv6擴展報頭

IPv6報文中不再有“選項”字段，而是通過“下一報頭”字段配合IPv6擴展報頭來實現選項的功能。使用擴展頭時，將在IPv6報文下一報頭字段表明首個擴展報頭的類型，再根據該類型對擴展報頭進行讀取與處理。每個擴展報頭同樣包含下一報頭字段，若接下來有其他擴展報頭，即在該字段中繼續標明接下來的擴展報頭的類型，從而達到添加連續多個擴展報頭的目的。在最后一個擴展報頭的下一報頭字段中，則標明該報文上層協議的類型，用以讀取上層協議數據。
IPv6擴展頭使用示例

使用協議
1.地址配置協議
IPv6使用兩種地址自動配置協議，分別為無狀態地址自動配置協議（SLAAC）和IPv6動態主機配置協議（DHCPv6）。SLAAC不需要服務器對地址進行管理，主機直接根據網絡中的路由器通告信息與本機MAC地址結合計算出本機IPv6地址，實現地址自動配置；DHCPv6由DHCPv6服務器管理地址池，用戶主機從服務器請求并獲取IPv6地址及其他信息，達到地址自動配置的目的。
1）無狀態地址自動配置無狀態地址自動配置的核心是不需要額外的服務器管理地址狀態，主機可自行計算地址進行地址自動配置，包括4個基本步驟：

(1)鏈路本地地址配置。主機計算本地地址。

(2)重復地址檢測，確定當前地址唯一。

(3)全局前綴獲取，主機計算全局地址。

(4)前綴重新編址，主機改變全局地址。

2）IPv6動態主機配置協議IPv6動態主機配置協議DHCPv6是由IPv4場景下的DHCP發展而來。客戶端通過向DHCP服務器發出申請來獲取本機IP地址并進行自動配置，DHCP服務器負責管理并維護地址池以及地址與客戶端的映射信息。
DHCPv6在DHCP的基礎上，進行了一定的改進與擴充。其中包含3種角色：DHCPv6客戶端，用于動態獲取IPv6地址、IPv6前綴或其他網絡配置參數；DHCPv6服務器，負責為DHCPv6客戶端分配IPv6地址、IPv6前綴和其他配置參數；DHCPv6中繼，它是一個轉發設備。
2.路由協議
與IPv4相同，IPv6路由協議同樣分成內部網關協議（IGP）與外部網關協議（EGP），其中IGP包括由RIP變化而來的RIPng，由OSPF變化而來的OSPFv3，以及IS-IS協議變化而來的IS-ISv6。EGP則主要是由BGP變化而來的BGP4+。本文不對IPv6的路由協議作更進一步展開說明，如果各位對文章中提到的IPv6路由協議內容感興趣的，可以去網上搜索相關知識點學習拓展。

優勢特點
與IPv4相比，IPv6具有以下幾個優勢：

IPv6具有更大的地址空間

IPv4中規定IP地址長度為32，最大地址個數為232；而IPv6中IP地址的長度為128，即最大地址個數為2128。與32位地址空間相比，其地址空間增加了2128-232個。

IPv6使用更小的路由表

IPv6的地址分配一開始就遵循聚類的原則，這使得路由器能在路由表中用一條記錄表示一片子網，大大減小了路由器中路由表的長度，提高了路由器轉發數據包的速度。

IPv6增加了增強的組播支持以及對流的控制

這使得網絡上的多媒體應用有了長足發展的機會，為服務質量QoS（Quality of Service）控制提供了良好的網絡平臺。

IPv6加入了對自動配置的支持

這是對DHCP協議的改進和擴展，使得網絡（尤其是局域網）的管理更加方便和快捷。

IPv6具有更高的安全性

在使用IPv6網絡中，用戶可以對網絡層的數據進行加密并對IP報文進行校驗，在IPv6中的加密與鑒別選項提供了分組的保密性與完整性。極大地增強了網絡的安全性。

允許擴充

如果新的技術或應用需要時，IPv6允許協議進行擴充。

更好的頭部格式

IPv6使用新的頭部格式，其選項與基本頭部分開，如果需要，可將選項插入到基本頭部與上層數據之間。這就簡化和加速了路由選擇過程，因為大多數的選項不需要由路由選擇。
IPv6的發展與前景
“第三屆中國IPv6創新發展大會”指出，當前全球互聯網正處在從IPv4向IPv6過渡的關鍵時期，作為新一代互聯網協議，IPv6具有更加廣闊的網絡地址空間和更高的安全性，為物聯網、大數據、云計算等新興技術發展提供堅實的支撐，是全球公認的下一代互聯網商業應用的解決方案。加快推進IPv6的部署和應用，對于打造競爭新優勢，加快形成新質生產力，推動網絡強國和數字中國建設具有重要意義。當前我國IPv6用戶滲透率已超過70%，近年來推動IPv6+已顯現其潛力。

總結
IPv6作為替代IPv4的下一代協議，雖然目前還未全面普及，但隨著技術的發展和用戶需求的增長，全面普及是不可避免的趨勢。所以提前認識和了解IPv6能夠幫助我們從容應對未來IPv6所帶來的挑戰。
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