?IPv6簡介
IPv6（Internet Protocol Version 6）是網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的第二代標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，也被稱為IPng（IP Next Generation）。它是Internet工程任務(wù)組IETF（Internet Engineering Task Force）設(shè)計的一套規(guī)范，是IPv4（Internet Protocol Version 4）的升級版本。
目的：
IPv4協(xié)議是目前廣泛部署的因特網(wǎng)協(xié)議。在因特網(wǎng)發(fā)展初期，IPv4以其協(xié)議簡單、易于實現(xiàn)、互操作性好的優(yōu)勢而得到快速發(fā)展。但隨著因特網(wǎng)的迅猛發(fā)展，IPv4設(shè)計的不足也日益明顯，IPv6的出現(xiàn)，解決了IPv4的一些弊端。相比IPv4，IPv6具有如下優(yōu)勢：
IPv4與IPv6的對比表：
IPv6地址
IPv6地址的表示方法：
IPv6地址總長度為128比特，通常分為8組，每組為4個十六進(jìn)制數(shù)的形式，每組十六進(jìn)制數(shù)間用冒號分隔。例如：FC00:0000:130F:0000:0000:09C0:876A:130B，這是IPv6地址的首選格式。
為了書寫方便，IPv6還提供了壓縮格式，以上述IPv6地址為例，具體壓縮規(guī)則為：
每組中的前導(dǎo)“0”都可以省略，所以上述地址可寫為：FC00:0:130F:0:0:9C0:876A:130B。
地址中包含的連續(xù)兩個或多個均為0的組，可以用雙冒號“::”來代替，所以上述地址又可以進(jìn)一步簡寫為：FC00:0:130F::9C0:876A:130B。
需要注意的是，在一個IPv6地址中只能使用一次雙冒號“::”，否則當(dāng)計算機(jī)將壓縮后的地址恢復(fù)成128位時，無法確定每個“::”代表0的個數(shù)。
IPv6地址的結(jié)構(gòu):
一個IPv6地址可以分為如下兩部分：
網(wǎng)絡(luò)前綴：n比特，相當(dāng)于IPv4地址中的網(wǎng)絡(luò)ID
接口標(biāo)識：128-n比特，相當(dāng)于IPv4地址中的主機(jī)ID
對于IPv6單播地址來說，如果地址的前三bit不是000，則接口標(biāo)識必須為64位；如果地址的前三位是000，則沒有此限制。
接口標(biāo)識可通過三種方法生成：手工配置、系統(tǒng)通過軟件自動生成或IEEE EUI-64規(guī)范生成。其中，EUI-64規(guī)范自動生成最為常用。
IEEE EUI-64規(guī)范是將接口的MAC地址轉(zhuǎn)換為IPv6接口標(biāo)識的過程。如下圖所示，MAC地址的前24位（用c表示的部分）為公司標(biāo)識，后24位（用m表示的部分）為擴(kuò)展標(biāo)識符。從高位數(shù)，第7位是0表示了MAC地址本地唯一。轉(zhuǎn)換的第一步將FFFE插入MAC地址的公司標(biāo)識和擴(kuò)展標(biāo)識符之間，第二步將從高位數(shù)，第7位的0改為1表示此接口標(biāo)識全球唯一。
圖：EUI-64規(guī)范示意圖
例如：MAC地址：000E-0C82-C4D4；轉(zhuǎn)換后020E:0CFF:FE82:C4D4。
這種由MAC地址產(chǎn)生IPv6地址接口標(biāo)識的方法可以減少配置的工作量，尤其是當(dāng)采用無狀態(tài)地址自動配置時，只需要獲取一個IPv6前綴就可以與接口標(biāo)識形成IPv6地址。但是使用這種方式最大的缺點是任何人都可以通過二層MAC地址推算出三層IPv6地址。
IPv6的地址分類：
IPv4地址分為單播地址、組播地址和廣播地址。IPv6中去掉了廣播地址，增加了任播地址，也就是說，IPv6地址被分為單播地址、組播地址和任播地址。
單播地址用于標(biāo)識一個接口，發(fā)往該目的地址的報文會被送到被標(biāo)識的接口。
組播地址用于標(biāo)識多個接口，發(fā)往該目的地址的報文會被送到被標(biāo)識的所有接口。
任播地址用于標(biāo)識多個接口，發(fā)往該目的地址的報文會被送到被標(biāo)識的所有接口中最近的一個接口上。這里關(guān)于最近的理解，可以理解為從下標(biāo)數(shù)起，最小的那個。任播地址與單播地址使用同一個地址空間，也就是說，由路由器決定該數(shù)據(jù)包是做任播轉(zhuǎn)發(fā)還是單播轉(zhuǎn)發(fā)。
單播地址可分為下面幾類：
1. 未指定地址：::/128,即地址全為0。
2. 環(huán)回地址 ：::1/128，相當(dāng)與IPv4中的127.0.0.1。
3. 全球單播地址，類似于IPv4中的公網(wǎng)地址。
4. 內(nèi)嵌IPv4地址的IPv6地址 如 ：::ffff:192.168.10.1。當(dāng)需要將IPv4單播地址與IPv6全球單播地址建立聯(lián)系的時候一般使用這種地址，分為兩種。一種是IPv4兼容IPv6地址，另一種是IPv4映射IPv6地址。
IPv4兼容IPv6地址構(gòu)成形式是96位0加上32位IPv4地址，如 ::192.168.1.1，這種地址最初用于IPv4和IPv6之間的過渡計劃，但現(xiàn)在已經(jīng)不再需要。
IPv4映射IPv6地址構(gòu)成形式是80位0加上16位1，再加上IPv4地址，如::ffff:192.168.1.1。
5. 本地鏈路地址，前綴固定fe80::/64，如 fe80::e0:f726:4e68。凡是源地址或目的地址包含由本地鏈路地址的報文，路由器不應(yīng)當(dāng)轉(zhuǎn)發(fā)它。這樣的報文只能在LAN中互通。
6. 本地站點地址，前綴fec0::/10，緊接著54位子網(wǎng)ID，作用相當(dāng)于IPv4中的私網(wǎng)地址，如fec0::e0:f726:4e68。只能在本站內(nèi)使用，不能在公網(wǎng)上使用。
圖：組播地址
最重要的字段要屬于最后的組ID（Group-ID）字段了。該字段長度為112位，用以標(biāo)識組播組，我們知道112位最多可以生成2112個組ID。目前，RFC2373并沒有將所有的112位都定義成組標(biāo)識，而是建議僅使用該112位的最低32位組ID，將剩余的80位都置0。
任播地址：
這是IPv6特有的地址類型，它用來標(biāo)識一組網(wǎng)絡(luò)接口（通常屬于不同的節(jié)點）。目標(biāo)地址是任播地址的數(shù)據(jù)包將發(fā)送給其中路由意義上最近的一個網(wǎng)絡(luò)接口。適合于“One-to-One-of-Many”（一對組中的一個）的通訊場合。接收方只需要是一組接口中的一個即可，如移動用戶上網(wǎng)就需要因地理位置的不同，而接入離用戶最近的一個接收站，這樣才可以使移動用戶在地理位置上不受太多的限制。
任播地址從單播地址空間中進(jìn)行分配，使用單播地址的任何格式。因而，從語法上，任播地址與單播地址沒有區(qū)別。被分配具有任播地址的節(jié)點必須得到明確的配置，從而知道它是一個任播地址。目前，任播地址僅被用做目標(biāo)地址，且僅分配給路由器
IPv6報文格式
IPv6報文由IPv6基本報頭、IPv6擴(kuò)展報頭以及上層協(xié)議數(shù)據(jù)單元三部分組成。
上層協(xié)議數(shù)據(jù)單元一般由上層協(xié)議報頭和它的有效載荷構(gòu)成，有效載荷可以是一個ICMPv6報文、一個TCP報文或一個UDP報文。
圖：IPv6基本報文頭部格式
IPv6報頭格式中主要字段解釋如下：
Version：版本號，長度為4bit。對于IPv6，該值為6。
Traffic Class：流類別，長度為8bit。等同于IPv4中的TOS字段，表示IPv6數(shù)據(jù)報的類或優(yōu)先級，主要應(yīng)用于QoS。
Flow Label：流標(biāo)簽，長度為20bit。IPv6中的新增字段，用于區(qū)分實時流量，不同的流標(biāo)簽+源地址可以唯一確定一條數(shù)據(jù)流，中間網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以根據(jù)這些信息更加高效率的區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)流。
Payload Length：有效載荷長度，長度為16bit。有效載荷是指緊跟IPv6報頭的數(shù)據(jù)報的其它部分（即擴(kuò)展報頭和上層協(xié)議數(shù)據(jù)單元）。該字段只能表示最大長度為65535字節(jié)的有效載荷。如果有效載荷的長度超過這個值，該字段會置0，而有效載荷的長度用逐跳選項擴(kuò)展報頭中的超大有效載荷選項來表示。
Next Header：下一個報頭，長度為8bit。該字段定義緊跟在IPv6報頭后面的第一個擴(kuò)展報頭（如果存在）的類型，或者上層協(xié)議數(shù)據(jù)單元中的協(xié)議類型。
Hop Limit：跳數(shù)限制，長度為8bit。該字段類似于IPv4中的Time to Live字段，它定義了IP數(shù)據(jù)報所能經(jīng)過的最大跳數(shù)。每經(jīng)過一個設(shè)備，該數(shù)值減去1，當(dāng)該字段的值為0時，數(shù)據(jù)報將被丟棄。
Source Address：源地址，長度為128bit。表示發(fā)送方的地址。
Destination Address：目的地址，長度為128bit。表示接收方的地址。
IPv6和IPv4相比，去除了IHL、identifiers、Flags、Fragment Offset、Header Checksum、 Options、Paddiing域，只增了流標(biāo)簽域，因此IPv6報文頭的處理較IPv4大大簡化，提高了處理效率。另外，IPv6為了更好支持各種選項處理，提出了擴(kuò)展頭的概念，新增選項時不必修改現(xiàn)有結(jié)構(gòu)就能做到，理論上可以無限擴(kuò)展，體現(xiàn)了優(yōu)異的靈活性。下面為讀者介紹IPv6擴(kuò)展報頭的一些信息。
IPv6報文抓包示例：
圖：IPv6報文抓包示例
IPv6擴(kuò)展頭部:
在IPv4中，IPv4報頭包含可選字段Options，內(nèi)容涉及security、Timestamp、Record route等，這些Options可以將IPv4報頭長度從20字節(jié)擴(kuò)充到60字節(jié)。在轉(zhuǎn)發(fā)過程中，處理攜帶這些Options的IPv4報文會占用設(shè)備很大的資源，因此實際中也很少使用。
IPv6將這些Options從IPv6基本報頭中剝離，放到了擴(kuò)展報頭中，擴(kuò)展報頭被置于IPv6報頭和上層協(xié)議數(shù)據(jù)單元之間。一個IPv6報文可以包含0個、1個或多個擴(kuò)展報頭，僅當(dāng)需要設(shè)備或目的節(jié)點做某些特殊處理時，才由發(fā)送方添加一個或多個擴(kuò)展頭。與IPv4不同，IPv6擴(kuò)展頭長度任意，不受40字節(jié)限制，這樣便于日后擴(kuò)充新增選項，這一特征加上選項的處理方式使得IPv6選項能得以真正的利用。但是為了提高處理選項頭和傳輸層協(xié)議的性能，擴(kuò)展報頭總是8字節(jié)長度的整數(shù)倍。
當(dāng)使用多個擴(kuò)展報頭時，前面報頭的Next Header字段指明下一個擴(kuò)展報頭的類型，這樣就形成了鏈狀的報頭列表。如下圖所示，IPv6基本報頭中的Next Header字段指明了第一個擴(kuò)展報頭的類型，而第一個擴(kuò)展報頭中的Next Header字段指明了下一個擴(kuò)展報頭的類型（如果不存在，則指明上層協(xié)議的類型）。
圖：IPv6擴(kuò)展報頭格式
IPv6擴(kuò)展報頭中主要字段解釋如下：
Next Header：下一個報頭，長度為8bit。與基本報頭的Next Header的作用相同。指明下一個擴(kuò)展報頭（如果存在）或上層協(xié)議的類型。
Extension Header Len：報頭擴(kuò)展長度，長度為8bit。表示擴(kuò)展報頭的長度（不包含Next Header字段）。
Extension Head Data：擴(kuò)展報頭數(shù)據(jù)，長度可變。擴(kuò)展報頭的內(nèi)容，為一系列選項字段和填充字段的組合。
目前，RFC 2460中定義了6個IPv6擴(kuò)展頭：逐跳選項報頭、目的選項報頭、路由報頭、分段報頭、認(rèn)證報頭、封裝安全凈載報頭.
1.逐跳選項報頭：
（代表該報頭的Next Header字段值=0）
該選項主要用于為在傳送路徑上的每跳轉(zhuǎn)發(fā)指定發(fā)送參數(shù)，傳送路徑上的每臺中間節(jié)點都要讀取并處理該字段。逐跳選項報頭目前的主要應(yīng)用有以下三種：
a>用于巨型載荷（載荷長度超過65535字節(jié)）。
b>用于設(shè)備提示，使設(shè)備檢查該選項的信息，而不是簡單的轉(zhuǎn)發(fā)出去。
c>用于資源預(yù)留（RSVP）。
2.目的選項報頭：
（代表該報頭的Next Header字段值=60）
目的選項報頭攜帶了一些只有目的節(jié)點才會處理的信息。目前，目的選項報文頭主要應(yīng)用于移動IPv6。
3.路由報頭：
（代表該報頭的Next Header字段值=43）
路由報頭和IPv4的Loose Source and Record Route選項類似，該報頭能夠被IPv6源節(jié)點用來強(qiáng)制數(shù)據(jù)包經(jīng)過特定的設(shè)備。
4.分段報頭:
（代表該報頭的Next Header字段值=44）
同IPv4一樣，IPv6報文發(fā)送也受到MTU的限制。當(dāng)報文長度超過MTU時就需要將報文分段發(fā)送，而在IPv6中，分段發(fā)送使用的是分段報頭。
5.認(rèn)證報頭：
（代表該報頭的Next Header字段值=51）
該報頭由IPsec使用，提供認(rèn)證、數(shù)據(jù)完整性以及重放保護(hù)。它還對IPv6基本報頭中的一些字段進(jìn)行保護(hù)。
6.封裝安全凈載報頭：
（代表該報頭的Next Header字段值=50）
該報頭由IPsec使用，提供認(rèn)證、數(shù)據(jù)完整性以及重放保護(hù)和IPv6數(shù)據(jù)報的保密，類似于認(rèn)證報頭。
IPv6擴(kuò)展報頭規(guī)約：
當(dāng)超過一種擴(kuò)展報頭被用在同一個分組里時，報頭必須按照下列順序出現(xiàn)：
IPv6基本報頭
逐跳選項擴(kuò)展報頭
目的選項擴(kuò)展報頭
路由擴(kuò)展報頭
分段擴(kuò)展報頭
認(rèn)證擴(kuò)展報頭
封裝安全有效載荷擴(kuò)展報頭
目的選項擴(kuò)展報頭
上層協(xié)議數(shù)據(jù)報文
路由設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)時根據(jù)基本報頭中Next Header值來決定是否要處理擴(kuò)展頭，并不是所有的擴(kuò)展報頭都需要被轉(zhuǎn)發(fā)路由設(shè)備查看和處理的。
除了目的選項擴(kuò)展報頭可能出現(xiàn)一次或兩次（一次在路由擴(kuò)展報頭之前，另一次在上層協(xié)議數(shù)據(jù)報文之前），其余擴(kuò)展報頭只能出現(xiàn)一次。
ICMPv6
ICMPv6（Internet Control Message Protocol for the IPv6）是IPv6的基礎(chǔ)協(xié)議之一。
在IPv4中，Internet控制報文協(xié)議ICMP（Internet Control Message Protocol）向源節(jié)點報告關(guān)于向目的地傳輸IP數(shù)據(jù)包過程中的錯誤和信息。它為診斷、信息和管理目的定義了一些消息，如：目的不可達(dá)、數(shù)據(jù)包超長、超時、回應(yīng)請求和回應(yīng)應(yīng)答等。在IPv6中，ICMPv6除了提供ICMPv4常用的功能之外，還是其它一些功能的基礎(chǔ)，如鄰接點發(fā)現(xiàn)、無狀態(tài)地址配置（包括重復(fù)地址檢測）、PMTU發(fā)現(xiàn)等。
ICMPv6的協(xié)議類型號（即IPv6報文中的Next Header字段的值）為58。ICMPv6的報文格式下圖所示：
圖：ICMPv6報文格式
報文中字段解釋如下：
Type：表明消息的類型，0至127表示差錯報文類型，128至255表示消息報文類型。
Code：表示此消息類型細(xì)分的類型。
Checksum：表示ICMPv6報文的校驗和。
ICMPv6報文抓包示例：
圖：ICMPv6報文抓包示例
ICMPv6錯誤報文的分類：
ICMPv6錯誤報文用于報告在轉(zhuǎn)發(fā)IPv6數(shù)據(jù)包過程中出現(xiàn)的錯誤。ICMPv6錯誤報文可以分為以下4種：
*目的不可達(dá)錯誤報文
在IPv6節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)IPv6報文過程中，當(dāng)設(shè)備發(fā)現(xiàn)目的地址不可達(dá)時，就會向發(fā)送報文的源節(jié)點發(fā)送ICMPv6目的不可達(dá)錯誤報文，同時報文中會攜帶引起該錯誤報文的具體原因。
目的不可達(dá)錯誤報文的Type字段值為1。根據(jù)錯誤具體原因又可以細(xì)分為：
Code=0：沒有到達(dá)目標(biāo)設(shè)備的路由。
Code=1：與目標(biāo)設(shè)備的通信被管理策略禁止。
Code=2：未指定。
Code=3：目的IP地址不可達(dá)。
*數(shù)據(jù)包過大錯誤報文
在IPv6節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)IPv6報文過程中，發(fā)現(xiàn)報文超過出接口的鏈路MTU時，則向發(fā)送報文的源節(jié)點發(fā)送ICMPv6數(shù)據(jù)包過大錯誤報文，其中攜帶出接口的鏈路MTU值。數(shù)據(jù)包過大錯誤報文是Path MTU發(fā)現(xiàn)機(jī)制的基礎(chǔ)。
數(shù)據(jù)包過大錯誤報文的Type字段值為2，Code字段值為0。
*時間超時錯誤報文
在IPv6報文收發(fā)過程中，當(dāng)設(shè)備收到Hop Limit字段值等于0的數(shù)據(jù)包，或者當(dāng)設(shè)備將Hop Limit字段值減為0時，會向發(fā)送報文的源節(jié)點發(fā)送ICMPv6超時錯誤報文。對于分段重組報文的操作，如果超過定時時間，也會產(chǎn)生一個ICMPv6超時報文。
時間超時錯誤報文的Type字段值為3，根據(jù)錯誤具體原因又可以細(xì)分為：
Code=0：在傳輸中超越了跳數(shù)限制。
Code=1：分片重組超時。
*參數(shù)錯誤報文
當(dāng)目的節(jié)點收到一個IPv6報文時，會對報文進(jìn)行有效性檢查，如果發(fā)現(xiàn)問題會向報文的源節(jié)點回應(yīng)一個ICMPv6參數(shù)錯誤差錯報文。
參數(shù)錯誤報文的Type字段值為4，根據(jù)錯誤具體原因又可以細(xì)分為：
Code=0：IPv6基本頭或擴(kuò)展頭的某個字段有錯誤。
Code=1：IPv6基本頭或擴(kuò)展頭的NextHeader值不可識別。
Code=2：擴(kuò)展頭中出現(xiàn)未知的選項。
ICMPv6信息報文的分類
回送請求報文：回送請求報文用于發(fā)送到目標(biāo)節(jié)點，以使目標(biāo)節(jié)點立即發(fā)回一個回送應(yīng)答報文。回送請求報文的Type字段值為128，Code字段的值為0。
回送應(yīng)答報文：當(dāng)收到一個回送請求報文時，ICMPv6會用回送應(yīng)答報文響應(yīng)?；厮蛻?yīng)答報文的Type字段的值為129，Code字段的值為0。
其他報文:
鄰居發(fā)現(xiàn)ND：
Type=133 路由器請求 RS（Router Solicitation）
Type=134 路由器公告 RA（Router Advertisement）
Type=135 鄰居請求 NS（Neighbor Solicitation）
Type=136 鄰居通告 NA（Neighbor Advertisement）
Type=137 重定向（Redirect）
多播偵聽發(fā)現(xiàn)協(xié)議MLD：
Type=130 多播聽眾查詢
Type-131 多播聽眾報告
Type=132 多播聽眾退出
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轉(zhuǎn)自：CSDN博主
