第四十七讲：IPv6基础知识

news2025/1/20 21:56:00

一、IPv6网络元素及概念

IPv6的网络元素如下图所示。

节点：任何运行IPv6的设备，包括路由器和主机（甚至还将包括PDA、冰箱、电视等）。
邻节点：连接到同一链路上的节点。这是一个非常重要的概念，因为IPv6的邻节点发现机制具有解析邻节点链路层地址的功能，并可以检测和监视邻节点是否可以到达。
主机：只能接收数据信息，而不能转发数据信息的节点。为了理解方便，可以借用IPv4中的主机的概念，当然，IPv6中的主机不仅包括计算机等，甚至包括冰箱、电视机、汽车，只要它运行IPv6协议。
接口：表示连接到一个链路上的物理或逻辑节点。物理接口的例子是网卡，一个逻辑接口的例子是“隧道”。
链路：以路由器为边界的局域网段； IPv6数据包还可以在代表IPv4或IPv6网络的逻辑链路上发送，发送时只需将IPv6数据包封装在IPv4或IPv6协议头中；
局域网段：它是IPv6链路的一部分，由单一介质组成，以二层交换设备为边界。
子网：使用相同的64位IPv6地址前缀的一个或多个链路。一个子网可以被内部子网路由器分为几个部分。
路由器：路由器是一种连接多个网络的网络设备，它能将不同网络之间的数据信息进行转发。在IPv6网络中，路由器是一个非常重要的角色，它会把一些信息向外通告（如地址前缀等）。
网络：由路由器连接起来的两个或多个子网。

二、IPv6地址类型及格式

1. IPv6地址表示方法

IPv6地址是由一列以冒号（：）分开的8个16比特十六进制字段组成，每个16比特字段以文本表示为4个十六进制字符，每个16比特字段值可以是0x0000到0xFFFF。

例如:21DA:00D3:0000:2F3B:02AA:00FF:FE28:9C5A 是一个完整的IPv6地址。

IPv6的地址表示有以下几种特殊情形：

（1）简化表示：

每个16位分组中的前导零位可以去除做简化表示，但每个分组必须至少保留一位数字。如上例中的地址，去除前导零位后可写成:21DA:D3:0:2F3B:2AA:FF:FE28:9C5A。还可以将冒号十六进制格式中相邻的连续零位合并，用双冒号“::”表示。“::”符号在一个地址中只能

出现一次，该符号也能用来压缩地址中前部和尾部的相邻的连续零位。

例如地址1080:0:0:0:8:800:200C:417A，0:0:0:0:0:0:0:1，0:0:0:0:0:0:0:0分别可表示为压缩格式1080::8:800:200C:417A，::1，:: 。

（2）IPv4兼容表示：在IPv4和IPv6混合环境中，有时更适合于采用另一种表示形式：x:x:x:x:x:x:d.d.d.d，其中x是地址中6个高阶16位分组的十六进制值，d是地址中4个低阶8位分组的十进制值（标准IPv4表示）。例如地址0:0:0:0:0:0:13.1.68.3 ，

0:0:0:0:0:FFFF:129.144.52.38 写成压缩形式为::13.1.68.3，::FFFF.129.144.52.38 。

（3）URL表示： URL中使用文本IPv6地址，文本地址应该用符号“[”和“]”来封闭。例如IPv6地址FEDC:BA98:7654:3210:FEDC:BA98:7654:3210写作URL示例为http://[FEDC:BA98:7654:3210:FEDC:BA98:7654:3210]:80/index.html

2. IPv6地址类型

IPv6的地址有3种类型：单播、任意播和多播。在每种地址中有一种或多种类型的地址，地址类型如下图所示。

1．单播

IPv4中的单播概念是类似的，寻址到单播地址的数据包最终会被发送到一个惟一的接口。与IPv4单播地址不同的是，IPv6单播地址有本地链路、本地站点、可聚合全球、回环、末指定和IPv4兼容地址。

(1)本地链路地址：只能在连接到同一本地链路的节点之间使用。该地址主要是用于IPv6的一些协议中（比如邻居发现协议：NDP）。本地链路地址的格式如下图所示。

当一个节点上启用IPv6协议栈，节点的每个接口自动配置一个本地链路地址，两个连接到同一链路的IPv6节点不需要做任何配置就可以通信。链路本地地址使用固定的前缀FE80::/64，接口ID往往使用EUI-64地址自动填充。

（2）本地站点地址：在节点上则必须手动指定。本地站点地址由格式前缀1111 1110 11来标识，相当于IPv4的私有地址。不会与全球地址发生冲突，本地站点地址的作用范围是该站点，也不会被路由到外部网络。

本地站点地址的地址格式，其前48位固定以FEC0::/48开始，固定的48位之后是16位的子网标识符（“子网ID”字段），这16位，可以在自己机构内创建子网。也可以把子网ID一分为二，来建立一个多级的和可集聚的路由结构。子网ID字段之后是一个64位的“接口ID”字段，接口ID字段用于标识子网上的特定接口。

（3）可聚合全球单播地址：相当于IPv4公共地址，用格式前缀001标识，可在全球范围内路由和到达的，其格式如下图所示。

每个可聚合全球单播IPv6地址有3个部分：

①提供商分配的前缀：提供商分配给组织机构的前缀最少是/48前缀。

②站点：前缀的49-64位(一共16位)，可用来将表示最多65535个子网。

③主机：节点的接口标识，IPv6地址的低64比特，称为接口标识符（接口ID）。

（4）回环地址：单播地址0:0:0:0:0:0:0:1称为回环地址，节点用它来向自身发送IPv6包，不能分配给任何物理接口。

（5）未指定地址：单播地址0:0:0:0:0:0:0:0称为末指定地址，在主机未取得自己的地址以前，可在它发送的任何IPv6包的源地址字段放上不确定地址。

2．多播

相当于IPv4中的组播，是指一个源节点发送的单个数据包能被特定的多个目的节点接收到。即一个源节点发送单个数据包，同时到达多个目的地（一到多）。例如，多播地址FF02：：2表示链路本地范围，IPv6路由器不会把这个通信流转发到本地链路之外。

多播地址有特定的前缀来标识，其最高位前8位为1（FF00::/8），多播地址的格式如下图所示。

3．任意播

任意播地址可以相当于IPv4中的广播，也称为任播和泛播，IPv6中取消了广播的概念。任播地址用来标识一组网络接口（通常属于不同的节点），适合于One-to-One-of-Many（一对一组中的一个）的通信场合。目前，任播地址仅被用做目标地址，且仅分配给路由器。任播地址有可聚合全球、本地站点和本地链路地址，其格式如下图所示。