IPv6协议及优势详解

随着互联网、物联网技术的快速发展，越来越多的终端需要接入网络。但现行IP协议（IPv4）网络地址资源的有限性，严重制约了互联网的应用和发展。IPv6即Internet Protocol Version 6，是IETF设计的用于替代现行版本IP协议的下一代IP协议，IPv6有2¹²⁸个地址，号称可以为全世界的每一粒沙子编上一个网址。

IPv6工作在网络层，也被称为邻居发现协议。邻居发现协议与链路层协议无关，不像IPv4的ARP介于链路层和网络层之间。相比之下，IPv6不仅地址充足，在管理上也更加方便，同时不容易被截获和篡改，更具安全性，能适应万物互联时代的网络需求。因此，向IPv6升级势在必行。

IPv6表示方法

IPv6的地址长度为128b，是IPv4地址长度的4倍。于是IPv4点分十进制格式不再适用，采用十六进制表示。IPv6有3种表示方法。

1、冒分十六进制表示法，格式为X:X:X:X:X:X:X:X，其中每个X表示地址中的16b，以十六进制表示，这种表示法中，每个X的前导0可以省略；

2、0位压缩表示法，在某些情况下，一个IPv6地址中间可能包含很长的一段0，可以把连续的一段0压缩为“::”。但为保证地址解析的唯一性，地址中“::”只能出现一次；

3、内嵌IPv4地址表示法，为了实现IPv4-IPv6互通，IPv4地址会嵌入IPv6地址中，此时地址常表示为：X:X:X:X:X:X:d.d.d.d，前96b采用冒分十六进制表示，而最后32b地址则使用IPv4的点分十进制表示。

IPv6的报文结构

IPv6报文的整体结构分为IPv6报头、扩展报头和上层协议数据3部分。其中IPv6报头为基本首部，扩展报头和上层协议数据为有效载荷。

IPv6报文头部包括了报文转发的基本信息，路由器通过基本报头解析就能完成绝大多数的报文转发任务。IPv6中，通过裁IPv4报头的某些字段（或者将一些字段移入到扩展报头中），使得IPv6报文头部大大减小。尽管IPv6地址长度是IPv4地址长度的4倍，但IPv6报文头部的长度只有40字节，从而简化了转发设备对Ipv6报文的处理，提高了转发效率。IPv6报文头部与IPv4报文头部对比：

扩展头部：扩展报头是可选报头，可能存在0个、1个或多个，IPv6协议通过扩展报头实现各种丰富的功能；IPv6报文中不再有“选项”字段，而是通过“下一报头”字段配合IPv6扩展报头来实现选项的功能。使用扩展头时，将在IPv6报文下一报头字段表明首个扩展报头的类型，再根据该类型对扩展报头进行读取与处理。扩展报头有逐跳选项报头、路由报头、分段报头、目的选项报头、认证报头、封装安全净载报头几种类型。

上层协议数据是该IPv6报文携带的上层数据，可能是ICMPv6报文、TCP报文、UDP报文或其他可能报文。

IPv6地址类型

IPv6协议主要定义了三种地址类型：单播地址、组播地址和任播地址，与原来在IPv4地址相比，新增了“任播地址”类型，取消了原来IPv4地址中的广播地址，因为在IPv6中的广播功能是通过组播来完成的。

单播地址：用来唯一标识一个接口，类似于IPv4中的单播地址。发送到单播地址的数据报文将被传送给此地址所标识的一个接口。单播地址包括四个类型：全局单播地址、本地单播地址、兼容性地址、特殊地址。

组播地址：用来标识一组接口（通常这组接口属于不同的节点），类似于IPv4中的组播地址。发送到组播地址的数据报文被传送给此地址所标识的所有接口。IPv6节点可以同时侦听多个组播地址，也可以随时加入或离开组播组。IPv6组播地址的最明显特征就是最高的8位固定为1111 1111，因此IPv6地址很容易区分组播地址（它总是以FF开始）。

任播地址：用来标识一组接口（通常这组接口属于不同的节点）。发送到任播地址的数据报文被传送给此地址所标识的一组接口中距离源节点最近（根据使用的路由协议进行度量）的一个接口。

IPv6地址类型是由地址前缀部分来确定，主要地址类型与地址前缀的对应关系如下：

IPv6的优势

1、IPv6服务质量更好。IPv6地址中QoS服务质量主要有两部分：一个8位的业务流量类别Traffic Class和一个新的20位的流标签Flow Label，业务流字段扩大到1个字节，这就可以定义256个级别的优先级，对各种多媒体信息根据紧急性确定数据包的优先级，从而保证每一项服务都能达到用户满意的质量，这与IPv4中的TOS字段相比已经有了很大提高。

IPv6还包含一些关于控制QoS的消息，实现优先级控制和QoS保证，将很大程度上改善服务质量。所以，有了IPv6的QoS，可以更好地支持语音和视频流量调度，这类应用对时间灵敏性特别高，要求实时性和服务质量，在IPv6网络中部署，相比IPv4要灵活得多。

2、IPv6协议更安全。IPv6中的IPSec选项可以对IP层上的通信提供加密和授权，实现远程企业内部网的无缝接入，IPSec的认证报文用于保证数据的一致性，而封装的安全负载报头用于保证数据的保密性和数据的一致性。

另外，病毒和互联网蠕虫是最让人头疼的网络攻击行为，在IPv4的网络里饱受其苦，这种传播方式在IPv6的网络中就玩不转了，这些病毒或蠕虫还想通过扫描地址段的方式来找到有机可乘的主机就犹如大海捞针，IPv6的安全性得到提升。

3、IPv6移动性更强。在移动IPv6协议中，三个功能实体：移动主机、家乡代理、通信节点构成了整个移动IPv6协议的整个轮廓。在IPv4中，若移动节点处于外部网络上时，家乡代理截获发送给移动节点家乡地址的数据报文，利用隧道技术再投递给移动节点的转发地址。而在IPv6中，除了隧道技术以外，还可以用源站选路来投递数据报文。

IPv6指定了路由优化的机制，路由优化是移动IPv4的一个附加功能，却是移动IPv6的完整组成部分之一，解决了移动IPv4的三角路由问题。IPv6既不需要DHCP也不需要外区链路上的外区代理来配置移动节点的转交地址。IPv6可以为用户保留永久的IP地址，无论用户如何接入网络，无论移动到哪里都可以一直用这个IP地址，就可以一直不掉线。

IPv6的使用，不仅能解决网络地址资源数量的问题，而且也解决了多种接入设备连入互联网的障碍。