中级通信工程师综合能力考试IPv6

本模块介绍IPv6的引入、IPv6的特点、IPv6数据报格式及IPv6的地址体系结构。

一、IPv6的引入

IPv6协议是IP协议第6版本，是为了改进IPv4协议存在的问题而设计的新版本的IP协议。

当前IPv4主要面临的是地址即将耗尽的危机。IPv4地址紧缺的主要原因在于IPv4地址的两个致命的弱点：地址空间的浪费和过度的路由负担。IPv4存在的问题具体表现为：

IPv4的地址空间太小

IPv4的地址长度为32位，理论上最多可以支持 232台终端设备的互联（实际要少）。而随着接入Internet的用户爆炸式地增长，导致IPv4的地址资源不够用。

IPv4分类的地址利用率低

由于A、B、C等地址类型的划分，浪费了上千万的地址。

IPv4地址分配不均

由于历史的原因，美国一些大学和公司占用了大量的IP地址，有大量的IP地址被浪费，而在互联网快速发展的如欧洲、日本和中国得不到足够的IP地址。由此导致互联网地址即将耗尽。到目前为止，A类和B类地址已经用完，只有C类地址还有余量。

IPv4数据报的首部不够灵活

IPv4所规定的首部选项是固定不变的，限制了它的使用。

为了解决IPv4存在的问题，诞生了IPv6.它从根本上消除了IPv4网络潜伏着地址枯竭和路由表急剧膨胀的两大危机。IPv6取代IPv4是必然发展趋势，其主要原因归功于IPv6几乎无限的地址空间。

二、IPv6的特点

IPv6与IPv4相比具有以下较为显着的优势（即IPv6的特点）：

更大的地址空间

IPv6将原来的32位地址空间增大到128位地址空间。

灵活的报头格式

IPv6使用一种全新的、不兼容的数据报格式。在IPv4中，使用固定格式的数据报报头，在报头中，除选项外，所有的字段都在一个固定的偏移位置上占用固定数量的字节，而IPv6使用一组可选的报头。

增强的选项

IPv6允许数据报包含可选的控制信息，包含了IPv4不具备的选项，提供新的功能。

允许对网络资源的预分配

IPv6提供了一种新的机制，允许对网络资源预分配，取代了IPv4的服务类型说明。这些新的机制支持实时语音和视频图像等应用，保证一定的带宽和时延。

支持协议扩展

IPv6允许新增特性，不需描述所有细节。这种扩展能力使IPv6能适应底层网络硬件的改变和各种新的应用需求。

三、IPv6数据报格式

IPv6数据报的一般格式如图1所示。

图1 IPv6数据报的一般格式

IPv6数据报也包括首部和数据两部分，而首部又包括基本首部（也叫基本报头，40Byte）和扩展首部，扩展首部是选项（有0到多个）。扩展首部和数据合起来称为有效载荷。

四、IPv6地址体系结构

IPv6的地址结构如图2所示。

　　图2 IPv6的地址结构

IPv6将128bit地址空间分为两大部分：

第一部分是可变长度的类型前缀，它定义了地址的目的，如是单播、多播地址，还是保留地址、未指派地址等。

IPv6的地址可分为3种类型：

单点通信地址

即单播通信地址，目的地址指明一台计算机或路由器，数据报选择一条最短的路径到达目的站。

任意点通信方式地址

目的站是共享一个网络地址的计算机的集合，数据报选择一条最短路径到达该组，然后传递给该组最近的一个成员。

组播地址

目的站是一组计算机，它们可以在不同的地方，数据报通过硬件组播或广播传递给该组的每一成员。

第二部分是地址的其余部分，其长度也是可变的。

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