5-4-1 IPv6报文格式

5-4 IPv6

5-4-1 IPv6报文格式

IPv6的改进

与IPv4相比，IPv6有下列改进：

改进方面	具体描述	特点	备注
寻址能力扩展	- IP地址从32位增加到128位，支持更大的地址空间和多级地址层次。 - 地址自动配置功能简化了网络地址管理。 - 增加了任意播地址，比IPv4中的广播地址更加实用。	更多	多级地址层次：相比于IPv4创立之初为美国本土、斯坦福大学、IBM公司等单位分配了大量地址，甚至比一些国家分配到的还要多，IPv6采用了多级地址层次，按照大洲——国家——省市这样的多级按需分配，避免了分配不均衡，浪费更少)
分组头格式简化	- IPv6头中字段数量从12个减少到8个，简化路由器处理过程，提高路由选择效率。 - 中间路由器不分片，MTU发现机制简化路由处理。	效率更高	注意：中间路由器上不分片，源头有可能分片
改进对分组头部选项的支持	- 扩展头作为任选项处理，方便定义新的扩展功能。	更灵活	IPv4头部中有一个选项字段，无选项时IPv4头部默认20字节，有选项时IPv4头部最大60字节，在IPv6中不是通过选项字段，而是有一个扩展头部，可以灵活方便的提供扩展功能
流标记能力	- IPv6增加了流标记，可以按照发送端要求对某些分组进行特别处理，提供更好的服务质量支持。	支持QoS	增加了流标签，提供特别的服务质量支持 QoS（Quality of Service，服务质量）是计算机网络中一项重要的功能，旨在通过优化资源分配和调度，为特定的网络流量提供更好的服务能力，从而满足不同应用对网络性能的需求
安全性增强	- 集成IPSec（ESP和AH），支持加密和认证功能，提升安全性。	更安全

IPv6报文格式

IPv6报文包括头部字段和数据字段两部分

基本报头：IPv6 的基本报头长度固定为 40 字节。
有效载荷：IPv6 报文中的有效载荷长度字段为 16 位，最大值为 65,535 字节。

当需要发送超过 65,535 字节的数据时，可以使用超大有效载荷选项（Jumbo Payload Option）。该选项位于逐跳选项扩展头中，使用 32 位字段来表示有效载荷长度，最大值为 4,294,967,295 字节（2^32 - 1）

默认头部

一般的，默认头部为40字节，有以下8个字段(IPv4有12个字段)

字段名称	位数	作用说明
版本（Version）	4	标识 IP 协议的版本，对于 IPv6，值为二进制的0110即6，用于快速识别 IPv6 数据包。
流量类别（Traffic Class）	8	区分不同类型的流量，用于服务质量（QoS）管理，可对流量进行分类处理。用于区分不同的IP分组，相当于IPv4中的ToS服务类型字段。
流标签（Flow Label）	20	标识一个特定的流，用于特殊处理的通信流，帮助接收端更好地排序和处理数据。
有效载荷长度（Payload Length）	16	表示除了 IPv6 头部之后的数据部分（有效载荷）的长度，单位是字节。表示除了IPv6固定头部40个字节之外的负载长度，扩展头也包含在负载长度之中。IPv6 报文中的有效载荷长度字段为 16 位，最大值为 65,535 字节，由此也可以推出，IPv6报文最大值为65535 + 40 = 65575字节 [笔者注：这一点和IPv4不同，IPv4头部长度可变，为20~60字节，IPv6头部固定40字节，扩展头计入负载长度；其次，IPv4头部中类似字段叫总长度，头部长和数据长都计入，IPv6头部的有效载荷长度只计算固定头部40字节之外的负载长度]
下一个头部（Next Header）	8	标识紧跟在 IPv6 头部之后的协议类型，指示接收方如何处理数据包中的数据部分。指明下一个头部类型，下一个头部类型可能是IPv6扩展头部或高层协议的头部。如果没有扩展，直接封装TCP/UDP传输层报文。
跳数限制（Hop Limit）	8	类似于 IPv4 中的 TTL 字段，每经过一个路由器减 1，减为 0 时数据包被丢弃，防止数据包无限循环。
源地址（Source Address）	128	标识数据包的发送方地址，利用 128 位地址空间提供几乎无限的唯一标识。
目的地址（Destination Address）	128	标识数据包的接收方地址，确保数据包能够被正确地发送到目标设备。

扩展头部

IPv6 允许使用扩展头部来提供额外的功能。这些扩展头部可以用于各种目的，如实现更复杂的路由选择、安全功能等。这种灵活的扩展机制使得 IPv6 能够适应不断变化的网络需求。例如，当需要进行源路由选择时，可以添加源路由选择扩展头部，让发送方指定数据包经过的路径。

下表给出了常见几种扩展头部，扩展头可有可无

下一头部编号	下一头部类型	解释
0	Hop-by-Hop Options Header	逐跳选项：这些信息由沿途各个路由器处理 (指示沿途路由器需要处理该选项指示内容)
6	TCP (Upper Layer)	该IPv6报文的上层封装是TCP
17	UDP (Upper Layer)	该IPv6报文的上层封装是UDP
43	Routing Header	路由选择头：给出一个路由器地址列表，类似于IPv4的松散源路由和路由记录
44	Fragment Header	分段：处理数据报的分片问题
50	Encapsulating Security Payload	ESP：封装安全载荷，跟IPSec类似
51	Authentication Header	AH：认证头，跟IPSec类似
60	Destination Options	目标选项：选项中的信息由目标节点检查处理

IPv6相关协议

IPv6路由协议

RIPng(IPv4的叫RIPv1、RIPv2)
OSPFv3(IPv4的叫OSPFv2)
BGP4+(IPv4的叫BGP4)

IPv6地址配置

有状态自动配置：通过DHCPv6直接为终端分配前缀和接口ID、网关和DNS等。(给全部信息，和IPv4的DHCP类似）
无状态自动配置：给你相应的网络号即路由器接口前缀，主机号则由终端结合自己的MAC地址生成，生成的地址叫EUI-64地址(给一半信息)。主机号生成过程如下图所示，即将48位的MAC地址扩充成了64位的EUI-64地址
1. 二进制MAC地址的第7位取反
2. MAC地址中间插入FFFE

ICMPv6

ICMPv6：新增加的邻居发现功能代替了ARP协议的功能，也就是说IPv6里面没有ARP协议了

例题

例题1

例题2

解析：

A：IPv4头部是变长，20~60字节；IPv6头部是定长40字节，扩展头部计入负载长度，不计入头部长度
B：IPv6报文没有头部校验和
C：IPv6头部中有一个Hop Limit字段，翻译为“跳数限制”，类似于 IPv4 中的 TTL 字段，每经过一个路由器减 1，减为 0 时数据包被丢弃，防止数据包无限循环。
D：IPv6头部中的流量类别（Traffic Class）字段：区分不同类型的流量，用于服务质量（QoS）管理，可对流量进行分类处理。用于区分不同的IP分组，相当于IPv4中的ToS服务类型字段。