IPV6地址详解

前言：

    IPV6（Internet Protocol Version 6）是网络层协议的第二代标准协议，也被称为IPng（IP Next Generation），它所在的网络层提供了无连接的数据传输服务。IPv6是IETF设计的一套规范，是IPv4的升级版本。它解决了目前IPv4存在的许多不足之处，IPv6和IPv4之间最显著的区别就是IP地址长度从原来的32位升级为128位。IPv6以其简化的报文头格式、充足的地址空间、层次化的地址结构、灵活的扩展头、增强的邻居发现机制将在未来的市场竞争中充满活力。

一、IPV6的由来

    IP（Internet Protocol）是TCP/IP协议族中的网络层协议。（网络层协议主要工作是：借助路由表，负责处理IP数据报在网络中的传输。）IPv4协议是目前广泛部署的因特网协议。在因特网发展初期，IPv4以其协议简单、易于实现、互操作性好的优势而得到快速发展。但随着网络的迅猛发展，地址短缺问题的显现，IETF曾提出过IPv6、IPv7、IPv8、IPv9等四个草案，并希望其中的一种协议能够替代IPv4。经过充分的讨论，IETF最终选择IPv6并替代IPv4，而IPv7、IPv8、IPv9也就从此销声匿迹。

以上是IPV6大致的演进阶段图。

二、什么是IPV6地址？

    IPV6地址由网络前缀和接口标识两个部分组成。网络前缀有n位，相当于IPv4地址中的网络ID；接口标识有（128-n）比特，相当于IPv4地址中的主机ID。网络前缀相当于IPV4中的网络位，用来标识和区分不同的网络范围，接口标识就还是在这个网络范围内去区分不同的主机。

IPV6地址结构：

一个IPv6地址可以分为如下两部分：

1. 网络前缀：n比特，相当于IPv4地址中的网络ID
2. 接口标识：128-n比特，相当于IPv4地址中的主机ID

具体表示方法：
IPv6地址总长度为128比特，表示为"X:X:X:X:X:X:X:X", 每个X代表4个十六进制值字符，以冒号分隔，通常分为8组，每组为4个十六进制数的形式，每组十六进制数间用冒号分隔。同样是为了方便书写和人为的区分。

IPV6提供了压缩格式。例：FC00:0000:130F:0000:0000:09C0:876A:130B，这是IPv6地址的首选格式。具体压缩规则如下：

• 每组中的前导“0”都可以省略，所以上述地址可写为：FC00:0:130F:0:0:9C0:876A:130B，注，只有每组前导位为“0”才能省略，如果一组数值都为0，则直接补0。
• 地址中包含的连续两个或多个均为0的组，可以用双冒号“::”来代替，所以上述地址又可以进一步简写为：FC00:0:130F::9C0:876A:130B。注：在一个IPv6地址中只能使用一次双冒号“::”，否则当计算机将压缩后的地址恢复成128位时，无法确定每个“::”代表0的个数。

补充：

1. 由于无法在短时间内将网络中的全部系统从IPv4升级到IPv6。最有效的过渡方案便是IPv6地址支持内嵌IPv4地址。啥意思呢？就是说可以使用IPV6的地址格式来表示一个IPV4的地址，换句话说就是把IPv4地址转变为了一种特殊形式的IPv6地址："X:X:X:X:X:X:d.d.d.d" , 其中"X:X:X:X:X:X"的前80位设为0，后16位设为1，然后再跟IPv4地址。例如，IPv4地址是192.168.0.1，那么嵌入在IPv6协议中呈现的地址为::FFFF:192.168.0.1。
2. 对于IPv6单播地址来说，如果地址的前三bit不是000，则接口标识必须为64位；如果地址的前三位是000，则没有此限制。（关于这一点，可能是因为IPV6相关的一些协议是默认以64位接口标识设计的，所以希望用户使用接口标识64位的IPV6地址）

接口标识可通过三种方法生成：手工配置、系统通过软件自动生成或IEEE EUI-64规范生成，其中，通常使用的是IEEE EUI-64规范生成。

IEEE EUI-64规范是将接口的MAC地址转换为IPv6接口标识的过程。

如下图所示，MAC地址的前24位（用c表示的部分）为公司标识，后24位（用m表示的部分）为扩展标识符。从高位数，第7位是0表示了MAC地址本地唯一。

转换的第一步将FFFE插入MAC地址的公司标识和扩展标识符之间，第二步将从高位数，第7位的0改为1表示此接口标识全球唯一。

FFFE转换为二进制等于1111111111111110，同时因为MAC地址本身就是一个全球唯一的地址，经过这样转换后的IPV6地址也将同样全球唯一。

这种由MAC地址产生IPv6地址接口标识的方法可以减少配置的工作量，尤其是当采用无状态地址自动配置时，只需要获取一个IPv6前缀就可以与接口标识形成IPv6地址。但是使用这种方式最大的缺点是任何人都可以通过二层MAC地址推算出三层IPv6地址。

最后简单对比一下IPV4地址和IPV6地址：