中級(jí)通信工程師綜合能力考試IPv6

本模塊介紹IPv6的引入、IPv6的特點(diǎn)、IPv6數(shù)據(jù)報(bào)格式及IPv6的地址體系結(jié)構(gòu)。

一、IPv6的引入

IPv6協(xié)議是IP協(xié)議第6版本，是為了改進(jìn)IPv4協(xié)議存在的問題而設(shè)計(jì)的新版本的IP協(xié)議。

當(dāng)前IPv4主要面臨的是地址即將耗盡的危機(jī)。IPv4地址緊缺的主要原因在于IPv4地址的兩個(gè)致命的弱點(diǎn)：地址空間的浪費(fèi)和過度的路由負(fù)擔(dān)。IPv4存在的問題具體表現(xiàn)為：

IPv4的地址空間太小

IPv4的地址長(zhǎng)度為32位，理論上最多可以支持 232臺(tái)終端設(shè)備的互聯(lián)（實(shí)際要少）。而隨著接入Internet的用戶爆炸式地增長(zhǎng)，導(dǎo)致IPv4的地址資源不夠用。

IPv4分類的地址利用率低

由于A、B、C等地址類型的劃分，浪費(fèi)了上千萬的地址。

IPv4地址分配不均

由于歷史的原因，美國一些大學(xué)和公司占用了大量的IP地址，有大量的IP地址被浪費(fèi)，而在互聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展的如歐洲、日本和中國得不到足夠的IP地址。由此導(dǎo)致互聯(lián)網(wǎng)地址即將耗盡。到目前為止，A類和B類地址已經(jīng)用完，只有C類地址還有余量。

IPv4數(shù)據(jù)報(bào)的首部不夠靈活

IPv4所規(guī)定的首部選項(xiàng)是固定不變的，限制了它的使用。

為了解決IPv4存在的問題，誕生了IPv6.它從根本上消除了IPv4網(wǎng)絡(luò)潛伏著地址枯竭和路由表急劇膨脹的兩大危機(jī)。IPv6取代IPv4是必然發(fā)展趨勢(shì)，其主要原因歸功于IPv6幾乎無限的地址空間。

二、IPv6的特點(diǎn)

IPv6與IPv4相比具有以下較為顯著的優(yōu)勢(shì)（即IPv6的特點(diǎn)）：

更大的地址空間

IPv6將原來的32位地址空間增大到128位地址空間。

靈活的報(bào)頭格式

IPv6使用一種全新的、不兼容的數(shù)據(jù)報(bào)格式。在IPv4中，使用固定格式的數(shù)據(jù)報(bào)報(bào)頭，在報(bào)頭中，除選項(xiàng)外，所有的字段都在一個(gè)固定的偏移位置上占用固定數(shù)量的字節(jié)，而IPv6使用一組可選的報(bào)頭。

增強(qiáng)的選項(xiàng)

IPv6允許數(shù)據(jù)報(bào)包含可選的控制信息，包含了IPv4不具備的選項(xiàng)，提供新的功能。

允許對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的預(yù)分配

IPv6提供了一種新的機(jī)制，允許對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源預(yù)分配，取代了IPv4的服務(wù)類型說明。這些新的機(jī)制支持實(shí)時(shí)語音和視頻圖像等應(yīng)用，保證一定的帶寬和時(shí)延。

支持協(xié)議擴(kuò)展

IPv6允許新增特性，不需描述所有細(xì)節(jié)。這種擴(kuò)展能力使IPv6能適應(yīng)底層網(wǎng)絡(luò)硬件的改變和各種新的應(yīng)用需求。

三、IPv6數(shù)據(jù)報(bào)格式

IPv6數(shù)據(jù)報(bào)的一般格式如圖1所示。

圖1 IPv6數(shù)據(jù)報(bào)的一般格式

IPv6數(shù)據(jù)報(bào)也包括首部和數(shù)據(jù)兩部分，而首部又包括基本首部（也叫基本報(bào)頭，40Byte）和擴(kuò)展首部，擴(kuò)展首部是選項(xiàng)（有0到多個(gè)）。擴(kuò)展首部和數(shù)據(jù)合起來稱為有效載荷。

四、IPv6地址體系結(jié)構(gòu)

IPv6的地址結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　圖2 IPv6的地址結(jié)構(gòu)

IPv6將128bit地址空間分為兩大部分：

第一部分是可變長(zhǎng)度的類型前綴，它定義了地址的目的，如是單播、多播地址，還是保留地址、未指派地址等。

IPv6的地址可分為3種類型：

單點(diǎn)通信地址

即單播通信地址，目的地址指明一臺(tái)計(jì)算機(jī)或路由器，數(shù)據(jù)報(bào)選擇一條最短的路徑到達(dá)目的站。

任意點(diǎn)通信方式地址

目的站是共享一個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址的計(jì)算機(jī)的集合，數(shù)據(jù)報(bào)選擇一條最短路徑到達(dá)該組，然后傳遞給該組最近的一個(gè)成員。

組播地址

目的站是一組計(jì)算機(jī)，它們可以在不同的地方，數(shù)據(jù)報(bào)通過硬件組播或廣播傳遞給該組的每一成員。

第二部分是地址的其余部分，其長(zhǎng)度也是可變的。

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