什么是 IPv6？

IPv6 是互联网协议（IP）寻址系统的最新版本。IPv6 是一种寻址系统（类似于街道地址），用于在互联网上将数据路由至各个设备。IPv4 地址已耗尽，导致人们不得不采用各种变通方案。IPv6 旨在扩展联网设备的地址空间并提供诸如支持 IPsec 等新特征，最终将取代 IPv4。

互联网协议是计算机在互联网上传输信息的一种方法。计算机根据特定程序，将信息转换为较小的数据包，为其分配 IP 地址，并将它们发送到目标 IP 地址。IP 地址是分配给连接到网络的每台设备的唯一标识符。IPv4 是设备用于交换信息的最初的 IP 地址方案。然而，由于大量联网设备的出现，IPv4 的地址空间即将耗尽。因此，互联网工程任务组（IETF）推出了 IPv6 以克服这一限制。许多互联网服务提供商现已支持 IPv6，使联网设备能够利用这一下一代互联网协议进行数据交换。

IPv4 和 IPv6 是两种不同的协议，具有不同的架构。以下是两者的一些主要区别：

• 地址空间。 IPv4 支持多达 2³²（约 42 亿）个地址。IPv6 则支持多达 2¹²⁸（约 340 万亿亿亿亿）个地址。
• 地址表示方式。 IPv4 使用数字形式的 IP 地址，例如 192.168.1.104。IPv6 则使用十六进制值（例如 2600:1400:d:5a3::3bd4）来表示互联网地址。
• 通信方式。 IPv4 支持组播和广播传输，允许设备以不同方式向多个目的地发送数据包。相比之下，IPv6 不支持广播传输。相反，它利用组播和任播来达到类似的效果。

IPv6 允许更多设备使用各自独立的 IP 地址在互联网上进行通信。它通过扩大地址空间、简化数据包处理、增强数据安全性以及支持自动化网络配置，克服了 IPv4 的局限性。要实施 IPv6，互联网服务提供商、路由器、个人计算机及其他支持互联网功能的设备都必须支持该协议。以下是 IPv6 所基于的关键概念。

寻址

IPv6 采用 128 位寻址方式，为计算机、手机、物联网（IoT）设备及其他设备分配唯一地址。IPv6 地址由八组十六进制数字组成，各组之间以冒号（:）分隔。

例如，下面就是一个 IPv6 地址：

2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334

在实际应用中，可以通过省略全零的地址段并用双冒号（::）代替，来压缩 IPv6 地址。在 IPv6 地址的缩写形式中，双冒号符号只能出现一次。

2001:0db8:85a3::8a2e:0370:7334

IPv6 地址可分为两个 64 位的段。

• 高 64 位是包含路由信息的网络前缀。
• 低 64 位是接口标识符，存储有关网络设备的唯一信息。

IPv6 地址可分为单播、任播和组播。

• 单播地址将数据包引导至单个设备。
• 任播地址允许发送方将数据包转发给共享同一地址的一组设备中距离最近的设备。
• 组播地址将信息转发给属于同一组的所有目标地址。

IPv6 路由器会根据地址类型的不同，以不同方式处理数据包。

邻居发现

邻居发现是指识别连接到同一网络的设备之 MAC 地址的过程。IPv6 设备利用邻居发现协议（NDP）来发现路由器、分配自身的 IP 地址，并定位可与之通信的其他计算机。当连接到网络时，设备会使用不同类型的互联网控制消息协议（ICMP）消息来收集信息并配置网络设置。其中包括：

• 路由器请求（RS）：允许设备向路由器请求信息。
• 路由器通告（RA）：这是路由器对 RS（路由器请求）消息的响应，或者是其自身网络信息的周期性更新。
• 邻居请求（NS）：允许设备向其他设备请求信息。
• 邻居通告（NA）：这是对 NS 消息的响应，包含设备的 MAC 地址及其他网络信息。
• 重定向：为设备提供一条更优的路径来发送信息。

路由

路由是指路由器确定发送数据包的网络路径的过程。IPv6 路由与 IPv4 网络中的路由有相似之处。IPv6 路由器会参考路由表、目标 IP 地址以及相邻路由器来规划最佳路径。您可以配置路由器以支持静态路由和动态路由。静态路由根据预设规则转发数据包。动态路由则使用特殊协议（如 OSPFv3，即针对 IPv6 的开放最短路径优先协议）来优化路由。

双栈实施

各组织在采用 IPv6 的同时，仍然支持 IPv4 地址。由于 IPv6 不向后兼容 IPv4，因此它们采用双栈技术来同时支持这两种协议。这使得路由器、设备和工作负载能够使用 IPv6 或 IPv4 进行通信。

凭借这些特性，IPv6 能够应对日益拥挤的公共互联网空间。

地址空间

IPv6 采用 128 位寻址格式，为联网设备提供了更广阔的地址空间。通过采用 IPv6，组织可以扩展其公司网络，而无需担心 IP 地址受限的问题。更大的地址空间也简化了点对点（P2P）通信设备的运作，因为不再需要额外的地址解析机制。

简化的标头

IPv6 采用简单的分组标头，从而实现高效的路由和处理。分组标头是一段包含必要指令的信息块，用于指导路由器和设备的操作。IPv6 移除或调整了 IPv4 报头中原有的某些字段。

高级路由

由于数据包标头得到简化，IPv6 中的路由过程变得快速且高效。此外，IPv6 还支持路由聚合和分层路由等高级路由方法。这些方法使路由器能够维护更小、更有序且包含精确路由信息的路由表。

通过 IPsec 提供安全保障

IPv6 通过扩展标头支持 IPsec，从而提供强大的安全保障。在 IP 网络中传输数据时，可以通过启用加密和身份验证特征来保护信息安全。默认情况下，此特征未启用；您必须手动对其进行配置。

扩展标头

扩展标头是附加在 IPv6 数据包上的额外信息。与 IPv4 标头类似，它们包含供目标设备用于重组数据序列的特定信息。但在 IPv6 中，这些标头不由路由器处理，这就提高了路由效率。

无需网络地址转换（NAT）

网络地址转换（NAT）是一项允许局域网内的多个设备共用一个公网 IP 地址访问互联网的技术。由于 IPv6 提供了巨大的地址空间，因此不再需要 NAT。局域网内的每个设备在浏览网页、共享文件或进行其他互联网活动时，都使用唯一的 IP 地址。支持 IPv6 的设备可以利用一项名为“无状态地址自动配置”（SLAAC）的特殊特征自动配置其地址。

服务质量

IPv6 包含一个称为“流支持”的特殊字段，允许路由器对数据包进行差异化优先级处理（例如确保稳定的速度）。这样，设备就能更轻松地处理带宽密集型的数据包流。

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