IPv6简单走两步—认识认识IPv6地址

一、IPv6编址概述

    IPv6地址一共128位，因此地址空间是相当庞大的，可提供给PC、无线IP电话、机顶盒、视频设备、安保监控设备等等。IPv6地址不再像V4那样使用“点分十进制”的格式来表现，而是使用“冒号分隔十六进制”格式表示：
    2001：0da8：0207：0000：0000：0000：0000：8207
乍一看这地址确实很长，书写起来有诸多不便，IPv6定义了地址简写方式：

 二、IPv6报文头部

1. IPv4存在的问题

    IPv6单播地址就是标识一个节点，或者网络设备的一个接口的地址，目的地址为单播地址的报文会被送到被标识的网卡或设备接口。

    2. 组播地址（Multicast Address）
    组播地址用于标识多个接收者，目的地址为组播地址的报文会被送到加入该组播组的所有用户，这与IPv4中的组播概念是完全一样的。

    3. 任播地址（Anycast Address）
    单播地址只能被配置在网络中单一的节点上，不能同时配置给多个节点。而任播地址则可，它标识多个接口，目的为任播地址的报文会被送到最近的一个被标识接口，这里所谓的“最近”是通过路由协议的开销来判断的。任播地址没有独立定义的地址空间，他使用单播的地址空间。

    4.IPv6没有定义广播地址

2.1 单播地址

    1.可聚合全局单播地址 Aggregatable Global Unicast Address
    相当于IPv4中的公网地址。目前已经分配的可聚合全局单播地址前缀都是以001开头的，（2000::到 3FFF:FFFF:….FFFF）
以下是这个区间地址的分配情况：

    一般从运营商处申请到的IPv6地址空间为/48，再由自己根据需要进一步规划：
如下图，分配给终端的IPv6地址可能是这样的结构：

    2.站点本地地址 Site-local address
    类似IPv4中的私有地址。该地址以FEC0：：/10为前缀。也就是说最高10 bits固定为1111111011，紧跟在后面的是连续38 bits 的0。因此，对于站点本地地址来说，前48bits 总是固定的。在接口ID和高位48bits特定前缀之间有16bits 子网ID字段，供机构在内部构建子网。站点本地地址不是自动生成的，是手工配置的。
    站点本地地址只能够在本地或者私有环境中使用，不能访问公网。
    RFC 1884 定义了fec0::/10 地址块用于site-local地址,这些地址只能够在私有的IPv6“站点”内使用，但是草案对Site描述不清楚导致路由规则的混乱，因此RFC3879弃用了该地址块。

    3.唯一本地地址 Unique Local Address
    ULA，唯一本地地址，概念上相当于私有IP，仅能够在本地网络使用，在IPv6 Internet上不可被路由。上面提到的站点本地地址由于起初的标准定义模糊而被弃用，而后RFC又重新定义了唯一本地地址以满足本地环境中私有IPv6地址的使用。
    在RFC4193中标准化了一种用来在本地通信中取代站点本地单播地址的类型。ULA拥有固定前缀FC00::/7，分为两块：FC00::/8暂未定义，FD00::/8定义如下：

    4.链路本地地址(Link-local address)
    链路本地地址是一类非常重要的地址，它的有效范围仅仅在所处链路上。
    以FE80::/10为前缀，11-64位为0，外加一个64bits的接口标识（一般是EUI-64）。

    IPv6主机的网卡，或者网络设备的接口可以有多个可聚合全局单播地址，但是这些接口要能够正常工作，必须有一个链路范围内唯一的Link-Local地址，该地址由于其稳定性、链路唯一性，被用于自动地址配置、邻居发现、路由器发现等机制中。
    当一个接口启动IPv6协议栈时，接口会自动配置一个链路本地地址。这种机制使得两个连接到同一链路的IPv6节点不需要做任何配置就可以通信（使用Link-Local地址）。缺省网关建议使用链路本地地址，因为这个地址是最稳定的。
    Link-Local地址非常重要，设备接口要正常工作就必须具备Link-Local地址，而且勿随意变更。
    如果设备接口上并未配置全局单播IPv6地址，则需使用ipv6 address auto link-local命令手工使设备自动产生一个Link-Local地址，在我司防火墙、交换机等设备上，该自动生成的Link-Local地址采用EUI64规范的接口ID生成。如果设备接口上配置了全局单播IPv6地址，则无需使用上述命令让设备自动生成Link-Local地址，一旦接口获得IPv6全局单播地址，会自动产生Link-Local地址。
    Link-Local地址仅在链路范围内有效，因此原则上保持链路范围内唯一即可，但是如果要手工配置链路本地地址，尽量保证该地址的唯一性 。

    5.特殊的地址
    未指定地址，也就是全0地址“::/128”或者“0:0:0:0:0:0/128”  

    该地址作为某些报文的源IP地址，比如作为重复地址检测时DAD时发送的邻居请求报文的源地址，或者DHCPv6初始化过程中客户端所发送报文的源IP。

    回环地址 0:0:0:0:0:1/128   或者::1/128
    指代本地回环，发往::/1的数据包实际上就是发给本地，可用于本地协议栈回环测试。

    IPv4兼容地址
    在过渡技术中会使用到一些包含IPv4地址的IPv6地址，为了让IPv4地址显得更加突出一些，定义了内嵌IPv4地址的IPv6地址格式。内嵌IPv4地址格式是过渡机制中使用的一种特殊表示方法。在这种表示方法中，IPv6地址的部分使用十六进制表示，IPv4地址部分可用十进制格式。
    0:0:0:0:0:0:192.168.1.2或者::192.168.1.2（96个0）
    IPv4兼容地址用于过渡机制，如自动IPv4兼容隧道 及NAT-PT。

2.2 接口ID

    1.接口ID的概念
    接口ID为64bits，用于标识链路上的接口，在每条链路上接口ID必须唯一。接口ID有许多用途，最常见的用于就是黏贴在链路本地地址的前缀后面，形成128bits的接口链路本地地址。或者在无状态自动配置中，黏贴在获取到的IPv6全局单播前缀后面，构成接口的全局单播地址。

    2.接口ID的设置
    接口ID的设置方式主要有：

    1 ) 根据IEEE的EUI-64规范将接口的48比特MAC地址转化为64比特的接口ID。
    2 ) 手工为接口配置接口ID
    3 ) 某些系统支持自动生成随机接口ID（例如Windows7）

    3.通过EUI-64规范从MAC地址转换到接口ID

    每个以太网网卡或者接口都有一个唯一的MAC地址，如果能将接口的MAC地址衍生出接口ID自然是极好的，但是MAC地址48比特，而接口ID则是64比特，怎么衍生？EUI64规范定义了如何使用MAC地址产生64位的接口ID。
    将48bits的MAC对半劈开，插入“FFFE”，然后对从左数起的第7位，也就是U/L位取反。该比特位确定48bits的MAC地址的唯一性与否。一个以太网地址可以有两种含义，地址可被全球管理或本地管理。全球管理指全球唯一的例如厂商MAC，本地管理指使用自己的值临时写的MAC地址，在这种情况下，这个特殊的位=1表示本地管理；为0表示全球管理。但是在EUI-64格式中，U/L的含义正好相反，0表示本地管理，1表示全球管理，所以使用EUI-64格式的地址IPv6地址，U/L位为1，则地址是全球唯一的，如果为0，则为本地唯一。这就是这里为什么要取反的原因。

2.5 组播地址

    1.地址结构
    组播地址最高位前8位固定为全1，也就是“FFXX::/8”

 

    2.知名的组播地址
    FF01::1节点本地范围所有节点组播地址
    FF01 ::2节点本地范围所有路由器组播地址
    FF02::1链路本地范围所有节点组播地址
    FF02::2链路本地范围所有路由器组播地址
    ……

    3.IPv6组播地址的MAC地址映射

    4.被请求节点组播地址Solicited-node
    在IPv6组播地址中，有一种特别的组播地址，叫做Solicited-node地址(被请求节点组播地址)。
Solicited-node地址是一种特殊用途的地址．主要用于重复地址检测（DAD）和替代IPv4中的ARP。
Solicited-node地址由前缀FF02::1:FF00:0 / 104和ipv6单播地址的最后24位组成。
    一个IPv6单播地址对应一个Solicited-node地址。Solicited-node地址有效范围为本地链路范围。 
    地址格式： FF02:0:0:0:0:1:FFXX:XXXX，具体的对应关系如下：
 

2.6 节点及路由器必须具备的IPv6地址