The next-generation Internet protocol IPv6
First, solutions IP address exhaustion
- The development of the Internet itself and from the point of view of scale and network transmission rate, IPv4 has now very suitable from the computer.
- The main problem is the 32-bit IP address is not enough.
In 2019/11/25 UTC + 1 15:35, the message from the European RIPE NCC's been confirmed: the global IPv4 address has been completely exhausted.
- Measures to solve the problem of IP address depletion:
- Classless addressing using CIDR, the allocation of IP addresses is more reasonable.
- Using network address translation NAT method to save the global IP address.
- The new version has a larger address space of the IP protocol IPv6.
Two basic header, IPv6's
The main changes 2.1.IPv6
- Larger address space. The IPv6 address of the IPv4 increased from 32 to 128.
- Extended address hierarchy.
- Flexible header format.
- Improved options.
- Allowing the agreement to continue to expand.
- Plug and Play (that is similar to DHCP auto-configuration)
- Support for pre-allocation of resources.
Datagram header 2.2.IPv6
- The IPv6 header length becomes a fixed 40 bytes, referred to as a basic header (base header).
- The abolition of unnecessary functions, reducing the number of field header to only eight.
- Cancel the test and field header, accelerate the speed of the router that handles the datagram.
- Behind the header portion substantially allows zero or more extension header.
- All extension headers and data together called a datagram payload (payload), or payload .
The general form of 2.3.IPv6 datagrams
2.4.IPv6 basic header eight field
- Version (version) - 4 bits. It identifies the version of the protocol, the field is always 6 for IPv6.
- Traffic class (traffic class) - 8 bits. This is to distinguish between different IPv6 datagram category or priority. Different experiments ongoing traffic class performance.
流标号(flow label)—— 20 位。 “流”是互联网络上从特定源点到特定终点的一系列数据报， “流”所经过的路径上的路由器都保证指明的服务质量。
所有属于同一个流的数据报都具有同样的流标号。
有效载荷长度(payload length)—— 16 位。它指明 IPv6 数据报除基本首部以外的字节数（所有扩展首部都算在有效载荷之内），其最大值是 64 KB。
下一个首部(next header)—— 8 位。它相当于 IPv4 的协议字段或可选字段。
跳数限制(hop limit)—— 8 位。源站在数据报发出时即设定跳数限制。路由器在转发数据报时将跳数限制字段中的值减1。
当跳数限制的值为零时，就要将此数据报丢弃。
- 源地址—— 128 位。是数据报的发送站的 IP 地址。
- 目的地址—— 128 位。是数据报的接收站的 IP 地址。
三、IPv6 的扩展首部
3.1.扩展首部及下一个首部字段
- IPv6 把原来 IPv4 首部中选项的功能都放在扩展首部中，并将扩展首部留给路径两端的源站和目的站的主机来处理。
- 数据报途中经过的路由器都不处理这些扩展首部（只有一个首部例外，即逐跳选项扩展首部）。
- 这样就大大提高了路由器的处理效率。
- 无扩展首部：
- 有扩展首部：
六种扩展首部
- 逐跳选项；
- 路由选择；
- 分片；
- 鉴别；
- 封装安全有效载荷；
- 目的站选项 ；
3.2.扩展首部举例：分片首部
- IPv6 把分片限制交由源站来完成。源站可以采用最小 MTU（1280字节），或者在发送数据前完成路径最大传送单元发现(Path MTU Discovery)，以确定沿着该路径到目的站的最小 MTU。
- 分片扩展首部的格式如下：
- IPv6 数据报的有效载荷长度为 3000 字节。下层的以太网的最大传送单元 MTU 是 1500 字节。分成三个数据报片，两个 1400 字节长，最后一个是 200 字节长。 数据报分为以下形式。
用隧道技术来传送长数据报
- 当路径途中的路由器需要对数据报进行分片时，就创建一个全新的数据报，然后将这个新的数据报分片，并在各个数据报片中插入扩展首部和新的基本首部。
- 路由器将每个数据报片发送给最终的目的站，而在目的站将收到的各个数据报片收集起来，组装成原来的数据报，再从中抽取出数据部分。
四、IPv6 的地址空间
4.1.地址的类型与地址空间
IPv6 数据报的目的地址可以是以下三种基本类型地址之一：
- 单播(unicast) 单播就是传统的点对点通信。
- 多播(multicast) 多播是一点对多点的通信。
- 任播(anycast) 这是 IPv6 增加的一种类型。任播的目的站是一组计算机，但数据报在交付时只交付其中的一个，通常是距离最近的一个。
结点与接口
- IPv6 将实现 IPv6 的主机和路由器均称为结点。
- IPv6 地址是分配给结点上面的接口。
- 一个接口可以有多个单播地址。
- 一个结点接口的单播地址可用来唯一地标志该结点。
冒号十六进制记法
IPv6的 128 位地址每 16 位 用一个十六进制值表示，各值之间用冒号分隔，一共有8个十六进制数。
如：68E6:8C64:FFFF:FFFF:0:1180:960A:FFFF；
而IPv4则为 32 位的地址每 8 位用一个十六进制值表示，一共有4个十六进制数。
零压缩(zero compression)，即一连串连续的零可以为一对冒号所取代。
如：FF05:0:0:0:0:0:0:B3 可以写成：FF05::B3
点分十进制记法的后缀法
如：0:0:0:0:0:0:128.10.2.1 使用零压缩即可得出： ::128.10.2.1 。
CIDR 的斜线表示法仍然可用。
如：60 位的前缀 12AB00000000CD3 可记为：
12AB:0000:0000:CD30:0000:0000:0000:0000/60；
或 12AB::CD30:0:0:0:0/60；
或 12AB:0:0:CD30::/60；
4.2.地址空间的分配
IPv6 将 128 位地址空间分为两大部分。
- 第一部分是可变长度的类型前缀，它定义了地址的目的；
- 第二部分是地址的其余部分，其长度也是可变的；
4.3.特殊地址
IPv6具有比IPv4更复杂的IP地址结构。 IPv6已经为特殊目的保留了几个地址和地址符号。 参见下表:
| IPv6 Address | Meaning |
|---|---|
| ：：/ 128 | Unspecified Address |
| ：：/ 0 | Default Route |
| ：：1 / 128 | Loopback Address |
- 未指明地址 ：如表所示，地址0:0:0:0:0:0:0:0/128是 16 字节的全 0 地址，不指定任何内容，称为未指定地址。 简化后，所有的0被压缩为:: / 128。
- 默认路由：在IPv4中，地址0.0.0.0与网络掩码0.0.0.0表示默认路由。 相同的概念也适用于IPv6，地址0:0:0:0:0:0:0:0，网络掩码全0表示默认路由。 应用IPv6规则后，此地址压缩为:: / 0。
- 环回地址： IPv4中的环回地址由127.0.0.1到127.255.255.255系列表示。 但在IPv6中，只有0:0:0:0:0:0:0:1/128表示环回地址。 环回地址后，可以表示为:: 1/128。
- 基于 IPv4 的地址 前缀为 0000 0000 保留一小部分地址作为与 IPv4 兼容的。
- 本地链路单播地址 ： 它仅供于在网段，或广播域中的主机相互通信使用。这类主机通常不需要外部互联网服务，仅有主机间相互通讯的需求。IPv4链路本地地址定义在169.254.0.0/16地址块。 IPv6定义在fe80::/10地址块。
前缀为 0000 0000 的地址
- 前缀为 0000 0000 是保留一小部分地址与 IPv4 兼容的，这是因为必须要考虑到在比较长的时期 IPv 4和 IPv6 将会同时存在，而有的结点不支持 IPv6。
- 因此数据报在这两类结点之间转发时，就必须进行地址的转换。
4.4.全球单播地址的等级结构
IPv6 扩展了地址的分级概念，使用以下三个等级：
(1) 全球路由选择前缀，占 48 位。
(2) 子网标识符，占16 位。
(3) 接口标识符，占 64 位。
五、从 IPv4 向 IPv6 过渡
5.1.概述
- 向 IPv6 过渡只能采用逐步演进的办法，同时，还必须使新安装的 IPv6 系统能够向后兼容。
- IPv6 系统必须能够接收和转发 IPv4 分组，并且能够为 IPv4 分组选择路由。
- Dual-stack (dual stack) refers to a prior full transition to IPv6, so that part of the host (or router) is provided with two protocol stacks, a IPv4 and a IPv6.
5.2 The use of dual stack transition from IPv4 to IPv6
5.3 Tunneling transition from IPv4 to IPv6
