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任务三 下一代IP协议17

知识点​

1. IPv6是什么​

IPv6 全称互联网协议第6版（Internet Protocol Version 6），是IP协议的下一代版本，用来解决IPv4地址枯竭的问题，工作在TCP/IP模型网际层（网络层）。

2. IPv6的特点​

  1. 地址空间巨大：地址长度128位，地址数量极多，彻底解决IPv4地址不足。
  2. 简化头部格式：固定40字节基本首部，取消部分字段，路由器处理更快，转发效率更高。
  3. 内置安全性：原生支持IPSec加密认证，网络安全更好。
  4. 支持即插即用：可自动配置IP地址，不需要DHCP服务器也能获取地址。
  5. 更好支持QoS：标签流，方便流媒体等实时业务。
  6. 支持组播、任意播，不再只有单播、广播；IPv6没有广播地址。

3. IPv6的数据包格式​

IPv6数据包 = IPv6基本首部 + 扩展首部（可选，0个或多个） + 上层数据

重点：IPv6基本首部固定40字节；扩展首部放在基本首部和传输层数据中间，按需选用。

4.IPv6的数据包头格式​

IPv6基本首部固定40字节，字段：

  1. 版本（4bit）：固定值6，代表IPv6
  2. 通信类（流量类别）：QoS服务质量标记
  3. 流标签（20bit）：标记同一业务流
  4. 有效载荷长度：后面扩展首部+上层数据总长度
  5. 下一个首部：标记后面是扩展首部还是TCP/UDP（类似IPv4协议字段）
  6. 跳限制：等价IPv4的TTL，每经过一台路由器减1，到0丢弃
  7. 源地址（128bit）
  8. 目的地址（128bit）

✔考点：IPv6基本首部没有首部校验和，校验交给上层协议，提升路由器转发速度。

5. IPv6中的地址的表示方法​

冒号十六进制表示法，​

IPv6地址一共128位，划分为8组，每组4位十六进制数，组和组之间用冒号:隔开。

完整示例：2001:0DB8:0000:0000:0008:0800:200C:417A

把8组4位十六进制全部写出来，每组前面的0不能省略。 格式：第1组:第2组:第3组:第4组:第5组:第6组:第7组:第8组 示例：2001:0DB8:0000:0000:0008:0800:200C:417A

前导零压缩法​

每一组十六进制内部最前面的0可以删掉，每组内部末尾的0不能删。 上面例子使用前导零压缩： 2001:DB8:0:0:8:800:200C:417A

  • 0DB8 → DB8（去掉前面的0）
  • 0000 → 0
  • 0008 → 8
  • 0800 → 800

双冒号法 ::）​

在整个IPv6地址里，如果有一段或多段连续全0组，可以用一对::代替。

⚠️核心必考限制：一个IPv6地址里面，双冒号::最多只能出现1次！ 接上例，连续两组0，使用双冒号压缩： 2001:DB8::8:800:200C:417A 2001:DB8:0:0:8:800:200C:417A

例子：

  • FF01:0:0:0:0:0:0:1 → FF01::1 错误写法（两个::）：2001::0DB8::1 ❌

原理：::代表一串连续的、全部为0的组；如果两处都写::，设备无法判断每处有多少个0组。

内嵌IPv4表示法（IPv4映射IPv6地址）​

当IPv6地址的最后32位存放IPv4地址时，可以前6组写十六进制，最后两组改用点分十进制的IPv4格式，方便阅读。 格式：前6组十六进制 : IPv4地址 示例：::192.168.1.1 等价完整IPv6：0000:0000:0000:0000:0000:0000:192.168.1.1

IPv6地址共128位，分为8组十六进制，4种表示方法：

  1. 一般表示法：完整写出8组4位十六进制；
  2. 前导零压缩法：每组内部开头的0可以省略；
  3. 双冒号法：连续全0的多个组，可用::代替，一个地址仅能使用一次::；
  4. 内嵌IPv4表示法：地址后32位使用点分十进制IPv4写法，用于IPv4/IPv6过渡场景。

6. IPv6的地址结构​

总长度128位，分为两大部分： 前缀（网络位） + 接口标识符（主机位）

  • 前缀：标识网络，相当于IPv4网络号
  • 接口ID：标识子网内的网卡接口，相当于IPv4主机号

7. IPv6的地址分类​

三大类（IPv6无广播地址，单选高频坑点）

  1. 单播地址：一对一通信
  2. 组播地址：一对多通信
  3. 任意播地址：一对最近通信

8. IPv6的单播地址是什么​

单播地址：一对一通信地址。一个单播地址分配给单个接口，发给该地址的数据包，送达唯一对应的接口。

9. IPv6的单播地址的分类​

  1. 全球单播地址：公网地址，可在互联网路由，相当于IPv4公网IP。前缀一般2000::/3开头。
  2. 链路本地地址：仅在当前链路（本网段）有效，不能跨路由器转发。前缀固定FE80::/10。
  3. 唯一本地地址：私有内网地址，不能在公网路由，相当于IPv4私有IP。前缀FC00::/7。

10. IPv6的组播地址是什么​

组播地址：一对多通信。数据包发送给一组属于该组播组的所有接口。

11. IPv6的组播地址的特征​

  1. 前缀固定FF开头，以FF00::/8起始
  2. 目标是一组接口，加入组播组的主机都接收报文
  3. IPv6没有广播，广播功能全部用组播实现

12. IPv6的任意播地址是什么​

任意播地址：一对最近通信。同一个地址分配给多个设备接口；发往任意播地址的数据包，路由到距离源主机最近的那个接口。

13. IPv6的任意播地址的特点​

  1. 多个接口共用同一个任意播地址
  2. 报文转发到路由距离最近的节点
  3. 一般用于服务器集群（DNS服务器）
  4. 不能分配给主机作为源地址，只能做目的地址

14. IPv4到IPv6的地址迁移（过渡技术）方案是什么​

三种主流过渡方案（简答）

  1. 双协议栈：主机/路由器同时运行IPv4和IPv6两套协议栈，能处理两种IP数据包，是基础方案。
  2. 隧道技术：把IPv6数据包封装在IPv4数据包里面，通过现有IPv4网络传输IPv6流量（6to4隧道）。
  3. 网络地址转换NAT-PT：实现IPv4和IPv6地址、协议互相转换，让IPv4主机和IPv6主机直接通信。

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