IPv6地址详解

IPv6地址组成

IPv6地址由被划分为8个16位块的128位组成。 然后将每个块转换为由冒号符号分隔的4位十六进制数字，如：

2001:0000:3238:00E1:0063:0000:0000:FEFB

每一块多个前导的0可以省略，一个块全为0可以简写为一个0，,多个块为连续0的话可以简写为:: （地址表示中仅能有一个::）。

2001:0:3238:E1:0063::FEFB

URL中IPv6地址必须加[]

IPv6地址由单播、组播、任意播地址组成：

单播地址

在单播寻址模式下，IPv6接口(host)在网段中唯一标识。 IPv6报文包含源IP地址和目标IP地址。 主机接口配备有在该网络段中唯一的IP地址。当网络交换机或路由器接收到注定到单个主机的单播IP分组时，它发出其连接到该特定主机的输出接口。

地址的后半部分(最后64位)始终用于接口ID。 系统的MAC地址由48位组成并以十六进制表示。 MAC地址被认为是在世界范围内唯一分配的。 接口ID利用MAC地址的这种唯一性。 主机可以使用IEEE的扩展唯一标识符(EUI-64)格式自动配置其接口ID。 首先，主机将其自己的MAC地址划分为两个24位的半部分。 然后16位十六进制值0xFFFE被夹在这两个MAC地址的两半之间，产生EUI-64接口ID。

从左数起的第7位，是U位，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。

IPv6有三种不同类型的单播地址方案：

1. 可聚合全球单播（Global Unicast）

一般从运营商处申请到的IPv6地址空间为/48，三个最高有效位始终设置为001，再由自己根据需要进一步规划：

2. 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, 用于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：

附注： IPv6中的NAT

IPv6私网地址与公网地址的映射不像IPv4的NAT一样，需要多个地址映射到一个地址，IPv6地址持有将近128位可随意调配的位，鉴于地址空间的庞大，一般的企业或单位都会被分配到一个拥有很大量地址的网段，此网段拥有足够多的地址来和内网主机进行一一映射，也就是说可用于映射的IP地址pool容量巨大无比，关键是这个一一映射如何来保持，既然不想再使用非IP层的信息来保持信息，那就要用纯IP层的信息了，这样对上层影响最小。对于IPv4，经典NAT使用了五元组来保持流标识信息，而对于IPv6，则更加绝妙，它利用(而不是使用)了checksum的算法，丝毫不管这个checksum是谁的checksum，因为它根本就不改变数据包的checksum.

如，Linux下配置来回的两条映射规则：

正向规则：

ip6tables -t mangle -A POSTROUTING -s fdca:ffee:babe::/64 -o eth2 -j MAP66--src-to 2008:db8:1::/64

反向规则：

ip6tables -t mangle -A PREROUTING -d 2008:db8:1::/64 -i eth2 -j MAP66 --dst-to fdca:ffee:babe::/64

3. 链路本地IPv6 单播地址

类似于windows系统中IPv4的169.254.0.0/16地址（link-local IPv4 address）

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）。

特殊地址

组播（Multicast）

IPv6 多播（组播）地址是一组接口的标识符(典型在不同节点上)。一个接口可以属于任何数目的多播组。

组播地址最高位前8位固定为全1，也就是“FFXX::/8”

IPv6通信的核心大量的使用了组播（邻居发现协议NDP），IPv6不再使用广播。IPv6的任何节点都能够成为一个组播成员，源节点可以发送数据包到组播组，任何一个组播成员都能收到来自这个组播组的数据包。

常用组播地址

节点请求

在IPv4环境中，ARP地址解析协议利用广播将MAC请求消息发送给整个以太网链路上的所有主机，目的主机回应ARP Reply从而使发送源获得目的主机的MAC地址。

节点请求则以一种“点对点”的形式将MAC地址请求消息发送到目标主机（因为主机的请求节点组播地址如FF02::1:FFAA:4C3E在整个链路上是唯一的），所以源主机可以直接将节点请求信息发到目标主机节点请求组播地址上，节点请求组播地址是提高MAC地址解析的核心技术，那么这个目标主机的节点请求组播是如何生成的？

节点请求组播的构成如下: 该组播地址是将一个单播IPv6地址（可以是本地链路地址也可以是全球单播地址）的后24位填充到一个请求节点组播地址的124位的固定前缀FF02::1:FF中，生成一个唯一的节点请求组播地址。

如一台IPv6主机的本地链路地址为FECO:0000:0000:0000:0230:18FF:FEAA:4C3E，现在通过对这个地址的实践分析，来理解该地址所对应的节点请求组播地址的构成原理，如下图所示。首先是还原节点请求组播地址的124位固定前缀的标准格式：“FF02:0000:0000:0000:0000:0001:FF”然后取出IPv6主机的本地链路地址FECO:0000:0000:0000:0230:18FF:FEAA:4C3E中的最后24位，填充到“FF02:0000:0000:0000:0000:0001:FF”前缀中，IPv6使用十六进制表达，那么一个十六进制字符是4个二进制位，所以需要将IPv6单播地址中的最后6个字符（二进制为24位）取下填充到124位固定前缀中形成最后的地址：FF02:0000:0000:0000:0000:0001:FFAA:4C3E，最后使用“零压缩”法表示成为：FF02::1：FFAA:4C3E。

IPV6的组播地址与MAC地址的映射关系

IPv6的节点请求多播地址去替代了ARP地址解析协议的目标广播地址255.255.255.255，这只能表示IPv6的节点请求从网络层上的优化与改进，在数据链路层优化则是：

在IPv4的ARP地址解析协议中的请求消息报文的目标链路层地址为FFFF.FFFF.FFFF，那么在IPv6中节点请求消息报文的目标链路层地址是什么？在IPv4中组播的IP地址是可以映射成为数据链路层的MAC地址，在IPv6中这个概念仍然生效，IPv6的节点请求组播地址也可以映射成数据链路层地址，具体方法如下图所示组播的MAC地址是通地IPv6的组播IP地址映射而来，映射的原则是：将IPv6组播地址的后32位取出，填充到固定前缀是3333的MAC地址中来生成数据链路层地址。

在IPv4中的ARP表项也变成了IPv4中的邻居表项，如在Win10系统中通过netsh interface ipv6 show neighbors可查看设备各个接口下的邻居建立情况：

任播（Anycast）

任播技术是一种新的网络应用方式，但是目前IPv6中它的很多定义是模糊的，并且在控制路由方面尚无一致的协议标准，因此节点间任播通讯仍然无法实现。

RFC 2723将IPv6地址结构中的任播地址定义为系列网络接口标识，即属于多个节点的多个接口的共同网络标识（IPv6地址）, 其特点是：发往一个任播地址的分组（报文）将被转发到该地址标识“最近”的一个网络接口（“最近”的定义是基于路由协议中的距离度量--cost）。

单播地址是每个网络接口唯一的标识符，多个接口不能分配相同的单播地址，带有同样目的地址的数据包被发往同一个节点；另一方面，组播地址被分配给一组节点，组中所有成员拥有同样的组播地址，而带有同样地址的数据包同时发给所有成员；类似于组播地址，单一的任播地址被分配给多个节点（任播成员），但和多播机制不同的是：每次仅有一个分配任播地址的成员（“最近”的成员）与发送端通信。若任播地址相关的有三个节点，当源节点发送一个目的地址为任播地址的数据包时，数据包被发送给三个节点中的一个，而不是所有的主机。任播机制的优势在于源节点不需要了解服务节点或目前网络的情况，而可以接收特定服务，当一个节点无法工作时，带有任播地址的数据包又会在剩余节点中挑选“最近”的节点进行转发（取决于任播路由协议）。

任播技术的初衷是彻底简化在互联网中寻找合适服务器的任务（类似负载均衡、VRRP等技术， Failover），从物理主机中分离出逻辑服务标识符，任播地址可根据服务类型进行分配，使得网络服务担当一个逻辑主机的角色

任播与组播的区别： 任播是将报文转发到一组节点中的一个（仅是一个），而组播却是将 报文转发给一组节点中的所有成员。

任播地址定义：

• 使用部分已存单播地址空间（非正式）

如示例所示，Server A, B, C均申明适用任播地址2001:AD02::1, 路由器根据路由协议决定将目的为2001:AD02::1的报文发给三者中的一个（如：Cost最小的Server C）

• 为任意播定义一类特殊的地址

如定义AA00::/8或者FA00::/8作为任播地址