IPv6知識概述 - IPv6地址

IPv6知識概述 - IPv6地址

IPv6地址表示

根據RFC4291，IPv6地址有3中格式：首選格式，壓縮表示和內嵌IPv4地址的IPv6地址表示。

首選格式

IPv6的地址長度是128位(bit),將這128位的地址按每16位劃分爲一個段,將每個段轉換成十六進制數字,並用冒號隔開，格式如下：

x:x:x:x:x:x:x:x 	（x表示一個4位十六進制數） 

典型的例子如下所示：
2000:0000:0000:0000:0001:2345:6789:ABCD
IPv6地址每段中的前導0是可以去掉的，但是至少要保證每一段有一個數字。將不必要的前導0去掉後，上述地址可以表示爲：
2000:0:0:0:1:2345:6789:ABCD

壓縮表示

當一個或多個連續的段內各位全爲0時，爲了縮短地址長度，用::（雙冒號）表示，但是一個IPv6地址中只允許用一次，例如下列地址：
2000::1:2345:6789:abcd
FF01::101
::1
::

內嵌IPv4地址的IPv6地址表示

這是IPv4向IPv6過渡的一種特殊表示方法，在這種表示方法中，IPv6地址的第一部分使用十六進制表示，而IPv4地址部分是十進制格式：

x:x:x:x:x:x:d.d.d.d （d表示IPv4地址中的一個十進制數）

IPv6地址分類

IPv6地址整體上分爲三類：單播地址，任播地址，組播地址。
單播地址：一個單播地址對應一個接口，發往單播地址的數據包會被對應的接口接收；
任播地址：一個任播地址對應一組接口，發往任播地址的數據包會被這組接口的其中一個接收，被哪個接口接收由具體的路由協議確定；
組播地址：一個組播地址對應一組接口，發往組播地址的數據包會被這組的所有接口接收；

單播地址

單播地址只能分配給一個節點上的一個接口，即尋址到該單播地址的數據報文最終會被髮送到一個唯一的接口。單播地址可以分爲鏈路本地地址，站點本地地址，可聚合全球單播地址等。

單播地址結構

一個主機接口上的128位IPv6單筆地址一般可以被看做成一個整體來代表這臺主機，而當要表示這個主機上的接口所連接的網絡時，將這個128位IPv6單播地址分成兩部分來表示：
其中各字段的含義如下：

• Subnet Prefix：n位子網前綴，表示接口所屬的網絡。
• Interface ID：接口標識，用以區分連接在一條鏈路上的不同接口。

可聚合全球單播地址

IPv6公網地址，可聚合全球單播地址前綴的最高3位固定爲001，其結構如下圖所示：
其中各字段的含義如下：

• Global Routing Prefix：全球可路由前綴，表示了站點所得到的前綴值。全球可路由前綴是由IANA下屬的組織分配給ISP或其他機構的，前3位時001。該部分包含有嚴格的等級結構，用以區分不同地區，不同等級的機構或者ISP，便於路由聚合。
• Subnet ID：子網ID，表示全球可路由前綴所代表的站點內的子網。
• Interface ID：接口標識，用於表示鏈路上不同的接口，並具有唯一性。接口ID可以有設備隨機生成或手動配置，在以太網中還可以按EUI-64格式自動生成。

鏈路本地地址

鏈路本地地址的應用範圍受限，只能在連接到同一本地鏈路的節點之間使用。在IPv6鄰居節點之間的通信協議中廣泛使用了該地址，如鄰居發現協議，動態路由協議等。
鏈路本地地址有固定的格式，如下圖所示：
鏈路本地地址由一個特定的前綴和接口ID兩部分組成，它使用了特定的鏈路本地前綴FE80::/64，同事將接口ID添加在後面作爲地址的低64位。
當一個節點啓動IPv6協議棧時，節點的每個接口會配置一個鏈路本地地址。這種機制使得兩個連接到同一鏈路的IPv6節點不需要做任何配置就可以通信。鏈路本地地址使用固定的前綴FE80::/64，接口ID部分使用EUI-64地址。

站點本地地址

站點本地地址是另一種應用範圍受限的地址，它只能在一個站點內使用。目前已被廢棄，不再使用。

唯一本地地址

唯一本地賦值的結構如下圖所示：
其中各字段的含義如下：
1）固定前綴爲FC00::/7
2）L：表示地址的範圍，如果取值爲1，表示本地範圍，0保留
3）Global ID：全球唯一前綴，隨機方式生成
4）Subnet ID：劃分子網時使用

唯一本地地址具有以下特性：
1）具有全球唯一前綴
2）可用於構建VPN
3)具有衆所知周的前綴，邊界路由器可以很容易對其過濾
4）其地址與ISP分配的地址無關，任何人都可以隨意使用
5）一旦出現路由泄露，不會與Internet路由產生衝突，因爲其是全球唯一的
6）在應用中，上層協議將其當成全球單播地址對待，簡化上層協議

特殊地址

特殊地址主要有兩類：未指定地址和環回地址。

• 未指定地址
  全0，表示某一地址不可用，特別時在報文中的源地址爲指定時使用。未指定地址不能用於目的地址。
• 環回地址
  與IPv4的127.0.0.1功能相同，只在節點內部有效。當路由器收到目的地址是其環回地址的報文時，不能再向鏈路上轉發。

IEEE EUI-64接口ID

EUI-64接口ID時IEEE定義的一種64位的擴展唯一標識符。目前IPv6單播地址基本上都要求接口標識符爲64位。IEEE EUI-64格式的接口標識符是從接口的鏈路層地址（MAC地址）變化而來的。IPv6地址中的接口標識符是64位，而MAC地址是48位，因此需要在MAC地址的中間位置（從高位開始的第24位後）插入十六進制數FFFE（1111111111111110）。爲了確保這個從MAC地址得到的接口標識符是唯一的，還要將Universal/Local (U/L)位（從高位開始的第7位）設置爲“1”。最後得到的這組數就作爲EUI-64格式的接口標識符。如下圖所示：

組播地址

組播地址基本機構

所謂組播，是指一個源節點發送的單個數據報文能被特定的多個目的節點接收到。在IPv6網絡中，組播地址有特定的前綴FF::/8來標識，其結構如下圖所示：
其中各字段含義如下：
1）Flgs（標誌）：該段有4位，|0|R|P|T|

• Flgs的高1位爲保留位，必須設置爲0；
• T位如果爲置0表示永久分配或者是well-known組播地址，如果置1表示臨時分配動態的地址，不固定。
• P位如果置1的話表示此組播地址是一個基於單播前綴的ipv6組播地址，默認爲0，如果P位設置爲1，那麼T位必須爲1。
• R位如果置1的話表示此組播地址是一個內嵌RP地址的ipv6組播地址，默認爲0。

2）Scop（範圍）：該字段佔有4位，用來限制組播數據流在網絡中發送的範圍。

• 0 reserved
• 1 Interface-Local scope–節點本地範圍
• 2 Link-Local scope–鏈路本地範圍
• 3 reserved
• 4 Admin-Local scope-管理本地範圍
• 5 Site-Local scope–站點本地範圍
• 6 (unassigned)
• 7 (unassigned)
• 8 Organization-Local scope-組織本地範圍
• 9 (unassigned)
• A (unassigned)
• B (unassigned)
• C (unassigned)
• D (unassigned)
• E Global scope–全局範圍的
• F reserved

3）Group ID（組ID）：該字段長度爲112位，用以標識組播組。

被請求節點組播地址

在IPv6組播地址中，有一種特別的組播地址，被稱爲請求節點組播地址（Solicitted-node Address）。被請求節點組播地址時一種具有特殊用途的地址，主要用於在重複地址檢測和獲取鄰居節點的鏈路層地址時，代替IPv4中使用的廣播地址。
被請求節點組播地址由前綴FF02::1:FF00::/104和單播地址的最後24位組成，如下圖所示：
對於節點或路由器的接口上配置的每個單播和任播地址，都自動啓用一個對應的被請求節點組播地址。被請求節點組播地址使用範圍爲鏈路本地。

衆所周知的組播地址

IPv6具有一些衆所周知的組播地址，他們具有特殊的含義，如下表所示：

組播地址	範圍	含義	描述
FF01::1	節點	所有節點	在本地接口範圍的所有節點
FF01::2	節點	所有路由器	在本地接口範圍的所有路由器
FF02::1	鏈路本地	所有節點	在本地鏈路範圍的所有節點
FF02::2	鏈路本地	所有路由器	在本地鏈路範圍的所有路由器
FF02::5	鏈路本地	OSPF路由器	所有OSPF路由器組播地址
FF02::6	鏈路本地	OSPF DR路由器	所有OSPF的DR路由器組播地址
FF02::9	本地鏈路	RIP路由器	所有RIP路由器組播地址
FF02::13	本地鏈路	PIM路由器	所有PIM路由器組播地址
FF05::2	站點	所有路由器	在一個站點範圍內的所有路由器

任播地址

IPv6特有的地址類型，用於標識一組網絡接口。但是與組播地址不同，路由器會將目的地址爲任播地址的數據報文，發送給距本路由器最近的一個網絡即可。任播適合於“One-to-One-of-Many”的通信場合，接收方只要時一組接口中的任意一個即可。
任播地址從單播地址空間中進行分配，使用單播地址的格式。僅通過地址本身，節點時無法區分任播地址和單播地址的，所以，節點必須使用明確的配置而知名它是一個任播地址。目前，任播地址僅被用做目的地址，且僅分配給路由器。

接口上的IPv6地址

IPv6的一個優點就是在節點的一個接口上可以配置多個IPv6地址，包括單播地址，組播地址等。