IPv6寻址、数据报与IPv4共存

为什么需要IPv6

IPv4地址只有32位，最多约43亿个。随着因特网的迅速发展，可分配的IPv4地址块早已耗尽。CIDR和NAT（见4.3节和4.5节）大大推迟了地址耗尽的时间，但它们都只是权宜之计。IPv6把地址长度扩展到128位：

这个数量足以为地球上的每一台设备分配大量地址。

IPv6地址的表示

IPv6地址写成8组，每组16位，用4位十六进制数表示，组与组之间用冒号隔开，例如：

2001:0db8:0000:0000:0000:ff00:0042:8329

这样写太长，因此有两条缩写规则：

1. 每组的前导0可以省略：2001:db8:0:0:0:ff00:42:8329。
2. 一串连续的全0组可以用两个冒号“::”代替：2001:db8::ff00:42:8329。“::”在一个地址中只能出现一次，否则无法确定每一处各省略了几组。

当地址中有多串连续的全0组时，推荐折叠最长的一串；长度相同时折叠第一串；单独的一个0组一般不折叠。展开时，用8减去已经写出的组数，就是“::”代表的全0组个数。

与CIDR一样，IPv6用“地址/前缀长度”表示网络前缀。最常见的子网前缀是/64：前64位是网络前缀，后64位是接口标识（interface ID）。

IPv6没有广播地址，原来需要广播的功能都改用多播实现。

IPv6数据报格式

IPv6首部的长度固定为40字节：

与IPv4相比，IPv6做了几项重要的简化：

• 不在路由器上分片。如果数据报太大，路由器把它丢弃，并向源主机发送ICMPv6“分组过大”报文；需要分片时只能由源主机完成。
• 取消首部检验和。链路层和传输层都有差错检测，路由器也就不必在每一跳重新计算检验和。
• 选项移到扩展首部中，用“下一个首部”字段串接起来。固定长度的首部让路由器处理得更快。

从IPv4过渡到IPv6

因特网上有数十亿台只支持IPv4的设备，不可能在某一天让所有设备同时切换到IPv6，因此两种协议必须长期共存。

双栈（dual stack）方法让节点同时实现IPv4和IPv6，与IPv4节点通信时使用IPv4，与IPv6节点通信时使用IPv6。

隧道（tunneling）方法用于连接被IPv4网络隔开的IPv6“孤岛”。隧道入口的双栈路由器把整个IPv6数据报作为一个IPv4数据报的数据部分，IPv4首部的目的地址是隧道出口，协议字段为41。途中的IPv4路由器只处理外层的IPv4首部，并不知道里面装着IPv6数据报。隧道出口收到后去掉IPv4首部，取出原来的IPv6数据报继续转发。