IPv6简介

IPv6（Internet Protocol version 6 ，网际协议第6版）是网际协议的最新版本，用作互联网的协议。用它来取代IPv4主要是为了解决IPv4地址枯竭问题，同时它也在其他方面对于IPv4有许多改进。

IPv6的设计目的是取代IPv4，然而长期以来IPv4在互联网流量中仍占据主要地位，IPv6的使用增长缓慢。

IPv6具有比IPv4大得多的编码地址空间。这是因为IPv6采用128位的地址，而IPv4使用的是32位。因此新增的地址空间支持2128（约3.4×1038）个地址，具体数量为340,282,366,920,938,463,463,374,607,431,768,211,456 个，也可以说成1632个，因为每4位地址（128位分为32段，每段4位）可以取24=16个不同的值。就以地球人口70亿人计算，每人平均可分得约4.86×1028（486117667×1020）个IPv6地址。

IPv6格式

IPv6二进位制下为128位长度，以16位为一组，每组以冒号“:”隔开，可以分为8组，每组以4位十六进制方式表示。例如：2001:0db8:86a3:08d3:1319:8a2e:0370:7344 是一个合法的IPv6地址。类似于IPv4的点分十进制，同样也存在点分十六进制的写法，将8组16位十六进制地址的冒号去除后，每位以点号“.”分组，例如：2001:0db8:85a3:08d3:1319:8a2e:0370:7344则记为2.0.0.1.0.d.b.8.8.5.a.3.0.8.d.3.1.3.1.9.8.a.2.e.0.3.7.0.7.3.4.4，其倒序写法用于ip6.arpa子域名记录IPv6地址与域名的映射。

同时IPv6在某些条件下可以省略：

1. 每项数字前导的0可以省略，省略后前导数字仍是0则继续，例如下组IPv6是等价的。

   2001:0db8:02de:0000:0000:0000:0000:0e13

   2001:db8:2de:0000:0000:0000:0000:e13

   2001:db8:2de:000:000:000:000:e13

   2001:db8:2de:00:00:00:00:e13

   2001:db8:2de:0:0:0:0:e13

2. 可以用双冒号“::”表示一组或多组连续的0，但只能出现一次：

   如果四组数字都是零，可以被省略。遵照以上省略规则，下面这组IPv6都是相等的。

   2001:0db8:0000:0000:0000:0000:1428:57ab

   2001:0db8::1428:57ab

   2001**::25de::**cade 是非法的，因为双冒号出现了两次。它有可能是以下几种情形之一，造成无法推断。

   2001:0000:0000:0000:0000:25de:0000:cade

   2001:0000:0000:0000:25de:0000:0000:cade

   2001:0000:0000:25de:0000:0000:0000:cade

   2001:0000:25de:0000:0000:0000:0000:cade

3. 如果地址实际上是IPv4的地址，后32位可以用10进制数表示；因此::ffff:192.168.89.9 相等于::ffff:c0a8:5909。 ::ffff:1.2.3.4 格式叫做IPv4映射地址。

IPv4位址可以很容易的转化为IPv6格式。举例来说，如果IPv4的一个地址为135.75.43.52（十六进制为0x874B2B34），它可以被转化为0000:0000:0000:0000:0000:FFFF:874B:2B34 或者::FFFF:874B:2B34。同时，还可以使用混合符号（IPv4-compatible address），则地址可以为::ffff:135.75.43.52。

4. 由于同一个非全局地址可能在同一范围的多个区域中使用（如，在两条独立的物理链路中使用链路本地地址 fe80::1），而且一个节点可能连接到同一范围的不同区域的接口（如，一个路由器通常有多个接口连接到不同的链路）。IPv6新增了区域ID（Zone ID）加以区分，或称作用域ID（Scope ID）。作用域ID仅用于本地链接，使用百分号追加在地址后面。其内容特定于操作系统，例如Windows使用数字 fe80::2%3 ，Linux使用网卡名字 fe80::2%eth0 。在URI中使用时，百分号需要进行编码，例如 fe80::a%en1 应显示为 http://[fe80::a%25en1] 。

IPv6地址的分类

IPv6 地址有几种不同的分类，根据它们的用途和范围可以分为以下几类：

单播地址（Unicast）

用于单一发送者和单一接收者之间的通信，IPv6中的单播地址类型包括：

1. 全局单播地址（Global Unicast Address, GUA）：

   • 结构：通常包含以下几个部分：

     • 全局路由前缀：通常由一个互联网服务提供商（ISP）分配，用于在全球范围内唯一标识网络。

     • 子网标识：用于组织内部区分不同的子网。

     • 接口标识（Interface ID）：用于唯一标识子网内的单个设备，可通过将MAC地址分成两半，在中间插入FFFE，并反转MAC地址的第7位（通常称为“U/L位”）来生成；为了防止MAC地址的隐私泄露，也可以使用随机数来生成接口ID；也可管理员可以为设备手动分配。

   • 特点：全局单播地址类似于IPv4中的公网地址，可以用于互联网上的端到端通信。

   • 用途：连接到互联网的设备使用全局单播地址。

2. 链路本地单播地址（Link-Local Address, LLA）：

   • 结构：链路本地地址以FE80::/10为前缀，后面是从MAC地址生成或随机生成的64位接口ID。

   • 特点：链路本地地址仅在单个链路（例如局域网）内有效，不可跨链路路由。

   • 用途：用于链路层的网络活动，如自动地址配置、邻居发现或当没有路由到全局地址时的本地通信。

3. 唯一本地地址（Unique Local Address, ULA）：

   • 结构：唯一本地地址以FC00::/7为前缀，但实际使用中通常使用FD00::/8，后面跟随一个40位的随机生成的全局ID和一个16位的子网ID，以及64位的接口ID。

   • 特点：在本地或组织内部是唯一的，但不是全球可路由的，类似于IPv4的私有地址（10.0.0.0/8、172.16.0.0/12 和 192.168.0.0/16）。

   • 用途：用于组织内部网络通信，适用于不需要与外界通信的局域网环境。这些地址用于组织内部或私有网络，不应该直接路由到全球互联网。

4. 特定单播地址：

   • 例如文档用地址（2001:DB8::/32），用于文档和示例中，不应在公共网络中使用。

   • 环回地址（::1/128），用于设备自身内部通信测试。

   • fe80::/10，用于自动私有IP地址配置，这些地址只在区域连线中是合法的，这有点类似于IPv4中的 169.254.0.0/16。

多播地址（Multicast）

IPv6 多播地址用于一对多通信，即一个发送者向多个接收者发送数据。多播地址标识一组监听特定多播流的接口。在IPv6中，多播替代了IPv4中的广播概念，因为IPv6不支持网络广播。多播地址的范围从 FF00::/8 到 FFFF::/8。

IPv6 多播地址的结构如下：

1. 前缀：每个IPv6多播地址以 FF 开头（在二进制中为 11111111）。

2. 标志（Flags）：接着是4位标志字段，其中第一位目前保留为0，第二位（T）定义了地址的临时性质（0为永久，1为临时），第三位（P）和第四位（R）目前未使用并保留为0。

3. 范围（Scope）：紧随标志字段之后的是4位的范围字段，用于指定多播地址的有效范围，比如链路本地、站点本地、组织本地或全局范围。

4. 组ID（Group ID）：最后是112位的组ID，它标识特定的多播组。组ID可以是随机分配的，也可以是根据特定规则分配的。

IPv6 多播地址的常见范围值包括：

• 0x2：链路本地范围，多播仅在同一物理网络中有效。

• 0x5：站点本地范围，多播在单个站点或组织内有效。

• 0x8：组织本地范围，多播在指定的组织内有效。

• 0xE：全球范围，多播在整个IPv6互联网中有效。

IPv6 多播地址的一些特殊用途和示例包括：

• FF02::1：所有节点的地址，用于向链路上的所有设备发送多播消息。

• FF02::2：所有路由器的地址，用于向链路上的所有路由器发送多播消息。

• FF05::2：所有站点内路由器的地址，用于站点内的路由器间多播。

多播地址在许多网络协议和应用中使用，如邻居发现（Neighbor Discovery, ND）、路由器广告（Router Advertisement, RA）、动态主机配置协议（DHCPv6）以及其他需要一对多通信的场景。

因为多播可以有效地将数据发送给多个目的地，而不需要单独发送给每个接收者，所以它是网络中流量分发的高效方式。它在流媒体、在线游戏、实时通讯等领域中非常有用。IPv6的多播能力为现代网络通信提供了极大的灵活性和效率。

任播地址（Anycast）

IPv6 任播地址（Anycast Address）是一种特殊类型的通信方式，用于一对一中最近的一个（通常是最近的一个接收者）。IPv6 的任播地址在概念上与多播相似，但在实际使用上有所不同。任播地址可以由网络中的多个节点共享，当数据发送到任播地址时，网络将数据路由到距离发送者最近的那个节点。

IPv6任播地址的特点和用途：

1. 地址共享：任播地址可以分配给网络中的多个接口，这些接口通常属于不同的节点。

2. 路由优化：数据包发送到任播地址时，路由器将它们路由到最近的（通常是拓扑上或距离上最近的）接收节点。这是通过最短路径优先的路由协议来实现的。

3. 用途：任播常用于负载均衡和冗余，比如在多个服务器上提供相同的服务时。客户端可以使用单个任播地址来访问服务，而无需知道具体的服务器地址。

IPv6任播地址的配置和识别：

在IPv6中，并没有专门的任播地址范围。任意的单播地址都可以被当作任播地址来使用。关键在于这个单播地址是如何在网络中被配置和路由的。要配置任播服务，网络管理员需要在多个设备上配置相同的IPv6单播地址，并在路由器中适当地配置路由协议，以确保任播的工作原理得以实现。

例如，如果多个DNS服务器在不同的地理位置上配置了相同的IPv6地址，并且在网络中宣告了这个地址，那么当客户端尝试解析一个域名时，它发送的查询将被路由到最近的DNS服务器。

IPv6任播的工作原理依赖于路由协议的能力来确定最近的节点。通常，路由器使用诸如OSPF（开放最短路径优先）、IS-IS（中间系统到中间系统）或BGP（边界网关协议）等协议来确定最佳路径。

总结来说，IPv6任播地址是一种有效的网络资源和服务定位机制，它能够提高服务的可用性和负载均衡能力，对于提高网络效率和性能非常有帮助。

Window 配置IPv6

在Windows 通过网络和共享中心来同时配置IPv6的全局单播地址（GUA）实现外部网络访问和唯一本地地址（ULA）实现内部网络访问。

以下是配置步骤：

1. 打开控制面板，然后点击网络和共享中心。

2. 点击左侧的更改适配器设置。

3. 找到你想要配置的网络连接（例如，以太网或本地连接），然后右键点击选择属性。

4. 在网络连接属性窗口中，找到并双击Internet 协议版本 6 (TCP/IPv6)。

5. 在弹出的Internet 协议版本 6 (TCP/IPv6) 属性窗口中，选择使用以下IPv6地址，然后输入你的全局单播地址和子网前缀长度，全局单播地址通过互联网服务提供商（ISP）获取。

6. 在默认网关中输入IPv6网关地址。

7. 如果需要配置DNS，可以在使用以下DNS服务器地址部分输入首选和备用的IPv6 DNS服务器地址。

8. 点击高级按钮，这时可以添加更多的IPv6地址。在IP地址选项卡中，点击添加来输入你的唯一本地地址（ULA）和相应的子网前缀长度。

9. 点击确定保存配置。

Linux 配置IPv6

Linux 想要在系统重启之后保持IPv6配置，需要编辑网络配置文件，这取决于你使用的是哪种网络管理服务。

对于 NetworkManager

编辑 /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-<interface-name> 文件，其中 <interface-name> 是你的网络接口名称，比如 ifcfg-eth0。

添加或修改以下行，以包含你的IPv6配置：

[IPV6]
IPV6INIT=yes
IPV6_AUTOCONF=no
IPV6_DEFROUTE=yes
IPV6_FAILURE_FATAL=no
IPV6ADDR=2001:db8::2/64
IPV6ADDR_SECONDARIES=fd00:db8::2/64
IPV6_DEFAULTGW=2001:db8::1

• IPV6ADDR 是主 IPv6 地址，通常是全局单播地址，后面应该跟上子网前缀长度。

• IPV6ADDR_SECONDARIES 是次要 IPv6 地址列表，可以是一个或多个地址，每个地址后面也需要指定子网前缀长度。这里可以设置唯一本地地址（ULA）。

重启 NetworkManager 服务来应用更改：

sudo systemctl restart NetworkManager

对于 systemd-networkd

创建或编辑 /etc/systemd/network/10-eth0.network 文件（这里的 10-eth0.network 应该匹配你的网络接口）。

添加以下部分来配置IPv6地址和默认网关：

[Match]
Name=eth0
​
[Network]
Address=2001:db8::2/64
Address=fd00::2/64
Gateway=2001:db8::1
DNS=2001:db8::53

重启 systemd-networkd 服务来应用更改：

sudo systemctl restart systemd-networkd

请根据Linux发行版和网络管理服务选择合适的方法。如果不确定使用哪种服务，可以查阅发行版的文档或使用systemctl来检查哪个服务是活跃的。记得在配置IPv6地址时，替换示例中的地址为自己的IPv6地址。