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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。

豆包作业​