5.5.1 下一代网际协议IPv6|概述

我们一起来学习涉及到网络层的最后一块----下一代网际协议IPv6，我们已经掌握了网络互连的基本原理，在TCP/IP模型中正是有了互联网层的网际协议，才能真正实现异构网络之间的互联互通，这是建立在我们已经熟悉并掌握IPv4协议基础上开展的。这里我们一起来学习IPv4增强版本IPv6，首先我们就要理解为什么要引入IPv6，与IPv4相比IPv6又有那些新的变化的特点呢，特别是在实际的互联网建设中如何实现IPv4向IPv6的过度，这些都是我们需要考虑的。我们主要学习

1. 下一代网际协议IPv6的相关概念，包括引入的原因，协议的主要特点等
2. 对照ipv4一起人事IPv6数据报首部的格式。
3. 了解IPv6的编制方案，看IPv6带来了那些新的功能
4. 如何实现IPv4向IPv6的过度。

一、下一代网际协议概述

我们知道IPv4最早在上世纪70年代末被提出，并广泛的部署在因特网中，但是随着互联网规模以难以预料的速度不断扩大特别是近几年物联网的发展，再加上新的网络应用的层出不穷，对网络服务的需求也越来越高，IPv4自身的不足也日益凸显主要表现在

1. IPv4地址空间不够大，32bit的IP地址不够用，早已出现了IP地址紧缺的问题，我们也已经知道了一些方法技术用于解决IP地址耗尽的问题这些技术大多是通过优化早期的地址分配方案来最大程度实现地址资源的重复使用或者尽量减少地址的浪费。

2. 解决IP地址耗尽问题的措施

   1. 采用无分类编址CIDR，实现IP地址的按需分配，使IP地址分配更加合理（5.2.9 无分类编址和CIDR）
   2. 采用子网技术，在多个物理网络之间复用相同的网络地址（5.2.8 子网编址）
   3. 采用网络地址转换NAT方法支持相同的私有IP地址空间在多个内网中的重复使用，从而减少公用地址的分配，以节省全球IP地址（5.4.2 网络地址转换NAT）

   这些地址确实在一定程度上缓解了IPv4地址耗尽的进程，但它并不能从根本上解决问题。其实要想解决IPv4地址紧缺的问题更加直观有效的方法就是加大编址的长度来扩大地址空间，满足网络规模不断发展的长远需求，这也是IPv6引入的主要原因。

   4. 采用具有更大地址空间的新版本的IP协议IPv6，在IPv6中IP地址的长度由原来的32bit增大到128bit，也就是说长度增大到了原来的四倍。而地址空间的规模会扩大到什么程度呢？有人这样来形容IPv6中可以分配的地址规模“地球上有多少粒沙子，就有多少个IPv6地址。”如此庞大的地址空间足以满足网络规模的发展。

二 、IPv6所引进的主要变化

这里我们需要思考的是难道IPv6的引入仅仅就是为了解决地址问题么？当然除了扩大编址规模以外与IPv4相比，IPv6还带来了许多其他的变化。

1. 更大的地址空间。IPv6将地址从IPv4的32bit增大到了128bit。
2. 扩展了地址层次结构，整个IPv6的地址空间可以划分为更多的层次。
3. 更加灵活的首部格式。每个IPv6数据报除了包含固定长度即40个字节的基本首部以外还可以包含若干可选的扩展首部，来取代IPv4中可变长度的选项字段。（5.2.3 IP数据报（一）IP数据报的格式）由于路由器仅仅处理基本首部，对扩展首部基本上不处理，从而加快路由器处理数据报的速度。
4. 改进的选项：与IPv4相比IPv6还提供了一些新的选项来支持新的功能。
5. 允许协议继续扩充，用以适应底层网络或新应用的变化。
6. 支持即插即用（即自动配置），允许孤立网络上的主机自动的分配本地地址，允许管理员动态的为网络重新编号。
7. 支持资源的预分配，IPv6将流与资源分配关联起来，支持区分服务功能从而满足某些网络应用的服务需求。