IPv6概述
IPv6产生背景
IPv4目前已广泛部署，经过多年的发展，已经非常成熟，得到了所有设备厂商的支持，但也有一些不足之处：
- 地址空间不足
- 由于互联几何数的增长，IPv4地址已经耗尽，IPv4可以提供2的32次方个地址，由于协议设计之初又有许多部分地址不能被公网分配使用（私网地址、D类地址、E类地址等），同时全球IPv4地址分配不均，美国占用大多数。
- 互联网骨干路由器的路由器路由表非常庞大
- 因IPv4发展初期缺乏合理的地址规划，造成地址分配不连续，导致目前互联网骨干路由器BGP路由表非常庞大，影响数据包的转发效率。
IPv6（Internet Protocol Version 6）是网络层协议的第二代标准协议，也被称为IPng（IP Next Generation），它是Internet工程任务组（IETF）设计的一套规范，是IPv4 [RFC 791]的升级版本。
IPv6的优势
- 地址空间巨大
- 层次化的路由设计
IPv6报文格式
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|Version| Traffic Class | Flow Label |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Payload Length | Next Header | Hop Limit |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| |
+ +
| |
+ Source Address +
| |
+ +
| |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| |
+ +
| |
+ Destination Address +
| |
+ +
| |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Extension Headers |
+ ... ... +
IPv6基本头：
Internet Protocol Version 6, Src: fe80::224:acff:fe0e:d568, Dst: fd01:200b:1300:3::1
0110 .... = Version: 6
.... 0000 0000 .... .... .... .... .... = Traffic Class: 0x00 (DSCP: CS0, ECN: Not-ECT)
.... 0000 0000 0000 0000 0000 = Flow Label: 0x00000
Payload Length: 56
Next Header: ICMPv6 (58)
Hop Limit: 64
Source Address: fe80::224:acff:fe0e:d568
Destination Address: fd01:200b:1300:3::1
| 字段 | 长度 | 字段说明 |
|---|---|---|
| Version | 4bit | 和IPv4一样，占用4个bit，IPv4是0100，IPv6是0110。 |
| Traffic Class | 1B | IPv4中DSCP（Tos）字段，用来给数据包打上一个优先级，或设备识别数据包优先级。使用了6bit，预留2个bit，总共可以表示64中种优先级。 |
| Flow Label | 20bit | 用于标识同一个数据流，此字段为IPv6新增字段，目前该字段还在试用中。 |
| Payload Length | 2B | 数据包的有效载荷，指的是IPv6基本头后面的长度，包含扩展头部分。该字段和IPv4不同的是，IPv4中的length包含IP头（20B）的长度（MTU），IPv6 payload length不包含IPv6基本头。 |
| Next Header | 1B | 指的是上层使用的是什么协议，相当于IPv4中protocol字段，而且与IPv4的协议字段使用相同的协议值，udp 6，tcp 17。 |
| Hop Limit | 1B | IPv4中ttl字段，使用三层防环，最大值为255。 |
| Source Address | 16B | 源地址，128bit（16B），必须是单播地址。 |
| Destination Address | 16B | 目的地址，128bit（16B），可以是单播或组播地址。 |
与IPv4报头比较
IPv4中包含13个字段，在IPv6中 把IP报文头的长度（IHL）、标识（id）、flags、offset（偏移）、校验和（checksum）、options字段给取消了，因为IPv6基本头是40B，所以把IHL字段去除，分片功能由IPv6扩展头来实现，所以去除了标识、flags、offset字段。1.数据链路层会对数据包进行FCS校验 2.传输层会对数据包进行checksum 3.ttl在一条都会改变，路由器要进行繁琐的校验和的重新计算，影响数据包的转发效率，所以IPv6将checksum也取消了。
IPv6的扩展头
IPv6扩展头是可选报头，跟在IPv6基本头之后，将IPv4中的可选项分离出来后，大大提高了中间节点对数据包的转发效率，每个IP数据包都有0个或多个扩展头。
RFC 2460 定义了6个IPv6扩展头：逐跳选项报头、目的选项报头、路由选择报头、分段报头、认证报头、封装安全静载报头。
路由选择报头：
报头格式：
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| next header | Hdr Ext Len | routing type=0 | segment left |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| reserved |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| |
+ Address[1] +
| |
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| |
+ Address[2] +
| |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| |
+ …………………… +
| |
| 字段 | 字段说明 |
|---|---|
| next header | 作用等同于基本头中next header |
| Hdr Ext Len | 表示扩展头的长度，该长度以8Byte为单位 |
| routing type | 目前只定义了类型0，表示经过的中间路由器地址字段不为空 |
| segment left | 数据包经过中间IPv6节点的数量 |
作用：扩展头包含 数据包 去往目的节点 中间所经过的节点的信息（IPv6地址），类似于IPv4 options里的宽松源路由。
使用路由选择扩展头时，初始状态源端主机发出的数据包目的地址并非实际的最终目的地址，而是中间的需要经过的第一个中间节点IPv6地址，其segment left等于需要经过节点的数量，中间其它路由器忽略路由扩展头，数据包到达第一个指定的路由器（IPv6 地址为Address[1]）后才处理路由扩展头，数据包的目的地址替换为指定经过的第二台路由器（IPv6 地址为Address[2]），segment left值减1，以此类推，数据包到达最后的目的地址。segment left址段字段为0表示此目的地址 为最终的目的地址。路由选择扩展头广泛用于SRv6。
参考文档：
https://support.huawei.com/hedex/hdx.do?docid=EDOC1000105967&id=ZH-CN_CONCEPT_0254009201