TCP/IP V6 浅识
挖来的帖子是2006年的，有点老，O(∩_∩)O~~当作知识积累吧！原文有些图片已经失效，特此说明！
水平有限，若有疏漏，还请海涵。。。
什么是Tcp/Ip V6？Tcp/Ip V6就是Tcp/Ip 版本6。:)//
其实这个名词没啥特别的，Tcp/Ip V6就是对现在大家用的Tcp/Ip V4协议的升级。那么为什么要升级Tcp/IpV4呢？最简单的回答就是：僧多粥少了，Tcp/IpV4已经不够用了，于是乎就出来这么一个新的Tcp/Ip协议。这个协议干什么用的？就是应付Tcp/Ip V4地址不够分配而产生的。
IPv4表示方法是点分10进制
先解释一个概念，为什么Tcp/Ip V4不够用了？
首先讲一个定义，Tcp/Ip V4地址定义的IP地址是32位的，那么这个Tcp/Ip V4尽可能最大分配的地址是2的32次方个地址。先看下Tcp/Ip V4地址的分配情况：
Tcp/Ip V4地址一共分为ABCDE5类，范围分别是（掩码为默认情况）：
A类：1.0.0.0－126.255.255.255 （8）
B类：128.0.0.0－191.255.255.255 （16）
C类：192.0.0.0－223.255.255.255 （24）
D类：224.0.0.0－239.255.255.255
E类：240.0.0.0－254.255.255.255
其中，ABC是用在我们的Internet上的，D类用于组播通信，E类用于科研。实际上我们使用的只能是ABC这3类。但是ABC这3类的Tcp/IpV4地址在现在并不能给每一个上网的计算机分配一个合法的Tcp/Ip V4地址，所以，为了让更多的人上网，就出现这么一个东西：NAT地址转换。原理是：一个局域网使用私网地址，通过网关的共网地址，使用NAT，把内网的请求转换为共网的IP，然后访问，数据回送时，先通过网关，再转回到内网。
付：所有的私网IP（掩码为默认情况）：
A类：10.0.0.0－10.255.255.255（8）
B类：172.16.0.0－172.31.255.255（16）
C类：192.168.0.0－192.168.255.255（24）
使用NAT地址转换的缺点：
1．加密的数据包无法进过转换。
2．为了适应NAT转换，应用程序的复杂性大大提升。
总之，NAT地址转换只是延长Tcp/Ip V4共网地址空间使用寿命的权宜之计。
PS：在这里说一下几个基本概念。
1．为什么说Tcp/Ip V4地址是32位的？
首先，计算机是一个电器设备，那么注定的计算机只能识别0和1，我们所使用的类似192.168.0.1这样的IP地址用2进制表示为：
11000000.10101000.00000000.00000001
这样一共是32个数字，所以是32位。
小知识：怎么从10进制换算2进制：
首先我们要知道，2的N次方是换算的基础。先给一组标准数：
128 6432168421
这些都是2的N次方，128前面还可以加上2的9次方等等。
咱们先算192的2进制，首先192大于128，那么192是可以被128减的，那么在128上标示为1，192－128＝64，那么64－64刚好减完，所以在64上标示为1，其他数字全是零，然后，我们可以得到，192对应的二进制是11000000。
再例如，算110的二进制，首先110不可以被128减，所以，128标示为0。
那么110可以被64减，那么在64上标示为1，减得46
而46可以被32减，那么在32上标示为1，减得为14
14不能被16减，所以16标示为0
而14能被8减，那么8上标示为1
减得6，6可以被4减，得2，4上标示为1
而2不能被4减，所以4上标示为0
然后2可以被2减，2标示为1
最后得1标示为0。那么110得二进制为：011011010
会了吧，那么，对于一个2进制怎么换算10进制？首先还是那排标准数
128 6432168421
假如现在算10110011这个二进制，那么我们开始对应标准数每位乘起来再相加
1*128+0*64+1*32+1*49+0*8+0*4+0*2+0*1＝179
会算了吧，这个比短除法简单多了吧。嘿嘿。
2．192.168.0.0－192.168.255.255（24）后面括号里得24是什么意思？
其实类似192.168.0.1/24这样得写法。24标示掩码中二进制1的个数。
例如（8）
掩码就是
11111111.00000000.00000000.00000000
根据上面的方法，换算成10进制就是255.0.0.0
比如（24）
掩码就是
11111111.11111111.11111111.00000000
换算成十进制就是255.255.255.0
明白？？？
上面说完了，Tcp/Ip V4是32位的，那么Tcp/Ip V6是多少位的呢？Tcp/Ip V6被定义为成128位了，那么他有多少个IP地址呢？一共是2的128次方个。
换算下来一共是：340282366920938463463374607431768211456个地址。
这么多地址有多少呢？实际上来讲，这么打的地址池可以给地球表面每平方米分配6.64×10的23次方个地址。
怎么来的呢？
首先地球陆地面积是197299019×2.59×10的6次方平方米
Tcp/Ip V6地址有3.4×10的38次方个。
一除，正好是约6.64×10的23次方个地址
IPv6表示方法是冒号分16进制
那么，这么大的地址是不是会让人迷失的，其实Tcp/Ip V6地址是由2部分组成的。
64位的子网标识符＋64位的接口标识符。
一个典型的Tcp/Ip V6地址类似这样：
21DA:00D3:0000:2F3B:02AA:00FF:FE28:9C5A
这是一个可集聚全球单播地址，说白就是类似Tcp/Ip V4的共网地址。
这个地址中，21DA:00D3:0000:2F3B是子网标示符，而后面的:02AA:00FF:FE28:9C5A是接口标识符。
那么Tcp/Ip V6地址怎么划分的：
分配 前缀格式 占总空间比例
保留 0000 0000 1/256
为网络服务接入点分配保留（NSAP） 0000 001 1/256
可集聚全球单播地址 001 1/8
链路本地单播地址 1111 1110 10 1/1024
站点本地单播地址 1111 1110 11 1/1024
多播地址 1111 1111 1/256
以上是目前分配的Tcp/Ip V6地址，其他没有写出来的都是未分配的，已经划分的地址占总Tcp/Ip V6地址池的12.7％
Ps：以上前缀格式都是2进制的，一个Tcp/Ip V6地址标示成二进制为
0000000000000000：0000000000000000：0000000000000000：0000000000000000：0000000000000000：0000000000000000：0000000000000000：0000000000000000
前缀格式是说从第一端最左边开始的数字。
先概述一下这些地址吧：
可集聚全球单播地址：
简称全球地址，可集聚全球单播地址对应的是Tcp/Ip V4的公共地址。
例如：
21DA:00D3:0000:2F3B:02AA:00FF:FE28:9C5A
链路本地单播地址与站点本地单播地址：
链路本地单播地址用于同一链路上的邻接点之间和邻接点发现过程。
它其实类似Tcp/Ip V4的私有地址：如169.254.0.0/16
例如：
FE80:5EFE: 0000:0000:0228:00FF:FE43:9A52
站点本地单播地址用于同一机构中的节点之间的通信。
它类似Tcp/Ip V4的私网地址（注意，上面是私有地址，这个是私有地址）：如
A类：10.0.0.0－10.255.255.255（8）
B类：172.16.0.0－172.31.255.255（16）
C类：192.168.0.0－192.168.255.255（24）
例如：
FEC0:5EFE: 0000:0000:0228:00FF:FE43:9A52
和上面的区别在于最前面，一个是FE80一个是FEC0
PS：什么是私有地址
引用一段windows服务器中文站风间子的文章的一段
原文在：http://www.winsvr.org/info/info.php?sessid=&;infoid=14
当DHCP客户端计算机处于以下三种情况之一时，触发DHCPDISCOVER广播消息：
当TCP/IP协议作为DHCP客户端（自动获取IP地址）进行初始化（DHCP客户端启动计算机、启用网络适配器或者连接到网络时）；
DHCP客户端请求某个IP地址被DHCP服务器拒绝，通常发生在已获得租约的DHCP客户端连接到不同的网络中；
DHCP客户端释放已有租约并请求新的租约。
此时，DHCP客户端发起DHCPDISCOVER广播消息，向所有DHCP服务器获取IP地址租约。此时由于DHCP客户端没有IP地址，因此在数据包中，使用0.0.0.0作为源IP地址，然后广播地址255.255.255.255作为目的地址。在此请求数据包中同样会包含客户端的MAC地址和计算机名，以便DHCP服务器进行区分。
如果没有DHCP服务器答复DHCP客户端的请求，DHCP客户端在等待1秒后会再次发送DHCPDISCOVER广播消息。除了第一个DHCPDISCOVER广播消息外，DHCP客户端还会发出三个DHCPDISCOVER广播消息，等待时延分别为9秒、13秒和16秒加上一个长度为0～1000毫秒之间的随机时延。如果仍然无法联系DHCP服务器，则认为自动获取IP地址失败，默认情况下将随机使用APIPA（自动专有IP地址，169.254.0.0/16）中定义的未被其他客户使用的IP地址，子网掩码为255.255.0.0，但是不会配置默认网关和其他TCP/IP选项，因此只能和同子网的使用APIPA地址的客户端计算机进行通讯。
简单来说，就是对于一个网卡，你即没有DHCP给他分配地址，也没有手工指定地址，它就会用169.254.0.0/16这个私有地址端暂时自己分配一个地址。
多播地址：主要是用在广播的，在Tcp/Ip V6里，没有了组播地址，没有了广播地址，代替他们的是多播地址。
例如：
FF01:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0001（节点本地范围所有的多播地址）
还有用于路由公告的
FF01:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0002（节点本地范围所有路由器的多播地址）
此外还定义了几个特殊地址
0000：0000：0000：0000：0000：0000：0000：0000
这个是未指定地址。就是Tcp/Ip V4的0.0.0.0，用于DHCP请求前的。
还有
0000：0000：0000：0000：0000：0000：0000：0001
这个就是回环地址，就是Tcp/Ip V4的127.0.0.1
还有一些兼容地址，是为了保证Tcp/Ip V4到Tcp/Ip V6的过渡，这个以后讨论。
PS：关于Tcp/Ip V6地址的简写
这么长的地址写起来肯定麻烦，那么我们可以压缩零位来写。
比如0000：0000：0000：0000：0000：0000：0000：0001回环地址。
压缩零位就是：：1
例如
FF01:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0001
压缩零位就是
FF01::1
但是这样的压缩是不允许的
例如
FF01:0000:0000:1111:0000:0000:0000:0001
不能压缩为FF01::1111::1
只能是FF01::1111: 0:0:0:1
还有，类似
FF01:0010:0101:1111:0000:0100:0000:0001
不能压缩为
FF01: 1:11:1111:: 1
只能压缩为
FF01: 10:101:1111:: 1
压缩法则：
不能把一个位端的有效0压缩了。
一．多播Tcp/Ip V6地址
在一个Tcp/Ip V6的网络中，任意一个Tcp/Ip V6节点都可以监听多播通信流。这与Tcp/Ip V4的运行方式基本一样。在任意Tcp/Ip V6节点可以同时监听多个多播地址。
下图描述了一个典型的多播地址结构：
http://www.lengo.cn/other/ipv6/3/1.jpg
在上图中，有以下几个元素
标记：这个是表示在多播地址上设置的表记。他有2个值。
当为1时，表示当前的多播地址是有IANA分配的一个永久分配的多播地址。
当为2时，表示当前的多播地址时一个临时的多播地址。
范围：这个表示这个多播信息是发给哪个范围的。目前已经定义了下面几项：
0 保留
1 节点本地范围
2 链路本地范围
5 站点本地范围
8 机构本地范围
E 全球范围
F 保留
例如：FF02::3的多播具有链路本地范围，但是Tcp/Ip V6的路由器不会对这个包进行转发。
组ID：这个字段在当前范围内是唯一的，用来标示多播组。从FF01::到FF0F::的多播地址是保留的专用地址。
有以下几个特殊地址：
关于所有节点的：
FF01::1节点本地范围所有的节点多播地址
FF02::1链路本地范围所有的节点多播地址
关于所有路由器的：
FF01::2节点本地范围所有的路由器多播地址
FF02::2链路本地范围所有的路由器多播地址
FF05::2站点本地范围所有的路由器多播地址
注意：Tcp/Ip V6的多播地址 FF02::1 代替了所有的Tcp/Ip V4的广播地址！
由于上图组ID太过于广泛，所以RFC 2373建议使用这个多播地址：
在上图的范围后从组ID里划分出一个80位全0的元素，再后面紧跟32位的组ID，这个32位的组ID映射到一个唯一个以太网多播MAC地址。
二．泛播地址
在Tcp/Ip V6中，一个泛播地址被分配给多个接口。到现在位置，泛播地址仅仅用作目标地址，并只分配给路由器。一个给定的目标单播地址是否也是一个泛播地址是无法确定的。
例如：
3FFE:29:D005:6178:2AA:FF:FE89:6B9A 这是一个泛播地址。
其中主机路由在分配了48位的前缀3FFE:29:D005::/48的机构的路由结构中广播。
泛播地址比较简单，因为到目前为止还没定义完全泛播地址的作用域，所以我也只能描述这么多了。
三．主机的Tcp/Ip V6地址
主机的Tcp/Ip V6地址比较好理解，在Tcp/Ip V4中，每一个网卡都会分配一个或多个Tcp/Ip V4地址。在Tcp/Ip V6中，一个网卡也会分配多个Tcp/Ip V6地址。比如说：
一个网卡分配了下面几个地址：
1． 回环地址：：1
2． 每个接口的链路本地地址 （Tcp/Ip V4的私有地址）FE80：：
3． 全球可集聚单播地址（Tcp/Ip V4的公网地址）2XXX：XXX：：
上面三个地址是必须存在的。
当然，一个处在LAN中的网卡会监听来自以下地址的信息：
1． FF01::1节点本地范围所有的节点多播地址
2． FF02::1链路本地范围所有的节点多播地址
3． 每个单播地址的请求
4． 同组（也就是同LAN）的多播地址。
四．路由器的Tcp/Ip V6地址
一个处在Tcp/Ip V6网络中的路由器上的接口具有以下的单播地址。
1． 每个接口的链路本地地址
2． 每个接口的附加单播地址
3． 回环地址
当然，为了路由发现，他们还必须具备下面的泛播地址。
1．每个子网的子网－路由器泛播地址
2．附加的泛播地址（这个我没学清楚是怎么回事）
但是光发送可不行，必须要有监听地址
1．FF01::1节点本地范围所有的节点多播地址
2．FF02::1链路本地范围所有的节点多播地址
3．FF01::2节点本地范围所有的路由器多播地址
4．FF02::2链路本地范围所有的路由器多播地址
5．FF05::2站点本地范围所有的路由器多播地址
6．每个单播地址的请求节点地址
7．同组的多播地址
对于一个在网络上的路由器，上面的地址可以保证路由器从学习到转发的实现过程。
五．Tcp/Ip V6定义的MAC地址
这个也叫接口标识符。
回忆一下可集聚全球单播地址的抽象图
http://www.lengo.cn/other/ipv6/3/3.jpg
后面有一个64位的接口ID，这个接口ID是有固定长度的。是64位，这个固定64位的地址可以和现在现有的48位MAC所兼容，也就是说，为了和48位的地址进行映射。
首先我们回忆一下现在用的MAC地址，也叫IEEE802地址，也叫链路层地址，也叫物理地址，也叫网卡地址。。。。。。。晕。。
查看方法，在运行里输入cmd
然后输入IPCONFIG /all后得到这张图：
http://www.lengo.cn/other/ipv6/3/2.jpg
画红色的就是MAC地址。这个是一个48位的地址。
为什么说是48位呢？因为把这个地址写成2进制，正好有48个数字。
复习一下这个地址的格式。
首先前24为是IEEE分配给网卡制造商的，当网卡制造商拿到这个地址后，就可以自由分配后面的24位地址了。
其中，第一字节中的数字标示的是单播地址或者广播地址。1就是广播地址，0就是单播地址。
准确说，MAC地址一共有2的48次方个这么多，但有一部分保留，可能不到这个数字。
说白了，这个地址也会和IPv4的地址一样枯竭的。
在Tcp/Ip V6中，IEEE定义了新的接口地址，叫IEEE EUI-64地址。
在这个规范中，接口ID被扩展到64位。
前24位是IEEE分配给网卡制造商的，网卡制造商可以生产40位的接口ID。
如何从一个48位的地址映射成64位的地址呢？
IEEE规定，在原先48位地址的中间，加入一个FF-FE构成一个映射地址。
例如
00-00-8E-3A-6B-1C这个48位的地址，在进行映射的时候，在IEEE管理的地方和网卡制造商管理的地方加入FF-FE变成
00-00-8E-FF-FE-3A-6B-1C
构成一个IEEE EUI－64地址。
我们在上面说了，可聚集全球单播地址后面的64位接口ID就是根据这个来的。比如一个网卡地址是00-00-8E-FF-FE-3A-6B-1C，那么对应的全球可聚集单播地址就是
21DA:00D3:0000:2F3B：0000:8EFF:FE3A:6B1C
OK，到此，我已经把所有的Tcp/Ip V6地址都讲述完了，现在我简单的总结一下。用IPv4和IPv6对比
IPv4 IPv6
Internet类 无
组播地址(224.0.0.0/4) 多播地址(FF00::/8)
广播地址 无
0.0.0.0未指定 ::
回环地址127.0.0.1 ::1
公共地址 可聚集全球单播地址
私网地址（192.168.0.0/16等） 站点本地地址(FEC0::/48)
私有地址（169.256.0.0/16） 链路本地地址(FE80::/64)
一、典型的分层数据报结构
对于一个分层通信模型来说，上层数据传递给下层时，每经过一层，就会对上层传来的数据包进行封装各层的报头，举个例子：
http://www.lengo.cn/other/ipv6/4/1.jpg
上图描述了一个典型的IPv6数据包结构，位于前面的是40字节的IPv6报头，后面的扩展报头加上上层数据构成了整个数据包的有效载荷。其中：
IPv6报头总是固定存在，长度固定为40字节。
扩展报头在整个IPv6数据包中可以包含多个或者单个或者没有，注意一下：IPv6报头中的下一个报头字段指向第一个扩展报头，每一个扩展报头都含有下一个扩展报头的指针，最后一个扩展报头指向上层数据单元。
上层数据描述了从通信模型上层传下来的数据，可以是TCP数据，也可以是UDP、ICMP数据。
另外，一般来说，IPv6的有效载荷为65535个字节，当一个IPv6的有效载荷大于整个数值，它就称为超大包，也是可以发送的。
二、IPv4报头
在学习IPv6报头格式前，我们先复习一下IPv4的报头格式，用于对比IPv6的报头格式。
http://www.lengo.cn/other/ipv6/4/2.jpg
上图描述了一个典型的IP v4的报头格式。现在我将简要的作下介绍。
版本：标示了这个报头的版本号，因为是Tcp/Ip v4，所以这个字段应该是4。这个字段长度4位。
报头长度：全称Internet报头长度，也是4位，用于标示整个Ip V4报头的长度。只是报头长度。
服务类型：这个字段8位，用于标示IP v4这个数据包在网络中传输时想要得到的服务，包括优先级、延迟、吞吐量、可靠性和代价等。
总长度：标示了整个数据包的长度，即报头＋有效载荷。其中不包括链路层的帧。长度16位，所以他最大能传输2的16次方字节的数据包。65535个字节。
标示：当数据包经过网络时被拆分成小的包，这个字节起到排序序列号的作用，对端接受到所有的被拆开的数据包时，可以根据这个字段进行重组。这个字段16位。
片段偏移量：标示向对于原始的IP v4有效载荷起始位置的相对位置。13位长度。
生存时间：即TTL值，当数据包经过一个路由器时，这个值会减一，也可以在路由器上定义每次减的数值，当这个值被减到0时，路由器会丢掉这个包，并返回ICMP的信息，这个主要防止数据包在路由环路里打转转。8位长度。
协议：用于标示上层协议。如TCP、UDP。8位长度。
报头校验和：注意，这个校验和不是校验整个数据包的信息，只是校验报头信息，因为在上层数据包内，都有自己的校验和，所以这个校验和只校验IP v4报头的信息，这个信息每经过一个路由器都会重新计算，如果出错，则丢弃。16位长度。
源地址：32位长度，即发送主机的IP地址
目标地址：同上，只是接受机的IP地址
选项：扩展选项，有时候用来填充整个报头为4字节块的倍数。
三、IPv6报头
IPv6 报头去掉了IPv4 报头很少使用甚至不用的字段。一下是一个IP v6的报头格式。
http://www.lengo.cn/other/ipv6/4/3.jpg
版本：规定了本报头的版本号，这次为6。长度4位。
通信流类别：标示本数据包的类或者优先级，累死IP v4的服务类型字段。长度8位。
流标签：标示这个数据包属于源节点和目标节点之间的一个特定序列。这个字段需要IP v6的路由器进行特殊处理，对于默认的路由器处理，这个字段为0，但目的地址与源地址有多个源时，这个值会不同。长度为20位。
有效载荷长度：有效载荷长度包括扩展报头和上层PDU。如果长度大于65535，这个值为0。长度为16位。
下一个报头：标示第一个扩展报头的类型或者上层PDU的协议。长度为8位。
跳限制：同TTL值，当值被减之0时，路由器会丢掉本包。并范围ICMP信息。
源地址：IP v6的发送端地址，长度128位。
目标地址：同上。
附表：下一个报头字段的值
http://www.lengo.cn/other/ipv6/4/4.jpg
四、IPv6 MTU
整个IPv6协议要求的MTU最小值位1280字节（MTU为链路层的数据包大小），对于那些不支持这种长度的MTU。IPv6必须提供一个透明的链路层的拆分与重组方案。而对于支持这个长度的MTU，RFC2460建议他们使用1500这个值。
IPv6提供了一个对于这种不规范帧的解决方案，即路径MTU发现过程。这个过程允许传输长度大于1280字节的IPv6数据包。
付：常用的LAN和WAN技术的MTU（IP v6）
http://www.lengo.cn/other/ipv6/4/5.jpg
五、上层校验和
对于Ipv4的TCP、UDP和ICMP实现方案中，将一个即有源字段，又有目标字段的伪报头加进了他们的校验和计算中。IP v6对这个进行了改进，产生了新的IPv6伪报头，使得新的TCP、UDP和ICMP必须使用这个伪报头。 哎，这东西太复杂了，搞不懂啊
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