【25软考网工】第五章 （3）IPv6 报文格式、地址分类、过渡技术

一、IPv6报文格式

1. IPv6的改进与报文格式

1）IPv6的改进

寻址能力方面的扩展: IPv6地址增加到128位，支持多级地址层次；地址自动配置功能简化了网络地址管理；增加的任意播地址比IPv4的广播地址更实用。IPv6地址容量是IPv4地址容量的2^96倍。2^32-->2^128【数量更多】 分组头格式得到简化: IPv6头中字段数量从12个降到8个，简化路由器的处理过程，提高路由选择效率。MTU发现机制使中间路由器不分段，进一步简化路由处理。【效率高】 改进分组头部选项的支持: IPv6把扩展头作为任选项处理，可以方便地定义新的扩展功能。 提供流标记能力: IPv6增加了流标记，可按发送端要求对某些分组进行特别处理，提供特别的服务质量支持。 集成IPSec: IPv6集成IPSec(ESP和AH)，支持加密、认证等功能，提高安全性。【更安全】

2）IPv6的报文格式（报头8个字段）

版本号: 4位，IPv6的版本号为0110。 通信类型/流量等级: 8位，用于区分不同的IP分组，与IPv4的服务类型字段类似。 流标签: 20位，标识某些需要特别处理的分组，IPv4没有此字段。 负载长度: 16位，表示除IPv6固定头部40字节外的数据部分（拓展报头）长度。 下一个头部: 8位，指示IPv6封装的具体内容，可能是扩展头或高层协议（如TCP、UDP）。 跳数限制: 8位，防止数据无限转发，最大值255，类似于IPv4的TTL。 源IP地址/目标IP地址: 128位，接收节点的地址。 扩展头: 可变，算到负载长度中，不包含在头部40字节内，这是与IPv4的不同之处。

3）注意

IPv4和IPv6头部长度对比：

• IPv4:20B~60B
• IPv6:40B （拓展头部算在数据部分）

IPv6头部固定为40字节，比IPv4的基本头部（20字节）长，但考虑到IPv4头部可扩展至60字节，因此IPv6头部不一定比IPv4头部长。IPv6头部字段简化至8个，比IPv4的12个字段更少，处理更高效。

题型: 可能出现选择题，

• “IPv6的头部比IPv4的头部要长”是否正确？需理解IPv6和IPv4头部的构成和长度差异。
• “IPv6的头部比IPv4的头部要更复杂”这一结论错误，IPv4头部有12个字段，但是IPv6头部只有8个字段。

2. IPv6扩展报头

1）逐跳选项（Hop-by-Hop Options Header） 下一头部编号：0 定义: 逐跳选项是由沿途各个路由器处理的扩展报头。 特点: 严格路径，路由器必须按照报头中指定的路径进行转发。 示例: 如从A到B，必须经过C、D、E，则路由器会严格按照这个路径进行转发。 2）路由选择头（Routing Header） 下一头部编号：43 定义: 路由选择头给出了一个路由器的地址列表，类似于IPv4的松散源路由和路由记录。 特点: 宽松路径，只需经过指定的节点，其他路径可以自由选择。 对比逐跳选项: 逐跳选项是严格路径，而路由选择头是宽松路径。 3）TCP与UDP上层封装 TCP: 下一头部编号为6，对应传输层的TCP协议。 UDP: 下一头部编号为17，对应传输层的UDP协议。 意义: 标识了IPv6报文封装的上层协议类型。 4）分段头（Fragment Header） 下一头部编号：44 定义: 分段头用于处理IPv6数据报的分片问题。 注意点:

• IPv6在中间网络不分片，但在源头可能分片。
• 例如，从A到B传输数据，中间有两台路由器，MTU分别为1500、1000、800，最终查到的最小MTU为800字节，但数据有1000字节，则需在源头进行最大800分片。

5）目标选项（Destination Options） 下一头部编号：60 定义: 目标选项中的信息由目标节点进行处理。 作用: 允许目标节点对报文进行特定的处理或检查。 6）ESP（Encapsulating Security Payload） 下一头部编号：50 定义：安全封装载荷，跟ipsec类似 7）AH（Authentication Header） 下一头部编号：51 定义：认证头，跟ipsec类似

3. IPv6相关协议

1）IPv6路由协议

RIPng: IPv6的RIP协议版本。 OSPFv3: IPv6的OSPF协议版本。 BGP4+: 支持IPv6的BGP协议版本。 对比IPv4:

• IPv4中的路由协议包括RIPv1、RIPv2、OSPFv2、BGP4等。
• IPv6中对应的路由协议为RIPng、OSPFv3、BGP4+等。

2）IPv6地址自动配置

有状态自动配置（给全部的信息） 定义: 通过DHCPv6直接为终端分配前缀、接口ID、网关和DNS等信息。 特点: 终端无需自行生成地址，全部信息由DHCPv6服务器提供。 无状态自动配置（给部分信息） 定义: 路由器提供接口前缀，终端结合自己的MAC地址生成EUI-64地址。 过程:

• 路由器给出网络前缀（如2002::/64）。
• 终端结合自己的MAC地址，通过特定规则（如第七位取反，插入FFFE）生成64位的主机地址。
• 最终组合成完整的IPv6地址。

举例: 如MAC地址为3C-52-82-49-7E-9D，通过将第七比特取反、插入FFFF，最后生成的EUI-64地址为3E-52-82-FF-FE-49-7E-9D，结合网络前缀2002::/64，最终IPv6地址为2002:3E52:82FF:FE49:7E9D::/128。

3）ICMPv6协议

定义: ICMPv6是IPv6中的重要协议，用于实现邻居发现等功能，替代IPv4中的ARP协议。 功能:

• 用于查找对方的MAC地址，类似于IPv4中的ARP功能。
• :如路径MTU发现、重定向等。

对比IPv4:

• IPv4中使用ARP协议进行地址解析和邻居发现。
• IPv6中则使用ICMPv6协议实现相同功能。

4. 应用案例

1）例题:IPv6基本首部长度及TTL字段对应

IPv6基本首部长度: IPv6的基本首部长度为40个字节，这是固定的，不能变化。虽然IPv6可以扩展头部，但扩展头部不算在基本首部长度内，而是算在负载或数据部分。

TTL字段对应: 在IPv6中，与IPv4中的TTL字段对应的是跳数限制（Hop Limit）字段。

答案：（54）B , (55)C

2）例题:IPv6和IPv4报文头区别

头部长度: IPv4的头部是变长的，而IPv6的头部是定长的，为40个字节。

校验和字段: IPv4中有校验和字段，而IPv6中没有校验和字段。这是IPv6与IPv4报文头的一个重要区别。

TTL与Hop Limit: IPv6中的Hop Limit字段作用类似于IPv4中的TTL字段，都用于限制数据包在网络中的存活时间或跳数。

Traffic Class与TOS: IPv6中的Traffic Class字段作用类似于IPv4中的TOS字段，都用于实现服务质量的区分。

答案：B

3）例题:IPv6报头字段功能对应

无对应功能的字段: 在IPv6报头中，Flow Label字段在IPv4报头中没有对应功能。这是IPv6新增的一个字段，用于实现更精细的流量管理。

其他字段对应: Payload Length类似于IPv4中的总长度字段（但IPv6的Payload Length不包含报头），Traffic Class类似于IPv4中的TOS字段，Hop Limit类似于IPv4中的TTL字段。

答案：D

4）例题:IPv6下一头部字段值

下一头部字段: 在IPv6首部中，有一个“下一头部”字段，用于指示下一个头部的类型。

无扩展头部时的值: 如果IPv6分组没有扩展头部，则其“下一头部”字段中的值为TCP或UDP，因为此时直接封装的是传输层的协议数据。

答案：A

5）例题:IPv6扩展头部功能及位置

松散源路由功能: 在IPv6中，用于表示松散源路由功能的扩展头是路由选择头部（Routing Header）。

第一个扩展头部: 如果有多个扩展头部，第一个扩展头部为逐跳选项头部（Hop-by-Hop Options Header），因为其编号最小（0）。

答案：(54)B , (55)A

6）例题:IPv6逐跳选项

逐跳选项首部: 在IPv6中，逐跳选项首部（Hop-by-Hop Options Header）是每个中间路由器都需要处理的。这意味着沿途的各个路由器都会检查并处理这些信息，确保数据包按照规定的路径或要求进行传输。

答案：A

5.知识小结

二、IPv6地址分类

1. IPv6地址基础

地址长度：IPv6地址长度为128位，采用冒号分隔的十六进制数表示，共分为8组，每组16位。 16位二进制-->4组4位二进制-->4组16进制 书写规则：

• 每个字段前面的0可以省略，如0123可简写为123
• 一个或多个全0字段可用双冒号"::"代替
• 有效0位（中间或末尾的0）不可省略
• 双冒号只能出现一次

示例：

• 完整地址：8000:0000:0000:0000:0123:4567:89AB:CDEF
• 简化后：8000::123:4567:89AB:CDEF
• IPv4兼容地址：::192.168.10.1

2. IPv6地址书写举例

合法写法：

• 12AB:0000:0000:CD30:0000:0000:0000:0000/60(无简写）
• 12AB:0:0:CD30::/60或12AB::CD30:0:0:0:0（简写）

非法简写：

• 12AB:0:0:CD3/60（省略了有效0位）
• 12AB:CD3/60（无法恢复原始8组格式）

注意点：

• 简写必须能准确恢复原始地址
• 双冒号使用需谨慎，只能出现一次

3. IPv6地址分类(单播、组播、任意播）

1）单播地址

可聚合全球单播地址：

• 全球有效，类似IPv4公网地址
• 前缀：001（助记："1聚"）

链路本地地址：

• 用于同一链路相邻节点通信
• 前缀：1111111010（FE80::/10）
• 可结合MAC地址自动生成（EUI-64）

站点本地地址：

• 类似IPv4私网地址
• 前缀：11111110（FEC0::/10）

助记："1聚2链3站"

2）组播地址

特点：

• IPv6无广播地址，广播功能由组播替代
• 前缀：11111111（FF00::/8）

注意：

• 组播=多播（不同翻译）
• 只能作为目标地址

3）任意播地址

特点：

• 表示一组接口标识符，通常是路由选择最近的接口

限制：

• 不能作为源地址，只能作为目的地址
• 不能指定给IPv6主机，只能配置给路由器

4. 特殊地址对比IPv4 vs IPv6

表示方法：

• IPv4：点分十进制
• IPv6：冒号十六进制（支持0压缩）

分类方式：

• IPv4：A/B/C/D/E类
• IPv6：无分类

关键地址对比：

• 组播：224.0.0.0/4 vs 8FF00::/8
• 回环：127.0.0.1vs::1
• 公网地址：公共地址vs可聚合全球单播地址FP=001
• 私有地址：10.0.0.0/8、172.16.0.0/12、192.168.0.0/16 vsFEC0::/48
• 默认地址：0.0.0.0vs不确定地址::
• 自动配置IP：自动专用IP地址169.254.0.0/16vs链路本地地址FE80::/48
• 隧道地址：无 vs2002::/16（6to4隧道地址，IPv4向IPv6过渡可能用到）

5. 应用案例

1）例题:IPv6论述判断(网规2015年11月第40题)

选项分析：

• A：IPv6首部比IPv4更简单（错误）
• B：IPv6无广播地址，有多播（组播）地址（错误）
• C：IPv6地址128位（正确）
• D：主机可配多个IPv6地址（错误）

答案：C

考点：IPv6基本特性

2）例题:IPv6地址说法判断(网规2021年11月第54题)

选项分析：

• A：正确描述
• B：双冒号只能使用一次（错误）
• C：正确描述
• D：开头0可省略（正确）

答案：B

3）例题:IPv6配置地址前缀(网规2016年11月第17题)

解题关键：

• 链路本地地址后64位由MAC地址生成（EUI-64）

答案：B

记忆点：FE80::/64+MAC地址

4）例题:6to4地址样本(网工2021年5月第31题)

识别特征：6to4地址以2002::/16开头

答案：C

关联知识：过渡技术特殊地址

5）例题:IPv6组播地址前缀(网工2023年5月第32题)

关键记忆：组播地址前缀=八个1=FFFFFF

答案：A

转换技巧：二进制111111111111111111111111=十六进制FFFFFF

6）例题:IPv6回环地址

对比记忆：

• IPv4：127.0.0.1
• IPv6：::1

考点：特殊地址对应关系

6.知识小结

三、过渡技术

1. IPv4到IPv6过渡技术

1）双栈技术（主流） 定义：同时运行IPv4和IPv6 协议栈，是当前主流过渡方案。实际项目中90%-95%采用此技术。 特点：设备同时支持两种协议，访问时优先选择IPv6，若终端仅支持IPv4则自动回退。 2）隧道技术 定义：解决IPv6节点通过IPv4骨干网通信的问题。 典型应用场景：早期高校IPv6实验网互联，通过在IPv4网络中建立隧道实现IPv6网络互通。随着运营商骨干网全面支持IPv6，该技术使用频率降低。 3）翻译技术 定义：实现纯IPv6与纯IPv4节点间的协议转换 核心：NAT-PT（网络地址转换-协议转换）。类比语言翻译场景，如同中英文交流需要翻译人员居中协调。

4）例题:协议翻译技术作用

考点：协议翻译技术的核心应用场景

分析：题干明确"混合网络中的协议翻译"，对应纯IPv4与纯IPv6设备间的通信需求

易错点：注意区分隧道技术（IPv6节点间通信）与翻译技术的适用场景

答案：C（纯IPv4主机和纯IPv6主机之间的通信）

5）例题:过渡期间采用的技术

第27题要点：IPv6主机间通过IPv4网络通信属于典型隧道技术应用场景

第28题要点：纯协议栈设备间的互通必须采用协议翻译技术

技术对比：双栈适用于共存环境，隧道解决IPv6孤岛互联，翻译实现异构协议转换

参考答案：(27)B (28)D

2.知识小结