IPv6地址

IPv6地址介绍

简介

IPv6最大的优势就在于其地址数量远大于IPv4协议5，IPv6协议将IPv6的地址长度增至128bit，分成8个部分，每个部分为16bit。地址的表达通常有3类。6

1. 首选IPv6地址表示：8个由冒号隔开的16位字段，每个字段由4个十六进制数构成，比如AA22:BB11:1122:CDEF:1234:AA99:7654:7410。
2. 压缩形式压：缩形式将多个具有0值的连续片段替换成双冒号(:)，并且该双冒号只在IPv6地址中出现一次，否则无法判断每个压缩包中有几个完全0的分组。
3. 混合形式：混合形式是将IPv4地址与IPv6地址合并而成的新地址。在RFC2373中定义了3种IPv6地址类型：单播地址、组播地址和住播地址。而单播地址又分为了3种地址：链路-本地地址、站点-本地地址和全局IPv6单播地址。

IPv6地址表示

IPv6的128位地址通常写成8组，每组为四个十六进制数的形式。比如：AD80:0000:0000:0000:ABAA:0000:00C2:0002 是一个合法的IPv6地址。这个地址比较长，看起来不方便也不易于书写。零压缩法可以用来缩减其长度。如果几个连续段位的值都是0，那么这些0就可以简单的以::来表示，上述地址就可写成AD80::ABAA:0000:00C2:0002。这里要注意的是只能简化连续的段位的0，其前后的0都要保留，比如AD80的最后的这个0，不能被简化。还有这个只能用一次，在上例中的ABAA后面的0000就不能再次简化。当然也可以在ABAA后面使用::，这样的话前面的12个0就不能压缩了。这个限制的目的是为了能准确还原被压缩的0，不然就无法确定每个::代表了多少个0。例如，下面是一些合法的IPv6地址1：

CDCD:910A:2222:5498:8475:1111:3900:2020

1030::C9B4:FF12:48AA:1A2B

2000:0:0:0:0:0:0:1

同时前导的零可以省略，因此2001:0DB8:02de::0e13等价于2001:DB8:2de::e13。

一个IPv6地址可以将一个IPv4地址内嵌进去，并且写成IPv6形式和平常习惯的IPv4形式的混合体。IPv6有两种内嵌IPv4的方式：IPv4映像地址和IPv4兼容地址。

IPv4映像地址

比如::ffff:192.168.89.9，是0000:0000:0000:0000:0000:ffff:c0a8:5909的简化写法。IPv4映像地址布局如下：| 80bits |16 | 32bits |等价于0000···0000 | FFFF | IPv4 address |。

IPv4兼容地址

比如::192.168.89.9是0000:0000:0000:0000:0000:0000:c0a8:5909的简化写法。IPv4兼容地址布局如下：| 80bits |16 | 32bits |等价于0000···0000 | 0000 | IPv4 address |。

需要注意的是，IPv4兼容地址已经被舍弃了，所以今后的设备和程序中可能不会支持这种地址格式。

IPv6寻址模式

IPv6寻址模式分为三种，即单播地址、组播地址和泛播地址。下面依次介绍这三种寻址方式。

单播地址

单播地址又叫单目地址，就是传统的点对点通信，单播表示一个单接口的标识符。IPv6单播地址的类型又分：全球单播地址、链路本地地址和站点本地地址。

全球单播地址相当于IPv4的公网地址，这类地址由供应商提供，或由交换局提供。地址的前3位格式前缀，用于区分其他地址类型，TLA ID表示顶级聚合体，NLA ID表示下级聚合体，这两个都是运营商管理的路由，SLA ID表示节点级聚合体是本地站点管理的16位子网ID，8位的Res字节段是以备将来TLA或NLA扩充之用的为保留位。64位接口ID是用于识别SLA网络中某个接口的唯一性。

13位 8位 24位 16位 64位

001 TLAID RES NLA ID SLAID INTERFACEID

可聚集全球单点传送地址结构

链路本地单播地址是处于可聚集全球单播地址外的，只限于直连链路，是单网络链路上给的主机编号，作用是进行链路上主机的通信。当配置一个单播IPv6地址的时候，接口上会自动配置一个链路本地单播地址。格式为：1111111010（前10 bit为这个定值，换成16进制为FE80）00000......00000（接着这54 bit为0），剩下的64 bit为接口地址。网络中路由器对具有链路本地地址的包是不处理的，即路由器不支持链路本地地址的通信。

10位 54位 64位

1111111010 0000000:0000000 INTERFACEID

链路本地单播地址结构

站点本地单播地址用于对特定范围的通信也可说成是规定站点内的通信，不能与站点外地址通信，也不能直接连接到全球Internet。类似于IPv4的企业专用地址Intranet，站点本地单播地址格式为：1111111011（ 前10bit为这个定值，换成16进制为FEC0）00000......00000（接着这38 bit为0）后16bit为子网标识符，剩下的64bit为接口地址。2

10位 38位 16位 64位

1111111011 0000000:0000000 子网标识符 INTERFACEID

站点本地单播地址结构

组播地址

又称为多点传送地址或者多播，即一组接口的标识符，只要存在合适的多点传输的路由拓扑就可将设有多播地址的包传输到这个地址识别的那组接口。

8位 4位 4位 112位

11111111 FALGS SCOPE GROUPID

IPv6多播地址格式

多播地址开始的前8位标识一般都是1111 1111。旗标（Flags）由4位组成：前面3位为保留位，初始设置为0，后1位为T， 当T=0， 旗标指出的多播地址是Internet Assigned Numbers Authority（IANA）配置的永久分配（知名）的多播地址，当T=1旗标指出的多播地址是一个非永久分配（临时）的多播地址。领域（Scope）字节段为4位，是用来识别多播传输的IPv6网络范围。

路由器根据多播传输领域来判断多播数据包的转发。例如， 使用多播地址FF02::2的通讯具有链路本地作用域。IPv6路由器永远不会将此通讯转发到本地链路以外。多播地址的群组识别码（Group ID）占112位，它是用于识别多点传输群组，即最多可识别 个群组ID。不过因为传统方法是从MAC地址产生，故只有组群识别码中的最低32位可以使用。

泛播地址

又称之为任意点传送地址，它也是一个标识符可以识别多重接口的情况，只要有合适的路由拓扑，即可以将设有任意传播地址的数据包传给位址识别的最近的单一接口。最近的接口是指最短的路由距离。任意点传送地址空间可以认为是从单点传送地址空间中划分出来的，它可以是表示单点传送地址的任何形式。它与单点传送地址间结构上是没有差别的。任意点传送地址仅分配给路由器。子网-路由任意点传送地址是必须预先定义的，根据给定接口的子网前缀产生，要构建一个子网路由任意点地址必须固定子网前缀的位数，余下位数必须设定为0。

N位 128-n位

SubnetFrefix 000···000

任意点传送地址结构

IPv6地址分配策略

为了防止IP地址的浪费，IPv6的地址空间管理是按规定的等级结构在全球范围内分配的，即按IANA-区域注册机构RIR-国家注册机构NIR-ISP/本地注册机构LIR-最终用户或ISP的层次结构进行地址分配。

IPv6地址分配有两种策略：第一种是主机分配策略，在该策略下，上层注册机构将地址划分给下层注册机构进行分配与管理；另一种是指派策略，在该策略下，注册机构直接将地址分配给用户使用。

IPv6本地链路地址

IPv6本地链路地址，类似于IPv4中APIPA（Automatic Private IP Addressing，自动专用IP寻址）所定义的地址169.254.0.0/16。首先说明一下IPv4中APIPA（AutomaticPrivate IP Addressing，自动专用IP寻址）地址会在什么样的情况下产生和使用。比如：在企业网络中配置了DHCP服务器，为企业网络中的客户机提供IP地址分配，如果某天DHCP服务器故障，无法为企业网络中的客户机提供IP地址分配，此时客户主机会产生一个APIPA地址。该地址在一个子网内范围内可以保证主机之间的通信，但是APIPA地址是不可以完成路由通信。而IPv6本地链路地址的作用在于发现邻居节点和在无状态自动配置中链路本地上节点之间的通信。并且只能在连接到同一本地链路的节点之间通讯，不能跨路由器进行通讯和路由转发，具体如何理解IPv6的本地链路地址，首先要理解IPv6所定义的链路、站点、与全局的意义。IPv6的链路相当于企业网络中连接在一个二层交换机的主机链路，更明确的一种说法是链路处于同一个广播域，如果从IPv4的角度来理解可以理解成IPv6的链路就是在同一子网内的主机。所以IPv6的本地链路地址，只能在IPv6的本地链路中使用，如链路A与链路B中的IPv6主机使用本地链路地址在各自的链路上通信，但是不可以使用本地链路地址完成链路A与链路B之间的通信，这与IPv4中的APIPA（Automatic Private IP Addressing，自动专用IP寻址地址）类似3。

统计数据

依据基础电信企业数据，截至2022年2月，我国IPv6活跃用户数达6.441亿，IPv6地址拥有量占比全球排名第一，占比17.34%（不含港澳台），网站应用IPv6支持率很高，尤其是中央部委、省级政府门户网站（88.5%），中央企业门户网站（84.62%），中央重点新闻媒体网站（100%），金融央企门户网站（95.96%）等。IPv6流量增长速度显著加快，应用成效日益明显，IPv6将成为支撑信息基础设施的基础。5

截至2023年3月2日，第51次《中国互联网络发展状况统计报告》显示：中国IPv6地址数量达67369块/32，较2021年12月增长6.8%4。