IPv6协议
IPv6（Internet Protocol version 6）是下一代互联网协议，旨在解决IPv4地址枯竭等问题，并为现代网络需求提供更高效、灵活的基础架构。以下是IPv6的核心内容介绍：
目录
1. IPv6的核心特点
2. IPv6 vs IPv4 关键区别
3. IPv6的优势
4. IPv6地址类型
IP和组播MAC的映射关系
1. IPv6的核心特点
地址空间极大扩展：128位地址长度（IPv4为32位），拥有无限大地址空间，彻底解决地址不足问题。
地址表示法：8组4位十六进制数，用冒号分隔（2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334），支持简写（如2001:db8::1）。
简写规则：1.十六进制前导零可以省略
2.连续出现多个0000的地方可以简写为::，但是一个地址中只能出现一次（如果多处省略会引发歧义）
简化的报文头结构：固定40字节基础包头，IPv6取消了IPv4报头中的选项字段（如校验和），提升路由效率。引入了多种扩展头部（Extension Headers），在提高处理效率的同时还增强了IPv6的灵活性，为IP协议提供了良好的扩展能力。
当超过一种扩展报头被用在同一个分组里时，报头必须按照下列顺序出现：
IPv6基本报头
逐跳选项扩展报头（Hop-by-Hop header）
目的选项扩展报头（Destination options header）
路由扩展报头（Routing header）
分片扩展报头（Fragment header）
授权扩展报头
封装安全有效载荷扩展报头（esp header）
目的选项扩展报头（指那些将被分组报文的最终目的地处理的选项。）（Destination options header）
上层扩展报头（Upper-layer header）
安全性：
IPv6协议本身有ESP/AH安全协议的，提供安全性，提供端到端加密与认证。
支持自动地址配置：
- 无状态地址自动配置：设备可通过路由器广播信息自动生成全球唯一地址（无需DHCP服务器），但是缺乏DNS的设置能力。
- 有状态地址自动配置：需要DHCP服务器
改进的多播与任播：
- 组播（Multicast）：替代IPv4广播，减少网络拥塞。
2. 任播（Anycast）：多个节点共享同一地址，请求路由到最近节点（如DNS根服务器）。
允许新旧协议共存:ipv6和ipv4的环境可以同时存在并使用。
2. IPv6 vs IPv4 关键区别
| 特性 | IPv4 | IPv6 |
|---|---|---|
| 地址长度 | 32位（约43亿地址） | 128位（近乎无限地址） |
| 地址配置 | 手动或DHCP | SLAAC（自动配置）或DHCPv6 |
| 安全性 | IPsec为可选扩展 | IPsec原生支持 |
| 包头结构 | 可变长度，包含校验和 | 固定包头，无校验和 |
| 广播 | 支持广播 | 取消广播，由组播替代 |
3. IPv6的优势
海量地址：可以满足物联网（IoT）、5G、智能设备爆发式增长对IP地址的需求。
高效路由：层次化地址结构（如全球路由前缀+子网+接口ID）优化路由聚合。
低延迟：简化包头减少处理开销，提升传输效率。
增强移动性：设备切换网络时无需更改IP。
更好的QoS：TC字段流标签字段支持优先级标记，适应实时应用（如视频通话）。
即插即用：无状态自动获取地址，不需要DHCP服务器。
4. IPv6地址类型
单播地址
- ::/128:未指定地址
- ::1/128:本地环回地址
- FE80::/10:链路本地地址，仅用于同链路内部通讯，由 MAC 地址使用 EUI-64 算法计算出接口标识符自动产生
- FEC0::/10:站点本地地址，类似ipv4的私有地址
- 2000::/3:全球单播地址，类似IPv4的公网地址全球为由IANA分配，可在整个Internet环境传播
EUI-64算法介绍（怎么生成地址）
1.把 MAC 地址转换为二进制表示。
2.在 MAC 地址的第三段和第四段之间插入 FFFE，也就是二进制的 11111111 11111110，使整个地址变成 8 段。
3.设置 U/L 位，把从左至右第7 位（二进制）设置为 1。
4.把地址转换回十六进制，每 4位十六进制数字合并为一段，就得到了 4段的十六进制接口标识符。
组播地址：
格式:FF00::/8
常见的组播地址
| 组播地址 | 范围 | 含义 | 描述 |
|---|---|---|---|
FF01::1 | 节点 (Node) | 所有节点 | 在本地接口范围的所有IPv6节点（设备） |
FF01::2 | 节点 (Node) | 所有路由器 | 在本地接口范围的所有IPv6路由器 |
FF02::1 | 本地链路 (Link-Local) | 所有节点 | 在本地链路范围内的所有IPv6节点 |
FF02::2 | 本地链路 (Link-Local) | 所有路由器 | 在本地链路范围内的所有IPv6路由器 |
FF02::5 | 本地链路 (Link-Local) | OSPF路由器 | 所有OSPFv3路由器（用于OSPF协议通信） |
FF02::6 | 本地链路 (Link-Local) | OSPF DR路由器 | 所有OSPFv3的指定路由器（DR） |
FF02::9 | 本地链路 (Link-Local) | RIP路由器 | 所有RIPng路由器（用于RIP协议通信） |
FF02::13 | 本地链路 (Link-Local) | PIM路由器 | 所有PIM（协议无关组播）路由器 |
FF05::2 | 站点 (Site) | 所有路由器 | 在一个站点范围内的所有IPv6路由器 |
IP和组播MAC的映射关系
IPv4 组播地址到 MAC 地址的映射
| 字段 | 规则 | 示例 |
|---|---|---|
| 前 24 位 | 固定为 01:00:5e（十六进制） | IPv4 组播地址 224.0.0.1 → MAC 地址 01:00:5e:00:00:01 |
| 第 25 位 | 固定为 0（忽略 IPv4 地址的高 4 位） | |
| 后 23 位 | 从 IPv4 组播地址的后 23 位直接复制（IPv4 地址的 28 位组播空间中取后 23 位） | - IPv4 地址 224.0.0.1（二进制 1110 0000.0000 0000.0000 0000.0000 0001）- 后 23 位为 000 0000.0000 0000.0000 0001 → 转换为 00:00:01 |
IPv6 组播地址到 MAC 地址的映射
| 字段 | 规则 | 示例 |
|---|---|---|
| 前 16 位 | 固定为 33:33（十六进制） | IPv6 被请求节点组播地址 ff02::1:ff00:1 → MAC 地址 33:33:ff:00:00:01 |
| 后 32 位 | 从 IPv6 被请求节点组播地址的后 32 位直接复制 | - IPv6 单播地址 2001:db8::1- 对应的被请求节点组播地址为 ff02::1:ff00:1- 后 32 位为 ff00:0001 → 转换为 ff:00:00:01 |
被请求节点组播地址：
地址格式：FF02::1:FF00:/104 + 单播地址的后24bit
主要用途
MAC地址解析
NS 报文:邻居请求，Type=135，一般用于解析 MAC 地址请求，建立 ND 邻居
NA 报文:邻居公告，Type=136，一般用于应答本机 MAC 地址，响应 ND 邻居建立
| 字段 | NS（Neighbor Solicitation） | NA（Neighbor Advertisement） |
|---|---|---|
| 用途 | 主动请求目标IPv6地址对应的MAC地址（类似IPv4的ARP请求） | 响应NS报文，告知请求方自己的MAC地址（类似IPv4的ARP应答） |
| 源IP | 发送方的IPv6地址（单播地址，或未配置地址时使用::） | 发送方的IPv6地址（单播地址） |
| 目的IP | 目标的被请求节点组播地址（格式ff02::1:ffXX:XXXX） | 目标的IPv6单播地址（即NS报文中的SIP） |
| 源MAC | 发送方接口的MAC地址 | 发送方接口的MAC地址 |
| 目的MAC | 目标的被请求节点组播地址映射的MAC地址（格式33:33:ffXX:XXXX） | 目标的MAC地址（直接单播回复，使用目标接口的MAC地址） |
ND 协议的功能
解析 MAC 地址：类似于 ARP 协议。
邻居不可达检测:ND 协议解析了对方 MAC 地址后，就会为该主机建立一个邻居关系，并维护该关系。
地址重复检测：防止 IPv6 地址冲突。
无状态地址自动配置：在无需 DHCP 的情况下，就能使主机自动获得全球单播地址。
路由器重定向：对数据包进行路由重定向。
任播地址:
从单播地址中分配，只能用作目的地址，通过用于一个设备到一个对象组之间的通信，没有单独的地址空间，使用单播地址的地址空间。
作用：一般用于DNS中