IPv4與IPv6

IPv4報文格式

欄位	長度	含義
版本 Version	4位元	IP協議的版本號，分為IPv4和IPv6協議。
首部長度 （IHL） Header Length	4位元	IPv4的首部長度。首部長度佔4位，單位為4位元組，可表示最小值5、最大值15，即5*32=160bit=20Byte，15*32bit=480bit=60Byte
區分服務欄位 (TOS欄位) DS Field	8位元	用來獲得更好的服務。只有在使用區分服務時，這個欄位才起作用。由3bit優先權欄位、4bitTOS欄位、1bit未用位組成
總長度 Total Length	16位元	指IP報文首部和資料部分之和的長度。
標識 Identification	16位元	IPv4軟體在儲存器中維持一個計數器，每產生一個資料包，計數器就加1，並將此值賦給標識欄位。
分段標誌 Fragment Flags	3位元	目前只有兩位有意義。最低位為1表示後面“還有分片”的資料包，為0表示這已經是最後一個資料片；中間一位為1表示“不能分片”，為0才允許分片。
片位移 Fragment Offset	13位元	指出較長的分組在分片後，該片在原分組中的相對位置。
生存時間TTL（Time To Live）	8位元	表示資料包在網路中的壽命，功能是“跳數限制”。
協議 Protocol	8位元	指出此資料包攜帶的資料是使用何種協議。
首部檢驗和 Header Checksum	16位元	資料包每經過一個裝置，裝置都要重新計算一下首部檢驗和，若首部未發生變化，則此結果必為0，於是就保留這個資料包。這個欄位只檢驗資料包的首部，但不包括資料部分。
源地址 Source IP	32位元	報文傳送方的IPv4地址。
目的地址 Destination IP	32位元	報文接收方的IPv4地址。
選項欄位	0～40位元組（長度可變）	用來支援排錯、測量以及安全等措施。在必要的時候插入值為0的填充位元組。
資料部分	可變	用來填充報文。

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IPv6

IPv4問題與改進

• 網路地址短缺：IPv4為32為，只能提供43億個地址

IPv6128

• 路由速度慢：隨著網路規模擴大，路由表越來越大，路由處理速度越來越慢，IPv4頭部多大13個欄位

IPv6只有8個欄位

• 缺乏安全功能：IPv4沒有加密、認證等機制

IPv6整合IPSec

• 不支援新的業務模式：IPv4沒有擴充套件欄位

IPv6支援多報頭巢狀

• IPv6只能由源發節點進行分段，中間路由器不能分段，目的是簡化路由處理

IPv6報文格式

共40個位元組，8個欄位：

1. 版本（4位）：用0110只是IPv6
2. 通訊型別（8位）：用於區分不同的IP分組，相當於IPv4中服務型別欄位（實際不用）
3. 流標記（20位）：標識某些需要特別處理的分組（實際不用）
4. 負載長度（16位）：表示除了IPv6固定頭部40個位元組之外的負載長度，擴充套件頭包含在負載長度之中
5. 下一跳頭部（8位）：指明下一個頭部型別，可能是IPv6擴充套件頭部或高層協議的頭部
6. 跳數限制（8位）：用於檢測路由迴圈，類似TTL
7. 源地址（128位）：傳送節點的地址
8. 目標地址（128位）：接收節點的地址

IPv6擴充套件頭部：

	頭部名稱	解釋
0	逐條選項 (hop-by-hop option)	由沿途各個路由器處理
60	目標選項 (Destination option)	選項中的資訊由目標節點檢查處理
43	路由選擇 (routing)	給出一個路由器地址列表組成，類似於IPv4的鬆散路由和路由記錄
51	認證 (AH, Authentication）	由接收者進行身份認證
50	封裝安全負荷 (ESP, Encrypted security payload)	對分組內容進行加密的有關資訊

IPv6地址格式

• IPv6地址擴充套件到128位
• 地址採用冒號分隔的十六進位制數表示
• 例如：8000:0000:0000:0000:0123:4567:89AB:CDEF
  • 每個欄位前面的0可以剩去，例如0123可以簡寫為123
  • 一個或多個全0欄位，可以用1對冒號 "::" 代替

以上地址可簡寫為 8000::123:4567:89AB:CDEF

• IPv4相容地址可以寫為::192.168.10.1
• 有效0為不可以簡寫，雙冒號只能出現一次

IPv6地址分類

單播地址

• 不確定地址：地址 0:0:0:0:0:0:0:0 稱為不確定地址，不能分配給任何節點
• 環回地址：地址 0:0:0:0:0:0:0:1 稱為環回地址
• 可聚合全球單播地址：這種地址在全球範圍內有效，相當於IPv4的公網地址（字首為001）
• 鏈路本地地址：用於同一鏈路的相鄰節點間的通訊（字首為1111 1110 10）結合MAC地址自動生成
• 站點本地地址：相當於IPv4中的私網地址（字首為1111 1110 11）

任意播地址

• 表示一組介面的識別符號，通常是路由距離最近的介面
• 任意播地址不能用作源地址，只能作為目標地址
• 任意播地址不能指定給IPv6主機，只能指定給IPv6路由器

組播地址

• 表示一組介面的地址
• 發往組播地址的分組被傳送給該地址表示的所有介面
• IPv6中沒有廣播地址，它的功能已被組播地址所代替
• IPv6組播地址的格式字首為 1111 1111

IPv4與IPv6地址對比

IPv4與IPv6地址比較

IPv4地址	IPv6地址
點分十進位制表示	帶冒號的十六進位制表示，0可以壓縮
分為A,B,C,D,E 5類	不分類
組播地址 224.0.0.0/4	組播地址 FF00::/8
廣播地址（主機位為全1）	任意播（限於子網內部）
預設地址 0.0.0.0	不確定地址 ::
環回地址 127.0.0.1	環回地址 ::1
公共地址	可聚合全球單播地址 FP(字首)=001
私網地址 10.0.0.0/8 172.16.0.0/12 192.168.0.0/16	站點本地地址 FEC0::/48
自動專用IP地址 169.254.0.0/16	鏈路本地地址 FE80::/48
	6to4隧道地址 2002::/16

IPv6路由協議

RIPng

OSPFv3

BGP4+

DHCPv6 無狀態配置

ICMPv6（新增加的鄰居發現功能代替了ARP協議的功能）

IPv4到IPv6過度技術

2023年9月20日

21:19

• 隧道技術：解決IPv6節點之間透過IPv4網路進行通訊
  • ISATAP隧道

自動隧道技術，可穿透NAT裝置，與私網之外的主機建立IPv6連線

• 雙棧技術：同時執行IPv4和IPv6
• 翻譯技術：解決純IPv6節點與純IPv4節點之間的通訊
  • NAT-PT
    • 靜態NAT-PT
    • 動態NAT-PT
    • 基於埠的NAPT-PT