前言

RFC2460定義了IPv6數(shù)據(jù)報(bào)格式。

總體結(jié)構(gòu)上，IPv6數(shù)據(jù)報(bào)格式與IPv4數(shù)據(jù)報(bào)格式是一樣的，也是由IP報(bào)頭和數(shù)據(jù)(在IPv6中稱為有效載荷)這兩個(gè)部分組成的。

但在IPv6數(shù)據(jù)報(bào)數(shù)據(jù)部分還可以包括0個(gè)或者多個(gè)IPv6擴(kuò)展報(bào)頭(Extension header)。

正文

1IPV6報(bào)文格式如下圖所示。IP報(bào)頭部分固定為40字節(jié)長度，而有效載荷部分最長不得超過65535字節(jié)。

IPv6和IPv4之間的最大差別在于：IP地址的長度從32位到128位。

• 通過裁剪IPv4報(bào)頭中的某些字段，或把一些字段移入到擴(kuò)展報(bào)頭中，IPv6基本報(bào)頭的總長度大大減小了。

• IPv6使用固定長度的基本報(bào)頭，從而簡化了轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備對IPv6報(bào)文的處理，提高了轉(zhuǎn)發(fā)效率。

• 盡管IPv6地址長度是IPv4地址長度的4倍，但I(xiàn)Pv6基本報(bào)頭的長度只有40字節(jié)，為固定的IPv4報(bào)文頭長度(不包括選項(xiàng)字段)的2倍。

IPv6報(bào)頭格式如下圖所示：

2IPV6報(bào)文各字段作用

• 版本(Version)

版本字段用來表示IP數(shù)據(jù)報(bào)使用的是IPv6協(xié)議封裝，占4位，對應(yīng)值為6(0110)。

• 通信分類(Traffic Class)

通信分類字段用來標(biāo)識對應(yīng)IPv6的通信流類別，或者說是優(yōu)先級別，占8位，類似于IPv4中的ToS(服務(wù)類型)字段。

• 流標(biāo)簽(Flow Label)

流標(biāo)簽字段時(shí)IPv6數(shù)據(jù)報(bào)中新增的一個(gè)字段，占20位，可用來標(biāo)記報(bào)文的數(shù)據(jù)流類型，以便在網(wǎng)絡(luò)層區(qū)分不同的報(bào)文。

流標(biāo)簽字段有源節(jié)點(diǎn)分配，通過流標(biāo)簽、源地址、目的地址三元組方式就可以唯一標(biāo)識一條通信流，而不用像IPv4那樣需要使用五元組方式(源地址、目的地址、源端口、目的端口和傳輸層協(xié)議號)。

這樣發(fā)動的最大好處有兩點(diǎn)：

一是流標(biāo)簽可以和任意的關(guān)聯(lián)，需要標(biāo)識不同類型的流(可以是非五元組)時(shí)，無需對流標(biāo)簽做改動；

二是流標(biāo)簽在IPv6基本頭中，使用IPSec時(shí)此域?qū)D(zhuǎn)發(fā)路由器可見，因此轉(zhuǎn)發(fā)路由器可以在使用IPv6報(bào)文IPSec的情況下仍然可以通過三元組(流標(biāo)簽、源地址、目的地址)針對特定的流進(jìn)行QoS(質(zhì)量服務(wù))處理。

• 有效載荷長度(PayLoad Length)

有效載荷長度字段是以字節(jié)為單位的標(biāo)識IPv6數(shù)據(jù)報(bào)中有效載荷部分(包括所有擴(kuò)展報(bào)頭部分)的總長度，也就是除了IPv6的基本報(bào)頭以外的其他部分的總長度，占20位。

• 下一個(gè)頭部(Next Header)

下一個(gè)頭部字段用來標(biāo)識當(dāng)前報(bào)頭(或者擴(kuò)展報(bào)頭)的下一個(gè)頭部類型，占8位。

每種擴(kuò)展報(bào)頭都有其對應(yīng)的值。下一個(gè)頭部字段內(nèi)定義的擴(kuò)展報(bào)頭類型與IPv4中的協(xié)議字段值類似，但在IPv6數(shù)據(jù)報(bào)中，緊接著IPv6報(bào)頭的可能不是上層協(xié)議頭部(當(dāng)沒有擴(kuò)展報(bào)頭或者為最后一個(gè)擴(kuò)展報(bào)頭時(shí)才是上層協(xié)議頭)，而是IPv6擴(kuò)展報(bào)頭。

這一機(jī)制下處理擴(kuò)展報(bào)頭更搞笑，因?yàn)闃?biāo)識了數(shù)據(jù)報(bào)中對應(yīng)的上層協(xié)議或者擴(kuò)展報(bào)頭類型，轉(zhuǎn)發(fā)路由器只需處理必須處理的擴(kuò)展報(bào)頭，提高了轉(zhuǎn)發(fā)效率。

• 跳數(shù)限制(Hop Limit)

跳數(shù)限制于IPv4報(bào)文中的TTL字段類似，指定了報(bào)文可以有效轉(zhuǎn)發(fā)的次數(shù)，占8位。報(bào)文每經(jīng)過一個(gè)路由器結(jié)點(diǎn)，跳數(shù)值就減1，當(dāng)此字段值減到0時(shí)，則直接丟棄該報(bào)文。

• 源地址(Source IP Address)

源IP地址字段標(biāo)識了發(fā)送該IPv6報(bào)文源節(jié)點(diǎn)的IPv6地址，占128位。

• 目的IP地址(Destination IP Address)

目的IP地址字段標(biāo)識了IPv6報(bào)文的接受節(jié)點(diǎn)的IPv6地址，占128位。

3IPv6擴(kuò)展報(bào)頭在各字段介紹中我們講到了，IPv6報(bào)文中可以攜帶可選的IPv6擴(kuò)展報(bào)頭

IPv6擴(kuò)展報(bào)頭是跟在IPv6基本報(bào)頭后面的可選報(bào)頭。由于在IPv4的報(bào)頭中包含了幾乎所有的可選項(xiàng)，因此每個(gè)中間路由器都必須檢查這些選項(xiàng)是否存在。

在IPv6中，這些相關(guān)選項(xiàng)被統(tǒng)一移到了擴(kuò)展報(bào)頭中，這樣中間路由器不必處理每一個(gè)可能出現(xiàn)的選項(xiàng)(僅有“逐跳選項(xiàng)”報(bào)頭是必須要處理的)，提高了處理器處理數(shù)據(jù)報(bào)文的速度，也提高了其轉(zhuǎn)發(fā)的性能。

IPv6擴(kuò)展報(bào)頭附加在IPv6報(bào)頭目的IP地址字段后面，可以有0個(gè)，或者多個(gè)擴(kuò)展報(bào)頭。

IPv6擴(kuò)展報(bào)頭分類：

• 逐跳選項(xiàng)頭(Hop-by-hop Options Header)

本擴(kuò)展報(bào)頭類型值為0(在IPv6報(bào)頭下一個(gè)頭部字段中定義，下同)。

此擴(kuò)展報(bào)頭須被轉(zhuǎn)發(fā)路徑所有節(jié)點(diǎn)處理。

目前在路由告警(RSVP和MLDv1)與Jumbo幀處理中使用了逐跳選項(xiàng)頭，因?yàn)槁酚筛婢枰ㄖ睫D(zhuǎn)發(fā)路徑中所有結(jié)點(diǎn)，而Jumbo幀是長度超過65535字節(jié)的報(bào)文，傳輸這種報(bào)文需要轉(zhuǎn)發(fā)路徑中所有結(jié)點(diǎn)都能正常處理。

• 目的選項(xiàng)頭(Destination Options Header)

本擴(kuò)展報(bào)頭類型值為60。只可能出現(xiàn)在兩個(gè)位置：
1. 路由頭前，這是此選項(xiàng)頭被目的節(jié)點(diǎn)和路由頭中指定的結(jié)點(diǎn)處理；
2. 上層頭前(任何的ESP頭后)，此時(shí)只能被目的結(jié)點(diǎn)處理。

移動IPv6中使用了目的選項(xiàng)頭，稱為家鄉(xiāng)地址選項(xiàng)。

家鄉(xiāng)地址選項(xiàng)由目的選項(xiàng)頭攜帶，用以移動結(jié)點(diǎn)離開“家鄉(xiāng)”后通知接受節(jié)點(diǎn)此移動結(jié)點(diǎn)對應(yīng)的家鄉(xiāng)地址。

接受節(jié)點(diǎn)收到帶有家鄉(xiāng)地址選項(xiàng)的報(bào)文后，會把家鄉(xiāng)地址選項(xiàng)中的源地址(移動節(jié)點(diǎn)的家鄉(xiāng)地址)和報(bào)文中源地址(移動節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)交地址)交換，這樣上層協(xié)議始終認(rèn)為是在和移動節(jié)點(diǎn)的家鄉(xiāng)地址通信，實(shí)現(xiàn)了移動漫游功能。

• 路由頭(Routing Header)

本擴(kuò)展報(bào)頭類型值為43，用于源路由選項(xiàng)和移動IPv6。

• 分段頭

本擴(kuò)展報(bào)頭類型值為44，用于標(biāo)識數(shù)據(jù)報(bào)的分段，在IPv4中就有對應(yīng)的字段。當(dāng)源節(jié)點(diǎn)發(fā)送的報(bào)文超過傳輸鏈路MTU(源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間傳輸路徑的MTU)時(shí)，需要對報(bào)文進(jìn)行分段時(shí)使用。

• 認(rèn)證頭

本擴(kuò)展報(bào)頭類型值為51，用于IPSec，提供報(bào)文驗(yàn)證，完整性檢查。

• 封裝安全有效載荷頭

本擴(kuò)展頭類型值為50，用于IPSec，提供報(bào)文驗(yàn)證、完整性檢查差和加密。

• 上層頭

這是用來標(biāo)識數(shù)據(jù)報(bào)中上層協(xié)議類型，如TCP、UDP、ICMP等。

注意：

• 目的選項(xiàng)頭最多出現(xiàn)兩次，一次在路由頭前，一次在上層協(xié)議頭前，其他選項(xiàng)頭最多只能出現(xiàn)一次。

• IPv6節(jié)點(diǎn)必須能夠處理選項(xiàng)頭(逐跳選項(xiàng)頭除外，它固定只能緊隨基本報(bào)頭之后)在任意位置出現(xiàn)，以保證互通性。

總結(jié)

1、對比IPv4數(shù)據(jù)報(bào)頭部格式可以看出，IPv6去除了IPv4報(bào)頭中的頭部長度、標(biāo)識、標(biāo)志、段偏移、校驗(yàn)和、選項(xiàng)、填充這么多字段，卻只增加了流標(biāo)簽這一個(gè)字段，因此IPv6報(bào)頭處理和IPv4報(bào)頭處理相比大大簡化，提高了處理效率。

2、IPv6為了更好地支持各種選項(xiàng)處理，提出了擴(kuò)展頭的概念，新增選項(xiàng)時(shí)不必修改現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)就能做到，理論上可以無限擴(kuò)展，體現(xiàn)了優(yōu)異的靈活性。

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總結(jié)

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