本文为大家介绍IPV6，是启蒙类文章，也是网络基础部分的最后一篇纯讲原理的文章。（预警：本节篇幅略长，且学习过程可能引起强烈不适，如果觉得很煎熬，通读一遍有个印象即可（本文无实验），不用强求过多，毕竟IPV6还不是当下的主流）

IPV6-狼真的来了？

IPV4使用了32位二进制数来标识地址，从数学角度看约有40亿个可用的公网IP，从当今互联网的规模来看，这确实是个脑残的设计。加上各种各种物联网设备，IPV4未来必然难堪重负。

IPV6使用了128位二进制数来标识地址，可用IP数量多得吓人，号称能让地球上每一粒沙子都能分配到一个可用IP，可以说是一个绝佳的治本方案了，但是就是一个这么好的方案，却迟迟没有完全落地，主要原因有两点：

1、NAT技术大大延缓了IPV4的寿命。

NAT技术可以使得几千个用户能共用一个公网IP，换句话说，NAT技术使得IPV4总体可支撑的用户数量扩大了几千倍。在极限情况下，理论上现网架构的IPV4可以支撑几万亿个在网设备，而现在的网络用户规模还远远没有达到那么大。多久能达到这个极限呢？十年？二十年？五十年？暂时还不得而知，也许在不久的将来，科学家们有发明了一种方法，能够给IPV4再续命一波呢？因此在很多人看来，IPV6并不是刚需。

2、改造规模过于庞大

现网的IPV4用户数量极大，并且网络规模也极大；IPV4标准也渗透到了IT领域的方方面面，一夜之间推到重来是不可能的，演变的过程中，还要尽量保证在网业务不被中断。因此，唯一的方法就是让IPV4和IPV6可以和谐共处、让IT基础设施的升级能够和平演变。这样一个和平演变的过程是相当久的。这不仅是技术问题，更是历史问题、商业问题甚至政治问题（IPV4地址的分配是不均的，老美无疑是最受益者，对于IPV4地址较少的国家来说，对IPV6改造的需求可能更高）。

出于以上两种主要原因，虽然业内喊着IPV6改造的口号多年，却迟迟未完全落地。但是17年11月，国家发布了IPV6的部署计划，大家来感受一下国家的决心：

虽然说，支持IPV6和默认使用IPV6是两码事，但是从我国政策层面讲，IPV6改造进程会大大加快，提前了解一波IPV6知识绝对不亏。

IPV6报头格式

下面介绍工程师们日常分析须知的字段：

version：表明版本号，长度4bit，对于ipv6来说，该值为6

traffic class：类比IPV4的TOS字段，主要应用于QOS，用来表示IPV6数据包的优先级

payload lenth：用来表示IPV6数据包有效数据的长度

Hop limit：类比IPV4的TTL值

next header：上一层的协议类型（TCP,UDP,ICMP等）或“扩展头部”。扩展头部是IPV6新引入的一个概念，需要时，它可以为我们处理分片、认证等功能。

IPV6地址语法

ipv4是点分十进制数字表示，而IPV6是冒号分隔，16进制表示。128位的二进制地址用16进制表示，共32位十六进制数。（此处不理解的读者二进制转16进制运算不合格）。通常来说，每四个十六进制数就用冒号隔开，比如fe80:0000:0000:0000:3406:8d0c:59e4:ed7d。

由于IPV6的地址非常之长，而且通常会出现多个连续的0，所以IPV6提供了压缩格式：

每16比特的0可以缩写成一个，比如fe80:0000:0000:0000:3406:8d0c:59e4:ed7d可以缩写成：

fe80:0:0:0:3406:8d0c:59e4:ed7d

如果冒号两边出现多组0，可以合并成双冒号的形式，比如上面的IPV6地址可以进一步精简成

fe80::3406:8d0c:59e4:ed7d

注意：双冒号只能出现一次

IPV6单播地址类别

IPV6地址可分为三种：

单播地址。细分还有很多种类，下文会较详细地介绍。

组播地址。IPV6没有广播。广播的功能由组播代行。组播本身比较复杂，考虑到本文是入门型文章，因此对组播地址不作介绍

任播地址。IPV6引出的新概念。本文不做介绍。

下面介绍单播地址的分类

1）全球单播地址：

这种类型的单播地址类似于IPV4的公网地址，可以在公网上通信。它的显著特征是：128位二进制中，前三位固定为001。所以全球单播地址都是以2（0010）或者3（0011）开头的。全局单播地址有三个部分：

全局路由前缀（48位）

子网ID（16位）

接口ID（64位）

根据RFC4291的建议，通常全局路由前缀48位，子网ID16位，接口ID64位。全局路由前缀由ISP分配。不同于IPV4，IPV6没有子网掩码的概念，因为IPV6的地址范围太大了，几乎不需要变长子网这样在主机数和网络数中折中的解决方案，所以IPV6明确地划分了子网ID和接口ID。RFC4291的建议是子网ID16位，接口ID64位，已经被广泛采用。不过IPV6虽然不存在子网掩码的概念，但是IPV6也可以通过位数来界定一段前缀相同的地址，比如/64就表示前64位和该IP相同的IPV6地址。比如全球单播地址，前三位固定是001，我可以用2000::/3来表示。这种表示法还是很常见的。

接口ID可以理解为IPV4的主机位。在没有路由器路由的情况下，两台主机的全局路由前缀和子网ID需要一样才能通信。也就是说，IPV4中，我们说：同个二层网络要同网段才能通信；在IPV6中，同个二层网络下要全局路由前缀和子网ID相同才能通信。

2）链路本地地址

前10位固定是：1111111010，中间54位是0，最后64位是接口ID；（这段地址可以表示为FE80::/10，能理解不？）每一个网络接口都会有这样一个链路本地地址，同时还可以配置一个全球单播地址；链路本地地址类似于IPV4中的169.254段的地址（IPV4获取失败之后的地址），它存在自有其道理，但本文不过多阐述，了解即可。

3）唯一本地地址

以FC00::/7开头的地址。相当于IPV4的私网地址（10.0.0.0,172.16.0.0,192.168.0.0）。IPV6同样在很多场合需要私网，私网的出现并不仅仅是为了解决IP地址紧缺的问题。在私网-NAT的模型下，私网IP客户端可以通过NAT发起向公网IP服务器的连接请求，但是公网IP客户端却不能主动向位于私网的客户端发起连接请求，某种程度上降低了私网用户受到来自外网的网络攻击的可能性。因此，处于某些安全性和私密性的需要，IPV6很多时候也需要支持私网和NAT

IPV4网络如何向IPV6过渡

IPV4网络的改造非一朝一夕之功，需要多个IT产业从技术、商业、政策上共同协作。IPV4和IPV6会长久共存并缓慢迁移，目前致力于过渡的技术大致有：

操作系统内核对IPV4和IPV6进行双栈支持，目前无论是windows还是linux都实现了双堆栈。这样一来，在网络层面，在网设备可以支持两种协议报文的发送和接收，边界路由器可以对IPV4和IPV6报文按需进行灵活的转换；从应用层面，新版程序调用内核中的IPV6类库即可实现通信功能。
隧道技术。将IPV6数据包封装在IPV4数据包中，使得IPV6数据包能在IPV4网络中传输，最终由边界路由器剥去IPV4报头，使其得以到达远端的IPV6网络。隧道技术同样多种多样，现阶段知道有这么一回事就行。
协议转换技术。在IPV4和IPV6之间建立映射关系，典型实现有NAT64/DNS64技术。

目前centos7是默认支持ipv6的，具体的启用和停用可以通过控制内核参数和修改配置文件实现。本文篇幅有点长了，以后有机会给大家介绍。

基础部分的网络原理已经给大家介绍完毕了，下一节会给大家介绍ifcfg命令家族，是linux对网络控制命令的早期实现，至今仍有大量的工程师在使用。

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