🧭 一、IPv6 是什么？
IPv6（Internet Protocol version 6） 是 IPv4 的下一代网络层协议，用来在网络中标识主机、路由数据包。
它的核心目标是：
- 解决 IPv4 地址枯竭问题；
- 简化协议头；
- 加强自动配置与安全性。
🌐 二、IPv6 地址基础
| 特性 | IPv4 | IPv6 |
|---|---|---|
| 地址长度 | 32 位 | 128 位 |
| 地址数量 | 约 43 亿个 | 约 （几乎无限） |
| 地址表示 | 点分十进制（192.168.1.1） | 十六进制冒号分隔（2001:db8::1） |
| 自动配置 | 依赖 DHCP | 支持 SLAAC、NDP |
| 广播 | 有（255.255.255.255） | 无（用多播代替） |
IPv6 把“广播”完全废弃，取而代之的是：
- 组播（Multicast）
- 任播（Anycast）
🧩 三、IPv6 报文结构概览
IPv6 报文分为两部分：
+------------------------------------+
| 主头 (Fixed Header, 40 bytes) |
+------------------------------------+
| 可选扩展头 (Extension Headers) |
+------------------------------------+
| 上层数据 (Payload: TCP/UDP/ICMPv6) |
+------------------------------------+
IPv6 取消了 IPv4 的繁琐字段（如校验和、分片标志、头部长度），保持主头固定 40 字节，简洁且高效。
📦 四、IPv6 主头（Fixed Header）字段详解
| 字段 | 长度 | 功能说明 |
|---|---|---|
| Version | 4 bit | 固定为 6 |
| Traffic Class | 8 bit | 类似 IPv4 的 TOS，用于 QoS / 流量优先级 |
| Flow Label | 20 bit | 用于标识同一数据流（如视频流） |
| Payload Length | 16 bit | 有效载荷长度（不含主头） |
| Next Header | 8 bit | 指示下一个头部类型（TCP=6、UDP=17、ICMPv6=58 等） |
| Hop Limit | 8 bit | 类似 IPv4 的 TTL，每经过一跳减 1 |
| Source Address | 128 bit | 源 IPv6 地址 |
| Destination Address | 128 bit | 目的 IPv6 地址 |
🚀 注意：IPv6 报文头没有校验和，这能减少中间设备的处理负担（链路层和传输层已有校验）。
🧱 五、扩展头（Extension Headers）
IPv6 不像 IPv4 那样把所有功能塞进主头，而是把“附加功能”放在一串可选的扩展头里，形成一个链式结构：
IPv6 Header → [扩展头1] → [扩展头2] → 上层协议
扩展头链表结构（Next Header）
每个头部都有一个字段：
Next Header (8 bit)
它指向下一个头的类型（或最终上层协议）。
例如：
IPv6 Header → Routing (43) → Fragment (44) → TCP (6)
整个链式结构如下：
[IPv6 主头]
↓ Next Header = 43
[Routing Header]
↓ Next Header = 44
[Fragment Header]
↓ Next Header = 6
[TCP Header]
↓
[Data]
常见的扩展头有：
| Next Header 值 | 名称 | 功能 | 是否中间节点处理 |
|---|---|---|---|
| 0 | Hop-by-Hop Options | 每一跳都要处理（例如路由器发现、Jumbo帧） | ✅ 是 |
| 43 | Routing Header | 指定路由路径（类似源路由） | ✅ 是（沿途路由处理） |
| 44 | Fragment Header | 分片信息（仅主机使用） | ❌ 否 |
| 50 | ESP | IPsec 加密封装 | ❌ 否 |
| 51 | AH | IPsec 认证头 | ❌ 否 |
| 60 | Destination Options | 仅目的节点处理 | ❌ 否 |
| 135 | Mobility Header (MIPv6) | 移动IPv6支持 | ❌ 否 |
| (TCP=6, UDP=17, ICMPv6=58) | 上层协议 | 表示链表的终点 | — |
扩展头推荐处理顺序
RFC 8200 定义了推荐顺序（从前到后）：
IPv6 Header →
Hop-by-Hop Options →
Destination Options（仅限路由前） →
Routing →
Fragment →
Authentication（AH） →
ESP →
Destination Options（到达目的地） →
上层协议（TCP/UDP/ICMPv6...）
⚠️ 顺序不能随意变，否则接收端可能丢弃报文。
🌍 六、IPv6 的关键改进点（相对 IPv4）
| 特性 | IPv4 | IPv6 |
|---|---|---|
| 地址空间 | 32 位 | 128 位（几乎无限） |
| 配置方式 | DHCP 手动配置 | 支持自动配置（SLAAC + NDP） |
| 广播 | 有 | 无（用组播代替） |
| NAT | 常用 | 通常不需要 |
| 头部长度 | 可变（20-60 字节） | 固定（40 字节） |
| 分片处理 | 路由器可分片 | 仅主机可分片 |
| 安全性 | 可选 IPsec | 内建 IPsec 支持 |
| 邻居发现 | ARP + ICMP + DHCP | 全部由 ICMPv6（NDP）实现 |
| 服务质量 | TOS 字段 | Traffic Class + Flow Label |