计算机网络 · IPv6：地址、类型与过渡

因为 IPv4 的缺点已经充分显现：地址空间耗尽、路由表急剧膨胀、缺乏对 QoS 的支持、本身并不提供任何安全机制、移动性差。虽然采用了 DHCP 技术、NAT 技术、CIDR 技术等新机制来缓解，但都不可避免地要引入其他新的问题，问题没有得到根本解决。于是 IETF 从 90 年代起积极探讨下一代 IP 网络，终于在 1995 年 12 月推出了下一代网络的 RFC 文档——IPv6 协议，最早叫做下一代 IP，简称 IPng。这五条缺点是简答题素材，能背出三条以上就稳。

对，这是第七题的考点。IPv4 地址 32 位，以 8 个位为一段分成 4 段，每段之间用点分开。IPv6 地址是 128 位，以 16 位为一段，共分为 8 段，每段的 16 位转换为一个 4 位的 16 进制数字，每段之间用冒号分开。对比着记：IPv4 是 8 位一段、4 段、点分隔；IPv6 是 16 位一段、8 段、冒号分隔、每段 4 个十六进制字符。问长度答 128 位，问分段答 8 段，问分隔符答冒号。

凑数也年年有人选，因为 8 段乘 16 位、或者想成两倍 64 位，都容易迷糊。就记一个硬数字：128，IPv4 的 32 位正好是它的四倍。位长翻四倍，地址数量是 2 的 128 次方，这才解决地址空间耗尽的问题。

如 RFC 2373 所定义，有 3 种格式表示 IPv6 地址。首选格式是最长的表示方法，由所有的 32 个 16 进制字符组成，是适合于计算机「思维」的表示法。原文的例子：一个 128 位地址按 16 位一段分开，每段转成 4 个十六进制字符、以冒号隔开，得到 2001 冒号 0da8 冒号 d001 冒号 0001 冒号 0000 冒号 0000 冒号 0000 冒号 0001。这就是首选格式。

压缩有两条规则。规则一：对于每一段中的前导 0 可以省略，前面的地址经一次压缩变成 2001 冒号 da8 冒号 d001 冒号 1 冒号 0 冒号 0 冒号 0 冒号 1——0da8 变 da8，0001 变 1。规则二：对于连续 2 段以上都为 0 的字段，可以使用双冒号来表示，再压缩一次就变成 2001 冒号 da8 冒号 d001 冒号 1 冒号双冒号 1。这就是 IPv6 地址的压缩表示法。

不能，只有前导 0 可以省，而且注意单看一段里的 0 是「省略字符」，连续两段以上整段为 0 才轮到双冒号出场。一条段里的单个 0 只能写成 0，不能压缩成空。这种「前导 0」三个字的限定，判断题考过。

每个 IPv6 地址只允许有一个双冒号。原因你自己想想：双冒号代表「连续若干段全 0」，如果允许出现两个，你就无法知道中间到底省略了多少段 0，地址会产生歧义。所以答案是 1 个，干扰项的 2 个、3 个、不限制，全是给忘了这条规矩的人准备的。做题时看到任何压缩地址，先数双冒号的个数，超过一个直接判错。

有，这叫内嵌 IPv4 地址的 IPv6 地址：地址的第一部分使用十六进制表示，而 IPv4 部分采用十进制。这是过渡机制所用的 IPv6 地址特有的表示法。原文例子：fe80 冒号双冒号 200 冒号 5efe 冒号 58.20.27.60——后半部分的 58.20.27.60 就是一个 IPv4 地址。看到「十六进制冒号加十进制点分」混搭，就是这种表示法。

IPv6 里面，广播已经不再使用了——原文说这对网络管理员是个好消息，因为传统 IP 网络中出现的很多问题都是由于广播引起的。IPv6 仍有 3 种地址类型，分别是单播、多播（也称作组播）、泛播（也称作任意播）。注意「取消了广播」这个变化本身就是高频考点，第七题的解析里也点了这一句。

逐个给定义，你就看出差别在「发给几个接口」。单播 IPv6 地址：唯一标识一个 IPv6 节点的接口，发送往单播地址的数据包最终传递给这个地址所标识的接口；还有个例外条款——为适应负载均衡，IPv6 协议允许多个接口使用相同的 IPv6 地址，只要它们对于主机上的 IPv6 协议表现为一个接口。多播 IPv6 地址：标识一组 IPv6 节点的接口，发送往多播地址的数据包会被该多目组所有的成员处理。泛播 IPv6 地址：指派给多个节点的接口，发送往泛播地址的数据包只会传递给其中的一个接口，一般是相隔最近的一个接口。

对，判断题爱出「泛播会把数据包发给所有成员」，错，那是多播。再追问你一个细节：单播不是绝对的一地址一接口吗？

没背错。好，接着是 IPv6 的优势，原文列了五条。第一，更大的地址空间：IPv4 规定 IP 地址长度为 32 位，IPv6 中 IP 地址的长度为 128 位。第二，更小的路由表：IPv6 的地址分配一开始就遵循路由汇聚的原则，使路由器能在路由表中用一条记录表示一个子网，大大减小了路由器中路由表的长度，提高了路由器转发数据包的速度。

对，且这条「地址大」是最容易和后面优势混淆定位的一条——它说的是空间大小，路由表那条说的是查表速度，两码事。第三，IPv6 增加了增强的组播支持和对流支持，使网络上的多媒体应用有了长足发展的机会，为服务质量 QoS 控制提供了良好的网络平台。第四，加入了对自动配置的支持，这是对 DHCP 协议的改进和扩展，使得网络尤其是局域网的管理更加方便和快捷。第五，更高的安全性：在使用 IPv6 网络时，用户可以对网络层的数据进行加密，并对 IP 报文进行校验，极大地增强了网络的安全性。五条的关键词串起来：大地址、小路由表、组播对流 QoS、自动配置、安全加密。

这就是第十三题的出处，过渡技术三种，各自机理要分清。第一种，双协议栈技术：通过节点对 IPv4 和 IPv6 双协议栈的支持，从而支持两种业务的共存——一句话，设备两套协议都会说。第二种，隧道技术：通过在 IPv4 网络中部署隧道，实现在 IPv4 网络上对 IPv6 业务的承载，保证业务的共存和过渡——一句话，把 IPv6 数据包装进 IPv4 的壳里穿过去。具体的隧道技术包括 6to4 隧道、6over4 隧道、ISATAP 隧道，这三个名字认识即可，选择题里它们都是隧道家族的。

对，而且第十三题就考它：NAT-PT 使用网关设备连接 IPv6 和 IPv4 网络，当 IPv4 和 IPv6 节点互相访问时，NAT-PT 网关实现两种协议的转换翻译和地址的映射。题目问「通过网关设备实现两种协议转换和地址映射的是哪种技术」，答案就是 NAT-PT。排干扰项：双协议栈靠的是节点自己支持双栈，没有网关转换的事；隧道技术和 6to4 是把 IPv6 包封装在 IPv4 里传输，也不做协议转换。「网关、转换、映射」三个词同时出现，就锁定 NAT-PT。

三个比喻全对，考试就按这个区分。IPv6 这块我总结：128 位、8 段冒号分隔、双冒号最多一个、广播取消剩单播多播泛播、过渡三件套双栈隧道 NAT-PT。

再补两句：压缩规则是前导零省略加连续两段以上零用双冒号；IPv6 优势五条——更大地址空间、更小路由表、组播对流支持 QoS、自动配置、网络层加密校验更安全。这就是本集必背。下一集从协议回到物理世界：局域网的四种拓扑、无线局域网和 802.11 的 CSMA/CA、3G 三大标准谁家拿哪个牌照、4G 的 LTE 两大分支，还有五种接入技术——回归选择题最密集的战场。