一、IPv6的由來
我們知道，互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP，Internet Protocol）的應(yīng)用始于美國國防部高級計劃研究局（ARPA）的ARPANET（Advanced Research Project Agench NETwork）。在1983年4月轉(zhuǎn)為民用后，互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組 （IETF）依據(jù)原ARPANET相關(guān)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，制定了IP的相關(guān)文檔，直到1981年9月發(fā)布了RFC 791《Internet Protocol》正式互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。一直以來RFC 791是較為穩(wěn)定的協(xié)議版本。由于當(dāng)初RFC 1700《Assigned Numbers》標(biāo)準(zhǔn)中將IP報文中的版本字段（version）之值規(guī)定為“4”，于是RFC 791便被稱為IPv4版本。事實上，當(dāng)初是直接稱RFC 791為互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP），并未帶版本號的。
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然而，互聯(lián)網(wǎng)的先驅(qū)者們（Vinton Cerf博士等）當(dāng)初制定的IP地址字段的長度僅為32比特，地址總數(shù)為232 = 4294967296個（近43億個）。因此，也有人將IPv4稱為IPv32。是因為根據(jù)當(dāng)初的估計數(shù)字，到2050年，全世界將有90億人口。從理論上講，IPv4可支持的IP地址數(shù)，足以應(yīng)付目前的人口數(shù)。可互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在地球上的快速發(fā)展，使人們所始料不及，32比特長度的IP地址卻成為了制約互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的最大瓶頸，到了IP地址長度必須擴容的地步，當(dāng)然這里還有另一個原因就是IPv4地址分配上的極不合理性。
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于是，人們開始了IP地址擴容的研究，終于在1998年12月互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組 （IETF）發(fā)布了RFC 2460《Internet Protocol, Version 6（IPv6）Specification》，將IP地址由原來的IPv4的32位直接擴容到128位，地址長度擴了4倍；地址空間擴了1024倍。此時，IP地址空間為2128個，即約3.4×1038個。
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特別指出的是：新版IP協(xié)議文本曾使用過“下一代IP”（Ipng，即IP next generation）、IPv7和IPv8等名稱，最后，在RFC 2460中，新的IP協(xié)議被正式定名為“Internet Protocol 6”，簡稱IPv6。可按照RFC 1700，版本號“6”原是分配給簡單互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（Simple Internet Protocol）的。由于新協(xié)議正式文本所依托的一個重要參考協(xié)議--“簡單IP協(xié)議增強版”（SIPP，即Simple Internet Protocol Plus）的協(xié)議版本號為“6”，最后決定占用SIP使用的版本號“6”。關(guān)于版本號取為“6”的另一種解釋是因為筆誤將“7”寫作“6”造成的。不過，IETF在研究新版IP協(xié)議的過程中，曾有IPng、IPv7、IPv8和IPv9等草案（Draft）的產(chǎn)生，但最終選擇了IPv6作為IPv4之后的新版本。其各個版本草案的研究時間線詳見下圖1。另外，在1990年，IETF曾經(jīng)提出過IPv5草案，最初希望IPv5負(fù)責(zé)承載語音、視頻等“流”業(yè)務(wù)與負(fù)責(zé)承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的IPv4共同在網(wǎng)絡(luò)運行。但由于種種原因，這一草案并沒未廣泛部署，也不會公開使用。
圖 1：IPv6的各個版本草案的研究時間線
總之，之所以產(chǎn)生新版本的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議IPv6，最根本、最直接的動因是因為IPv4可使用的地址數(shù)量的匱乏，嚴(yán)重的制約了互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展應(yīng)用。
二、IPv6的分組格式與地址結(jié)構(gòu)
因為互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）是一種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，其主要任務(wù)是借助路由表，負(fù)責(zé)處理IP數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸。其傳輸?shù)臄?shù)據(jù)需要專門的格式以及相互的傳輸?shù)刂贰?/span>
1、分組格式
在IPv4傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式稱為報文（Datagram），是由報頭（Header）和數(shù)據(jù)構(gòu)成。但IPv6改稱為分組（Packet），仍是由分組頭（Header）和數(shù)據(jù)構(gòu)成。分組頭（Header）提供所傳輸數(shù)據(jù)的控制信息。與IPv4相比，IPv6分組頭部分的字段有所減少，優(yōu)化了部分字段，并將不常用字段改為選項，字段數(shù)也從12個減少到8個。這種改變的主要優(yōu)點是簡化了中間節(jié)點各字段的常規(guī)處理。IPv6的分組格式是在RFC 2460中詳細(xì)規(guī)定的。
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2、地址結(jié)構(gòu)
IPv6的地址長度變?yōu)?/span>128比特后，其結(jié)構(gòu)與IPv4相比也發(fā)生了很大的變化。它是由網(wǎng)絡(luò)前綴（Network Prefix）和接口標(biāo)識（Interface ID）兩個部分組成。網(wǎng)絡(luò)前綴有n位，相當(dāng)于IPv4地址中的網(wǎng)絡(luò)ID；接口標(biāo)識有（128-n）比特，相當(dāng)于IPv4地址中的主機ID。IPv6將IP地址類型分為單播（Unicast）、組播（Muiticast）和任播（Anycast）三種類型。由于其地址長度位數(shù)為128位太長，IPv6地址的表示方法采用了多種形式，首選采用一種“冒號分隔十六進制標(biāo)記法（Colon Hexadecimal）”，如2001:A304:6101:1::E0:F726:4E58。IPv6的地址結(jié)構(gòu)是在RFC 2373中詳細(xì)規(guī)定的。
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三、IPv6的配套技術(shù)
1、ICMPv6技術(shù)
互聯(lián)網(wǎng)控制信息協(xié)議（ICMP， Internet Control Message Protocol），用于在互聯(lián)網(wǎng)模塊之間傳遞控制消息。控制消息是指網(wǎng)絡(luò)通不通、主機是否可達(dá)、路由是否可用等網(wǎng)絡(luò)本身的消息。這些控制消息雖然并不傳輸用戶數(shù)據(jù)，但是對于用戶數(shù)據(jù)的傳遞起著重要的作用。
與IPv4一樣，IPv6的分組頭和擴展分組頭中并沒有提供報錯功能。IPv6使用ICMP的更新版，即ICMP版本6（ICMPv6）。ICMPv6具有IPV4的ICMP的常用功能，如：報告?zhèn)魉秃娃D(zhuǎn)發(fā)過程的差錯信息，并為糾錯提供一種簡單的回送服務(wù)。在RFC 2463中定義了ICMPv6，并目在實現(xiàn)IPv6時必須實現(xiàn)ICMPv6。
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2、鄰居發(fā)現(xiàn)技術(shù)
鄰居發(fā)現(xiàn)（ND，Neighbor Discovery）協(xié)議是IPv6中的一個關(guān)鍵的基礎(chǔ)協(xié)議，它是一個傘型結(jié)構(gòu)（如下圖3-2所示），定義了以下機制：地址解析協(xié)議（ARP）的替代協(xié)議；無狀態(tài)自動配置（包括前綴公告、重復(fù)地址檢測、前綴重新編址）；路由器重定向。通過ND協(xié)議的這些機制，可以實現(xiàn)如下功能：路由器和切面前綴發(fā)現(xiàn)、地址解析、重定向功能、鄰居不可達(dá)檢測等。鄰居發(fā)現(xiàn)協(xié)議（NDP）標(biāo)準(zhǔn)是由RFC 2461所規(guī)范。
圖 3-2：NDP的傘型結(jié)構(gòu)
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3、路由技術(shù)
與IPv4相同，IPv6路由協(xié)議同樣分成內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（IGP）與外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（EGP），其中 IGP包括由RIP變化而來的RIPng，由OSPF變化而來的OSPFv3，以及IS-IS協(xié)議變化而來的IS-ISv6。EGP則主要是由BGP變化而來的BGP4+。這些協(xié)議的簡介見下表3-3。
表 3-3：IPv6路由協(xié)議的相關(guān)協(xié)議簡介
4、地址分配技術(shù)
IPv6地址配置方法主要有：手工配置；有狀態(tài)地址自動配置（DHCPv6）；無狀態(tài)地址自動配置（ND）；有狀態(tài)自動配置+前綴分發(fā)（DHCPv6+PD）等。其簡介詳見下表3-4。
表 3-4：IPv6地址配置方法簡介
5、過渡技術(shù)
由于目前是IPv4與IPv6共存，并是一個長期的過程，必然就存在IPv4與IPv6互通的問題，此乃IPv6過渡技術(shù)。IPv6過渡技術(shù)名目眾多有許多技術(shù)，但終歸分為雙棧、隧道和轉(zhuǎn)換三類，名目眾多的過渡技術(shù)都是這三種技術(shù)或其組合，如下圖3-5所示。下表3-5給出了三類技術(shù)的特征比較，包括各自的特點及優(yōu)缺點。
圖 3-5：名目眾多的IPv6過渡技術(shù)
表 3-5：雙棧、隧道和轉(zhuǎn)換的特征比較
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6、域名（DNS）技術(shù)
IPv6網(wǎng)絡(luò)中的DNS與IPv4的DNS在體系結(jié)構(gòu)上是一致的，都采用樹型結(jié)構(gòu)的域名空間。即，IPv4和IPv6共同擁有統(tǒng)一的域名空間。在IPv4到IPv6的過渡階段，域名可以同時對應(yīng)于多個IPv4和IPv6的地址。但是，在IPv6網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，IPv6域名服務(wù)器存放的區(qū)（ZONE）文件中的資源記錄（RR）信息內(nèi)容有所不同，IPv6網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下所具有的特有的資源記錄（RR）信息。
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四、IPv6的發(fā)展
1、IPv6與IPv4
自從1999年開始部署IPv6以來，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)存在于兩個技術(shù)版本，也就是IPv6網(wǎng)絡(luò)與IPv4網(wǎng)絡(luò)將同時共存，而且是一個長期的過程，直到IPv4網(wǎng)絡(luò)的自然消失。目前世界各國都在大力推進和部署IPv6網(wǎng)絡(luò)。由于IPv6網(wǎng)絡(luò)與IPv4網(wǎng)絡(luò)共存、互通及過度，使得互聯(lián)網(wǎng)在技術(shù)處理和運行維護上帶來了一定的復(fù)雜度，但對于互聯(lián)網(wǎng)的性能、業(yè)務(wù)與應(yīng)用等是不會帶來影響的，反而會的帶更大的提升。
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2、IPv6與IPv6+
IPv6不僅是擁有巨大地址空間，解決了IP地址短缺的問題。同時，IPv6還具有更簡單、更方便、更可擴展、更安全的特征，因此，可以高效支撐移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)和人工智能等領(lǐng)域的快速發(fā)展。這就為IPv6技術(shù)的應(yīng)用與演進帶來了極大的空間，導(dǎo)致了IPv6+的起源，IPv6+技術(shù)即IPv6演進與創(chuàng)新技術(shù)。IPv6+以IPv6海量地址為基礎(chǔ)，包括SRv6、網(wǎng)絡(luò)切片、IFIT、BIERv6等協(xié)議創(chuàng)新，和以網(wǎng)絡(luò)分析、自動調(diào)優(yōu)等網(wǎng)絡(luò)智能化為代表的技術(shù)創(chuàng)新。IPv6+在智能、安全、超寬、廣聯(lián)接、確定性和低時延六個維度全面提升IP網(wǎng)絡(luò)能力，助力打造無處不在的智能IP聯(lián)接，構(gòu)建萬物互聯(lián)的智能世界。
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