1.3　IPv6的特性

相较于IPv4，IPv6凭借其具备的如下特性获得了业界认可。

1．巨大的地址空间

相较于IPv4，IPv6的地址位数增长了4倍，达到了128位。128位长度的地址理论上可以有2¹²⁸个地址，但实际上由于前缀划分、地址段保留等原因，实际可用的地址为3.4×10³⁸个，世界上每个人平均可以拥有5.7×10²⁸个IPv6地址。虽然根据特定的地址方案，实际可用的地址可能会少一些，但IPv6的地址空间依然很大。

2．全新的数据报头部格式

IPv6报头并不是在原有IPv4报头的基础上进行更改的，而是拥有全新的报头格式，这也意味着IPv6报头和IPv4报头并不兼容。为了比较IPv6与IPv4报头的不同，我们先看IPv4的报头结构，如图1-1所示。

图1-1　IPv4报头结构

在IPv4报头中，IPv4报头长度不固定，如果没有选项字段，则IPv4报头至少为20字节，而选项字段最多支持40字节。再来看IPv6基本报头格式，如图1-2所示。

图1-2　IPv6报头格式

通过比较发现，IPv4中的报头长度、标识、标志、分段偏移量、报头校验和、选项和填充在IPv6中都去掉了，其原因如下。

• 报头长度：IPv6中的报头长度固定为40字节，所以不再需要。
• 标识、标志和分段偏移量：在IPv6网络中，中间路由器不再处理分片。分片处理交由源节点处理，是否分片则由路径最大传输单元（Path Maximum Transmission Unit，PMTU，详见第3章）来决定。
• 报头校验和：在IPv6中，二层和四层都有校验和，所以三层的校验和并非必需。
• 选项和填充：在IPv6中，这两个字段由扩展报头来代替。是否有扩展报头则由下一个字段来指明，即把扩展报头与上层协议（TCP、UDP等）做同等处理。

报头长度固定、不需要分片处理、不需要校验和，IPv6的这些特性使中间路由器不用再耗费大量的CPU资源，从而提高了转发效率。

3．可扩展报头

IPv6基本报头后面可以跟可选的IPv6扩展报头，可扩展报头字段中包括下一报头字段以指明上层协议单元类型。可扩展报头可以有多个，它只受IPv6数据报长度的限制。常用的扩展报头包括逐跳选项报头（唯一一个每台中间路由器都必须处理的扩展报头）、目标选项报头（指定路由器处理）、路由报头（强制经过指定路由器）、分段报头（需要分段时由源节点构造）、认证报头（类似IPSec）、封装安全有效载荷报头（类似认证报头）等。其中因为路由报头和目标选项报头等扩展报头的存在，所以移动IPv6也更容易实现。

4．全新的地址配置方式

IPv6的地址长度有128位，因此记住并配置IPv6地址是很困难的，此时自动配置是IPv6地址配置的主要方式。在大多数情况下，需要接入IPv6网络中的主机只需要获取自己的64位IPv6前缀，此前缀通过本地网关发送路由器通告（Router Advertisement，RA）报文来完成，然后再结合自己的扩展唯一标识符（Extended Unique Identifier，EUI-64位）格式作为主机号生成完整的IPv6地址，就能实现“即插即用”。当然实际配置IPv6时，还分无状态自动配置和有状态自动配置。再者，考虑到安全性，其主机位也可以不使用EUI-64格式（具体参见第3章和第4章）。

5．对于按照优先级传输的支持更加完善

在IPv6的基本报头中，有8位流量类型标签和20位流标签，这样在无须打开内层数据的情况下就能为视频会议、IP语音等实时性较高的业务提供更好的QoS保障。

6．全新的邻居节点交互协议

在IPv4网络中，邻居发现主要靠广播的地址解析协议（Address Resolution Protocol，ARP）来完成，这很容易发生广播风暴。而IPv6网络不再使用ARP，而是使用邻居发现协议（Neighbor Discovery Protocol，NDP）来找到邻居。NDP协议使用多播传输机制，从而减少了网络流量，提高了网络性能。有关NDP协议的详细介绍，请参见第3章。