由第四代版本互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IPv4）到第六代版本互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IPv6），其最直接的動(dòng)因主要是IP地址的嚴(yán)重匱乏，在20世紀(jì)70年代開(kāi)發(fā)的IPv4（由IETF的RFC 791規(guī)定）的地址字段長(zhǎng)為32bit，而IPv6（由IETF的RFC 2460所規(guī)定）的地址字段長(zhǎng)達(dá)128bit，為IPv4的4倍，使下一代互聯(lián)網(wǎng)（NGI）技術(shù)的IP地址能力發(fā)生了本質(zhì)的飛躍，可支持3.40282×1038個(gè)惟一的128位地址，約為IPv4地址量的79228×1024倍，即約為其8萬(wàn)兆兆平方倍。有人甚至不無(wú)夸張地聲稱(chēng)，它可賦予地球上每一粒沙子及每一滴水以相應(yīng)的地址。

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一、IPv6地址長(zhǎng)度問(wèn)題

事實(shí)上，IPv6分組頭固定字段部分長(zhǎng)度變化最大的是地址字段，由4字節(jié)變?yōu)?/span>16字節(jié)。有關(guān)IP地址長(zhǎng)度和結(jié)構(gòu)問(wèn)題也是在IPv6標(biāo)準(zhǔn)（即RFC 2460）制訂過(guò)程中爭(zhēng)論較多的問(wèn)題。

根據(jù)美國(guó)人口調(diào)查局的估計(jì)數(shù)字，到2050年，全世界將有90億人口。從理論上講，IPv4可支持40億個(gè)IP地址，足以應(yīng)付目前的人口數(shù)。但是，由于多方面原因，實(shí)際上能真正作為用戶(hù)計(jì)算機(jī)的地址數(shù)，遠(yuǎn)少于40億。首先，“組播”（Multicast）用“D”類(lèi)地址（即4比特“特征位”為“1110”）占用了十六分之一的地址空間；保留的“E”類(lèi)地址（即5比特“特征位”為“11110”），占用三十二分之一的地址空間；此外，某些特定組合用于表示“本主機(jī)”、“本網(wǎng)上主機(jī)”、 “本地網(wǎng)上的廣播”和“A”類(lèi)地址中以“01111111”開(kāi)頭的地址號(hào)用于回繞測(cè)試都占用了部分地址空間。另外，網(wǎng)絡(luò)中的路由器也需要占用大量的地址空間（每個(gè)邊界路由器需占用1個(gè)或1個(gè)以上的IP地址，中間路由器占用2個(gè)或2個(gè)以上的IP地址）。加上地址分配的不合理，許多子網(wǎng)內(nèi)留有過(guò)多的富裕量，地址的使用不充分，而另一些單位卻地址嚴(yán)重不足，隨著Internet用戶(hù)計(jì)算機(jī)和服務(wù)器數(shù)量的不斷增加，其可用的IPv4地址空間不足的問(wèn)題日益嚴(yán)重。

有關(guān)地址長(zhǎng)度的問(wèn)題也有人爭(zhēng)辯說(shuō)：地址的不足可以通過(guò)使用“內(nèi)部地址”和使用地址轉(zhuǎn)換（NAT，即Network Address Translation）技術(shù)來(lái)解決。反對(duì)的人則認(rèn)為：在大范圍內(nèi)采用NAT技術(shù)來(lái)解決地址不足問(wèn)題既存在技術(shù)上的困難，也存在實(shí)踐上的配置難度。為了最大限度地適應(yīng)潛在的地址需求，最后確定的地址長(zhǎng)度為128比特，為現(xiàn)有IPv4地址長(zhǎng)度的4倍。IPv6的地址空間為2¹²⁸個(gè)，即340 282 366 920 938 463 463 374 607 431 768 211 456個(gè)可能的地址（或?yàn)?/span>3.4×10³⁸個(gè)），相當(dāng)于為地球表面每平方米的面積提供了665 570 793 348 866 943 898 599（或6.65×10²³）個(gè)地址。根據(jù)RFC 1700，目前已明確分配的地址僅占可用地址的15%，其余部分保留將來(lái)使用。

事實(shí)上，在RFC 2460《Internet Protocol, Version 6（IPv6）Specification》（互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議版本6（IPv6）規(guī)范）中，對(duì)于IPv6地址內(nèi)容的描述介紹是引用的RFC 2373《IP Version 6 Addressing Architecture》（IPv6尋址架構(gòu)）。RFC 2373規(guī)范定義了IPv6的尋址體系結(jié)構(gòu)，包括IPv6尋址模型、IPv6地址的文本表示、IPv6單播地址、任播地址和組播地址的定義以及所有IPv6節(jié)點(diǎn)所需的地址。這里依據(jù)RFC 2373介紹其IPv6地址技術(shù).

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二、IPv6地址的分類(lèi)與組成

1、類(lèi)型

IPv6將可尋址的地址類(lèi)型分為三類(lèi)：?jiǎn)尾ィ?/span>Unicast）、組播（Muiticast）和任播（Anycast）也有稱(chēng)組代播，IPv6地址的分類(lèi)及含義詳見(jiàn)下表2-1。

表2-1：IPv6地址的分類(lèi)及含義

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2、組成

128比特的IPv6地址通常是由兩部分組成的：第一部分是最高64位的子網(wǎng)標(biāo)識(shí)符，稱(chēng)為子網(wǎng)空間。以滿(mǎn)足3個(gè)不同級(jí)別的ISP（這3個(gè)級(jí)別的ISP位于您的機(jī)構(gòu)和Internet骨干網(wǎng)絡(luò)之間）以及你的機(jī)構(gòu)的尋址需求。第二部分是低64位的接口標(biāo)識(shí)符，稱(chēng)為接口空間。用于當(dāng)前和未來(lái)的鏈路層MAC地址映射等。

三、IPv6地址的表示

在RFC 2373中給出了IPv6地址的多種文本表示形式（Text Representation of IPv6 Addresses），其目的是盡可能簡(jiǎn)化表示，以便日常使用。常用的有：

1、首選的表示形式

IPv6地址字段采用128比特，為IPv4地址長(zhǎng)度的4倍，如果采用“點(diǎn)分隔十進(jìn)制標(biāo)記法”縮寫(xiě)后仍將有16段十進(jìn)制數(shù)，需要用15個(gè)“．”來(lái)分隔，讀寫(xiě)和記憶都很不方便。為此，RFC 2373規(guī)定了一種“冒號(hào)分隔十六進(jìn)制標(biāo)記法（Colon Hexadecimal）”，即：把16比特的地址分為一段（注意：比IPv4的8比特地址長(zhǎng)一倍），段內(nèi)由4個(gè)二--十六進(jìn)制（0~9和A~F）數(shù)來(lái)表示一個(gè)地址段（注意：8比特最多只需要兩個(gè)數(shù)字或符號(hào)表示，而用十進(jìn)制最多要3個(gè)十進(jìn)制數(shù)字）；共8個(gè)地址段，地址段之間用冒號(hào)“∶”來(lái)分隔。這即是IPv6地址首選的表示形式。例如：

“FEDC∶BA98∶7654∶3210∶FEDC∶BA98∶7654∶3210”

為了簡(jiǎn)化上述表示形式，還規(guī)定了在單個(gè)地址段中省去前導(dǎo)零的形式。即：冒號(hào)間的地址段的二--十六進(jìn)制之值為“0”時(shí)，可只用單個(gè)“0”表示；數(shù)字或字母之前的二--十六進(jìn)制之值為“0”時(shí)，“0”可以省去（如下例中 “:0:”、“:A:”和“:8:”中的0、A和8前面的0省去了），但每個(gè)地址段中必須至少有一個(gè)數(shù)字。例如：

“1080∶0∶A∶0∶8∶800∶200C∶417A”。

2、零壓縮法的表示形式

盡管首選形式，即“冒號(hào)分隔十六進(jìn)制標(biāo)記法”將128比特的IPv6地址的表達(dá)形式大大縮短，但1個(gè)IPv6地址最長(zhǎng)的表達(dá)式仍需要分為8段，每段最多需要4個(gè)二--十六進(jìn)制數(shù)表示，再用7個(gè)“：”加以分隔。

但現(xiàn)實(shí)是：其一，由于IPv6的地址空間太大，目前已分配的地址很少，地址中可能會(huì)出現(xiàn)連續(xù)的“0”比特；其二，由于一些分配IPv6地址特定樣式的方式，如下表3-2所描述的幾種情況，也都呈現(xiàn)了16比特連續(xù)的“0”情形。為了在這類(lèi)情況下進(jìn)一步縮短地址表達(dá)形式，采用了稱(chēng)為零壓縮法的形式，即：當(dāng)出現(xiàn)16比特連續(xù)“0”時(shí)，冒號(hào)間可用單個(gè)“0”表示；多個(gè)連續(xù)的由冒號(hào)分隔的“0”，可用雙冒號(hào)“：：”取代，如：

“1080∶0∶0∶0∶8∶800∶200C∶417A”，可進(jìn)一步記為壓縮形式：

“1080∶∶8∶800∶200C∶417A”。表3-2中展示了其它情形。

表 3-2：零壓縮法的表示形式

那么，要確定“：：”之間代表了多少位“0”可以用下式計(jì)算：

0的位數(shù) =（8-地址中的段數(shù)）×16

如在地址FF02∶∶101中，“：：”表示有“0”的位數(shù)是：

（8-2）×16 = 96

注意：在一個(gè)給定的地址中，零壓縮法只能使用一次。否則就無(wú)法確定每個(gè)“：：”之間到底代表了多少位“0”。

3、IPv4和IPv6混合表示形式

由于在IPv6完全取代IPv4地址之前很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，IPv6將與IPv4地址同時(shí)并存。因此，在節(jié)點(diǎn)為IPv4和IPv6混合環(huán)境下，允許IPv6地址的后32比特采用大多數(shù)人熟悉的“點(diǎn)分隔十進(jìn)制標(biāo)記法”。于是可能出現(xiàn)兩種標(biāo)記法混合使用的情況：x:x:x:x:x:x:d.d.d.d，即高階的前96比特“x“采用“冒號(hào)分隔十六進(jìn)制標(biāo)記法；后低階的32比特采用“點(diǎn)分隔十進(jìn)制標(biāo)記法”。如地址：

“0:0:0:0:0:0:FFFF:129.144.52.38”，也可進(jìn)一步記為零壓縮形式：“：：FFFF:129.144.52.38”。

4、地址前綴（Address Prefixes）表示形式

IPv6地址前綴的文本表示形式類(lèi)似于IPv4地址前綴用“無(wú)類(lèi)別域間路由（CIDR，Classless Inter-Domain Routing）表示法（RFC 1519中規(guī)定）書(shū)寫(xiě)的方式。IPv6地址前綴由表示法的表示形式為：

Ipv6-address / Prefix-length

其中：“Ipv6-address”可為前面介紹過(guò)的IPv6地址表達(dá)形式中的任一種，而“Prefix-length”為十進(jìn)制數(shù)字，用于描述該地址前綴由地址中多少個(gè)最左方連續(xù)的二進(jìn)制比特組成。例如：1個(gè)60比特的前綴“12AB00000000CD3”（15個(gè)二--十六進(jìn)制數(shù)）的合法表達(dá)形式可有：

12AB:0000:0000:CD30:0000:0000:0000:0000/60（注：采用最原始的1Pv6地址表達(dá)形式）；

12AB::CD30:0:0:0:0/60（注：前面的連續(xù)32比特“0”用“：：”簡(jiǎn)化）；

12AB:0:0:CD30::/60（注：后面的連續(xù)64比特“0”用“：：”簡(jiǎn)化）。

在某些場(chǎng)合，地址前綴可用于標(biāo)志通信子網(wǎng)（Sub-network）、鏈路接口、定義域或管理域（如ISO的OSI NSAP、IPX、Ethernet等）。

四、IPv6地址空間的分配

IPv6地址空間也是基于地址中高位的值來(lái)進(jìn)行劃分的。高位和它們的固定值被稱(chēng)為格式前綴（FP）。目前IPv6的地址空間已分配的僅占15%，其余的85%保留今后再分配。依據(jù)RFC 2373的定義，已分配的地址如下列表所示，包括：表4-1給出了IPv6已分配的地址前綴（FP）；表4-2給出了已分配的7種特殊地址。

表 4-1：IPv6已分配的地址前綴簡(jiǎn)表

表 4-2：IPv6已分配的特殊地址簡(jiǎn)表

五、IPv4地址與IPv6地址的對(duì)應(yīng)關(guān)系

為了使IPv4地址與IPv6地址有一個(gè)比較，下表5列出了它們之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系（以IPv4中的地址和尋址方式與IPv6地址來(lái)等價(jià)）對(duì)比。

表 5：IPv4地址與IPv6地址之間的對(duì)比對(duì)應(yīng)

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