第26章Pv6编址 在本书第五部分的第一章，我们要介绍的是IPv6中的编址。IPv4协议的地址耗尽问题 是开发IPv6协议的一个主要原因。正如我们将在本章看到的，IPv6地址的结构与IPv4地 址的结构有着一些本质上的不同。在IPv6中再也不用担心地址耗尽问题了。 目标 本章有以下几个目标： ●介绍IPv6的编址机制以及这一版所使用的几种表示地址的不同记法。 ●解释IPv6中使用的三类编址类型：单播、任播和多播。 ●说明1P6的地址空间，以及它是如何被划分为若干个地址块的。 ● 讨论地址空间中的一些被保留的地址块以及它们的应用。 定义全球单播地址块以及它如何被应用于单播通信。 ●讨论在IPv6布署全球单播地址块时，如何应用了分为三级的分级编址技术。 ·讨论1Pv6地址的自动配置和重新编号问题。 26.1引言 IPv6地址的长度是128位或者说16个字节（八位组），如图26.1所示。IPv6地址 的长度是IPv4地址长度的四倍。 128位 1111110111101100 1110110110101011 图26.1IPv6地址 26.1.1记法 在计算机中，地址通常以二进制保存，但是很显然，128位的长度对人类来说不是 那么容易掌握的。为了让人类能够处理这些地址，已经建议了多种用来表示IPv6地址 的记法。 点分十进制记法 为了与IPv4地址兼容，我们会很自然地想到要使用点分十进制记法，就像表示IPv4 地址那样（第5章）。虽然这种记法对于4字节的IPv4地址很方便，但是对于16字节的IPv6 地址来说，这种记法显得有点太长，如下所示： 221.14.65.11.105.45.170.34.12.234.18.0.14.0.i15.255 这种记法很少被使用，除了有些情况可能会使用其中的某一部分，稍后将会看到。 十六进制冒号记法 为了使地址的可读性更好，IPv6地址协议指明了十六进制冒号记法(colon hexadecimal notation),。在这种记法中，128位被划分为八区，每个区的长度为两字节。在十六进制记 法中，两个字节需要4个十六进制数字，因此，IPv6地址由32个十六进制数字组成，每4 个数字用一个冒号分隔开。图26.2所示为用十六进制冒号记法表示的一个IPv6地址。 FDEC:BA98:7654:3210:ADBF:BBFF:2922:FFFF
第 26 章 IPv6 编址 在本书第五部分的第一章，我们要介绍的是 IPv6 中的编址。IPv4 协议的地址耗尽问题 是开发 IPv6 协议的一个主要原因。正如我们将在本章看到的，IPv6 地址的结构与 IPv4 地 址的结构有着一些本质上的不同。在 IPv6 中再也不用担心地址耗尽问题了。 目标 本章有以下几个目标： 介绍 IPv6 的编址机制以及这一版所使用的几种表示地址的不同记法。 解释 IPv6 中使用的三类编址类型：单播、任播和多播。 说明 IPv6 的地址空间，以及它是如何被划分为若干个地址块的。 讨论地址空间中的一些被保留的地址块以及它们的应用。 定义全球单播地址块以及它如何被应用于单播通信。 讨论在 IPv6 布署全球单播地址块时，如何应用了分为三级的分级编址技术。 讨论 IPv6 地址的自动配置和重新编号问题。 26.1 引言 IPv6 地址的长度是 128 位或者说 16 个字节（八位组），如图 26.1 所示。IPv6 地址 的长度是 IPv4 地址长度的四倍。 图 26.1 IPv6 地址 26.1.1 记法 在计算机中，地址通常以二进制保存，但是很显然，128 位的长度对人类来说不是 那么容易掌握的。为了让人类能够处理这些地址，已经建议了多种用来表示 IPv6 地址 的记法。 点分十进制记法 为了与 IPv4 地址兼容，我们会很自然地想到要使用点分十进制记法，就像表示 IPv4 地址那样（第 5 章）。虽然这种记法对于 4 字节的 IPv4 地址很方便，但是对于 16 字节的 IPv6 地址来说，这种记法显得有点太长，如下所示： 这种记法很少被使用，除了有些情况可能会使用其中的某一部分，稍后将会看到。 十六进制冒号记法 为了使地址的可读性更好，IPv6 地址协议指明了十六进制冒号记法(colon hexadecimal notation)。在这种记法中，128 位被划分为八区，每个区的长度为两字节。在十六进制记 法中，两个字节需要 4 个十六进制数字，因此，IPv6 地址由 32 个十六进制数字组成，每 4 个数字用一个冒号分隔开。图 26.2 所示为用十六进制冒号记法表示的一个 IPv6 地址
图26.2十六进制冒号记法 这个IP地址即使用十六进制格式表示起来也很长，不过其中有许多数字都是零。在这 种情况下，我们可以对这个地址进行简写。一个区（即两个冒号之间的4个数字）开头的几 个零可以忽略。使用这种简写方式，0074可以写为74,000F可以写为F,而0000则写为0。 请注意，3210不能被简写。 如果连续几个区都只包含了0，那么这个十六进制冒号记法还可以更进一步简写，通常 称为零压缩(zero compression).。我们可以把这些零全部去掉，取而代之的是一个双冒号。 图26.3描绘了这个概念。 FDEC:0:0:0:0:BBFF:0:FFFF FDEC:BBFF:0:FFFF 原始地址 零压缩后 图26.3零压缩 请注意，这种类型的简写对一个地址仅能使用一次。若有两串零段，则只能将其中之一 进行压缩。 混合表示法 有时候我们会看到一种混合表示的IPv6地址：十六进制冒号记法加上点分十进制记法。 这种表示方法适用于将一个IPv4地址嵌入到一个IPv6地址中的过渡时期（作为最左边的 32位)。我们可以对地址最左边的6个区使用十六进制冒号记法，而最靠右的两个区则以4 个字节的点分十进制记法取代，如下所示： FDEC:14AB:2311:BBFE:AAAA:BBBB:130.24.24.18 但是，通常只在这个IP6地址最右边的区全部或大部分为零时才会这样写。例如，下 面所示为一个合法的IPv6地址，其中的零压缩表示这个地址最左边的96位全部是零： :130.24.24.18 CIDR记法 稍后我们会看到，IPv6使用了分级的编址技术。正是因为这个原因，IPv6允许无分类编址 和CIDR记法。例如，图26.4所示为我们如何使用CID定义一个60位的前缀。在后面我们 将会说明一个IPv6地址是如何划分前缀和后缀的。 FDEC BBFF:0:FFFF/60 图26.4CIDR地址 例26.1 给出以下IPv6地址的未经简写的十六进制冒号记法表示： a.64个0之后跟着64个1的地址。 b.128个0组成的地址。 c.128个1组成的地址。 d.128个1和0交替组成的地址。 解 a.0000:0000:0000:0000:FFFF:FFFF:FFFF:FFFF b.0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000 C.FFFF:FFFF:FFFF:FFFF:FFFF:FFFF:FFFF:FFFF d.AAAA:AAAA:AAAA:AAAA:AAAA:AAAA:AAAA:AAAA 例26.2 下面所示为例26.1中的地址经过零压缩后(c和d部分不能被简写)的形式：
图 26.2 十六进制冒号记法 这个 IP 地址即使用十六进制格式表示起来也很长，不过其中有许多数字都是零。在这 种情况下，我们可以对这个地址进行简写。一个区（即两个冒号之间的 4 个数字）开头的几 个零可以忽略。使用这种简写方式，0074 可以写为 74，OOOF 可以写为 F，而 0000 则写为 0。 请注意，3210 不能被简写。 如果连续几个区都只包含了 0，那么这个十六进制冒号记法还可以更进一步简写，通常 称为零压缩(zero compression)。我们可以把这些零全部去掉，取而代之的是一个双冒号。 图 26.3 描绘了这个概念。 图 26.3 零压缩 请注意，这种类型的简写对一个地址仅能使用一次。若有两串零段，则只能将其中之一 进行压缩。 混合表示法 有时候我们会看到一种混合表示的 IPv6 地址：十六进制冒号记法加上点分十进制记法。 这种表示方法适用于将一个 IPv4 地址嵌入到一个 IPv6 地址中的过渡时期（作为最左边的 32 位）。我们可以对地址最左边的 6 个区使用十六进制冒号记法，而最靠右的两个区则以 4 个字节的点分十进制记法取代，如下所示： 但是，通常只在这个 IPv6 地址最右边的区全部或大部分为零时才会这样写。例如，下 面所示为一个合法的 IPv6 地址，其中的零压缩表示这个地址最左边的 96 位全部是零： CIDR 记法 稍后我们会看到，IPv6 使用了分级的编址技术。正是因为这个原因，IPv6 允许无分类编址 和 CIDR 记法。例如，图 26.4 所示为我们如何使用 CIDR 定义一个 60 位的前缀。在后面我们 将会说明一个 IPv6 地址是如何划分前缀和后缀的。 图 26.4 CIDR 地址 例 26.1 给出以下 IPv6 地址的未经简写的十六进制冒号记法表示： a．64 个 0 之后跟着 64 个 1 的地址。 b．128 个 0 组成的地址。 c．128 个 1 组成的地址。 d．128 个 1 和 0 交替组成的地址。 解 a. OOOO:OOOO:OOOO:OOOO:FFFF:FFFF:FFFF:FFFF b. 0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000 C. FFFF:FFFF:FFFF:FFFF:FFFF:FFFF:FFFF:FFFF d. AAAA:AAAA:AAAA:AAAA:AAAA:AAAA:AAAA:AAAA 例 26.2 下面所示为例 26.1 中的地址经过零压缩后（c 和 d 部分不能被简写）的形式：
a.FFFF:FFFF:FFFF:FFFF b.: c.FFFF:FFFF:FFFF:FFFF:FFFF:FFFF:FFFF:FFFF d.AAAA:AAAA:AAAA:AAAA:AAAA:AAAA:AAAA:AAAA 例26.3 给出以下地址的简写表示： a.0000:0000:FF℉℉：0000：0000：0000：0000：0000 b.1234:2346:0000:0000:0000:0000:0000:1111 c.0000:0001:0000:0000:0000:0000:1200:1000 d.0000:0000:0000:0000:0000:FFFF:24.123.12.6 解 a.0:0:FFFF:: b.1234:2346::1111 c.0:1:1200:1000 d.::FFF℉：24.123.12.6 例26.4 对以下地址进行解压缩，给出对应的未经简写的Pv6地址的完整表示： a.1111::2222 b.:: c.0:1: d.AAAA:A:AA::1234 解 a.1111:0000:0000:0000:0000:0000:0000:2222, b.0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000 c.0000:0001:0000:0000:0000:0000:0000:0000 d.AAAA:000A:00AA:0000:0000:0000:0000:1234 26.1.2地址空间 IPv6的地址空间包含了2个地址，如下所示。这个地址空间是IPv4地址数量的 2倍，肯定不会存在地址耗尽的问题了。 2128=340282366920938463374607431768211456 例26.5 为了对这个地址数量有一个直观的印象，让我们假设地球上的总人口数量即将达到24 (超过160亿)。那么每个人仍然有2个地址可供使用。 例26.6 如果我们每年向用户指派2（几乎每秒10亿）个地址，那么需要花2年才能让地址 耗尽。 例26.7 如果在地球的整个表面上，不管是陆地还是海洋，建造一座高耸入云的大楼，使得每一 平方米的地面上都能容纳2“台计算机，还是有足够的地址可以把所有的计算机都连接到因 特网上（地球的表面面积大约为2平方米）
a.::FFFF:FFFF:FFFF:FFFF b．：： c. FFFF:FFFF:FFFF:FFFF:FFFF:FFFF:FFFF:FFFF d. AAAA:AAAA:AAAA:AAAA:AAAA:AAAA:AAAA:AAAA 例 26.3 给出以下地址的简写表示： a. OOOO:OOOO:FFFF:OOOO:OOOO:OOOO:OOOO:OOOO b. 1234:2346:0000:0000:0000:0000:0000:1111 c. 0000:0001:0000:0000:0000:0000:1200:1000 d. OOOO:OOOO:OOOO:OOOO:OOOO:FFFF:24.123.12.6 解 a．O:O:FFFF:: b．1234:2346::1111 c．0:1::1200:1000 d．：:FFFF:24.123.12.6 例 26.4 对以下地址进行解压缩，给出对应的未经简写的 IPv6 地址的完整表示： a．1111::2222 b．：： c．0：1：： d．AAAA:A:AA::1234 解 a. 1111:0000:0000:0000:0000:0000:0000:2222, b. 0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000 c. 0000:0001:0000:0000:0000:0000:0000:0000 d. AAAA:OOOA:OOAA:0000:0000:0000:0000:1234 26.1.2 地址空间 IPv6 的地址空间包含了 2 128个地址，如下所示。这个地址空间是 IPv4 地址数量的 296倍，肯定不会存在地址耗尽的问题了。 例 26.5 为了对这个地址数量有一个直观的印象，让我们假设地球上的总人口数量即将达到 2 34 （超过 160 亿）。那么每个人仍然有 2 94个地址可供使用。 例 26.6 如果我们每年向用户指派 2 60（几乎每秒 10 亿）个地址，那么需要花 2 68年才能让地址 耗尽。 例 26.7 如果在地球的整个表面上，不管是陆地还是海洋，建造一座高耸入云的大楼，使得每一 平方米的地面上都能容纳 2 68台计算机，还是有足够的地址可以把所有的计算机都连接到因 特网上（地球的表面面积大约为 2 60平方米）
26.1.3三种地址类型 在IPv6中，一个目的地址可以属于以下三种类型之一：单播的、任播的和多播的。 单播地址 单播地址定义了一个接口（计算机或路由器）。发送到单播地址的分组必须交付给这个 指定的计算机。我们将在稍后会看到，IPv6为单播通信设计了一个很大的地址块，其中的 单播地址都可以指派给接口使用。 任播地址 任播地址定义了一组共享一个地址的计算机。发送到任播地址的分组会被交付给这个组 的成员之一，也就是最容易到达的那一个。例如，当多台服务器都能响应某个查询时，就可 以使用任播通信。这个查询请求被发送到最容易到达的那台服务器。产生请求的硬件和软件 只生成了一份请求的副本，而该副本也仅到达其中的一台服务器。IPv6没有为任播设计专 门的地址块，这些任播地址是从单播地址块中指派的。 多播地址 多播地址定义的也是一组计算机，但是任播和多播是有区别的。在多播通信中，多播组 的每个成员都会接收到一个副本。稍后我们将会看到，IPv6发送到多播地址的分组必须交 付给该组中的每一个成员。IPv6为多播通信设计了一个地址块，从这个地址块中可以向一 个组的所有成员指派相同的地址。 26.1.4广播和多播 有趣的是IPv6没有定义广播通信，哪怕是在有限范围内的广播，这一点不像IPv4。 在第5章中，我们讨论了在一个地址块中的某些地址能够被用于有限的广播。我们将会 看到，IPv6认为广播就是多播的一种特殊情况。 26.2地址空间分配 像IPv4的地址空间一样，IPv6的地址空间被划分为若干个大小不同的地址块，并 为每种特定的任务分配一个地址块。这些地址块中的绝大部分尚未指派，被留作将来使 用。为了更好地理解地址空间中每个地址块的分配及其所处的位置，我们首先将完整的 地址空间划分为八个大小相等的区。这种划分并不表示地址块的分配，只是我们认为这 样做可以更好地说明每个实际的地址块所处的位置（图26.5）。 地址空间=212%个地址 8 1/8 1/8 1/8 1/8 1/8 1/8 1/R 保留的 全球单播 保留的 保留的 保留的 保留的 保留的 保留的 指派的 指派的 E G H I JKLMN A:1/256Pv4兼容 D:1/64保留的 G:1/16保留的 K:1/512保留的 B:1256保留的 E:1/32保留的 H:1/32保留的 L:1/1024本地链路 C:1/128保留的 F:1/16保留的 1:1/64保留的 M:1/256保留的 J:1/128唯一本地单播 N:1/256多播 图26.5地址空间的分配 每一个区是整个地址空间的1/8（即25个地址）。第一个区包含了六个长度不等的地址
26.1.3 三种地址类型 在 IPv6 中，一个目的地址可以属于以下三种类型之一：单播的、任播的和多播的。 单播地址 单播地址定义了一个接口（计算机或路由器）。发送到单播地址的分组必须交付给这个 指定的计算机。我们将在稍后会看到，IPv6 为单播通信设计了一个很大的地址块，其中的 单播地址都可以指派给接口使用。 任播地址 任播地址定义了一组共享一个地址的计算机。发送到任播地址的分组会被交付给这个组 的成员之一，也就是最容易到达的那一个。例如，当多台服务器都能响应某个查询时，就可 以使用任播通信。这个查询请求被发送到最容易到达的那台服务器。产生请求的硬件和软件 只生成了一份请求的副本，而该副本也仅到达其中的一台服务器。IPv6 没有为任播设计专 门的地址块，这些任播地址是从单播地址块中指派的。 多播地址 多播地址定义的也是一组计算机，但是任播和多播是有区别的。在多播通信中，多播组 的每个成员都会接收到一个副本。稍后我们将会看到，IPv6 发送到多播地址的分组必须交 付给该组中的每一个成员。IPv6 为多播通信设计了一个地址块，从这个地址块中可以向一 个组的所有成员指派相同的地址。 26.1.4 广播和多播 有趣的是 IPv6 没有定义广播通信，哪怕是在有限范围内的广播，这一点不像 IPv4。 在第 5 章中，我们讨论了在一个地址块中的某些地址能够被用于有限的广播。我们将会 看到， IPv6 认为广播就是多播的一种特殊情况。 26.2 地址空间分配 像 IPv4 的地址空间一样，IPv6 的地址空间被划分为若干个大小不同的地址块，并 为每种特定的任务分配一个地址块。这些地址块中的绝大部分尚未指派，被留作将来使 用。为了更好地理解地址空间中每个地址块的分配及其所处的位置，我们首先将完整的 地址空间划分为八个大小相等的区。这种划分并不表示地址块的分配，只是我们认为这 样做可以更好地说明每个实际的地址块所处的位置（图 26.5）。 图 26.5 地址空间的分配 每一个区是整个地址空间的 1/8（即 2 125个地址）。第一个区包含了六个长度不等的地址
块，其中三个地址块是保留的，另外三个地址块是未指派的。第二个区被认为就是一个地址 块，用于全球单播地址，我们在本章的后面将会进一步讨论。接下来的五个区都是未指派的 地址。最后一个区划分为八个地址块，其中有些地址块属于尚未指派的地址，另一些则被保 留作特殊用途。从图中可以看出有5/8的地址空间还没有被指派。只有1/8的地址空间用于 用户之间的单播通信。 表26.1给出了每种类型的地址的前缀。第五列表示每一种地址类型相对于整个地址空 间所占据的份额。最左边一列不是标准中的一部分，一它只是显示了图26.5所描绘的地址 区。 表26.11Pv6地址的类型前缀 地址块前缀 CIDR 地址块分配 份额 00000000 0000:/8 保留(IPv4兼容) 1/256 00000001 0100:/8 保留 1/256 0000001 0200:/7 保留 1/128 续表 地址块前缀 CIDR 地址块分配 份额 000001 0400:/6 保留 1/64 00001 0800:/5 保留 1/32 0001 1000:/4 保留 1/16 2 001 2000:/3 全球单播 1/8 010 4000:/3 保留 1/8 4 011 6000:/3 保留 1/8 5 100 8000:/3 保留 1/8 6 101 A000:/3 保留 1/8 1 110 C000:/3 保留 1/8 1110 E000:/4 保留 1/16 11110 F000:/5 保留 1/32 111110 F800:/6 保留 1/64 1111110 FC00:/7 唯一的本地单播 1/128 111111100 FE00:/8 保留 1/512 1111111010 FE80:/10 本地链路地址 1/1024 1111111011 FEC0:/10 保留 1/1024 11111111 FF00:/8 多播地址 1/256 例26.8 图26.5仅显示出了用于全球单播通信的地址在地址空间中是哪一部分，那么在这个地 址块中一共有多少个地址？ 解 这个地址块仅占地址空间的1/8。为了计算这些地址的数量，我们可以用完整的地址空 间除以8或23。结果是(2128)/(23)=2125，很大的一个地址块。 算法 为了说明根据表26.1中列出的那些前缀，能够为一个IPv6地址无二义性地找到其相应 的地址块，我们构造了如图26.6所示的算法流程图。这个算法可用于编写一段程序，以找 出一个给定的地址所属的地址块。这个算法最多只需检查10位就能找出该地址所属的地址
块，其中三个地址块是保留的，另外三个地址块是未指派的。第二个区被认为就是一个地址 块，用于全球单播地址，我们在本章的后面将会进一步讨论。接下来的五个区都是未指派的 地址。最后一个区划分为八个地址块，其中有些地址块属于尚未指派的地址，另一些则被保 留作特殊用途。从图中可以看出有 5/8 的地址空间还没有被指派。只有 1/8 的地址空间用于 用户之间的单播通信。 表 26.1 给出了每种类型的地址的前缀。第五列表示每一种地址类型相对于整个地址空 间所占据的份额。最左边一列不是标准中的一部分，一它只是显示了图 26.5 所描绘的地址 区。 表 26.1IPv6 地址的类型前缀 例 26.8 图 26.5 仅显示出了用于全球单播通信的地址在地址空间中是哪一部分，那么在这个地 址块中一共有多少个地址？ 解 这个地址块仅占地址空间的 1/8。为了计算这些地址的数量，我们可以用完整的地址空 间除以 8 或 23。结果是(2128)/(23)= 2125，很大的一个地址块。 算法 为了说明根据表 26.1 中列出的那些前缀，能够为一个 IPv6 地址无二义性地找到其相应 的地址块，我们构造了如图 26.6 所示的算法流程图。这个算法可用于编写一段程序，以找 出一个给定的地址所属的地址块。这个算法最多只需检查 10 位就能找出该地址所属的地址
块。请注意，为了保持该图的简洁性，图中没有显示保留的地址块（除了与IPv4兼容的地 址)。 图例 ◆检查下一位或多位 开始 已指派的 111111 000000 本地链路 Pv4兼容 多播 唯一本地单播 全球单播 图26.6查找所分配的地址块的算法 26.2.1指派的和保留的地址块 这一小节要讨论各个已指派的和被保留的地址块的特点和作用，让我们从表26.1 的第一行开始。 Pv4兼容地址 使用前缀(00000000)的地址是保留的，但是其中有部分用来定义了一些IPv4兼容 地址。这个地址块占据整个地址空间的1/256，也就是说在这个地址块中一共有22”个 地址。用CID记法时，这个地址块可定义为O000:/8。这个地址块进一步被划分为若 干个子块，下面将具体讨论。 未指明地址未指明地址是只包含了一个地址的子地址块，它定义的这个地址的所 有后缀部分也都是零。换言之，整个的地址都是由零组成。这个地址用于主机引导期间， 当主机不知道自己的地址而需要发送查询以便找出自己的地址时。因为任何IPv6分组 都需要一个源地址，所以该主机就使用这个地址来完成此任务。请注意，未指明地址不 能用做目的地址。这个单地址子块的CIDR记法是：：/128。图26.7所示为未指明地址 的格式。 8位 120位 00000000 全0 前缀 后缀 图26.7未指明地址 Pv6中的未指明地址是：/128。 它永远也不应当被用做目的地址 例26.9 试比较IPv4中的未指明地址和IPv6中的未指明地址。 解 在这两种体系结构中，未指明地址都是一个全零的地址。在IPv4中，这个地址是属于A 类地址的一部分。在IPv6中，这个地址是保留地址块中的一部分。 环回地址这个子块同样也只包含了一个地址。我们在第5章中讨论过环回地址。这个 地址是主机在不需要连接到网络的情况下用来测试它自己的。在这种情况下，由应用层产生 一个报文，发送到运输层，再传递到网络层。但是，这个报文并没有传送到物理网络中，而 是返回到运输层，再传递到应用层。在把计算机连接到网络上之前，可以用这个地址来测试 上面几层的软件包的功能。图26.8描绘了环回地址，它由前缀00000000和后面跟着119 个0和一个1组成。这个单地址子块的CID记法是：：1/128
块。请注意，为了保持该图的简洁性，图中没有显示保留的地址块（除了与 IPv4 兼容的地 址）。 图 26.6 查找所分配的地址块的算法 26.2.1 指派的和保留的地址块 这一小节要讨论各个已指派的和被保留的地址块的特点和作用，让我们从表 26.1 的第一行开始。 IPv4 兼容地址 使用前缀(00000000)的地址是保留的，但是其中有部分用来定义了一些 IPv4 兼容 地址。这个地址块占据整个地址空间的 1/256，也就是说在这个地址块中一共有 2 120个 地址。用 CIDR 记法时，这个地址块可定义为 0000::/8。这个地址块进一步被划分为若 干个子块，下面将具体讨论。 未指明地址 未指明地址是只包含了一个地址的子地址块，它定义的这个地址的所 有后缀部分也都是零。换言之，整个的地址都是由零组成。这个地址用于主机引导期间， 当主机不知道自己的地址而需要发送查询以便找出自己的地址时。因为任何 IPv6 分组 都需要一个源地址，所以该主机就使用这个地址来完成此任务。请注意，未指明地址不 能用做目的地址。这个单地址子块的 CIDR 记法是：:/128。图 26.7 所示为未指明地址 的格式。 图 26.7 未指明地址 例 26.9 试比较 IPv4 中的未指明地址和 IPv6 中的未指明地址。 解 在这两种体系结构中，未指明地址都是一个全零的地址。在 IPv4 中，这个地址是属于 A 类地址的一部分。在 IPv6 中，这个地址是保留地址块中的一部分。 环回地址 这个子块同样也只包含了一个地址。我们在第 5 章中讨论过环回地址。这个 地址是主机在不需要连接到网络的情况下用来测试它自己的。在这种情况下，由应用层产生 一个报文，发送到运输层，再传递到网络层。但是，这个报文并没有传送到物理网络中，而 是返回到运输层，再传递到应用层。在把计算机连接到网络上之前，可以用这个地址来测试 上面几层的软件包的功能。图 26.8 描绘了环回地址，它由前缀 00000000 和后面跟着 119 个 O 和一个 1 组成。这个单地址子块的 CIDR 记法是：:1/128
8位 120位 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000..00000000001 前缀 后缀 图26.8环回地址 例26.10 试比较IPv4中的环回地址和IPv6中的环回地址。 解 它们之间有两点不同。在分类编址中分配给环回地址的是一个完整的地址块，而在IPv6 中只有一个地址被作为环回地址分配。另外，分类编址中的环回地址块是A类地址块的一部 分，而在IPv6中，它只是保留地址块中的一个地址。 嵌入的IPv4地址我们将在第27章中看到，从IPv4到IPv6的过渡期间，主机可以在 IPv6中嵌入它们的IPv4地址。为此而设计了两种格式：兼容的和映射的。兼容地址 (compatib1 e address)是在96位0之后紧跟32位的IPv4地址。当使用IPv6的计算机要 把报文发送给另一个使用IPv6的计算机，但是，分组又必须要通过仍然使用了IPv4网络的 区域时，就要使用这种地址。发送方必须使用与IPv4兼容的地址，使得分组能够通过IPv4 的网络区域。例如，IPv4地址2.13.17.14（点分十进制格式表示）被转换为0：2.13.17.14 (混合格式表示)。在这个IPv4地址前面加上96个0产生了一个128位的IPv6地址（见图 26.9)。这个子地址块是能够包含232个地址的保留区，它的CID记法是：：/96。我们将在 第27章更详细地讨论此类地址。 00000000 全0 Pv4地址 96位 32位 图26.9兼容地址 一个映射地址(mapped address.)由80位0之后紧跟着l6位1，再后面跟着的就是 32位的IPv4地址。当某个计算机已经过渡到IPv6而打算把分组发送给一个仍然使用IPv4 的计算机时，就要使用这种地址。这个分组所经过的大部分网络是IPv6的，但最后要交付 到使用IPv4的主机。例如，IPv4地址2.13.17.14（点分十进制格式）被转换为 0:FFFF:2.13.17.14(十六进制冒号格式)。IPv4地址的前面加上80个0和16个1，得到 一个128位的IPv6地址（见第27.3节有关过渡策略的介绍）。图26.10所示为一个映射地 址。 00000000 全0 全1 IPv4地址 80位 16位 32位 图26.10映射地址 关于映射地址和兼容地址有一个非常有意思的地方，它们的设计使得在计算检验和时， 可以使用嵌入的地址，也可以使用完整的地址，因为额外的0或1，只要其个数是16的倍 数，对检验和的计算来说就没有任何影响。这一点对于使用了需要计算检验和的伪首部的 UDP和TCP来说很重要，因为若分组的地址被某个路由器从IPv6地址变为IPv4地址后，检 验和的计算不受影响。 全球单播地址块 这是因特网上主机与主机之间的单播通信所使用的主要地址块。我们将在后面全面而详 细地讨论这个地址块，以说明它是如何在因特网中被用来提供分级编址的 唯一的本地单播地址块 我们在第5章介绍IPv4协议时讨论过专用地址。我们说在IPv4地址空间中有一些地址
图 26.8 环回地址 例 26.10 试比较 IPv4 中的环回地址和 IPv6 中的环回地址。 解 它们之间有两点不同。在分类编址中分配给环回地址的是一个完整的地址块，而在 IPv6 中只有一个地址被作为环回地址分配。另外，分类编址中的环回地址块是 A 类地址块的一部 分，而在 IPv6 中，它只是保留地址块中的一个地址。 嵌入的 IPv4 地址 我们将在第 27 章中看到，从 IPv4 到 IPv6 的过渡期间，主机可以在 IPv6 中嵌入它们的 IPv4 地址。为此而设计了两种格式：兼容的和映射的。兼容地址 (compatible address)是在 96 位 O 之后紧跟 32 位的 IPv4 地址。当使用 IPv6 的计算机要 把报文发送给另一个使用 IPv6 的计算机，但是，分组又必须要通过仍然使用了 IPv4 网络的 区域时，就要使用这种地址。发送方必须使用与 IPv4 兼容的地址，使得分组能够通过 IPv4 的网络区域。例如，IPv4 地址 2.13.17.14（点分十进制格式表示）被转换为 0::2.13.17.14 （混合格式表示）。在这个 IPv4 地址前面加上 96 个 0 产生了一个 128 位的 IPv6 地址（见图 26.9）。这个子地址块是能够包含 232 个地址的保留区，它的 CIDR 记法是：:/96。我们将在 第 27 章更详细地讨论此类地址。 图 26.9 兼容地址 一个映射地址（mapped address）由 80 位 O 之后紧跟着 16 位 1，再后面跟着的就是 32 位的 IPv4 地址。当某个计算机已经过渡到 IPv6 而打算把分组发送给一个仍然使用 IPv4 的计算机时，就要使用这种地址。这个分组所经过的大部分网络是 IPv6 的，但最后要交付 到使用 IPv4 的主机。例如，IPv4 地址 2.13.17.14（点分十进制格式）被转换为 O::FFFF:2.13.17.14（十六进制冒号格式）。IPv4 地址的前面加上 80 个 0 和 16 个 1，得到 一个 128 位的 IPv6 地址（见第 27.3 节有关过渡策略的介绍）。图 26.10 所示为一个映射地 址。 图 26.10 映射地址 关于映射地址和兼容地址有一个非常有意思的地方，它们的设计使得在计算检验和时， 可以使用嵌入的地址，也可以使用完整的地址，因为额外的 0 或 1，只要其个数是 16 的倍 数，对检验和的计算来说就没有任何影响。这一点对于使用了需要计算检验和的伪首部的 UDP 和 TCP 来说很重要，因为若分组的地址被某个路由器从 IPv6 地址变为 IPv4 地址后，检 验和的计算不受影响。 全球单播地址块 这是因特网上主机与主机之间的单播通信所使用的主要地址块。我们将在后面全面而详 细地讨论这个地址块，以说明它是如何在因特网中被用来提供分级编址的。 唯一的本地单播地址块 我们在第 5 章介绍 IPv4 协议时讨论过专用地址。我们说在 IPv4 地址空间中有一些地址
块被保留做专用地址。IPv6为专用地址分配了两个地址块：一个是站点级的，一个是链路 级的。在这一小节我们先讨论前一个地址块，下一小节再讨论后一个地址块。 在唯一的本地单播地址块(unique local unicast block)中有一个子块可被站点以个 人行为进行创建和使用。这类地址作为目的地址的分组是不会被路由器转发的。这类地址的 块标识是1111110，紧接着的一位可以是0或者1，它们定义了这个地址是如何被选择的（本 地选择的，还是管理机构选择的)。接下来的40位是由站点选择的，它使用了一个长度为 40位的随机生成数。也就是说这整个48位定义了一个看起来很像全球单播地址的子地址块。 40位的随机数使得地址重复的可能性极小，参见图26.11。请注意，这些地址在格式上和全 球单播地址（本章后面讨论）有着相似之处。 0或1 40位 16位 64位 1110 随机数 子网D 接口D n=48位 图26.11唯一的本地单播地址块 本地链路地址块 设计给专用地址的第二个地址块是本地链路地址块(link local block)。在这个地址块 中有一个子块可用做网络中的专用地址。这类地址的块标识是1111111010。接下来的54位 都被设置为0。最后的64位是可变的，以定义每个计算机的接口（参见图26.12）。请注意， 这些地址在格式上与全球单播地址（本章后面讨论）有着相似之处。 38位 16位 64位 1111111010 全0 全0 接口D n=48位 图26.12本地链路地址 多播地址块 我们在第5章介绍IPv4协议时讨论过多播地址。多播地址用于定义了一组主机而不是 仅仅一个主机。在IPv6中为多播通信指派了一个很大的地址块。所有多播地址都使用前缀 11111111。第二个字段是定义组地址为永久的或暂时的一个标志。永久组地址由因特网管理 机构定义，并可在任何时间进行访问。另一方面，暂时组地址只是临时使用。例如，加入到 远程会议中的各个系统就可以使用一个暂时的组地址。第三个字段定义组地址的范围。现在 已经定义了许多不同的范围，如图26.13所示。 8位 4 4 112位 111111标志范围 组D 0:永久的 0. 保留 5：本地站点 1:暂时的 本地结点8：本地组织 十六进制值 本地链路 E:全球 十六进制值 本地管理 F:保留 图26.13多播地址 26.3全球单播地址 在Pv6地址空间中，用于因特网上两个主机之间的单播（一对一）通信的地址块 称为全球单播地址块。这个地址块的CIDR记法是2000：/3，也就是说，对这个地址块 中的所有地址来说最左边的三位都相同(001)。这个地址块的大小是2125，就因特网的 发展速度来看，它在未来很多年以后都足够用了
块被保留做专用地址。IPv6 为专用地址分配了两个地址块：一个是站点级的，一个是链路 级的。在这一小节我们先讨论前一个地址块，下一小节再讨论后一个地址块。 在唯一的本地单播地址块(unique local unicast block)中有一个子块可被站点以个 人行为进行创建和使用。这类地址作为目的地址的分组是不会被路由器转发的。这类地址的 块标识是 1111 110，紧接着的一位可以是 0 或者 1，它们定义了这个地址是如何被选择的（本 地选择的，还是管理机构选择的）。接下来的 40 位是由站点选择的，它使用了一个长度为 40 位的随机生成数。也就是说这整个 48 位定义了一个看起来很像全球单播地址的子地址块。 40 位的随机数使得地址重复的可能性极小，参见图 26.11。请注意，这些地址在格式上和全 球单播地址（本章后面讨论）有着相似之处。 图 26.11 唯一的本地单播地址块 本地链路地址块 设计给专用地址的第二个地址块是本地链路地址块(link local block)。在这个地址块 中有一个子块可用做网络中的专用地址。这类地址的块标识是 1111111010。接下来的 54 位 都被设置为 0。最后的 64 位是可变的，以定义每个计算机的接口（参见图 26.12）。请注意， 这些地址在格式上与全球单播地址（本章后面讨论）有着相似之处。 图 26.12 本地链路地址 多播地址块 我们在第 5 章介绍 IPv4 协议时讨论过多播地址。多播地址用于定义了一组主机而不是 仅仅一个主机。在 IPv6 中为多播通信指派了一个很大的地址块。所有多播地址都使用前缀 11111111。第二个字段是定义组地址为永久的或暂时的一个标志。永久组地址由因特网管理 机构定义，并可在任何时间进行访问。另一方面，暂时组地址只是临时使用。例如，加入到 远程会议中的各个系统就可以使用一个暂时的组地址。第三个字段定义组地址的范围。现在 已经定义了许多不同的范围，如图 26.13 所示。 图 26.13 多播地址 26.3 全球单播地址 在 IPv6 地址空间中，用于因特网上两个主机之间的单播（一对一）通信的地址块 称为全球单播地址块。这个地址块的 CIDR 记法是 2000::/3，也就是说，对这个地址块 中的所有地址来说最左边的三位都相同( 001)。这个地址块的大小是 2125，就因特网的 发展速度来看，它在未来很多年以后都足够用了
26.3.1三级结构 这个地址块中的地址被划分为三个部分：全球路由选择前缀、子网标识和接口标识， 如图26.14所示。 n位 128-n-m位 m位 全球路由选择前缀 子网标识 接口标识 图26.14全球单播地址 这三个部分的推荐长度如表26.2所示。 表26.2单播地址中各部分的推荐长度 块的指派 长度 全球路由选择前缀(n)】 48位 子网标识(128-n-m) 16位 接口标识(m) 64位 全球路由选择前缀 全球单播地址的最前面48位称为全球路由选择前缀。这48位用来为分组选择路由以通 过因特网到达某个组织的站点，比如说拥有这个地址块的ISP。因为在这个部分中的最前面 三位是固定的(001)，所以剩下的45位就可以定义高达245个站点（个体组织或ISP)。全 球因特网上的路由器都会根据的值来转发分组以到达它的目的站点。 子网标识 接下来的16位定义了组织中的一个子网。这就意味着一个组织可以拥有高达216=65536 个子网，这个数量显然是足够用了。 接口标识 最后64位定义了接口标识。这个接口标识类似于Pv4的主机标识，只不过用接口标识 这个术语会更加确切一些，因为正如我们在第5章中所讨论的，实际上主机标识定义的也是 一个接口，而非一个主机。如果主机从一个接口移动到另一个接口，它的P地址也要随之 改变。 在IPv4编址中，在主机标识(IP层的)和物理或MAC地址（数据链路层的）之间是没有 特殊关联的，因为通常物理地址的长度要远远超出主机标识的长度。例如，在使用以太网技 术时，物理地址的长度是48位，而主机标识的长度小于32位。但是Pv6编址就允许这种 可能性的存在。只要长度小于64位的物理地址都可以被嵌入到接口标识中，作为该接口标 识的一部分或者全部，从而消除了地址映射过程。对此可以考虑两种常见的物理编址机制： 由IEEE定义的64位的扩展唯一标识(EL-64)和由以太网定义的48位的物理地址。 EUI-64的映射为了映射64位的物理地址，该格式中的全球/本地控制位需要从0变 为1（从本地的变为全球的）以定义一个接口地址，如图26.15所示。 148位48位18位48位148位 8位 +18位 18位 EU1-64画 接口标识 64位 图26.15EUI-64的映射 以太网MAC地址的映射将一个48位的以太网地址映射为一个64位的接口地址要更复杂 一些。我们需要把全球/本地控制位变为1，还要另外插入16位。这个附加的16位被定义 为15个1后面跟着1个0，或FFFE16。图26.16描绘了此映射
26.3.1 三级结构 这个地址块中的地址被划分为三个部分：全球路由选择前缀、子网标识和接口标识， 如图 26.14 所示。 图 26.14 全球单播地址 这三个部分的推荐长度如表 26.2 所示。 表 26.2 单播地址中各部分的推荐长度 全球路由选择前缀 全球单播地址的最前面 48 位称为全球路由选择前缀。这 48 位用来为分组选择路由以通 过因特网到达某个组织的站点，比如说拥有这个地址块的 ISP。因为在这个部分中的最前面 三位是固定的(001)，所以剩下的 45 位就可以定义高达 245 个站点（个体组织或 ISP）。全 球因特网上的路由器都会根据 n 的值来转发分组以到达它的目的站点。 子网标识 接下来的 16 位定义了组织中的一个子网。这就意味着一个组织可以拥有高达 216=65536 个子网，这个数量显然是足够用了。 接口标识 最后 64 位定义了接口标识。这个接口标识类似于 IPv4 的主机标识，只不过用接口标识 这个术语会更加确切一些，因为正如我们在第 5 章中所讨论的，实际上主机标识定义的也是 一个接口，而非一个主机。如果主机从一个接口移动到另一个接口，它的 IP 地址也要随之 改变。 在 IPv4 编址中，在主机标识(IP 层的)和物理或 MAC 地址（数据链路层的）之间是没有 特殊关联的，因为通常物理地址的长度要远远超出主机标识的长度。例如，在使用以太网技 术时，物理地址的长度是 48 位，而主机标识的长度小于 32 位。但是 IPv6 编址就允许这种 可能性的存在。只要长度小于 64 位的物理地址都可以被嵌入到接口标识中，作为该接口标 识的一部分或者全部，从而消除了地址映射过程。对此可以考虑两种常见的物理编址机制： 由 IEEE 定义的 64 位的扩展唯一标识(EUL-64)和由以太网定义的 48 位的物理地址。 EUI-64 的映射 为了映射 64 位的物理地址，该格式中的全球／本地控制位需要从 0 变 为 1（从本地的变为全球的）以定义一个接口地址，如图 26.15 所示。 图 26.15EUI-64 的映射 以太网 MAC 地址的映射将一个 48 位的以太网地址映射为一个 64 位的接口地址要更复杂 一些。我们需要把全球／本地控制位变为 1，还要另外插入 16 位。这个附加的 16 位被定义 为 15 个 1 后面跟着 1 个 O，或 FFFE16。图 26.16 描绘了此映射
48位 8位+1 8位 以太网 +18位 +48位→148位18位 ■ MAC地址 增加的位 接口标识 O 64位 图26.16以太网MAC地址的映射 例26.11 如果一个EUI物理地址是(F5-A9-23-EF-07-14-7A-D2)16,试用我们为EUI地址定义的 格式来给出这个接口标识。 解 我们只需要将第一个八位组的第七位从0变为1，然后再转换成十六进制冒号记法。其 结果是F7A9:23EF:0714:7AD2。 例26.12 如果一个以太网地址为(F5-A9-23-14-7A-D2)16,试用我们为以太网地址定义的格式来 给出这个接口标识。 解 我们只需要将第一个八位组的第七位从0变为1，然后插入两个八位组F℉E16,再将其 转换成十六进制冒号记法。结果是F7A9:23FF:FE14:7AD2。 例26.13 一个组织经指派得到了地址块2000：1456：2474/48。这个组织的第一个和第二个子网的 地址块的CIDR记法是什么？ 解 从理论上说，第一个和第二个子网应当分别使用予网标识为000116和000216的地址块。 也就是说这两个地址块是2000：1456：2474：0000/64和2000：1456：2474：0001/64。 例26.14 一个组织经指派得到了地址块2000：1456：2474/48。如果在它的第三个子网中有一台计 算机的以太网物理地址为(F5-A9-23-14-7A-D2)16,那么这个接口的IPv6地址是什么？ 解 这个接口的接口标识是F7A9:23FF:FE14:7AD2(参见例26.12)。如果我们在这个接口标 识上再添加它的全球前缀和子网标识后，得到： 2000:1456:2474:0003:F7A9:23FF:FE14:7AD2/128 26.4自动配置 IPv6的一个很有意思的地方是主机的自动配置(autoconfiguration)。如我们在讨论 IPv4时提到的，主机和路由器最初是由网络管理员手工配置的。不过，动态主机配置协议 DHCP可以为加入网络中的主机分配一个IPv4地址。在IPv6中，仍然可以使用DHCP来为主 机分配一个IPv6地址，但是主机也可以自己进行配置。 当IPv6中的一个主机加入到网络上时，它可以按照以下过程对自己进行配置： 1.主机首先为自己创建一个本地链路地址。具体做法是，先在10位的本地链路前缀 (1111111010)后添加54个0，再加上64位的接▣标识，所有主机都知道应该如何从它的 接口卡上得到一个接口标识。最后的结果是128位的本地链路地址。 2.主机测试这个本地链路地址是否唯一，是否没有被其他主机使用。因为64位的接口
图 26.16 以太网 MAC 地址的映射 例 26.11 如果一个 EUI 物理地址是(F5-A9-23-EF-07-14-7A-D2)16，试用我们为 EUI 地址定义的 格式来给出这个接口标识。 解 我们只需要将第一个八位组的第七位从 0 变为 l，然后再转换成十六进制冒号记法。其 结果是 F7A9:23EF:0714:7AD2。 例 26.12 如果一个以太网地址为(F5-A9-23-14-7A-D2)16，试用我们为以太网地址定义的格式来 给出这个接口标识。 解 我们只需要将第一个八位组的第七位从 0 变为 l，然后插入两个八位组 FFFE16，再将其 转换成十六进制冒号记法。结果是 F7A9:23FF:FE14:7AD2。 例 26.13 一个组织经指派得到了地址块 2000:1456:2474/48。这个组织的第一个和第二个子网的 地址块的 CIDR 记法是什么？ 解 从理论上说，第一个和第二个子网应当分别使用予网标识为000116和000216的地址块。 也就是说这两个地址块是 2000:1456:2474:0000/64 和 2000:1456:2474:0001/64。 例 26.14 一个组织经指派得到了地址块 2000:1456:2474/48。如果在它的第三个子网中有一台计 算机的以太网物理地址为(F5-A9-23-14-7A-D2)16，那么这个接口的 IPv6 地址是什么？ 解 这个接口的接口标识是 F7A9:23FF:FE14:7AD2（参见例 26.12）。如果我们在这个接口标 识上再添加它的全球前缀和子网标识后，得到： 26.4 自动配置 IPv6 的一个很有意思的地方是主机的自动配置(autoconfiguration)。如我们在讨论 IPv4 时提到的，主机和路由器最初是由网络管理员手工配置的。不过，动态主机配置协议 DHCP 可以为加入网络中的主机分配一个 IPv4 地址。在 IPv6 中，仍然可以使用 DHCP 来为主 机分配一个 IPv6 地址，但是主机也可以自己进行配置。 当 IPv6 中的一个主机加入到网络上时，它可以按照以下过程对自己进行配置： 1．主机首先为自己创建一个本地链路地址。具体做法是，先在 10 位的本地链路前缀 (1111 1110 10)后添加 54 个 0，再加上 64 位的接口标识，所有主机都知道应该如何从它的 接口卡上得到一个接口标识。最后的结果是 128 位的本地链路地址。 2．主机测试这个本地链路地址是否唯一，是否没有被其他主机使用。因为 64 位的接口