背景
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IPv4发展的瓶颈
在Internet快速发展的过程中，IPv4协议在设计时存在的局限性凸显出来：
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骨干路由器维护的路由表表项数量过大
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IPv4网络中主机终端配置复杂
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缺乏对安全的支持
TCP/IP协议起初是面向军方网络的，认为使用者都是可靠的，没有考虑到网络安全问题。而用于保障IP数据传输安全的IPSec（Internet Protocol Security,因特网协议安全性）仅作为IPv4协议的一个可选项，并不是它的组成部分；
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缺乏对QoS（Quality of Service，服务质量）的支持
IPv4网络提供尽力交付的服务，不提供服务质量保证，如带宽、时延、误码率和抖动等。因此，IPv4不能满足日益增长的业务类型对QoS的需求。
IPv4协议发展已经遇到了瓶颈，面对如此多的限制，需要一个新的IP协议来替换现有的IPv4，这个协议就是IPv6，IPv6的研究和应用迫在眉睫。
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IPv6的优势
为了解决IPv4中一些不可调和的问题，IPv6应运而生。1998年国际互联网工程任务组（The Internet Engineering Task Force，简称IETF）发布了IPv6协议标准RFC2460,之后还有多次更新RFC（Request For Comments，是一系列以编号排定的文件。文件收集了有关互联网相关信息，以及UNIX和互联网社区的软件文件），包括:RFC 5095、RFC 5722、RFC 5871、RFC 6437、 RFC 6564、RFC 6935、RFC 6946、RFC 7045、RFC 7112。IPv6 终于在2017年7月14日正式完成标准化—— RFC8200。
IPv6具有如下优势：
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以2001:0410:0000:0001:0000:0000:0000:45ff为例
每段的前导0可以省略，但至少留1个0
2001:410:0:1:0:0:0:45ff
连续多个0可以缩写为“::”，但只能使用1次
2001:410:0:1::45ff
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?? 网络前缀，相当于IPv4中的网络ID
?? 接口标识，相当于IPv4中的主机ID
接口标识生成方法：
?? 手工配置
?? 系统通过软件自动生成
?? IEEE EUI-64规范自动生成
这种方式优点有：
?? 设备自动生成，不需人为干预。
?? 步骤2：将U/L位取反，此处0置为1
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主要有三大类：
?? 前10个bit是1111 1110 10，由于终末是64bit的接口ID，所以它的前缀总是FE80::/64；
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IPv6报文格式
IPv6数据包由一个IPv6报头、零或多个扩展报头和一个上层协议数据单元组成。
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IPv6基本报头
每一个IPv6数据包都要包含报头，其长度固定为40bytes，包含该报文的基本信息。报头格式如图4所示：
▲图4:IPv6报头格式
IPv4报头格式如图5所示：
▲图5:IPv4报头格式
与IPv4报头相比，IPv6报头结构的提升：
基本的IPv4报头长度为20个字节，基本的IPv6报头长度为40个字节；由于2层与4层的校验已经足够健壮，取消了IP的三层校验；取消中间节点的分片功能，分片重组功能由源端实现，通过Path MTU机制来发现路径MTU。即，源节点在正式发送数据之前，使用ICMPv6来检测路径上最小的MTU；增加流标签，提高QoS效率。
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IPv6扩展报头
IPv6扩展报头是可选报头，一个IPv6数据包中可能存在零个或多个扩展报头，这些扩展报头可以具有不同的长度。IPv6扩展报头代替了IPv4的选项字段。IPv6扩展报头如图6所示。
▲图6:IPv6扩展报头
在IPv4中，IPv4报头包含可选字段Options，内容涉及安全、时间戳、记录路由等，这些Options可以将IPv4报头长度从20字节扩充到60字节。在转发过程中，处理携带这些Options的IPv4报文会占用路由器很大的资源，因此实际中也很少使用。
IPv6将这些Options从IPv6基本报头中剥离，放到了扩展报头中，扩展报头被置于IPv6报头和上层协议数据单元之间。基于这种设计，IPv6头部固定为40字节，扩展头部仅在需要时添加。通常情况下，扩展头部仅由终端主机处理，IPv6的格式特点一定程度上降低了对路由器性能的要求。
当使用多个扩展报头时，IPv6报头中的“下一报头”字段指明下一个扩展报头的类型，这样就形成了链状的报头列表，如图7所示。
▲图7:IPv6包的扩展报头示例
总 结
在IPv6网络迅速推广、日益引起人们重视的今天，人们要问的是，IPv6网络还有多远？其实IPv6技术正在或已经融入了生活。锐捷网络的主流产品，包括交换机、路由器、无线、网关等均支持IPv6协议，产品大量应用在互联网、新零售、教育、医疗、交通、能源等各个行业。
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