20第二章IPv6协议的结构
本章将阐述IPv6报头的结构并将其与IPv4报头相比较。此外还将讨论Extension（扩展）报头，这是IPv6所新加的内容。
在RFC 2460中定义了IPv6数据包的报头结构。该报头固定为40字节长。源和目的地址各占16字节（128位），因此，只有8字节是用于普通报头信息的。
普通报头结构在IPv6中，IPv4报头中的下面五个字段被去除了：●Header Length（报头长度）●Identification（标识）●Flags（标志）●Fragment Offset（段偏移量）●Header Checksum（报头校验和）
除去Header Length（报头长度）字段是因为对于固定长度的报头，它是不起作用的。在IPv4中，报头最短长度为20字节，但是如果添加一些选项，则会以4IPv6协议的结构21
字节长度递增，最长可达60字节。因此，对于IPv4来说，报头的总长度信息是很重要的。在IPv6中，选项由扩展报头定义（将在本章后面部分作介绍）。
Identification（标识）字段、Flags（标志）字段和Fragment Offset（段偏移量）字段处理IPv4报头中的数据包分段。如果要在只支持小数据包的网络中发送大数据包，就需要进行分段。在这种情况下，IPv4路由器把数据包分割成更小的片段，并转发多个数据包。目的主机收集数据包并进行重新组合。即便只有一个数据包丢失或出错，都需要重新进行传输，因此效率很低。在IPv6中，主机通过一个叫做路径MTU发现（Path MTU Discovery）的过程来了解路径最大传输单元（Maximum Transmission Unit，MTU）的大小。如果IPv6的发送主机想要对数据包进行分段，就需要使用扩展报头来实现。数据包传输路径上的IPv6路由器不像在IPv4中那样进行数据分段。因此，在IPv6中去除了Identification、Flags和Fragment Offset字段并将会按需插入一个扩展报头。扩展报头将在本章后面进行介绍。
注意：路径MTU发现将在第四章中论述。去除Header Checksum（报头校验和）字段是为了提高处理速度。如果路由器无需检验并更新校验和，则处理会变得更快。校验和的计算也是在介质访问层完成的，这样未检测到的错误和错误路由的数据包所引起的风险最小。传输层（UDP和TCP）中有一个校验和字段。IP是一种“尽力而为”的传输协议，保证数据完整性的责任属于其上层协议。
Type of Service（服务类型）字段由Traffic Class（流量类别）字段代替。IPv6处理参数的机制与IPv4不同。请参考第六章来了解更多的信息。Protocol Type（协议类型）和Time-to-Live（TTL，生存期）字段被重新命名，且稍稍做了些修改。IPv6报头中还添加了一个Flow Label（流标签）字段。
IPv6报头中的字段对IPv6报头中各个字段越熟悉，你对IPv6的工作方式越理解。第二章22
注意：要想了解IPv4报头中所有字段的详细描述，请参考Novell's Guide to TroubleshootingTCP/IP（John Wiley & Sons）一书，由Silvia Hagen和Stephanie Lewis编著。
图2-1是IPv6报头的概述。将在下面的段落中详细讨论各个字段。Version (4 位)6协议的版本号。
Traffic Class(1 字节)用于区分 IPv6 数据包的不同优先级。更多信息
请参考RFC 2474 。Flow Label(20 位)用于标记需要相同处理的数据包的次序，这样
可使路由器的效率更高。Payload Length(2 字节)
IPv6 报头后所装载的数据的长度。
Next Header(1 字节)包含着扩展报头的一个协议号或值。请参见
表2-1。Hop Limit(1 字节)跳数限制。每经过一个路由器就减一。
Source Address(16 字节)
Destination Address(16 字节)
图2-1：IPv6报头中的字段
图2-1说明，即使IPv6报头的总长度是默认的IPv4报头的两倍长，达到了40字节，但它实际上是被简化了的，因为报头的绝大部分被两个16字节的IPv6地址占据。这样，只剩8个字节可供其他报头信息使用。
Version（版本，4位）这是一个4位长的字段，其中包含了协议的版本。在IPv6中，该数目为6。不能使用版本号5，因为5早已被分配给一个实验性的流协议（ST2，RFC 1819）。
Traffic Class（流量类别，1字节）该字段代替了IPv4中的Type of Service字段，它有助于处理实时数据以及任何需要特别处理的数据。发送节点和转发路由器可以使用该字段来识别和分辨IPv6数据包的类别和优先级。IPv6协议的结构23
RFC 2474“Definition of the Differentiated Services Field (DS Field) in the IPv4and IPv6 Headers”（IPv4和IPv6报头中差分服务（DS）字段的定义）文档中解释了如何使用IPv6中的Traffic Class字段。RFC 2474使用术语DS来指代IPv4报头的Type of Service字段和IPv6报头中的Traffic Class字段。
Flow Label（流标签，20位）该字段区分需要相同处理的数据包，以此来促进实时性流量的处理。发送主机能够用一组选项标记数据包的顺序。路由器跟踪数据流并更有效地处理属于相同数据流的数据包，因为他们无须重新处理每个数据包的报头。数据流由流标签和源节点的地址惟一标识。不支持Flow Label字段功能的节点需要在转发数据包时不加改变地传递该字段，并在接收数据包时忽略该字段。属于同一数据流的所有数据包必须具有相同的源IP地址和目的IP地址。
注意：Flow Label字段的使用是实验性的，在本书写作时，IETF仍然在对此进行讨论。请参考第六章了解更多信息。
Payload Length（有效载荷长度，2字节）该字段指定了有效载荷，也就是在IP报头后携带的数据长度。IPv6中的计算与IPv4不同。IPv4中的Length字段包括IPv4报头的长度，而IPv6中的PayloadLength（有效载荷长度）字段仅包含IPv6报头后的数据。扩展报头被认为是有效载荷的一部分，因此被包括在计算之内。
由于Payload Length（有效载荷长度）字段只有2个字节，因此数据包的有效载荷最大为64KB。IPv6有一个Jumbogram Extension报头，如果有需要，它可以支持更大的数据包。只有当IPv6节点连接到MTU大于64KB的链路时，Jumbogram才起作用。RFC 2675中详细说明了Jumbogram。第二章24
Next Header（下一报头，1字节）在IPv4中，该字段为Protocol Type（协议类型）字段。在IPv6中则被重新命名，以反映出重新组织的IP数据包。如果下一个报头是UDP或TCP，该字段将和IPv4中包含的协议号相同，例如，TCP的协议号为6；UDP为17。但是，如果使用了IPv6扩展报头，该字段就包含了下一扩展报头的类型，它位于IP报头和TCP或UDP报头之间。表2-1列举了Next Header字段中可能的值：
表2-1：Next Header字段的值值说明0IPv4报头：保留未使用IPv6报头：下一报头为Hop-by-Hop选项报头1因特网控制消息协议（ICMPv4）—IPv4支持2因特网组管理协议（IGMPv4）—IPv4支持4IP中包含IP（封装）6TCP8外部网关协议（EGP）9IGP — 任何私有内部网关（Cisco用于IGRP）17UDP41IPv643路由报头44分段报头45网域间路由协议（IDRP）46资源预留协议（RSVP）50加密的安全有效载荷报头51认证报头58ICMPv659IPv6没有下一报头60目的选项报头88EIGRP89OSPFIPv6协议的结构25
表2-1：Next Header字段的值 （续）值说明108IP有效载荷压缩协议115第二层隧道传输协议（L2TP）132流控制传输协议（SCTP）134～254未分配255保留
报头类型数字和协议类型数字的范围是相同的，因此不应有冲突。
注意：协议号的完整列表可以在附录中找到。要获得最新的列表，请访问IANA的网站：http://www.iana.org/assignments/protocol-numbers。
Hop Limit（跳数限制，1字节）该字段和IPv4的TTL字段类似。TTL字段包含一个秒数，指示数据包在销毁之前在网络中逗留的时间。绝大多数路由器只是简单地在数据包经过每一跳时将该值减1。该字段在IPv6中被重命名为Hop Limit。现在用字段中的值标识跳数，而不是秒数。每个转发节点对此数目减1。
Source Address（源地址，16字节）该字段包含数据包发送者的IP地址。
Destination Address（目的地址，16字节）该字段包含数据包目的接收者的IP地址。对于IPv4，该字段总是包含数据包的最终目的地的地址。对于IPv6，如果提供了Routing（路由）报头，则该字段包含的未必是最终地址。
图2-2为跟踪文件中的IPv6报头。