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4 20

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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。

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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 Troubleshooting TCP/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。

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。

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RFC 2474“Definition of the Differentiated Services Field (DS Field) in the IPv4 and 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Payload Length（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I P v6节点连接到M T U大于64K B的链路时，Jumbogram才起作用。RFC 2675中详细说明了Jumbogram。