【概述】
为解决 IP 地址耗尽的问题，从分类 IP 的基础上发展出了网络地址转换 NAT、无类别编址 CIDR 的方法，但这两种方法只是延长了 IP 地址分配的结束时间，随着时间的增长 IP 地址总有耗尽的一天
为此，开发了 具有更大地址空间的 IPv6
【与 IPv4 的对比】
与 IPv4 相比，IPv6 具有以下特点：
- 地址长度从 $32bit$ 扩展到了 $128bit$
- 减少不必要的功能，首部字段数减少到仅有 $8$ 个
- 路由一般不对扩展首部检查，同时提供 QoS 服务
- 支持即插即用，自动配置，IPv4 若想自动配置需要采用 DHCP
- 只允许源站进行分片，对于发送时经过的主机和路由器来说，若数据报过大则丢弃，同时向主机发送 ICMP 分组过大报文
- 使用 ICMPv6 版本，其在 ICMP 的基础上又加了一系列的报文（例如：ICMP 分组过大报文）
【IPv6 数据报格式】
下图展示了 IPv6 数据报的一般形式，直观来看，相较于 IPv4 数据报，其将固定字段变为基本首部，将可选字段变为扩展首部，同时，引入了有效载荷的概念
对于 IPv6 的基本首部，具体格式如下：
其中，各字段含义如下：
- 版本：占 $4bit$，指明协议的版本，对于 IPv6 来说，该字段总是 $6$
- 通信量类：占 $8bit$，用来区分不同 IPv6 数据报的类别或优先级，目前正在进行不同的通信量类性能的实验
- 流标号：占 $20bit$，流是网络上从特定源点到特定终点的一系列数据报，流所经过的路径上的路由器都保证指明的服务质量，所有属于同一个流的数据报都具有同样的流标号
- 有效载荷长度：占 $16bit$，有效载荷是指扩展首部与数据部分的长度，指明了 IPv6 数据除基本首部外的字节数，最大值为 $64KB$
- 下一首部：占 $8bit$，相当于 IPv4 的协议字段或可选字段，表示上层协议或第一个扩展首部的类型
- 跳数限制：占 $8bit$，源站在数据报发出时即设定跳数限制，路由器在转发数据报时将跳数限制字段中的值减 $1$，当跳数限制的值为 $0$ 时，就要将此数据报丢弃
- 源地址：占 $128bit$，是数据报的发送站的 IP 地址
- 目的地址：占 $128bit$，是数据报的接收站的 IP 地址
对于目的地址来说，IPv6 可以是以下三种基本类型地址之一：
- 单播：即传统点对点通信
- 多播：也称组播，一点对多点的通信，分组被交付到一组计算机的每台计算机
- 任播：目的站是一组计算机，但数据报在交付时只交付其中的一台计算机，通常是距离最近的一台计算机
【地址形式】
IPv6 采用冒号十六进制来表示 IP 地址，即每 $4$ 位二进制数用一个十六进制表示，$128bit$ 的 IP 地址写成 $32$ 个十六进制数，同时，每 $4$ 个十六进制数用冒号隔开
进一步，在上述的记法采用压缩形式，每组中，若有连续的四个 $0$，可用一个 $0$ 来表示四个 $0$，若前面存在连续的 $0$，后面存在一个非零，可将连续的 $0$ 省略
例如，对于 4BF5:0000:000A:... ，可以压缩为 4BF5:0:A:...
此外，在压缩形式的基础上，可采用双冒号记法，即一串连续的 $0$ 可采用 $::$ 来取代，但这种记法在一个 IP 地址中只能出现一次，以便从总位数中推算省略 $0$ 的个数
例如，对于 FF05:0:0:0:0:0:0:B3，可记为 FF05::B3
【特殊地址】
在 IPv6 中，同样有一些具有特殊用途的地址
| 地址类型 | 二进制前缀 | IPv6 表示 | 作用 |
|---|---|---|---|
| 未指定 | 全 $0$ | ::/128 |
系统启动之初，尚未分配 IP 地址，对外请求 IP 地址时，作为源地址使用 |
| 环回地址 | 除最后一位为 $1$ 外，其余全 $0$ | ::1/128 |
用于环回测试 |
| 多播地址 | 前八位为 $1$，其余全 $0$ | FF00::/8 |
用于多播通信 |
| 本地链路单播地址 | 前十位为 1111 1110 10，其余全 $0$ |
FE80::/10 |
用于本地链路单播通信 |
| 全球单播地址 | 剩余所有 | 用于全球链路单播通信 |
【从 IPv4 到 IPv6 的过渡】
从 IPv4 到 IPv6 的过渡只能采取逐步演进的方法，同时必须令新安装的 IPv6 系统能够向后兼容，即 IPv6 系统能够接受和转发 IPv4 分组，且能为 IPv4 分组选择路由
目前，采取的过渡方法主要有两种策略：双协议栈技术、隧道技术
双协议栈技术，是指在一台设备上同时安装 IPv4 和 IPv6 协议栈
当设备是主机时，会同时拥有 IPv4 和 IPv6 地址，且具备同时处理两个协议地址的功能；当设备是路由器时，路由器的不同接口上分别配置 IPv4 和 IPv6 地址，且可能分别连接 IPv4 和 IPv6 网络
隧道技术，是将整个 IPv6 分组封装到 IPv4 数据报的数据部分，使 IPv6 数据报可以在 IPv4 网络的隧道中传输
