Linux 内核源码分析---IPv6 数据包

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IPv6是英文“Internet Protocol Version 6”（互联网协议第6版）的缩写，是互联网工程任务组（IETF）设计的用于替代IPv4的下一代IP协议，其地址数量号称可以为全世界的每一粒沙子编上一个地址。

由于IPv4最大的问题在于网络地址资源不足，严重制约了互联网的应用和发展。IPv6的使用，不仅能解决网络地址资源数量的问题，而且也解决了多种接入设备连入互联网的障碍。互联网数字分配机构（IANA）在2016年已向国际互联网工程任务组（IETF）提出建议，要求新制定的国际互联网标准只支持IPv6，不再兼容IPv4。

IPv6地址分为3类：单播地址、任意播地址及组播地址。

• 单播
  在单播寻址模式下，IPv6 接口(host)在网段中唯一标识。 IPv6 数据包包含源 IP 地址和目标 IP 地址。 主机接口配备有在该网络段中唯一的 IP 地址。当网络交换机或路由器接收到单个主机的单播 IP 分组时，它发出其连接到该特定主机的输出接口之一 。
• 组播
  IPv6 组播模式与 IPv4相同。 目的地为多个主机的数据包在特殊的多播地址上发送。 所有对该组播信息感兴趣的主机需要首先加入该组播组。 加入组的所有接口接收组播数据包并对其进行处理，而对组播数据不感兴趣的其他主机则忽略组播信息。
• 任播
  IPv6 引入了一种新型的寻址，称为 Anycast 寻址。 在此寻址模式下，多个接口(host)被分配相同的任播 IP 地址。 当主机希望与配备有任播 IP 地址的主机通信时，它发送单播消息。 在复杂的路由机制的帮助下，在路由成本方面，该单播消息被递送到最接近发送方的主机。

IPv6地址由被划分为 8 个 16 位块的 128 位组成，共计 128 位。
IPv6 地址格式类似于：xxxx:xxxx:xxxx:xxxx:xxxx:xxxx:xxxx:xxxx（其中x为十六进制位）。

特殊地址
地址0:0:0:0:0:0:0:0/128不指定任何内容，称为未指定地址。 简化后，所有的0被压缩为:: / 128。
在IPv4中，地址0.0.0.0与网络掩码0.0.0.0表示默认路由。 相同的概念也适用于IPv6，地址0:0:0:0:0:0:0:0，网络掩码全0表示默认路由。 应用IPv6规则后，此地址压缩为:: / 0。
IPv4中的环回地址由127.0.0.1到127.255.255.255系列表示。 但在IPv6中，只有0:0:0:0:0:0:0:1/128表示环回地址。 环回地址后，可以表示为:: 1/128。

映射IPv4地址的IPv6地址格式为:开头 80 位全为 0，接下来的 16 全为1，余下的 32 位为IPv4地址。

IPv6地址是 IPv4 的 4 倍，但IPv6地址的头部仅比 IPv4 的头部大2倍。 IPv6 报头有一个固定报头和零个或多个可选(扩展)报头。 所有必要的信息，对路由器是必不可少的保存在固定报头。 扩展报头包含可选信息，帮助路由器了解如何处理数据包/流。

IPv6报头：每个 IPv6 数据包都以 IPv6 报头开头，IPv6报头的长度固定为 40 字节（320位）。

版本(4位)：表示Internet协议的版本，即0110。
流量类(8位)：这8位分为两部分。 最重要的6位用于服务类型，以便让路由器知道应该向该分组提供什么服务。 最低有效2位用于显式拥塞通知(ECN)。
流标签(20位)：此标签用于维护属于通信的数据包的顺序流。 源标记序列以帮助路由器识别特定分组属于特定信息流。 此字段有助于避免数据包的重新排序。 它是为流媒体/实时媒体设计的。
有效负载长度(16位)：该字段用于告诉路由器特定分组在其有效载荷中包含多少信息。 有效载荷由扩展报头和上层数据组成。 使用16位，可以指示高达65535个字节; 但是如果扩展报头包含逐跳扩展报头，则有效载荷可能超过65535字节，并且此字段设置为0。
下一个报头(8位)：该字段用于指示扩展报头的类型，或者如果扩展报头不存在，则它指示上层PDU。 上层PDU的类型的值与IPv4的相同。
跳跃限制(8位)：此字段用于无限期地停止数据包在网络中循环。 这与IPv4中的TTL相同。 跳跃限制字段的值在它通过链路(路由器/跳跃)时递减1。 当字段达到0时，数据包被丢弃。
源地址(128位)：此字段指示数据包的发起方的地址。
目的地址(128位)：此字段提供数据包的预期收件人的地址。

接收IPv6数据包：IPv6 数据包的主接收方法为ipv6_rcv()，它是所有IPv6数据包的处理程序。

发送IPv6数据包：IPv6 传输路径很像IPv4传输路径，使用方法名称基本都很像，在IPv6中，也有两个从第 4 层发送 IPv6 数据包的主方法：一个是方法 ip6_xmit()，由TCP、流控制传输协议和数据报拥塞控制协议 ；一个是方法 ip6_append_data()，由 UDP 和原始套接字等使用。

https://cloud.tencent.com/developer/article/2067425
https://www.cnblogs.com/kmist/p/18116023

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