IPv6 地址架构核心解析

概述

本文档定义了 IPv6（互联网协议第 6 版）的编址架构，涵盖了从地址模型、文本表示到各类地址类型（单播、任播、多播）的详细规范。它替代了早期的 RFC 3513，是当前理解 IPv6 寻址的基础标准。

文档状态

本备忘录为互联网社区指定了一种互联网标准轨道协议，并征求有关改进的讨论和建议。分发不受限制。

摘要

规范内容包括 IPv6 编址模型、地址的文本表示、单播/任播/多播地址定义，以及节点必备地址要求。重点在于明确 IPv6 地址如何标识接口而非节点，以及不同作用域下的地址行为。

IPv6 编址模型

IPv6 地址是用于标识接口及接口集合的 128 位标识符。与 IPv4 不同，IPv6 中不存在广播地址，其功能已被多播地址取代。地址主要分为三种类型：

单播 (Unicast)：标识单个接口。发往该地址的数据包将被交付至该接口。
任播 (Anycast)：标识一组接口（通常属于不同节点）。数据包被路由至'最近'的一个接口。
多播 (Multicast)：标识一组接口。数据包被交付至该组所有接口。

在 IPv6 中，除非特别排除，任何字段的合法值均可为全零或全一。前缀可包含以零值字段结尾的情况。

地址文本表示

IPv6 地址在文本字符串表示时有三种常规形式，书写时需遵循以下规则：

首选格式：x:x:x:x:x:x:x:x，其中每个 x 为 1~4 位十六进制数字。例如：
```
ABCD:EF01:2345:6789:ABCD:EF01:2345:6789
```
注意：单个字段中的前导零无需书写，但每个字段至少保留一位数字。
零压缩语法：用 :: 表示一个或多个连续的 16 位零组。每个地址中 :: 只能出现一次。

原始地址压缩后地址
2001:DB8:0:0:8:800:200C:417A 2001:DB8::8:800:200C:417A
0:0:0:0:0:0:0:1 ::1
0:0:0:0:0:0:0:0 ::
IPv4 - 兼容混合格式：在混合环境中可用 x:x:x:x:x:x:d.d.d.d 格式。例如：
```
::13.1.68.3
```

原始地址	压缩后地址
`2001:DB8:0:0:8:800:200C:417A`	`2001:DB8::8:800:200C:417A`
`0:0:0:0:0:0:0:1`	`::1`
`0:0:0:0:0:0:0:0`	`::`

地址前缀表示

IPv6 地址前缀采用类似 CIDR 的记法：ipv6-address/prefix-length。例如：

2001:0DB8:0:CD30:123:4567:89AB:CDEF/60

这里 /60 表示左侧连续 60 位构成前缀。需注意压缩后的段必须保持 16 位对齐，避免歧义。

地址类型标识符

IPv6 地址的类型通过高位比特标识：

地址类型	二进制前缀	IPv6 表示法
未指定地址	全 0	::/128
回环地址	00…1	::1/128
多播地址	11111111	FF00::/8
链路本地单播	1111111010	FE80::/10
全球单播地址	其他	-

任播地址取自单播地址空间，语法上与单播无区别，需显式配置告知节点其为任播。

单播地址详解

IPv6 单播地址支持任意比特长度的前缀聚合。主要类型包括全局单播、链路本地等。

接口标识符

单播地址中的接口标识符用于标识链路上的接口，要求在子网前缀内唯一。除二进制值以 000 开头的单播地址外，接口标识符通常为 64 位长，采用修改的 EUI-64 格式构造。

基于修改的 EUI-64 格式的标识符，若派生自 IEEE MAC 地址则具有全局范围；若缺乏全局令牌（如串行链路），则为本地范围。设计时翻转了'u'位（全局/本地位），便于管理员手动配置非全局标识符。

特殊单播地址

未指定地址 (::)：绝不可分配给节点，仅用于初始化主机获取自身地址前的源地址。路由器不得转发源地址为此的地址。
回环地址 (::1)：用于向自身发送数据包，不可分配给物理接口，不可发送到节点外部。
全局单播地址：用于全球范围内唯一标识设备，格式为 全球路由前缀 + 子网 ID + 接口 ID。
嵌入 IPv4 地址：包含 IPv4 兼容和 IPv4 映射两种，前者已弃用，后者用于过渡。
链路本地地址 (FE80::/10)：仅用于单一链路，路由器禁止转发此类数据包到其他链路。
站点本地地址：原设计用于站点内部，现已按规范弃用，新实现应将其视为全球单播地址。

任播地址

任播地址分配给多个接口，数据包被路由至'最近'的一个。典型用途是标识提供互联网服务的组织所属的路由器集合。由于扩展性限制，全局任播集合的支持可能受到严格限制。

子网路由器任播地址是预定义的必备任播地址，格式为 子网前缀 + 全 0 接口 ID。发往该地址的数据包将被交付至子网中的某一台路由器。

多播地址

IPv6 多播地址是一组接口的标识符，格式如下：

8 位	4 位	4 位	112 位
11111111	flgs	scop	group ID

flgs：标志位，T=0 为永久分配，T=1 为临时分配。
scop：作用域值，如接口本地 (1)、链路本地 (2)、站点本地 (5)、全局 (E) 等。
group ID：在多播组内标识具体组。

使用规则：

禁止作为源地址。
路由器不得将多播数据包转发至超过目的地址 scop 指定的作用域。
节点应避免向保留值（如 scop=F）发送数据包。

预定义地址：

所有节点：FF02::1（链路本地）
所有路由器：FF02::2（链路本地）
被请求节点地址：由单播地址低 24 位生成，用于邻居发现，例如 FF02::1:FFXX:XXXX。

节点的必备地址

主机必须识别：

每个接口的链路本地地址。
回环地址 (::1)。
所有节点多播地址（如 FF02::1）。
每个单播地址对应的被请求节点多播地址。

路由器额外需求：

所有配置为路由器接口的子网路由器任播地址。
所有路由器多播地址（如 FF02::2）。

安全考虑

IPv6 寻址相关文档对互联网基础设施安全没有直接影响。数据包的认证机制在独立的标准中定义。

IANA 注意事项

IANA 已将 0000::/96 标记为 "IETF 保留"，此前定义为 "IPv4 兼容 IPv6 地址" 的前缀，该定义已被弃用。该地址块不得重新分配作其他用途。