🎯 课程摘要：IPv6 数据报由 40 字节固定长度的基本首部和可变有效载荷组成。基本首部仅含 8 个字段，取消了 IPv4 首部中诸多功能字段（改由扩展首部或新字段承担）。IPv6 定义了 6 种扩展首部，除逐跳选项外路由器均不处理，显著提升转发效率。
- IPv6 数据报由两部分组成：
- 基本首部：长度固定为 40 字节。
- 有效载荷：长度可变，最大不超过 65535 字节；由零个或多个扩展首部及其后面的数据部分构成。
- ⚠️ 重点：所有扩展首部并不属于 IPv6 数据报的首部，它们与后面的数据部分合起来构成有效载荷（又称净负荷）。
- IPv6 取消了 IPv4 首部中不必要的功能，使基本首部字段数量减少到 8 个；但由于地址扩展到 128 比特，基本首部长度反而增大到 40 字节（比 IPv4 固定部分大 20 字节）。
| 字段 | 长度 | 含义 |
|---|
| 版本 | 4 比特 | 表示 IP 协议版本，IPv6 取值为 6 |
| 通信量类 | 8 比特 | 区分不同 IPv6 数据报的类别或优先级（目前正在进行不同通信量类性能的实验） |
| 流标号 | 20 比特 | 标识一个"流"，用于资源分配，对实时音视频特别有用；非实时数据流置为 0 |
| 有效载荷长度 | 16 比特 | 指明基本首部后面的有效载荷字节数（含扩展首部和数据），以字节为单位，最大 65535 |
| 下一个首部 | 8 比特 | 相当于 IPv4 的协议字段或可选字段；无扩展首部时指出后面数据是何种 PDU；有扩展首部时标识第一个扩展首部类型 |
| 跳数限制 | 8 比特 | 防止数据报永久兜圈；源点设定（最大 255 跳），每经路由器减 1，为 0 则丢弃；作用同 IPv4 的 TTL |
| 源地址 | 128 比特 | 发送端的 IPv6 地址 |
| 目的地址 | 128 比特 | 接收端的 IPv6 地址 |
- 首部总长度：4 + 8 + 20 + 16 + 8 + 8 + 128 + 128 = 320 比特 = 40 字节（固定）。
- 流：因特网上从特定源点到特定终点（单播或多播）的一系列 IPv6 数据报，如实时音视频数据的传送。
- 流所经过路径上的所有路由器都保证指明的服务质量。
- 所有属于同一个流的 IPv6 数据报都具有同样的流标号。
- ⚠️ 重点：流标号用于资源分配，对实时音视频特别有用；对传统非实时数据无用，置为 0。
- 无扩展首部时：作用同 IPv4 协议字段，值指出基本首部后面数据的协议类型。
- 取值为 6 → 有效载荷是 TCP 报文段。
- 取值为 17 → 有效载荷是 UDP 用户数据报。
- 有扩展首部时：值标识后面第一个扩展首部的类型，各扩展首部中的"下一个首部"字段依次指明其后扩展首部类型，形成链式结构。
| IPv4 首部字段 | IPv6 处理方式 | 说明 |
|---|
| 首部长度字段 | 取消 | IPv6 基本首部固定 40 字节 |
| 区分服务字段 | 取消 | 由通信量类和流标号字段实现其功能 |
| 总长度字段 | 改用有效载荷长度字段 | 首部固定，仅有效载荷可变 |
| 标识、标志、片偏移字段 | 取消 | 功能包含在分片扩展首部中 |
| 生存时间 TTL | 改称跳数限制 | 名称与作用更一致 |
| 协议字段 | 改用下一个首部字段 | 兼具协议字段和选项字段作用 |
| 首部检验和字段 | 取消 | 加快路由器处理速度 |
| 选项字段 | 取消 | 改用扩展首部实现选项功能 |
- IPv4 若在首部使用选项字段，则传送路径中全部路由器都要检查选项，降低处理速度。
- 实际上路径中的路由器对很多选项并不需要检查。
- IPv6 把原 IPv4 首部中的选项都放在扩展首部中，由路径两端的源点和终点主机处理，路径中所有路由器都不处理这些扩展首部（逐跳选项扩展首部除外）。
| 序号 | 扩展首部类型 | 说明 |
|---|
| 1 | 逐跳选项 | 路由器需处理的唯一扩展首部 |
| 2 | 路由选择 | — |
| 3 | 分片 | 承担 IPv4 的标识、标志、片偏移功能 |
| 4 | 鉴别 | — |
| 5 | 封装安全有效载荷（ESP） | — |
| 6 | 目的站选项 | — |
- 每个扩展首部由若干字段组成，长度各不相同。
- 所有扩展首部的第一个字段都是 8 比特的"下一个首部"字段，其值指出该扩展首部后面是何种扩展首部。
- ⚠️ 重点：当使用多个扩展首部时，应按上述 1→6 的先后顺序出现。
- IPv6 数据报 = 40 字节固定基本首部 + 可变有效载荷（扩展首部 + 数据，最大 65535 字节）。
- 基本首部 8 个字段：版本(4b)、通信量类(8b)、流标号(20b)、有效载荷长度(16b)、下一个首部(8b)、跳数限制(8b)、源地址(128b)、目的地址(128b)。
- IPv6 取消首部检验和、首部长度、分片字段、协议字段等，改由扩展首部或新字段承担，加快路由器处理。
- 6 种扩展首部按固定顺序出现，除逐跳选项外路由器均不处理。
- IPv6 基本首部固定为多少字节？包含哪些字段？为何字段数减少但首部反而增大？
- IPv6 取消了首部检验和字段，这样做有什么好处？为什么可以这样取消？
- IPv6 的"流"是什么概念？流标号字段对实时音视频传输有何作用？
- 简述"下一个首部"字段在有无扩展首部两种情况下的不同作用。
- IPv6 为什么要引入扩展首部？列出 RFC 2460 定义的六种扩展首部及其出现顺序。