IPv6 协议

一台设备已经有 fe80:: 地址，却无法访问互联网；另一台已经有全局地址，却解析不了域名。两者并不矛盾：地址、下一跳、DNS 与路径包大小来自不同机制。理解 IPv6，需要把这些状态逐项连接起来，而不能把“自动配置成功”理解成所有网络能力同时就绪。

地址：先分清表示、范围与接口

IPv6 地址为 128 bit，通常写成八组十六进制。每组前导零可省略，连续全零组可以用一次 :: 压缩；只能出现一次，否则无法确定各处省去了多少组。例如 2001:0db8:0001:0000:0000:0000:0000:000a 与 2001:db8:1::a 表示同一地址。

IPv6 没有广播地址，邻居发现等使用相应多播组。任播则从单播地址空间分配，同一地址可在多处提供服务，由路由选择其中一处；“最近”是路由意义，不保证地理最近。RFC 4291：地址架构

fe80::1%eth0 中 %eth0 是本机用来指定作用域接口的标识，不是线上 128 bit 地址的一部分。两张网卡所在链路都可能存在 fe80::1，因此只给地址可能不够。对于普通以太网 SLAAC，/64 前缀与 64 bit IID 配合；这不表示 IPv6 路由表只允许 /64，聚合路由与主机路由仍有各自长度。

基本头：固定的是入口，不是所有头部总长度

普通非 jumbogram 包的 Payload Length 最大为 65535，整个包还要加 40 B 基本头。不能照搬 IPv4 Total Length 的含义。Jumbogram 有额外规则，不应把长度字段为零一概当作“任意大包”或解析器免检开关。

IPv6 没有基本头校验和，也没有 IHL；选项通过扩展头表达。TCP/UDP 等仍有自己的校验规则，其中伪首部纳入 IPv6 地址等信息，但校验不提供密码学认证。支持 IPsec 也不意味着每个 IPv6 包已加密或认证。RFC 8200：基本头及上层接口

Flow Label 能做什么

源端为同一流使用一致的非零标签，有助于网络在不深入读取传输端口时做流分类或负载分担；零标签仍有定义。20 bit 空间可能碰撞，设备通常结合源/目的等字段使用，不能拿标签当全网唯一连接 ID。

标签也不自动预留带宽或提高优先级；资源调度需要网络策略。应用、内核版本和配置都会影响标签生成，不能把某个 Linux 默认行为推广成协议要求。RFC 6437：Flow Label

扩展头：必须按类型解码

基本头 Next Header=6 可以直接跟 TCP；若为 0，则先进入 Hop-by-Hop Options，再根据该头的 Next Header 继续。上图的 UDP 从第 48 字节开始，若解析器固定从第 40 字节读端口，就会把扩展头字段当作端口。

因此不能对所有扩展头执行同一个“读第二字节、乘八、跳过去”的循环。安全解析还需要检查实际剩余长度、允许的头链和资源上限，遇到无法解释的加密载荷也不能继续猜端口。

RFC 8200 给出推荐排列次序；Hop-by-Hop 若存在，必须紧跟基本头。不同头的处理节点不同，普通转发节点并不需要解释每一种终点选项。扩展头支持情况会影响真实路径可达性，应分别验证端点和中间设备，而非只证明报文字节符合格式。RFC 8200：扩展头

UDP 为什么不总在第40字节？

把一条链看成按类型驱动的游标移动。Options 的第二字节是长度编码，Fragment 同一位置却不能套用这个公式；选择完整首片示例后，仍要扣出 Fragment Header 才能读 UDP。截断在边界附近时，“还没拿到字节”应与“已经读到下一个协议”区分。

分片算例：没有 DF 位，只有源端分片

当转发出口无法容纳当前 IPv6 包时，路由器不做 IPv6 分片，而是丢弃并生成相应 ICMPv6 Packet Too Big（Type 2、Code 0）。把这简称为“DF 永远是 1”会误导字段解析：IPv6 根本没有 DF 位。源端通过 PMTUD 调整发送大小，也可在需要时生成 Fragment Header。RFC 8201：IPv6 PMTUD

下面是独立教学算例：原包 3000 B，含基本头 40 B、可分片部分 2960 B，无其他扩展头；源端已知 PMTU=1280。每片额外需要 8 B 分片头，非末片数据容量为 floor((1280−40−8)/8)×8=1232 B。

末片的 308×8+496=2960 给出原可分片部分长度。重组还要等前面区间到齐，不能只看 M=0；重叠分片按 IPv6 规则导致整份重组丢弃。若有必须随每片携带的其他头，容量需要重新扣除，不能永久套用 1232。首片还必须包含完整的 IPv6 头链及上层头，不能随意切开到后片。RFC 8200：分片与重组

1280 B 是 IPv6 的最小链路 MTU 要求，较小物理传输单元需要链路下层适配；它不是所有路径的实际最大值。过滤必要 ICMPv6 会破坏大小反馈；TCP MSS 也不能替 UDP 应用解决全部分包问题。

自动配置：四种信息分别建立

先形成可用的链路本地地址，主机可以通过 RS 请求 RA，也可以收到路由器主动多播的 RA。RA 的目的并不总是单播。下面区分最容易混淆的信息：RFC 4861：路由器发现

例如收到 A=1、L=0 的合适 PIO，主机可以形成地址，但不能仅凭这条 PIO 认定整个前缀上的所有目的都可直接做邻居解析。M 标志指示有状态地址配置，O 指示其他配置；O 并非专指 DNS，M 也不是“额外获取 DNS”。是否启用对应客户端还取决于主机实现和管理配置。

地址通常先处于 tentative，通过 DAD 后才能按相应规则使用。Preferred Lifetime 到期后地址 deprecated，通常避免为新通信选它，但在 Valid Lifetime 到期前仍有使用意义；有效期到期后不再作为有效地址。这样，更新前缀可以逐步迁移连接，而非立即切断全部旧地址。RFC 4862：SLAAC

RA 的 RDNSS 选项可直接提供递归 DNS 服务器，因此“SLAAC 必须再跑 DHCPv6 才有 DNS”不成立。反过来，只收到一个地址配置结果也不证明默认路由与 DNS 均已存在。RFC 8106：RA DNS 选项

稳定地址与临时地址各解决什么

IID 不必嵌入 MAC。稳定地址有利于地址持续性；临时地址通过轮换降低跨时间关联。临时地址有 preferred/valid lifetime、提前生成替代地址等约束，具体寿命不能统一写死为 24 小时，更不能认为轮换后所有已建连接立即换源地址。

实际源地址选择还受目的作用域、地址状态、策略和应用绑定影响。临时地址不隐藏应用账号、DNS 查询或其他跟踪信号，也不让入站防火墙失去意义。RFC 8981：临时地址

IPv4 共存：封装和翻译改变的东西不同

DS-Lite 保留隧道内 IPv4 语义；NAT64 改变网络层地址族，两者并非同一种“套个 IPv6 头”。对于 NAT64，DNS64 帮助按名称访问，但应用硬编码 IPv4 字面量时不会经过这种 AAAA 合成；464XLAT 可为相应 IPv4 应用提供衔接。DS-Lite RFC 6333、NAT64 RFC 6146、464XLAT RFC 6877

双栈应用可用 Happy Eyeballs 安排候选连接，降低某个地址族失效带来的等待；它涉及解析、排序与延迟启动竞争，不是所有请求都同时完整发送两遍。成功回退可能掩盖 IPv6 故障，诊断时仍需分别看两族的路径和连接结果。RFC 8305

本地复算：长度、字段和数据区间

import struct
from ipaddress import IPv6Address

src = IPv6Address('2001:db8:1::a')
dst = IPv6Address('2001:db8:2::b')
assert src.exploded == '2001:0db8:0001:0000:0000:0000:0000:000a'
traffic_class, flow_label = 0xBA, 0x12345
word = (6<<28) | (traffic_class<<20) | flow_label
header = struct.pack('!IHBB16s16s', word, 116, 0, 64, src.packed, dst.packed)
assert len(header) == 40
assert word>>28 == 6 and (word>>20)&255 == 0xBA
assert word&0xfffff == flow_label
assert 40 + struct.unpack('!H', header[4:6])[0] == 156

payload = bytes(i%251 for i in range(2960))
capacity = ((1280-40-8)//8)*8
pieces = []
for start in range(0,len(payload),capacity):
    data = payload[start:start+capacity]
    more = int(start+len(data)<len(payload))
    offset = start//8
    frag_header = struct.pack('!BBHI', 17, 0, (offset<<3)|more, 123456)
    assert len(frag_header) == 8
    pieces.append((offset,more,8+len(data),48+len(data),data))
assert [x[:4] for x in pieces] == [(0,1,1240,1280),(154,1,1240,1280),(308,0,504,544)]
assert b''.join(x[4] for x in pieces) == payload
assert pieces[-1][0]*8 + len(pieces[-1][4]) == 2960
print('IPv6 字段、长度、分片偏移与区间检查通过')

示例验证局部编码和计算关系，随机载荷并非完整 UDP 报文；未向网络发送数据或修改接口配置。

继续查阅

• ARP 与 NDP：邻居解析、DAD 和可达性状态。
• ICMP 与 PMTUD：错误反馈、黑洞与探测证据。
• 路由与 BGP：前缀选择与控制平面。