IPv6基础：从地址表示到通信过程的全面解析
IPv6基础：从地址表示到通信过程的全面解析
IPv6是下一代互联网协议，它解决了IPv4地址资源枯竭的问题，为设备提供了充足的公网IP地址。本文将详细介绍IPv6的基础知识，包括地址表示、简化规则、前缀和接口ID的概念、访问方式、通信过程以及使用场景等。
概述
IPv4地址的数量有43亿个，而IPv6地址多到无法用口头表达，号称可以让地球上每一粒沙都能有自己的IP地址。由于IPv4地址的数量有限，因此只能通过层层NAT网络转发来解决设备联网的问题；常见的NAT网络转发设备有路由器、光猫、运营商区域NAT设备等；运营商NAT设备可能还会套很多层。这导致大多数量上网设备都没有自己的公网IP，无法实现真正的万物互联。而IPv6可以为每一个台设备分配一个公网IP地址，使设备之间在不依赖NAT转发的情况下直接互联。
IPv6地址
IPv6地址用16进程表示，每个16进制数表示4位二进制数字；每4个16进制数用冒号分隔成组；共8组16进制表示128位二进制，如下：
2001:db8:130F:0000:0000:09C0:876A:130B
IPv6地址简化表示
为了简化IPv6地址的表示，可以使用以下规则：
**0.1>**每组的前导零可以省略，如：0012可以简写为12；如果组中的值全是0，则可以用一个0表示；
简写前：2001:db8:130F:0000:0000:09C0:876A:0012
简写后：2001:db8:130F:0:0:9C0:876A:12
0.2> 连续零组可以用双冒号（::）表示；但在一个IPv6地址中，只能出现一次双冒号。
简写前：2001:0db8:0000:0000:1111:0000:0000:57ab
简写后：2001:db8::1111:0:0:57ab。
常见的IPv6地址
## 以 2 开头的通常是公网IP
2001:db8::1111:0:0:57ab
## 以 f 开头的通常是私有IP，类似 192.168.0.2
fe80::2
## 类似 127.0.0.1
::1
## 类似 0.0.0.0，即未指定地址
::
IPv6的前缀和接口ID基础
IPv6由前缀和接口ID组成；前缀表示一个地址范围，前缀越多短表示的地址范围越广；接口ID表示具体的某个主机或接口。如下图，
/64
表示前缀长度为64位，
/56
表示前缀长度为56位；在IPv6地址中，接口ID通常占据了剩余的位数，即从128位的IPv6地址减去前缀的位数，就是接口ID的位数长度。
注：以上仅为基础简述，并不全面和严谨；
访问IPv6地址
访问IPv6地址时必须加上中括号，以区分端口号，如下：
https://[2406:da14:25c:b00:8ec1:377f:151a:de4b]:443
IPv6通信过程
当客户端设备访问网络时，请求先到路由器或其它NAT设备，NAT设备会获取到运营商分配的IPv4地址、IPv6前缀；该IPv6前缀下的所有地址可以被客户端设备任意使用；客户端设备会根据分配到的IPv6前缀给自己生成公网IPv6地址。通过该公网IP上网时，虽然可能还会经过NAT设备，但NAT设备不再进行IP映射，而是直接转发请求和响应。
目前的网络设备大多都是同时使用IPv4和IPv6，但优先使用IPv6；例如在获取DNS记录下，会同时获取IPv4和IPv6地址，除非获取的到的IPv6地址为空，否则优先使用IPv6访问服务器。
使用场景
通过IPv6可以为一个VPS分配很多个IPv6公网IP，因为通常情况下云服务商会分配一个前缀给VPS，在该前缀下可以通过接口ID为VPS构造很多个IPv6公网IP。
兼容性问题
IPv4和IPv6的网络不兼容，无法互相通信；如果客户端设备仅支持IPv6，则无法直接访问IPv4的网站，反之亦然，必须通过一些技术手段进行转换。设备是否支持IPv6取决于操作系统、网卡、路由器、网络配置等。大多数客户端设备和服务器都同时支持IPv4和IPv6。但网站是否能够通过IPv6访问，还取决于Web应用的开发者是否支持了IPv6，如果不支持，也是无法访问的。
1.0>. 并不是所有网站都支持IPv6，因此通过纯IPv6的服务器可能无法访问某些网站；
2.0>. 在客户端设备上搭建服务，并提供公网IPv6地址，也可能无法被公网访问；因为某些路由器默认阻止了IPv6的入站访问。就算路由器没有阻止，电脑运营商也不希望通过公网访问客户端服务，通常会屏蔽掉80、443等常见端口。当然，允许公网访问客户端服务也会带来安全问题，需要做好安全配置。
3.0>. 如果客户端仅支持IPv6，则无法获取IPv4的DNS记录；
4.0>. 一些代理软件对IPv6支持不健全，可能导致DNS劫持失败等各种奇怪问题，因此不建议开启；