RFC 4291 是由互联网工程任务组（IETF）发布的关于 IPv6 地址架构 的标准文档。
该文档详细定义了 IPv6 地址的格式、类型、表示方法以及分配方式。
以下是对 RFC 4291 中 IPv6 地址架构的全面解析，包括地址格式、类型、表示方法、特殊地址以及地址分配等内容。
1. IPv6 地址概述
1.1 IPv6 地址长度
- 128 位：IPv6 地址长度为 128 位，相比于 IPv4 的 32 位地址，提供了巨大的地址空间（约 3.4×10^38 个地址）。
1.2 地址表示方法
IPv6 地址通常以 冒号十六进制（Colon-Hexadecimal Notation） 表示，
例如：
2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334
为了简化表示，可以使用以下方法：
- 零压缩（Zero Compression）：连续的一段或多段全零可以用
::代替，但在一个地址中只能使用一次。 - 例如：
2001:0db8:85a3::8a2e:0370:7334 - 前导零压缩：每个 16 位段中的前导零可以省略。例如：
2001:db8:85a3:0:0:8a2e:370:7334
2. IPv6 地址类型
2.1 单播地址（Unicast Address）
单播地址用于标识单个网络接口。发送到单播地址的数据包会被传递到该地址标识的接口。
2.1.1 全局单播地址（Global Unicast Address）
- 格式：
| n bits | m bits | 128 - n - m bits | +-----------+------------+------------------------------+ | Global | Subnet ID | Interface ID | +-----------+------------+------------------------------+ - 分配：
- Global Routing Prefix：通常为 48 位，由 IANA 分配给区域互联网注册机构（RIR）。
- Subnet ID：通常为 16 位，用于在组织内部进行子网划分。
- Interface ID：通常为 64 位，用于标识网络接口。
2.1.2 链路本地地址（Link-Local Address）
- 格式：
| 10 bits | 54 bits | 64 bits | +----------+--------------+----------------------+ | 1111111010 | 0 | Interface ID | +----------+--------------+----------------------+ - 用途：用于在同一链路（局域网）上进行通信，不需要全局路由前缀。
2.1.3 唯一本地地址（Unique Local Address, ULA）
- 格式：
| 7 bits | 1 bit | 40 bits | 16 bits | 64 bits | +----------+-------+---------+-----------+----------------------+ | 1111110 | L | Global ID | Subnet ID | Interface ID | +----------+-------+---------+-----------+----------------------+ - 用途：用于在组织内部进行通信，具有全局唯一性，但不可路由到全球互联网。
2.2 任播地址（Anycast Address）
任播地址用于标识一组网络接口，通常分布在不同的节点上。发送到任播地址的数据包会被传递到最近的一个接口。
- 用途：用于负载均衡、服务发现等场景。
- 格式：与单播地址相同，但用于不同的用途。
2.3 组播地址（Multicast Address）
组播地址用于标识一组网络接口。发送到组播地址的数据包会被传递到该组中的所有接口。
- 格式：
| 8 bits | 4 bits | 4 bits | 112 bits | +----------+---------+---------+----------------+ | 11111111 | Flags | Scope | Group ID | +----------+---------+---------+----------------+ - Flags：4 位，用于指示组播地址的类型。
- Scope：4 位，用于指示组播的范围，如节点本地、链路本地、组织本地等。
- Group ID：112 位，用于标识组播组。
2.4 特殊地址
- 未指定地址（Unspecified Address）：
::/128，用于表示地址缺失。 - 回环地址（Loopback Address）：
::1/128，用于本地回环测试。 - 嵌入地址（Embedded IPv4 Addresses）：用于在 IPv6 中嵌入 IPv4 地址，如
::ffff:192.0.2.128。 - IPv4 映射地址（IPv4-Mapped IPv6 Addresses）：用于将 IPv4 地址映射到 IPv6 地址，如
::ffff:192.0.2.1。
3. 地址分配与路由
3.1 地址分配
- IANA：负责全球 IPv6 地址空间的分配。
- RIR（区域互联网注册机构）：从 IANA 获取地址空间，并分配给各国家的互联网服务提供商（ISP）。
- ISP：将地址空间分配给企业和个人用户。
3.2 路由
- 路由聚合：IPv6 支持更高效的路由聚合，减少路由表的大小。
- 层次化路由：通过层次化的地址分配和路由策略，实现高效的路由管理。
4. 最佳实践
4.1 地址规划
- 层次化规划：采用层次化的地址规划，方便路由管理和地址分配。
- 子网划分：根据网络规模和需求，合理划分子网，避免地址浪费。
4.2 地址配置
- 无状态地址自动配置（SLAAC）：利用 SLAAC 自动配置 IPv6 地址，减少手动配置的工作量。
- DHCPv6：使用 DHCPv6 进行地址分配和管理，提供更灵活的配置选项。
4.3 安全配置
- IPsec：利用 IPsec 提供的加密和认证机制，保护 IPv6 数据包的安全。
- 防火墙：配置防火墙，限制对 IPv6 地址的访问，防止未授权访问。
4.4 过渡策略
- 双栈（Dual Stack）：同时运行 IPv4 和 IPv6，确保在过渡期间网络的正常运行。
- 隧道技术：使用隧道技术（如 6to4、Teredo）实现 IPv6 数据包的传输。
5. 总结
RFC 4291 定义的 IPv6 地址架构为现代互联网提供了坚实的基础。
通过合理的地址规划和配置，可以充分利用 IPv6 的巨大地址空间，实现高效的网络管理和通信。关键点：
- 地址格式：采用冒号十六进制表示法，使用零压缩和前导零压缩简化表示。
- 地址类型：包括单播、任播和组播地址，每种类型都有其特定的用途和格式。
- 地址分配：采用层次化的分配策略，实现高效的路由管理和地址分配。
- 安全与过渡：通过安全配置和过渡策略，确保 IPv6 网络的安全性和兼容性。
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