一、地址从 32 位到 128 位

位数翻了四倍，容量翻了 2 的 96 次方倍。 这个「翻倍」不是线性的，是把「不够用」直接变成了「用不完」。

第三行那个「3.4e38」没法直观理解，换个说法： 地球表面积约 5.1 亿平方公里，平均每平方米能分到 6.7e23 个 IPv6 地址。 所以「地址够不够」这个问题，在 IPv6 里已经不存在了。

二、首部变短、变固定

IPv4 首部 20 字节但可变长（有选项）；IPv6 首部固定 40 字节。 「固定」这两个字对硬件转发是巨大的便利：不用先算「首部多长」才能找到后面的字段。

第三行「取消校验和」是最有争议的一条： 支持者的理由是「链路层有 CRC、传输层有校验，中间这层是重复劳动」； 反对者的理由是「没有校验，坏包可能被转得更远」。 实际结果：跑得确实更快，可靠性靠上下两层兜住。

三、扩展首部：需要才带

IPv4 的选项字段放在首部里，导致「每个包都要为可能用不到的选项买单」。 IPv6 改成「扩展首部链」：需要分片就带分片首部，需要路由就带路由首部，不用就不带。

第一行是唯一「每台路由器都要处理」的扩展首部， 所以规范建议「尽量别用」——一旦用了，沿途设备就得从「只看 40 字节」变成「往后再翻一层」。 「链」这个字要理解： 每个扩展首部都有「下一个首部」字段，一层层串起来，最后才指向 TCP 或 UDP。

四、取消广播，改用多播

IPv4 有广播（255.255.255.255 和网段广播），IPv6 一个都没有。 原因很简单：广播让「不关心的人也要处理」，在几亿台设备的网络里这是纯浪费。 IPv6 用多播代替：「所有节点」是一个多播组（ff02::1），「所有路由器」是另一个（ff02::2）。 只关心的人加入组，不关心的根本不收。

三行都体现同一个思路：把「喊给所有人」换成「喊给相关的人」。 这也是为什么 IPv6 在无线网络里更省电——手机不用被无关的广播叫醒。

五、地址自动配置

SLAAC 是 IPv6 的标配能力： 路由器定期多播「我这儿的前缀是 2001:db8:1:2::/64」，主机拿前缀加自己的接口标识，地址就有了。 这套机制还顺带给了默认路由：通告前缀的那台路由器，就是默认网关。 所以「插上网线就能上网」在 IPv6 里是协议自带的能力，不是 DHCP 的功劳。 但 SLAAC 不能下发 DNS 服务器（早期）， 所以实际部署常是「SLAAC + DHCPv6 只发 DNS」的混合模式。 这也是 IPv6 部署里最容易踩的一个坑。

六、动手 Demo：IPv6 的首部，去掉六个、添了一个

把 IPv4 的 13 个字段逐个对照 IPv6，看哪些删了、哪些改名、哪些扩长。 注意「删除」的那六个，它们没有消失，只是挪到了扩展首部。

v4 = ['版本', '首部长度', '区分服务', '总长度', '标识',
      '标志', '片偏移', '生存时间', '协议', '首部校验和',
      '源地址', '目的地址', '可选字段']
v6 = ['版本', '流量类别', '流标签', '有效载荷长度',
      '下一个首部', '跳数限制', '源地址', '目的地址']
print(len(v4), len(v6))

实跑输出：

--------------------------------------------------------------------
IPv6 的首部，去掉六个、添了一个
--------------------------------------------------------------------
**IPv6 不是「把地址加长」**，**而是把首部重新设计了一遍**：
**字段从 13 个减到 8 个，长度从 20 字节变成固定的 40 字节。**

  IPv4 字段      长度          IPv6 里怎么处理
  ----------------------------------------------------------
  版本           4 位          保留
  首部长度       4 位          **删除**（固定 40）
  区分服务       8 位          改成「流量类别」
  总长度         16 位         改成「有效载荷长度」
  标识           16 位         **删除**（挪到分片扩展首部）
  标志           3 位          **删除**（同上）
  片偏移         13 位         **删除**（同上）
  生存时间       8 位          改成「跳数限制」
  协议           8 位          改成「下一个首部」
  首部校验和     16 位         **删除**
  源地址         32 位         扩到 128 位
  目的地址       32 位         扩到 128 位
  可选字段       0~40 字节     **删除**（改成扩展首部）

**「删除」的有六个：首部长度、标识、标志、片偏移、首部校验和、可选字段。**
**13 减 6 剩 7，再加一个全新的「流标签」，正好是 8 个。**
**它们不是消失了，是「挪到需要时才带」**——**分片信息进了扩展首部，可选字段也进了扩展首部。**

**「首部校验和」被删是最值得说的一条**：
**IPv4 每个路由器都要重算一次（因为 TTL 变了），IPv6 干脆不算了。**
**那可靠性靠谁？靠上下两层**：
**链路层有 CRC，传输层有 TCP 校验和**——**中间这一层的校验，本来就是重复劳动。**

**结果是一个「定长 40 字节」的首部**：
**路由器不用再算「首部有多长」，按固定偏移取字段就行**——**这是硬件转发喜欢的形状。**

13 和 8 这两个数就是「简化」的全部证据： 平均每个字段的处理时间虽然很短，但乘上「每秒几亿个包」就很可观。 第一行被删的「首部长度」值得单独说： IPv4 里它是 4 位，最多表示 15 个 32 位字，也就是 60 字节。 IPv6 固定 40，这个字段就没了用武之地。 省下的不只是 4 位，是「每个包都要做一次乘 4 再算偏移」的动作。 「流标签」是唯一新增的字段： 它的用途是「给同一股流打同一个标」，让中间设备不用五元组也能识别。 但现实中用得很少——因为大部分设备还是按五元组分流，流标签的生态一直没起来。

30 秒实验

1. 算一下：IPv6 地址总数是 IPv4 的多少倍？（提示：2 的 96 次方）
2. 想一下：为什么「首部固定 40 字节」对硬件转发有帮助？
3. 想一下：取消广播之后，「找网关」这件事怎么做？

常见误区

1. 以为「IPv6 只是地址变长」。 首部、地址类型、配置方式都改了，是一次重新设计。
2. 以为「IPv6 有广播」。 没有广播，全部换成多播。
3. 以为「SLAAC 能下发一切」。 早期不能下发 DNS，常要配 DHCPv6 补充。

下一节学怎么写一个 IPv6 地址：八组十六进制和两条省略规则。

• ☐ （本节完，下一节 4.6.3 IPv6中IP地址的标记方法）

相关笔记

• IPv6的必要性
• IPv6首部格式
• 📚 图解TCP／IP · 索引