论文导读：IPv6协议是“互联网协议第六版”的缩写。在设计IPv6时不仅仅扩充了IPv4的地址空间，而且对原IPv4协议各方面都进行了重新考虑，做了大量改进。IPv6和IPv4在报头格式上也有明显的区别与改进，本文就试图从报头格式的角度，对IPv6和IPv4进行一下比较。
关键词：IPv4，IPv6，报头格式，异同
一、概述
IPv6协议是“互联网协议第六版”的缩写。在设计IPv6时不仅仅扩充了IPv4的地址空间，而且对原IPv4协议各方面都进行了重新考虑，做了大量改进。IPv6和IPv4在报头格式上也有明显的区别与改进，本文就试图从报头格式的角度，对IPv6和IPv4进行一下比较。
二、IPv4和IPv6的报头格式
IPv4报头如表1所示，包含20bit+选项，14个字段，其中包括3个指针。
| 4bit版本号 |
4bit头标长度 |
8bit服务类型 |
16bit数据包总长度 |
| 标识（16bit） |
标准偏移量 （16bit） |
| 生存时间（8bit） |
传输协议（8bit） |
头标校验（16bit） |
| 发送地址（32bit） |
| 信宿地址（32bit） |
| 选项（8bit） |
………… |
填充 |
表1 IPv4报头格式
IPv6报头由基本报头+扩展报头链组成，其中基本报头如表2所示，包含40bit，8个字段。
| 4bit版本号 |
8bit流量类别 Traffic Class |
24bit流量标识 Flow Label |
| 数据长度（16bit） Payload Length |
下一包头（8bit） Next Header |
跳数限制（8bit）Hop Limit |
| 起始地址（128bit）Source Address |
| 目的地址（128bit）Destination Address |
表2 IPv6报头格式
比较一下两种报头，我们可以发现：
1、Version(版本)字段在两种协议中没有变化。
2、IPv6丢弃了IPv4的Internet Header Length（因特网报头长度）、Type of Service（服务类型）、Identification（识别）、Flags（标志）、Fragment Offset（分片偏移量）和Header Checksum（报头校验和）字段。
3、TotalLenght（总长度）、Time to Live（生存时间）和Protocol（协议）字段在IPv6中有了新名字，功能稍微进行了重新定义。
4、IPv4中的Option（选项）字段已从报头中消失，改为Extension(扩展)功能。
5、IPv6加入了两个新字段：Traffic Class（流量类别）和Flow Label（流标记）。
三、IPv4和IPv6的报头格式的变化
虽然IPv6报头的字节长度两倍于IPv4报头（40个字节与20个字节），但IPv6拥有简化的报头结构。IPv6报头有8个字段，IPv4则有14个。IPv6丢弃及改用了IPv4报头字段中的几个，从而使包处理更有效率。
1、IPv6中各个字段的含义：
（1）Version：Version字段的长度仍是4位，它指明了协议版本号。
（2）Traffic Class：这个8位字段可以为包赋予不同的类别或优先级。
（3）Flow Label：FlowLabel字段是IPv6的新增字段。源节点使用这个24位字段，为特定序列的包请求特殊处理（效果好于尽力转发）。实时数据传输如语音和视频可以使用Flow Label字段以确保QoS。
（4）Payload Length：这个16位字段表明了有效载荷长度。与IPv4包中的Total Length字段不同，这个字段的值并未算上IPv6的40位报头。计算的只是报头后面的扩展和数据部分的长度。因为该字段长16位，所以能表示高达64KB的数据有效载荷。如果有效载荷更大，则由超大包（jumbogram）扩展部分表示。
（5）Next Header：这个8位字段类似IPv4中的Protocol字段，但有些差异。在IPv4包中，传输层报头如TCP或UDP始终跟在IP报头后面。在IPv6中，扩展部分可以插在IP报头和传输层报头当中。这类扩展部分包括验证、加密和分片功能。Next Header字段表明了传输层报头或扩展部分是否跟在IPv6报头后面。
（6）Hop Limit：这个8位代替了IPv4中的TTL字段。它在经过规定数量的路由段后会将包丢弃，从而防止了包被永远转发。包经过一个路由器，Hop Limit字段的值就减少一个。IPv4使用了时值（time value），每经过一个路由段就从TTL字段减去一秒。IPv6用段值（hop value）换掉了时值。
（7）Source Address：该字段指明了始发主机的起始地址，其长度为128位。
（8）Destination Address：该字段指明了传输信号的目标地址，其长度为128位。
我们会发现校验和与分片字段从IPv6的报头当中消失了。免费论文参考网。丢弃包的报头校验和是为了提高路由效率。虽然包报头仍有可能出现错误，新协议的设计人员却认为这种风险可以接受，尤其是考虑到IP层的上下层：数据链路层和传输层会检查错误。
至于分片，IPv6确实允许对包进行分割，但这过程在报头的扩展部分而不是报头本身进行。此外，IPv6包只能由源节点进行分割、目标节点进行重新组装：不允许路由器介入进来对包进行分割或重新组装。免费论文参考网。这种分片特性的目的在于降低传输中的处理开销，而且假定如今网络的帧大小足够大，大多数包不需要分片。
如果非要分割IPv6包，源节点就会确定每条链路的最大传输单元（MTU）。例如，向目标地址发送一个测试包。如果测试包对某条链路来说太大，链路就返还一个因特网控制消息协议（ICMP）消息给源节点，源节点就相应减小包大小。
实现分片及其它选项功能的扩展机制是IPv6重新设计的一个重要特性。它取代了IPv4的Options字段，这就增强了IPv4包的安全功能，并且丰富了源路由选择。
IPv6的设计人员不是把这种增强的功能添加到IPv6报头当中，而是设计了可插在IP报头和较高层协议报头之间的扩展部分。这使没有扩展部分的包处理起来更快，还提供了一系列可扩充选项，如加密、验证、分片、源路由、段和目标选项等。这些扩展部分计算在包总的有效载荷长度里面。
2、IPv4和IPv6的报头格式变化总结
IPv6报头采用基本报头+扩展报头链组成的形式，这种设计可以更方便地增添选项以达到改善网络性能、增强安全性或添加新功能的目的。
1、固定的IPv6基本报头
IPv6基本报头被固定为40bit，使路由器可以加快对数据包的处理速度，提高了转发效率，从而提高网络的整体吞吐量，使信息传输更加快速。
2、简化的IPv6基本报头
IPv6基本报头中去掉了IPv4报头中阴影部分的字段，其中段偏移和选项和填充字段被放到IPv6扩展报头中进行处理。
去掉报头校验(HeaderChecksum，中间路由器不再进行数据包校验，去掉此字段的原因有三：一是因为大部分二层链路层已经对数据包进行了校验和纠错控制，链路层的可靠保证使得三层网络层不必再进行报头校验；二是端到端的四层传输层协议也有校验功能以发现错包；三是报头校验需随着TTL值的变化在每一跳重新进行计算，增加包传送的时延。
IPv6基本报头中去掉与IP分片相关的域，使得路由器无需再对数据包进行分片，而分片工作由源终端设备根据最大传输单元MTU路径发现来进行。这样IPv6的数据包可以远远超过64kbit/s，应用程序可以利用MTU，获得更快、更可靠的数据传输。
3、IPv6报头新增流标记字段
IPv6协议不仅保存了IPv4报头中的业务类别字段，而且新增了流标记字段，使得业务可以根据不同的数据流进行更细的分类，实现优先级控制和QoS保障，极大地改善了IPv6的服务质量。
4、IPv6报头采用128bit地址长度
这是IPv4与IPv6最主要的区别。IPv4采用32bit长度，理论上可以提供大约43亿个IP地址，这么多的IP地址似乎可以满足网络连接的需要，但事实上网络中任意交换机和交换机任意端口均需一个独立地址，为此网络缺乏足够地址满足各种潜在的用户。
IPv6采用128bit长度，相对IPv4，增加了296倍的地址空间。按保守方法估算IPv6实际可分配的地址，整个地球的每平方米面积上仍可分配1000多个地址。这样几乎可以不受限制地提供IP地址，从而确保了端到端连接的可能性。
四、总结
IPv6报头格式的变化，不仅仅是提出庞大的地址数量，在设计IPv6时不仅仅扩充了IPv4的地址空间，而且对原IPv4协议各方面都进行了重新考虑，报头格式的变化，致使IPv6在IP地址分配方式、路由协议、域名解析、自动配置和安全等几个主要方面做了大量改进。免费论文参考网。IPv4地址耗尽并不是部署和升级到IPv6的唯一理由，IPv6协议可满足高性能、可扩展性的网络互联，并可解决IPv4协议中存在的许多问题。
主要参考文献：
1、罗万明等，下一代Internet协议——IPv6的服务质量机制探讨，《数据通信》2002年
2、通讯世界网http://www.cww.net.cn/
3、Derfler,et al. IPv6:willgood sense prevail. In PC Magazine,2006,v17,n4.
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