IPv6技术白皮书(二):IPv6报文格式详解

1 IPv6报文基本头格式

图1.IPv6基本头结构

• Version：
  4比特，值为6表示IPv6报文
• Traffic Class：
  ]8比特，类似于IPv4中的TOS域
• Flow Label：
  20比特。IPv6中新增。流标签可用来标记特定流的报文，以便在网络层区分不同的报文。转发路径上的路由器可以根据流标签来区分流并进行处理。由于流标签在IPv6报文头中携带，转发路由器可以不必根据报文内容来识别不同的流，目的节点也同样可以根据流标签识别流，同时由于流标签在报文头中，因此使用IPSec后仍然可以根据流标签进行QoS处理。
• Payload Length:
  16比特。以字节为单位的IPv6载荷长度，也就是IPv6报文基本头以后部分的长度（包括所有扩展头部分）。
• Next Header：
  8比特。用来标识当前头（基本头或扩展头）后下一个头的类型。此域内定义的类型与IPv4中的协议域值相同。Pv6定义的扩展头由基本头或扩展头中的扩展头域链接成一条链。这一机制下处理扩展头更高效，转发路由器只处理必须处理的选项头，提高了转发效率。
• Hop Limit：
  8比特。和IPv4中的TTL字段类似。每个转发此报文的节点把此域减1，如果此域值减到0则丢弃。
• Source Address：
  128比特。报文的源地址。
• Destination Address：
  128比特。报文的目的地址

2 IPv6报文扩展头格式

图2 IPv6扩展头结构

IPv6选项字段是通过形成链式结构的扩展头支持的。IPv6基本头后面可以有0到多个扩展头。

IPv6扩展头排列顺序如下：


(1) 逐跳选项头

值为0（在IPv6基本头中定义）。此选项头被转发路径所有节点处理。目前在路由告警（RSVP和MLDv1）与Jumbo帧处理中使用了逐跳选项头。路由告警需要通知到转发路径中所有节点，需要使用逐跳选项头。Jumbo帧是长度超过65535的报文，传输这种报文需要转发路径中所有节点都能正常处理，因此也需要使用逐跳选项头功能。


(2) 目的选项头

值为60。只可能出现在两个位置：

• 路由头前
  这时此选项头被目的节点和路由头中指定的节点处理。
• 上层头前（任何ESP选项后）
  此时只能被目的节点处理。Mobile IPv6中使用了目的选项头。Mobile IPv6中新增加一种类型的目的选项头（家乡地址选项）。家乡地址选项由目的选项头携带，用于移动节点离开家乡后通知接收节点此移动节点对应的家乡地址。接收节点收到带有家乡地址选项的报文后，会把家乡地址选项中源地址（移动节点的家乡地址）和报文中源地址（移动节点的转交地址）交换，这样上层协议始终认为是在和移动节点的家乡地址在通信，实现了移动漫游功能。

(3) 路由头

值为43。用于源路由选项和Mobile IPv6。


(4) 分片头

值为44。此选项头在源节点发送的报文超过Path MTU（源和目的之间传输路径的MTU）时对报文分片时使用。


(5) 验证头（AH头）

值为51。用于IPSec，提供报文验证、完整性检查。定义和IPv4中相同。


(6) 封装安全载荷头（ESP头）

值为50。用于IPSec，提供报文验证、完整性检查和加密。定义和IPv4中相同。


(7) 上层头

上层协议头，如TCP/UDP/ICMP等

目的选项头最多出现两次（一次在路由头前，一次在上层协议头前），其它选项头最多出现一次。但IPv6节点必须能够处理选项头（逐跳选项头除外，它固定只能进随基本头之后）的任意出现位置和任意出现次数，以保证互通性。

3 IPv6 ICMP报文格式

图3 ICMP报文结构

ICMPv6功能与ICMPv4类似。ICMPv6用于IPv6节点报告报文处理过程中发生的错误以及完成其它层的功能，例如诊断功能（ICMPv6 “ping”）。ICMPv6是IPv6的一部分，每个IPv6节点都必须实现。

ICMPv6报文主要分两类：


(1) 差错报文

• 目的地不可达报文
• 报文长度超大报文（用于路径MTU发现协议）
• 传输超时报文（相当于IPv4 TTL等于0时触发的ICMP报文）
• 报文参数错误报文

(2) 信息报文

• 回显请求报文
• 回显应答报文