一、IPv6的由来
我们知道，互联网协议（IP，Internet Protocol）的应用始于美国国防部高级计划研究局（ARPA）的ARPANET（Advanced Research Project Agench NETwork）。在1983年4月转为民用后，互联网工程任务组 （IETF）依据原ARPANET相关协议标准，制定了IP的相关文档，直到1981年9月发布了RFC 791《Internet Protocol》正式互联网标准。一直以来RFC 791是较为稳定的协议版本。由于当初RFC 1700《Assigned Numbers》标准中将IP报文中的版本字段（version）之值规定为“4”，于是RFC 791便被称为IPv4版本。事实上，当初是直接称RFC 791为互联网协议（IP），并未带版本号的。
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然而，互联网的先驱者们（Vinton Cerf博士等）当初制定的IP地址字段的长度仅为32比特，地址总数为232 = 4294967296个（近43亿个）。因此，也有人将IPv4称为IPv32。是因为根据当初的估计数字，到2050年，全世界将有90亿人口。从理论上讲，IPv4可支持的IP地址数，足以应付目前的人口数。可互联网技术在地球上的快速发展，使人们所始料不及，32比特长度的IP地址却成为了制约互联网技术发展的最大瓶颈，到了IP地址长度必须扩容的地步，当然这里还有另一个原因就是IPv4地址分配上的极不合理性。
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于是，人们开始了IP地址扩容的研究，终于在1998年12月互联网工程任务组 （IETF）发布了RFC 2460《Internet Protocol, Version 6（IPv6）Specification》，将IP地址由原来的IPv4的32位直接扩容到128位，地址长度扩了4倍；地址空间扩了1024倍。此时，IP地址空间为2128个，即约3.4×1038个。
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特别指出的是：新版IP协议文本曾使用过“下一代IP”（Ipng，即IP next generation）、IPv7和IPv8等名称，最后，在RFC 2460中，新的IP协议被正式定名为“Internet Protocol 6”，简称IPv6。可按照RFC 1700，版本号“6”原是分配给简单互联网协议（Simple Internet Protocol）的。由于新协议正式文本所依托的一个重要参考协议--“简单IP协议增强版”（SIPP，即Simple Internet Protocol Plus）的协议版本号为“6”，最后决定占用SIP使用的版本号“6”。关于版本号取为“6”的另一种解释是因为笔误将“7”写作“6”造成的。不过，IETF在研究新版IP协议的过程中，曾有IPng、IPv7、IPv8和IPv9等草案（Draft）的产生，但最终选择了IPv6作为IPv4之后的新版本。其各个版本草案的研究时间线详见下图1。另外，在1990年，IETF曾经提出过IPv5草案，最初希望IPv5负责承载语音、视频等“流”业务与负责承载数据业务的IPv4共同在网络运行。但由于种种原因，这一草案并没未广泛部署，也不会公开使用。
图 1：IPv6的各个版本草案的研究时间线
总之，之所以产生新版本的互联网协议IPv6，最根本、最直接的动因是因为IPv4可使用的地址数量的匮乏，严重的制约了互联网的发展应用。
二、IPv6的分组格式与地址结构
因为互联网协议（IP）是一种网络层协议，其主要任务是借助路由表，负责处理IP数据在网络中的传输。其传输的数据需要专门的格式以及相互的传输地址。
1、分组格式
在IPv4传输的数据格式称为报文（Datagram），是由报头（Header）和数据构成。但IPv6改称为分组（Packet），仍是由分组头（Header）和数据构成。分组头（Header）提供所传输数据的控制信息。与IPv4相比，IPv6分组头部分的字段有所减少，优化了部分字段，并将不常用字段改为选项，字段数也从12个减少到8个。这种改变的主要优点是简化了中间节点各字段的常规处理。IPv6的分组格式是在RFC 2460中详细规定的。
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2、地址结构
IPv6的地址长度变为128比特后，其结构与IPv4相比也发生了很大的变化。它是由网络前缀（Network Prefix）和接口标识（Interface ID）两个部分组成。网络前缀有n位，相当于IPv4地址中的网络ID；接口标识有（128-n）比特，相当于IPv4地址中的主机ID。IPv6将IP地址类型分为单播（Unicast）、组播（Muiticast）和任播（Anycast）三种类型。由于其地址长度位数为128位太长，IPv6地址的表示方法采用了多种形式，首选采用一种“冒号分隔十六进制标记法（Colon Hexadecimal）”，如2001:A304:6101:1::E0:F726:4E58。IPv6的地址结构是在RFC 2373中详细规定的。
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三、IPv6的配套技术
1、ICMPv6技术
互联网控制信息协议（ICMP， Internet Control Message Protocol），用于在互联网模块之间传递控制消息。控制消息是指网络通不通、主机是否可达、路由是否可用等网络本身的消息。这些控制消息虽然并不传输用户数据，但是对于用户数据的传递起着重要的作用。
与IPv4一样，IPv6的分组头和扩展分组头中并没有提供报错功能。IPv6使用ICMP的更新版，即ICMP版本6（ICMPv6）。ICMPv6具有IPV4的ICMP的常用功能，如：报告传送和转发过程的差错信息，并为纠错提供一种简单的回送服务。在RFC 2463中定义了ICMPv6，并目在实现IPv6时必须实现ICMPv6。
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2、邻居发现技术
邻居发现（ND，Neighbor Discovery）协议是IPv6中的一个关键的基础协议，它是一个伞型结构（如下图3-2所示），定义了以下机制：地址解析协议（ARP）的替代协议；无状态自动配置（包括前缀公告、重复地址检测、前缀重新编址）；路由器重定向。通过ND协议的这些机制，可以实现如下功能：路由器和切面前缀发现、地址解析、重定向功能、邻居不可达检测等。邻居发现协议（NDP）标准是由RFC 2461所规范。
图 3-2：NDP的伞型结构
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3、路由技术
与IPv4相同，IPv6路由协议同样分成内部网关协议（IGP）与外部网关协议（EGP），其中 IGP包括由RIP变化而来的RIPng，由OSPF变化而来的OSPFv3，以及IS-IS协议变化而来的IS-ISv6。EGP则主要是由BGP变化而来的BGP4+。这些协议的简介见下表3-3。
表 3-3：IPv6路由协议的相关协议简介
4、地址分配技术
IPv6地址配置方法主要有：手工配置；有状态地址自动配置（DHCPv6）；无状态地址自动配置（ND）；有状态自动配置+前缀分发（DHCPv6+PD）等。其简介详见下表3-4。
表 3-4：IPv6地址配置方法简介
5、过渡技术
由于目前是IPv4与IPv6共存，并是一个长期的过程，必然就存在IPv4与IPv6互通的问题，此乃IPv6过渡技术。IPv6过渡技术名目众多有许多技术，但终归分为双栈、隧道和转换三类，名目众多的过渡技术都是这三种技术或其组合，如下图3-5所示。下表3-5给出了三类技术的特征比较，包括各自的特点及优缺点。
图 3-5：名目众多的IPv6过渡技术
表 3-5：双栈、隧道和转换的特征比较
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6、域名（DNS）技术
IPv6网络中的DNS与IPv4的DNS在体系结构上是一致的，都采用树型结构的域名空间。即，IPv4和IPv6共同拥有统一的域名空间。在IPv4到IPv6的过渡阶段，域名可以同时对应于多个IPv4和IPv6的地址。但是，在IPv6网络环境中，IPv6域名服务器存放的区（ZONE）文件中的资源记录（RR）信息内容有所不同，IPv6网络环境下所具有的特有的资源记录（RR）信息。
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四、IPv6的发展
1、IPv6与IPv4
自从1999年开始部署IPv6以来，互联网技术存在于两个技术版本，也就是IPv6网络与IPv4网络将同时共存，而且是一个长期的过程，直到IPv4网络的自然消失。目前世界各国都在大力推进和部署IPv6网络。由于IPv6网络与IPv4网络共存、互通及过度，使得互联网在技术处理和运行维护上带来了一定的复杂度，但对于互联网的性能、业务与应用等是不会带来影响的，反而会的带更大的提升。
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2、IPv6与IPv6+
IPv6不仅是拥有巨大地址空间，解决了IP地址短缺的问题。同时，IPv6还具有更简单、更方便、更可扩展、更安全的特征，因此，可以高效支撑移动互联网、物联网、云计算、大数据和人工智能等领域的快速发展。这就为IPv6技术的应用与演进带来了极大的空间，导致了IPv6+的起源，IPv6+技术即IPv6演进与创新技术。IPv6+以IPv6海量地址为基础，包括SRv6、网络切片、IFIT、BIERv6等协议创新，和以网络分析、自动调优等网络智能化为代表的技术创新。IPv6+在智能、安全、超宽、广联接、确定性和低时延六个维度全面提升IP网络能力，助力打造无处不在的智能IP联接，构建万物互联的智能世界。
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