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IPv6的現狀與未來

2019-11-03 09:03:30
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供稿：網友

北京郵電大學 李云琪


　　一、 目前的互聯網絡存在的問題

　　毫無疑問，基于ipv4的互聯網在如今取得了巨大的成功，它的出現使得互聯網絡真正的走入千家萬戶。但是我們也應當看到，互聯網發展到現在，也遇到了許多的問題。這其中最主要的包括以下幾點：

　　1．地址資源的問題

　　任何人在互聯網發展的初期都無法想象如今的網絡會發展到如此大的規模。早在十年之前，互聯網的地址危機就被提上了議程，當時預測互聯網的資源在2005年的時候就會分配完畢。后來CIDR和NAT技術的出現極大的減緩了IP地址資源枯竭的速度。ICANN預計，如果按照現在的速度分配IPv4 的地址還可以再堅持10-15年。但是，由于移動設備的迅速發展，目前移動IP將要求每個移動設備至少要求1個IP地址。如果真要在IPv4上實現移動IP，那么地址分配的速度將大大加快。很可能沒有ICANN預計的那么樂觀，所以說地址資源的缺乏問題還是相當嚴峻的。

　　2．NAT與CIDR 帶來的問題

　　NAT與CIDR雖然很好的解決了現階段地址資源不足的問題，但這樣的解決方案也是有代價的。首先，CIDR技術的出現雖然部分解決了當初地址分類不合理的問題，但由于它缺乏同一性的地址繼承性關系，而嚴重影響網絡尋址和選擇路由的性能。

　　NAT通過在局域網內部使用私有IP地址而在邊界網關進行地址轉換，部分緩解了IP地址缺乏危機，但也帶來了很多嚴重的問題。首先，NAT破壞了全球惟一地址的模型與地址的穩定性。其次，NAT破壞了對等網絡的模型,直接導致了很多點對點的業務無法開展。第三，NAT的存在直接導致了許多網絡安全協議無法執行，QoS更加無法保障。可以說，NAT只會是現階段解決網絡地址不足問題的一種解決方案。基于IPv6的網絡的目標是實現端到端的可靠性，而不需要NAT的額外開銷。

　　3．QoS的問題：如何在IPv4 的盡力而為的基礎上實現可靠安全的傳輸一直是困擾互聯網發展的一大難題。它的存在阻礙了許多業務的發展。幾年前，業界普遍認為QoS問題將在不遠的將來能夠很好的解決，然而現如今仍然收效甚微。盡管已經有了不少的解決方案提出（比如RSVP，DiffServ），但始終無法提供有效的端到端的QoS保證。歸根結底，是現有IPv4本身存在的問題，時代也在呼喚著一種新的框架來徹底解決這個問題。

　　二、IPv6的特點

　　IPv6（也叫做IPng）是目前IPv4的下一個版本。它的出現恰恰為解決上述的當今互聯網中出現的問題提供了有效的解決方案。它的改變除了人們所熟知的采用128位的地址解決IPv4的地址資源不足的問題，還在此基礎之上對報頭進行了很多的更新，使之與IPv4 的編址方式相比具有更大的靈活性。

　　1．由于地址的增大，使得IPv6的編址方式更加的靈活。它使用擴展的地址繼承方式，允許ISP們定義站點內的地址繼承方式，方便管理。

　　2．嚴格的繼承性編址方式將更加容易實現地址的聚合，使得路由器的規則可以大大的減少，有利于提高網絡的性能。

　　3．它支持自動認證，為將來移動設備的接入和熱插拔的應用提供了良好的保障。

　　4．IPv6專門為解決網絡的QoS問題提供了流標記（flow label），雖然不能說它可以完全解決端到端的QoS保證，但是至少給出了一種有效的解決方法。

　　5．IPv6要求強制實施因特網安全協議IPSec（ Internet PRotocol Security），并已將其標準化，這也一定程度上緩解了網絡安全問題。

　　6．IPv6簡化了IPv4的報頭選項，采用固定報頭加擴展報頭的方式，提供了良好的可擴展性。

　　三、從IPv4到IPv6的過渡

　　由于現有網絡的存在，IPv6的網絡建設必須首先要與IPv4兼容。在過渡的初期，Internet將由運行IPv4的"海洋"和運行IPv6的"小島"組成。隨著時間的推移，IPv4的海洋將會逐漸變小，而IPv6的小島將會越來越多，最終完全取代IPv4。在這個過程中，有兩個問題需要考慮，一個是如何充分利用現有的IPv4資源，保護原來的利益。另一個就是實現方式應當盡可能的便利。

　　目前解決過渡問題基本技術主要有三種：雙協議棧（RFC 2893）、隧道技術(RFC 2893)、地址轉換技術--NAT-PT(RFC 2766)。

　　1．雙協議棧 ( Dual Stack)

　　采用該技術的節點上同時支持IPv4和IPv6兩套協議棧。它對于IPv4和IPv6實現了完全的兼容。但是這種方法的節點上仍然需要IPv4地址，無法解決地址資源的問題。另外由于采用了雙路由結構，隨著節點的不斷增多，網絡的復雜性必將大大增加，網絡設備的性能也會大大降低，因此并不適合廣泛使用。

　　2． 隧道技術 ( Tunnel)

　　隧道技術提供了一種以現有IPv4路由體系來傳遞IPv6數據的方法（IPv6-in-IPv4）。即將IPv6的分組作為無結構意義的數據，封裝在IPv4數據報中，被IPv4網絡傳輸。根據建立方式的不同，隧道可以分成兩類：手工配置的隧道和自動配置的隧道。隧道技術利用了現有的IPv4網絡，提供了一種使IPv6的節點之間穿過IPv4網絡進行通信的方法，但它并不能解決IPv6節點與IPv4節點之間相互通信的問題。

　　3． 地址轉換技術(NAT-PT)

　　轉換網關在IPv4與IPv6的網絡邊緣進行IPv4地址和IPv6地址轉換，另外還要根據協議實現翻譯功能。轉換網關作為通信的中間設備，可在IPv4和IPv6網絡之間轉換IP報頭的地址，同時根據協議不同對分組做相應的語義翻譯，從而使純IPv4和純IPv6站點之間能夠透明通信。

　　4．目前過渡機制的選擇

　　從已有的過渡機制可以看出，目前所有的方案都是針對某一種問題而提出的。這些過渡機制都不是普遍適用的，每一種機制都適用于某種或幾種特定的網絡情況，而且常常需要和其它的技術組合使用。

　　四、IPv6發展中遇到的問題與當前的瓶頸

　　1．IPv6是否存在殺手級的應用？

　　目前，人們對于IPv6主要的疑慮在于商業化應用方面。IPv6會不會像3G一樣成為泡沫而不斷地被推遲？筆者認為，首先，IPv6技術的出現主要是為了解決地址資源不夠的問題，NAT與CIDR技術的缺陷本身也加速了v4向v6的過渡，因此只要有更多的人上網，IPv6就決不會成為泡沫。另外，從目前來看，IPv6有以下三個潛在的殺手應用。一個是移動領域，基于IPv6的下一代移動世界，將可以為每一個移動設備提供固定的IP地址，基于此基礎上可以開展很多的服務。第二個是視頻業務方面，IPv6增強的組播能力為流媒體業務的開展打下了一個良好的基礎。由于版權問題，預計在今后，視頻點播業務將成為互聯網上新的重要應用。另一個就是廣泛的嵌入式領域，IPv6提供的充足地址將會用來連接比計算機和網絡更多的東西，IPv6將使得像掌上型個人數據助理（PDA）、嵌入了網絡元件的移動電話、商務通等許多其它設備接入網絡成為可能，它也能使從家里的電飯鍋到高爾夫球場上的灑水車這樣廣泛的設備和裝置接入網絡。

　　2．其他的問題

　　可以說，IPv6在全球范圍內還僅僅是處在一個研究的階段。IETF的相關標準化工作還遠沒有完成，比如流標記的具體使用方法至今還沒有明確定義。目前的IPv6還有很多的技術問題需要解決，另外，基于IPv6的硬件設備還不是很多，價格也比較昂貴，性能甚至還不如IPv4 現有的設備。這也在一定程度上阻止了IPv6的大規模推廣。

　　五、發展IPv6的思考

　　1． 發展IPv6必須和NGN結合考慮

　　可以說電信業務的迅速IP化，為下一代的網絡融合提供了可能。雖然ITU還沒有公布有關下一代網絡NGN的標準，但有一點業界已經達成共識，那就是下一代網絡（NGN）一定是基于IP的，而且是基于IPv6的。發展IPv6不僅僅要從互聯網的角度來思考，更重要的是站在電信網的角度思考。也就是說，如何使現有的由各個節點松散管理的網絡變成一個有單一單位統一管理的，而且是可盈利的網絡。筆者認為，這才是發展IPv6最大的挑戰。比如說，如何把基于OSI的CMIP的管理與基于TCP/IP的SNMP的管理有機的結合起來，保護現有的投資？傳統電信業務的盈利模式如何過渡到下一代網絡的盈利模式？這些問題都有待于在實踐中進行摸索后得出結論。

　　2． 發展IPv6必須和3G的發展結合考慮

　　移動設備的上網已經是大勢所趨。從IPv6的應用來看，筆者認為智能家電設備由于其成本的問題在近期不會有太大的發展。而移動應用才最有可能成為商業發展IPv6的最核心的出發點，IPv6的大規模應用也很有可能率先從移動設備開始。目前，3G的各個版本針對于IPv6都已經做出了相應的標準規定。因此如何把基于固定網絡的傳統因特網與第三代移動通信結合起來也是當前應該著重考慮的問題。

　　六、結束語

　　盡管IPv6目前還存在著很多的問題，但是毫無疑問，采用IPv6協議的下一代互聯網，在未來幾年將逐步取代目前基于IPv4的互聯網，這是一個不爭的事實。而我國由于IPv4的地址嚴重不足和人口眾多，又為我國加速IPv6相關產業的發展提供了先天的機遇。目前相關IPv6網絡的整個產業僅僅于發展的初期，世界各國都基本處于同一起跑線上，中國通過自己的努力，完全能夠成為這方面的領跑者。

　　
摘自《通信市場》

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