IPv6網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與策略

鐵通公司 陳 琦

　　IPv6作為下一代互聯(lián)網(wǎng)的必行標(biāo)準(zhǔn)，1994年被IETF（互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組）最先提出來的，并同時(shí)由它負(fù)責(zé)制定和完善。中國(guó)被公認(rèn)為IPv6最有發(fā)展需求和環(huán)境的國(guó)家。目前國(guó)內(nèi)從科技管理部門、相關(guān)研究實(shí)體和部分企業(yè)團(tuán)體已經(jīng)開展了有關(guān)IPv6較為廣泛的研究。2002年，全球IPv6高峰論壇在中國(guó)北京召開。這都很大程度上促進(jìn)了中國(guó)在新一代互聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)展。然而，現(xiàn)實(shí)的商業(yè)和技術(shù)利益使理論上的趨勢(shì)和現(xiàn)實(shí)發(fā)展的步伐存在很大的距離。IPv6如何真正從技術(shù)界走向產(chǎn)業(yè)化、實(shí)用化，真正在業(yè)務(wù)的驅(qū)動(dòng)下取得螺旋式發(fā)展，中國(guó)如何能在發(fā)展IPv6的進(jìn)程中獲得最大的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益，是關(guān)系IPv6發(fā)展前景和中國(guó)網(wǎng)絡(luò)信息產(chǎn)業(yè)繁榮的重要問題。我們認(rèn)為作為互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的趨勢(shì)IPv6取代IPv4在理論上是時(shí)間的問題，但在實(shí)踐上，卻受許多因素的影響，尤其是保護(hù)已有投資、拓展新業(yè)務(wù)、形成新的利益成就點(diǎn)是設(shè)備開發(fā)商、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商、業(yè)務(wù)提供商十分關(guān)心的問題。從某種程度上講，這些問題的有效解決是IPv6真正成為現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)的策略基礎(chǔ)。

一、IPv6的特點(diǎn)

　　IPv6針對(duì)IPv4的缺點(diǎn)不是簡(jiǎn)單的升級(jí)，而是具有全新技術(shù)性能和應(yīng)用概念的新設(shè)計(jì)。

　　1．地址空間的擴(kuò)展

　　IPv6協(xié)議將IP地址數(shù)位從32位擴(kuò)大到128位，形成了一個(gè)巨大的地址空間。在一段可以預(yù)見的時(shí)間內(nèi)，能夠?yàn)樗�有可以想象出的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備提供一個(gè)全球唯一的地址，徹底解決了IPv4地址不足的問題。同時(shí)IPv6采用了分級(jí)地址模式，地址層次豐富，采用了增強(qiáng)可聚合性的地址分配策略。IPv6的這種分層結(jié)構(gòu)地址使得路由表可以使用多個(gè)可聚類的短路由表，每個(gè)路由表中存放適量數(shù)目的記錄，通過合適的查找算法就可以減少處理的延時(shí)。而且IPv6的40字節(jié)固定報(bào)頭也方便硬件查找路由。IPv6支持更多的層次結(jié)構(gòu)還支持一些新業(yè)務(wù)，如：優(yōu)化的IP層移動(dòng)或廣播服務(wù)。在IPv6互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)上，這些服務(wù)一開始就可以在全球范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)。而IPv4就幾乎沒有這種靈活性。

　　2. 地址的自動(dòng)配置

　　IPv6另一個(gè)基本的特征就是支持無狀態(tài)和有狀態(tài)兩種地址自動(dòng)配置方式。無狀態(tài)地址自動(dòng)配置方式是獲得地址的關(guān)鍵。在這種方式下，需要配置地址的節(jié)點(diǎn)使用一種鄰居發(fā)現(xiàn)機(jī)制來獲得一個(gè)局部連接地址（前綴為fe80::0/64）。一旦得到這個(gè)地址之后，它使用另一種即插即用的機(jī)制，在沒有任何人工干預(yù)的情況下，獲得一個(gè)全球唯一的路由地址(路由網(wǎng)絡(luò)前綴+MAC地址)。有狀態(tài)配置，如DHCP（動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議），需要一個(gè)額外的服務(wù)器，因此也需要很多額外的操作和維護(hù)。

　　3．內(nèi)置的安全性

　　IPv6協(xié)議內(nèi)置安全機(jī)制，并已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化為IPsec。它支持對(duì)企業(yè)網(wǎng)的無縫遠(yuǎn)程訪問，例如公司虛擬專用網(wǎng)絡(luò)的連接。即使終端用戶使用“總是在線”接入企業(yè)網(wǎng)，這種安全機(jī)制也是可行的。這種“總是在線”的服務(wù)類型在IPv4中是無法實(shí)現(xiàn)的。IPsec提供認(rèn)證和加密兩種服務(wù)。認(rèn)證（AH）用于保證數(shù)據(jù)的一致性，而封裝的安全附載報(bào)頭（ESP）用于保證數(shù)據(jù)的保密性和數(shù)據(jù)一致性。在IPv6包中，AH和ESP都是擴(kuò)展報(bào)頭，可以同時(shí)使用，也可以單獨(dú)使用其中一個(gè)。

　　4．服務(wù)質(zhì)量

　　服務(wù)質(zhì)量（QoS）包含幾個(gè)方面的內(nèi)容。從協(xié)議的角度看，IPv6與目前的IPv4提供相同的QoS，但是IPv6的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在能提供不同的服務(wù)。這些優(yōu)點(diǎn)來自于IPv6報(bào)頭中新增加的字段“流標(biāo)志”。有了這個(gè)20位長(zhǎng)的字段，在傳輸過程中，中間的各節(jié)點(diǎn)就可以識(shí)別和分開處理任何IP地址流。盡管對(duì)這個(gè)流標(biāo)志的準(zhǔn)確引用還沒有制定出有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，但將來它會(huì)用于基于服務(wù)級(jí)別的系統(tǒng)。在其它方面，IPv6也有助于改進(jìn)服務(wù)質(zhì)量。這主要表現(xiàn)在支持“總是在線”連接，防止服務(wù)中斷以及提高網(wǎng)絡(luò)性能方面。

　　5．移動(dòng)性

　　IPv6定義了在IP層實(shí)現(xiàn)的移動(dòng)支持協(xié)議，即移動(dòng)IPv6。移動(dòng)IPv6在新功能和新服務(wù)方面可提供更大的靈活性。每個(gè)移動(dòng)設(shè)備都可以分配到一個(gè)家鄉(xiāng)地址(home address)和一個(gè)轉(zhuǎn)交地址(care-of address)，通過家鄉(xiāng)地址和轉(zhuǎn)交地址之間的匹配轉(zhuǎn)換能使IPv6包透明地路由給移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，具有比IPv4下移動(dòng)協(xié)議更高的路由效率。此外，移動(dòng)IPv6能夠通過簡(jiǎn)單的擴(kuò)展，滿足大規(guī)模移動(dòng)用戶的需求。這樣，它就能在全球范圍內(nèi)解決有關(guān)網(wǎng)絡(luò)和訪問技術(shù)之間的移動(dòng)性問題。

　　6．分組頭的簡(jiǎn)化

　　IPv6同時(shí)改進(jìn)和提高了IP包的基本報(bào)頭格式。這種簡(jiǎn)化的包結(jié)構(gòu)是對(duì)IPv4的一個(gè)主要改進(jìn)之處，它有助于彌補(bǔ)IPv6長(zhǎng)地址占用的帶寬，減少網(wǎng)絡(luò)開銷。IPv6的16字節(jié)長(zhǎng)度是IPv4地址字段長(zhǎng)度4倍，但I(xiàn)Pv6報(bào)頭的總長(zhǎng)度只有IPv4總長(zhǎng)度的2倍。IPv6報(bào)頭所含字段少，而且報(bào)頭長(zhǎng)度固定。這些特點(diǎn)使路由器的硬件實(shí)現(xiàn)更加簡(jiǎn)單。與IPv4不同，IPv6網(wǎng)絡(luò)中，在路由器過程中不對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行分割，從而進(jìn)一步減少了路由負(fù)載。IPv6的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是，在需要的時(shí)候能夠在基本報(bào)頭的后面放置擴(kuò)展報(bào)頭，提高了路由能力。IPv6及其報(bào)頭結(jié)構(gòu)能夠在全球骨干網(wǎng)一級(jí)滿足更大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)需求，并且它提高了安全性和數(shù)據(jù)的完整性，支持自動(dòng)配置，移動(dòng)計(jì)算，數(shù)據(jù)組播和更有效的網(wǎng)絡(luò)路由聚類。

二、IPv6發(fā)展現(xiàn)狀

　　在IPv6已確定為下一代互聯(lián)網(wǎng)IP層技術(shù)的情況下，世界各國(guó)對(duì)IPv6技術(shù)的研究十分重視。目前對(duì)IPv6的研究范圍主要涉及用于主機(jī)的單獨(dú)IPv6協(xié)議棧軟件、用于主機(jī)的支持IPv6的操作系統(tǒng)、獨(dú)立的路由協(xié)議軟件、用于路由器的支持IPv6的操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)以及硬件支持IPv6的路由器產(chǎn)品。國(guó)際上眾多機(jī)構(gòu)的研究?jī)?nèi)容重點(diǎn)不同，各具優(yōu)勢(shì)。世界上在IPv6的研究和應(yīng)用方面比較領(lǐng)先的主要是美國(guó)、日本和歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)。

　　1．國(guó)外發(fā)展情況

　　1996年，IETF建立了全球范圍的IPv6實(shí)驗(yàn)床6Bone，一個(gè)重要的設(shè)計(jì)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)IPv6與網(wǎng)絡(luò)中現(xiàn)行的IPv4協(xié)議兼容，現(xiàn)在6Bone已經(jīng)擴(kuò)展到全球54個(gè)國(guó)家和地區(qū)，共917個(gè)節(jié)點(diǎn)，成為IPv6研究者、開發(fā)者和實(shí)踐者的主要平臺(tái)。到1998年年初，IPv6協(xié)議的基本框架已經(jīng)逐步成熟，在越來越廣泛的范圍內(nèi)得到實(shí)踐。1998年，面向?qū)嵱玫娜�球性IPv6研究和教育網(wǎng)(6REN)啟動(dòng)，建立了物理的以ATM為中心的IPv6洲際網(wǎng)。1999年以后，IPv6協(xié)議基本確定。2000年5月，3G標(biāo)準(zhǔn)化組織3GPP采納IPv6為多媒體服務(wù)的必選協(xié)議，這意味著3GPP移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中IP多媒體領(lǐng)域?qū)⑷�部基于IPv6，IPv6將在未來全蜂窩網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮核心的作用。

　　美國(guó)由于是IPv4的發(fā)源地，因此無論在地址資源和商業(yè)應(yīng)用方面都占據(jù)了先天的優(yōu)勢(shì)。 1992年美國(guó)政府主導(dǎo)的“下一代互聯(lián)網(wǎng)計(jì)劃”研究和1996年美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)設(shè)立的“下一代因特網(wǎng)”研究計(jì)劃（NGI）中均包括IPv6研究計(jì)劃。研究和開發(fā)IPv6的主要組織如IETF、6Bone等都在美國(guó)。但是，由于全世界74%的IP地址為美國(guó)所占有，在地址資源的分配與管理上美國(guó)也擁有一套更為完善的制度，因此目前既沒有地址短缺的憂慮，又很不愿意改動(dòng)花費(fèi)億萬美金構(gòu)建的IPv4商業(yè)網(wǎng)絡(luò)體系，所以目前主要是以世界IPv6研究、協(xié)調(diào)中心的面目出現(xiàn)的，在IPv6的商業(yè)化推廣方面的力度卻沒有歐洲和日本大。

　　歐洲國(guó)家政府在推廣IPv6方面發(fā)揮著重要的作用，歐盟國(guó)家制定統(tǒng)一政策，對(duì)支持IPv6的產(chǎn)品實(shí)行減稅和市場(chǎng)資訊方面的扶持。歐洲移動(dòng)通信事業(yè)相當(dāng)?shù)陌l(fā)達(dá)，因此他們?cè)贗Pv6的研究和商業(yè)化應(yīng)用方面更注重在通訊領(lǐng)域的拓展。制訂下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)"IMT-2000"標(biāo)準(zhǔn)的3GPP（third generation partnership project），已經(jīng)在2000年5月份決定在下一代移動(dòng)技術(shù)的基本協(xié)議中采用IPv6，使IPv6成為必須遵循的標(biāo)準(zhǔn)。諾基亞、愛立信、法國(guó)電信、英國(guó)BT Wireless等歐洲公司一直是IPv6研究方向的主要引導(dǎo)者。2001年4月，諾基亞在第二屆中國(guó)IPv6高級(jí)研討會(huì)上展示了其移動(dòng)IPv6演示系統(tǒng)。2001年5月，諾基亞宣布該公司所有產(chǎn)品都將支持IPv6，它的3G Mobile Packet Core 也將從提供商用服務(wù)的第一天起對(duì)應(yīng)IPv6。2002年4月，在中國(guó)舉行的IPv6全球峰會(huì)上，諾基亞展示了其最新的移動(dòng)IPv6成果。法國(guó)電信的研究部門與芬蘭諾基亞公司于2001年11月28日宣布，將共同制訂法國(guó)電信集團(tuán)向下一代IP協(xié)議IPv6過渡的戰(zhàn)略與日程表。合作分為IPv6路由、轉(zhuǎn)發(fā)、供應(yīng)之間的相互運(yùn)用、向IPv4/ IPv6過渡機(jī)制、諾基亞IP網(wǎng)絡(luò)安全產(chǎn)品測(cè)試等階段。

日本是Internet的后起國(guó)家，由于電子設(shè)備、信息家電產(chǎn)業(yè)的高度發(fā)達(dá)，因此產(chǎn)生了對(duì)IP地址的迫切需求，所以它在IPv6研究和應(yīng)用方面，步伐大，速度快，而且在IPv6商業(yè)化推廣方面幾乎走在世界前列。日本政府制定的IT基本戰(zhàn)略提出在5年內(nèi)使日本成為全球最先進(jìn)的IT國(guó)家的目標(biāo)。為此日本政府專門成立了“官產(chǎn)學(xué)研組織”，致力于IPv6產(chǎn)業(yè)化的各項(xiàng)工作，其中以日立公司的IPv6路由器產(chǎn)品為代表。2000年4月，日立推出了支持IPv4/IPv6的千兆比特路由器GR2000，同年12月由GR2000路由器接入GbE/OC48POS的高速大型日本本國(guó)IPv6網(wǎng)絡(luò)正式啟動(dòng)。2000年10月，日本IIJ（Internet Initiative）公司和NTT通訊（NTT COM）、NEC、KDDI和 JENS等公司都宣布開始提供IPv6服務(wù)。在2002年北京國(guó)際通信展上，NEC和日立公司分別展示了IPv6的多播和GR2000路由器。

　　目前 FreeBSD、Solaris、Linux、Unix上都已經(jīng)有了IPv6協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)，在去年的IPv6全球論壇上，思科和微軟幾乎同時(shí)宣布把對(duì)IPv6的支持作為今后的戰(zhàn)略重點(diǎn)。Cisco于2001年4月宣布提供支持“IPv6”的路由器產(chǎn)品用固件“IOS 12.2T”。微軟在去年下半年完成了IE瀏覽器對(duì)IPv6的支持后，也提供了Windows NT和Windows 2000平臺(tái)的IPv6協(xié)議棧，并且在今年進(jìn)一步推出了支持IPv6和IPsec的Windows XP操作系統(tǒng)。業(yè)界人士認(rèn)為：思科和微軟的支持真正將IPv6技術(shù)帶到了商用化的邊緣，圍繞IPv6的產(chǎn)品和技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)將會(huì)比去年激烈數(shù)十倍，這對(duì)IPv6的全面推廣極為有利。

為了推動(dòng)IPv6在全世界的發(fā)展，由Cisco、 Nortel、Microsoft、Lucent、Nokia、3Com等公司聯(lián)合發(fā)起成立了IPv6論壇，并從1999年開始，每年舉行2～3屆IPv6全球峰會(huì)。到目前為止，IPv6論壇分別在法國(guó)、美國(guó)、西班牙、日本、加拿大、中國(guó)召開了IPv6全球峰會(huì)，并與3GPP以及歐洲通信標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)建立了合作關(guān)系，這對(duì)普及IPv6產(chǎn)生了巨大推動(dòng)作用。

　　2． 國(guó)內(nèi)發(fā)展情況

　　IPv6協(xié)議的一系列標(biāo)準(zhǔn)都是新頒布不久，并且還存在大量需要完善的內(nèi)容，這為我國(guó)開展此領(lǐng)域的研究和產(chǎn)業(yè)化工作提供了很好的發(fā)展環(huán)境。初期國(guó)內(nèi)主要由教育研究機(jī)構(gòu)推動(dòng)IPv6的研究，并逐步形成了規(guī)模的政府推動(dòng)。1998年6月我國(guó)國(guó)家教育科研網(wǎng)CERNET加入了6Bone，并于同年12月成為其骨干成員。CERNET建立了IPv6試驗(yàn)床并在IPv6領(lǐng)域開展了許多開拓性的研究；1999年亞太地區(qū)先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)APAN與中國(guó)建立了連接；從1999年底，中國(guó)教育和科研網(wǎng)與諾基亞合作，啟動(dòng)了Internet 6計(jì)劃，在中國(guó)的若干高校搭建IPv6網(wǎng)絡(luò)，形成一個(gè)大規(guī)模的IPv6研究和試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)；2000年11月，貝爾實(shí)驗(yàn)室與中國(guó)科學(xué)院軟件研究所簽署了合作協(xié)議，聯(lián)合成立實(shí)驗(yàn)室，初期啟動(dòng)合作項(xiàng)目為IPv6協(xié)議的研究。

　　2001年以來，國(guó)家計(jì)委、科技部、自然基金委、信息產(chǎn)業(yè)部相繼啟動(dòng)關(guān)于IPv6的研究項(xiàng)目。如2002年863高性能IPv6路由器重大研究項(xiàng)目分為硬件、協(xié)議棧軟件以及測(cè)試三個(gè)子課題完成了招標(biāo)工作，其它有關(guān)IPv6網(wǎng)絡(luò)安全和服務(wù)質(zhì)量的重大課題也相繼公布。

三、過渡技術(shù)及演進(jìn)策略

　　中國(guó)是公認(rèn)的迫切需要發(fā)展IPv6的國(guó)家，需要從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上給予IPv6高度重視。由IPv4向IPv6的過渡技術(shù)和演進(jìn)策略是設(shè)備制造商、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商及業(yè)務(wù)提供商關(guān)注的重點(diǎn)。向IPv6過渡在技術(shù)上包括雙協(xié)議棧、地址翻譯、隧道三種。它們對(duì)于不同組網(wǎng)和通信需求具有各自的特點(diǎn)：雙協(xié)議棧是保護(hù)現(xiàn)有投資，為客戶提供新協(xié)議體現(xiàn)的有效方式；地址翻譯可以幫助IPv6和IPv4節(jié)點(diǎn)間的通信；隧道方式則能解決借助IPv4網(wǎng)絡(luò)連接分散的IPv6節(jié)點(diǎn)，或利用IPv6網(wǎng)絡(luò)連接分散的IPv4節(jié)點(diǎn)。

　　為保護(hù)現(xiàn)有投資，必須制定合理的網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)策略。我認(rèn)為在制定這一策略時(shí)應(yīng)立足長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展目標(biāo)，從信息戰(zhàn)略高度重視中國(guó)對(duì)IPv6機(jī)遇的把握，通過政策扶植和產(chǎn)業(yè)調(diào)整推動(dòng)其發(fā)展。向IPv6網(wǎng)絡(luò)過渡在策略上應(yīng)當(dāng)分為三個(gè)階段：即投資型示范網(wǎng)絡(luò)階段，初步商業(yè)階段（首批領(lǐng)域業(yè)務(wù)），大規(guī)模發(fā)展贏利階段。初期需要政府在IPv6發(fā)展上給予引導(dǎo)和政策支持，創(chuàng)造良好的研究和產(chǎn)業(yè)推動(dòng)環(huán)境，形成具有核心自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)資本，并有選擇的通過開發(fā)新業(yè)務(wù)建立純IPv6投資型示范網(wǎng)絡(luò)，探索贏利模型；第二步使用過渡技術(shù)在保證現(xiàn)有業(yè)務(wù)應(yīng)用和經(jīng)營(yíng)體制正常運(yùn)轉(zhuǎn)的前提下，減少純IPv4網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和業(yè)務(wù)開發(fā)，轉(zhuǎn)而推動(dòng)雙協(xié)議棧的混合模型，啟動(dòng)初步商業(yè)階段，積累新協(xié)議網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)；第三步，將示范網(wǎng)的成功模型引入雙協(xié)議棧網(wǎng)絡(luò)，通過多次反饋調(diào)整技術(shù)和贏利模型，并予以推廣，最后在取得經(jīng)驗(yàn)的成果上，迅速擴(kuò)大示范網(wǎng)規(guī)模為商業(yè)IPv6網(wǎng)絡(luò)，聯(lián)合雙協(xié)議棧網(wǎng)絡(luò)逐步取代純IPv4網(wǎng)絡(luò)，最終完成IPv6的商業(yè)過渡。在整個(gè)過程中，基于IPv6的新應(yīng)用和業(yè)務(wù)模型是吸引資本投資，加速完成商業(yè)演進(jìn)的關(guān)鍵。

　　IPv6從趨勢(shì)變成現(xiàn)實(shí)，不能夠等待IPv4因自身發(fā)展受限的讓位，在技術(shù)上得以保障的前提下，業(yè)務(wù)和市場(chǎng)是真正使IPv6得以廣泛應(yīng)用的條件。我認(rèn)為能對(duì)IPv6產(chǎn)生巨大需求的應(yīng)用至少要滿足以下兩個(gè)特征：大量的IP地址消耗和對(duì)端到端的支持。這是我們?cè)诮ㄔO(shè)純IPv6示范網(wǎng)絡(luò)時(shí)，為選擇業(yè)務(wù)開發(fā)和商業(yè)經(jīng)營(yíng)模型而必須要考慮的�；�于移動(dòng)IPv6的多媒體業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)滿足了這兩個(gè)特征，綜合體現(xiàn)了IPv6的新特性，將可以成為一個(gè)具有巨大發(fā)展?jié)摿Φ男聵I(yè)務(wù)增長(zhǎng)點(diǎn)。

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