IPv6發(fā)展概述

摘要　本文簡要描述了IPv6的發(fā)展背景、進(jìn)程及其技術(shù)特點(diǎn)，就幾個關(guān)鍵技術(shù)和業(yè)務(wù)問題進(jìn)行了討論，并介紹了IPv6在我國的試驗(yàn)和發(fā)展情況，最后對IPv6的發(fā)展進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞　IPv6　CNGI

1　IPv6概述

從電話入戶到手機(jī)通信，從撥號上網(wǎng)到寬帶接入，從話音通信到內(nèi)容服務(wù)，從初級的增值業(yè)務(wù)到以短信為代表的移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，電信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展呈現(xiàn)給我們的是一種迅猛的發(fā)展軌跡。沿著這條軌跡我們可以看到，Internet及其所采用的IP技術(shù)的迅速普及和應(yīng)用占有非常重要的地位。自從1995年原郵電部在全國范圍內(nèi)大規(guī)模建設(shè)Internet(CHINANET)之后，Internet用戶在我國開始成倍地呈指數(shù)型增長。據(jù)CNNIC 2004年7月最新統(tǒng)計，中國的互聯(lián)網(wǎng)用戶已經(jīng)達(dá)到8700萬，國際出口帶寬達(dá)到53.9Gbit/s。全球其它國家互聯(lián)網(wǎng)近幾年也是呈爆炸式的發(fā)展趨勢。與此同時，目前互聯(lián)網(wǎng)所采用的IPv4的局限性也越來越明顯，因此加強(qiáng)對IPv6的研究并逐步商用也變得日益重要。

IPv4標(biāo)準(zhǔn)是20世紀(jì)70年代制定完成的，當(dāng)時IPv4標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計者原本只是將其用于異種計算機(jī)互聯(lián)的目的，因此既沒有預(yù)料到IP網(wǎng)絡(luò)會達(dá)到今天的發(fā)展速度和規(guī)模，更沒有想到它能夠和通信技術(shù)相融合并形成信息通信產(chǎn)業(yè)的一部分。事實(shí)上，在20世紀(jì)90年代初期，互聯(lián)網(wǎng)的專家們已經(jīng)首先意識到了IPv4地址容量不足的問題，因此開始了IPv6的研究和制定工作，并同時預(yù)言IPv6將會在90年代末進(jìn)入商用。但由于版本的升級換代涉及到硬件、軟件、兼容性、應(yīng)用、成本、產(chǎn)業(yè)、需求等一系列的問題，更由于IETF同時也制定了包括CIDR和VLSM等在內(nèi)的提高IPv4使用效率的一系列標(biāo)準(zhǔn)，使得IP網(wǎng)絡(luò)一直采用IPv4標(biāo)準(zhǔn)到現(xiàn)在。然而隨著新業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，IPv4目前已逐漸不能滿足需求。

IPv6標(biāo)準(zhǔn)的制訂工作是從1992年開始的，經(jīng)過了4年左右的發(fā)展時間，IPv6標(biāo)準(zhǔn)體系已經(jīng)基本完善。在這個過程中，IPv6逐步優(yōu)化了協(xié)議體系結(jié)構(gòu)，為業(yè)務(wù)發(fā)展創(chuàng)造了條件。IPv6標(biāo)準(zhǔn)制定過程大致如下。

(1)1992年，IETF成立了IPNG工作組；

(2)1992-1994年，IPNG工作組收到了若干提案；

(3)1994年夏，IPNG工作組提出了下一代IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(IPv6)的推薦版本；

(4)1995年夏，IPNG工作組完成了IPv6的協(xié)議文本；

(5)1995-1999年完成了IETF要求的協(xié)議審定和測試；

(6)1999年成立了IPv6論壇，開始正式分配IPv6地址，IPv6的協(xié)議文本成為標(biāo)準(zhǔn)草案。

2　IPv6技術(shù)特點(diǎn)

與IPv4相比，IPv6主要在以下4個方面具有技術(shù)優(yōu)勢。

2.1　豐富的地址資源

IPv6擁有十分豐富的地址資源。IPv6的設(shè)計者將地址長度擴(kuò)大了3倍，即從IPv4的32bit地址，擴(kuò)展到了IPv6的128bit地址。應(yīng)該說IPv6的地址是海量的，從人們的實(shí)際需求來看，很難將這樣大的地址空間消費(fèi)掉。當(dāng)然從技術(shù)角度講，并不是地址空間越大越好，因?yàn)榈刂吩介L，信息處理越復(fù)雜，傳輸效率也越低。對于IPv6實(shí)施而言，合理的地址規(guī)劃尤其重要，因?yàn)檫@樣將會提高地址的尋址效率，減小路由表中的路由條目，從而提高IP網(wǎng)絡(luò)的性能。

2.2　QoS保證

從協(xié)議來說，IPv4考慮到了QoS問題，它的TOS字段就是用于區(qū)分服務(wù)類型，并以此來提供不同的服務(wù)。但目前的IP網(wǎng)基本沒有使用該字段，依然是一個“盡力而為”的網(wǎng)絡(luò)。IPv6在報頭中保留了類似IPv4的TOS域，也稱為傳輸級別域，以繼續(xù)為IP提供差分QoS服務(wù)。同時新增了20bit流標(biāo)記域，為源宿端快速處理實(shí)時業(yè)務(wù)提供可能。但由于管理困難，目前這種應(yīng)用還需要進(jìn)一步研究。

2.3　安全問題

IPv6在安全性與IPv4相比有更多的考慮。IPv6采用專用擴(kuò)展頭實(shí)施IPSec安全結(jié)構(gòu)，用于網(wǎng)絡(luò)層的認(rèn)證和加密，為用戶提供端到端安全。在IPv6中集成IPSec的意義主要在于業(yè)務(wù)中使用IPSec的便利性，使用戶在部署IPv6網(wǎng)絡(luò)的同時部署基于IPSec的安全體系。

2.4　移動性考慮

移動IPv6是IPv6標(biāo)準(zhǔn)的一個特色，它充分利用IPv6的技術(shù)本身的特點(diǎn)，更好地實(shí)現(xiàn)了IP的移動性。相對于移動IPv4，在移動IPv6中通過鄰居發(fā)現(xiàn)自動配置等技術(shù)可以直接實(shí)現(xiàn)外地網(wǎng)絡(luò)的發(fā)現(xiàn)以及轉(zhuǎn)交地址的獲得，而不必依賴于外地代理的存在。同時利用路由擴(kuò)展頭及新增的歸屬地址等選項(xiàng)優(yōu)化了報文路徑，減少迂回路由及減少源地址過濾等問題，并使移動節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用層對轉(zhuǎn)交地址透明處理，實(shí)現(xiàn)無縫的移動。

3　IPv6在我國的發(fā)展

IPv6是伴隨著下一代互聯(lián)網(wǎng)(NGI)研究和試驗(yàn)而逐步得到應(yīng)用和發(fā)展的。在國外，以美國Internet2的Abilene，亞太地區(qū)的APAN和歐共體的GEANT為連接主體，已經(jīng)初步形成了大規(guī)模的NGI研究試驗(yàn)環(huán)境。該研究試驗(yàn)環(huán)境有2.5-10Gbit/s的主干網(wǎng)速度，提供多播、服務(wù)質(zhì)量控制等多種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，支持IPv6的研究開發(fā)，為下一代互聯(lián)網(wǎng)提供重大應(yīng)用服務(wù)。此外，在歐洲的30個國家中目前已經(jīng)建設(shè)了26個國家性的科研、教育IPv6實(shí)驗(yàn)網(wǎng)，法國在其中所扮演的是領(lǐng)導(dǎo)者角色。法國電信1996年開始進(jìn)行第一個IPv6路由器測試，2002-2004年，IPv6在甚高速網(wǎng)絡(luò)的各個方面獲得了較大的發(fā)展。對由IPv4向IPv6網(wǎng)絡(luò)的過渡移植方面，法國電信研究中心已經(jīng)開展了一系列的商業(yè)模式的應(yīng)用。如視頻通信、無縫移動業(yè)務(wù)、多播的IPv6業(yè)務(wù)等。

我國開展IPv6的研究工作相對較晚，但近幾年國家自然科學(xué)基金委員會、教育部、中科院、“863”計劃等都開展了相關(guān)課題和項(xiàng)目的研究，同時也廣泛開展了與國際上有關(guān)國家在IPv6研究及下一代互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)等方面的合作和溝通，特別是連續(xù)幾年在北京舉辦的全球IPv6高峰論壇，大大推動了IPv6在我國的研究和應(yīng)用。今年已經(jīng)是第三屆高峰論壇，全球大部分在互聯(lián)網(wǎng)方面有重要影響的知名學(xué)者和國際組織的負(fù)責(zé)人都出席了這次峰會。最近我國在IPv6及下一代互聯(lián)網(wǎng)方面的研究和應(yīng)用進(jìn)入了一個新的階段。

6TNet(IPv6 Telecom Trial Network)：6TNet即下一代IP電信試驗(yàn)網(wǎng)是由信息產(chǎn)業(yè)部電信研究院和天地互連信息技術(shù)有限公司聯(lián)合發(fā)起的試驗(yàn)項(xiàng)目，有國內(nèi)外電信運(yùn)營商和廠商廣泛參與并合作。該項(xiàng)目是面向商用試驗(yàn)為目標(biāo)，致力于IPv6產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中的關(guān)鍵技術(shù)研究、組網(wǎng)、過渡策略、協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)制訂、測試、業(yè)務(wù)開發(fā)及商業(yè)模型研究等，為下一步大規(guī)模的IPv6商用提供經(jīng)驗(yàn)，加速中國IPv6產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。該項(xiàng)目從2002年5月起建設(shè)了3個骨干節(jié)點(diǎn)和1個CPN節(jié)點(diǎn)，并連接至國際最大的IPv6試驗(yàn)網(wǎng)6Bone。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間通過2.5Gbit/s光纖連接，運(yùn)行Native IPv6協(xié)議，目前開展了多項(xiàng)應(yīng)用，如IPv6視頻會議和視頻點(diǎn)播、IPv6網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)、IPv6無線PDA、IPv4/IPv6雙協(xié)議終端和服務(wù)器操作系統(tǒng)等。

　　CERNET2：第二代中國教育和科研計算機(jī)網(wǎng)CERNET2在2004年3月19日正式宣布開通并提供服務(wù)，這標(biāo)志著我國下一代互聯(lián)網(wǎng)研究取得重要進(jìn)展。該網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行Native IPv6協(xié)議，主干節(jié)點(diǎn)之間以2.5-10Gbit/s的傳輸速率相連，實(shí)現(xiàn)全國200多所高校的高速接入，為基于IPv6的下一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提供了廣闊的試驗(yàn)環(huán)境。CERNET2重點(diǎn)研究下一代互聯(lián)網(wǎng)的核心網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，支持開發(fā)包括網(wǎng)格計算、多播視頻會議、大規(guī)模虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境、環(huán)境地震監(jiān)測等重大應(yīng)用。CERNET2還部分采用了我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的先進(jìn)的核心路由器設(shè)備，進(jìn)一步推動了我國下一代互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

CNGI：CNGI即中國下一代互聯(lián)網(wǎng)示范工程，是從2003年開始由國家發(fā)改委、科技部、信息產(chǎn)業(yè)部等8部委牽頭，由中國工程院組織啟動的，是實(shí)施我國下一代互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略的起步工程。我國主要的電信運(yùn)營商，包括中國電信、中國移動、中國網(wǎng)通、中國聯(lián)通和鐵通，以及中科院和教育科研網(wǎng)都參與了CNGI的建設(shè)。中京郵電通信設(shè)計院作為大部分運(yùn)營商的總體設(shè)計單位，也參與了CNGI工程方案設(shè)計。

作為前瞻性的示范工程，CNGI基于先進(jìn)的光傳輸及交換技術(shù)，其主干網(wǎng)的傳輸速率最低為2.5Gbit/s，最高到10Gbit/s。用戶接入網(wǎng)速率在l-10Gbit/s，核心節(jié)點(diǎn)具有為10個以上接入網(wǎng)或者駐地網(wǎng)提供接入服務(wù)的能力。從建設(shè)范圍來看，初期建設(shè)的核心節(jié)點(diǎn)大約是20-30個左右，高速連接300個左右的大學(xué)、研究單位及企業(yè)的研發(fā)中心。CNGI采用IPv6協(xié)議，有服務(wù)質(zhì)量保證和安全保證，同時還提供多播等功能。除此之外CNGI還要和國外下一代互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)2.5Gbit/s速率左右的高速互聯(lián)，便于國內(nèi)的新業(yè)務(wù)和國外實(shí)現(xiàn)互通和實(shí)驗(yàn)。

CNGI的業(yè)務(wù)特征主要有4個方面。一是高性能，如用于網(wǎng)格應(yīng)用等；二是實(shí)時性，如視頻和虛擬實(shí)驗(yàn)室；三是移動性，主要是指互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)如何在移動通信中得到應(yīng)用，其中包括在3G網(wǎng)絡(luò)如何引入IPv6的實(shí)驗(yàn)，在基于移動環(huán)境中如何實(shí)現(xiàn)高速端到端的多媒體應(yīng)用，下一代網(wǎng)絡(luò)中關(guān)于軟交換的實(shí)驗(yàn)等；四是多播服務(wù)，如大規(guī)模視頻會議。其中要實(shí)現(xiàn)這些業(yè)務(wù)需要解決的關(guān)鍵問題是安全、管理、質(zhì)量、計費(fèi)。因此，CNGI建成后也主要圍繞著這幾個方面來進(jìn)行試驗(yàn)。當(dāng)然首先要試驗(yàn)的是IPv4和IPv6之間的過渡，以及這兩類網(wǎng)絡(luò)所開展的業(yè)務(wù)的兼容問題。在提供多媒體業(yè)務(wù)方面，將要試驗(yàn)一些視頻應(yīng)用如大規(guī)模會議電視、遠(yuǎn)程教育、點(diǎn)播應(yīng)用等。

CNGI項(xiàng)目不僅僅是一個試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)，更重要的是它對我國的IPv6發(fā)展起到產(chǎn)業(yè)化的推動作用。依托CNGI試驗(yàn)網(wǎng)，可以積極進(jìn)行技術(shù)探索，完成網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)互通的試驗(yàn)，推動國內(nèi)IPv6標(biāo)準(zhǔn)的制定，積累運(yùn)營和維護(hù)經(jīng)營，發(fā)展IPv6的商用業(yè)務(wù)模式等。此外對于NGN和3G發(fā)展也會產(chǎn)生積極影響。

4　IPv6發(fā)展中幾個主要問題

盡管IPv6在我國有了上述的很大進(jìn)展，但要真正大規(guī)模進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)建設(shè)并逐步走向商用還有很長一段路要走，需要做大量的工作。其中如下幾個主要問題需要重點(diǎn)關(guān)注。

4.1　與IPv4協(xié)議的兼容和互通

由于目前商用的IP網(wǎng)絡(luò)都是IPv4的網(wǎng)絡(luò)，因此必須考慮IPv6與IPv4的兼容和互通技術(shù)。在這方面的技術(shù)相對比較成熟，主要有3種，一種是雙棧技術(shù)，它是指網(wǎng)絡(luò)設(shè)備同時支持IPv6和IPv4協(xié)議棧，應(yīng)用程序依靠DNS地址解析返回的地址類型來決定使用何種協(xié)議棧。雙協(xié)議棧的策略是假設(shè)DNS服務(wù)器能解析IPv6地址，比較方便地用于IPv6網(wǎng)絡(luò)與IPv4網(wǎng)絡(luò)的兼容，但設(shè)備同時運(yùn)行兩套協(xié)議，需要的處理能力要高。另一種是隧道技術(shù)，它是通過在一種協(xié)議中承載另一種協(xié)議，實(shí)現(xiàn)跨越不同域的互通，包括IPv6 in IPv4、IPv6 in MPLS、IPv4 in IPv6等隧道類型，根據(jù)技術(shù)和應(yīng)用場景的不同，這些隧道可用于IPv6用戶之間通過IPv4網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互通或相反。第三種是協(xié)議轉(zhuǎn)換技術(shù)即NAT-PT，例如當(dāng)用IPv4網(wǎng)絡(luò)承載時，它既完成將IPv6地址轉(zhuǎn)換為IPv4地址，又要完成IPv6與IPv4頭標(biāo)內(nèi)容的改變。通過部署NAT-PT，運(yùn)營商可以平滑地建設(shè)可以承載IPv6業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)。

4.2　IPv6業(yè)務(wù)開展

業(yè)務(wù)是IPv6能否成功的關(guān)鍵，也是IPv6網(wǎng)絡(luò)遇到的最大挑戰(zhàn)。換言之，需要有需求的“殺手級”IPv6業(yè)務(wù)和應(yīng)用，這樣才能促使運(yùn)營商大力推進(jìn)IPv6的建設(shè)和商用化。對于有些應(yīng)用而言，盡管目前也可以在IPv4網(wǎng)絡(luò)中得到支持，但可能會存在穿越NAT及地址不足等問題，與其這樣倒不如盡早采用IPv6協(xié)議。現(xiàn)在有關(guān)廠商陸續(xù)開發(fā)了一些基于IPv6的多媒體產(chǎn)品，但基本上處于試驗(yàn)和演示階段，成熟的電信級IPv6業(yè)務(wù)產(chǎn)品相對比較缺乏，這為運(yùn)營商提供NGI業(yè)務(wù)造成了障礙。事實(shí)上，在采用IPv6協(xié)議的試驗(yàn)網(wǎng)上已經(jīng)開展了包括視頻、多媒體通信等多種業(yè)務(wù)，但這些業(yè)務(wù)的大量需求還有待于啟動和培養(yǎng)。此外，業(yè)務(wù)管理、用戶認(rèn)證等運(yùn)營方面的問題也需要進(jìn)一步的研究和探索。

4.3　IPv6國產(chǎn)核心設(shè)備的研制和商用

雖然IPv6實(shí)施的速度大為加快，但從整體來看，包括支持IPv6的大容量高速路由器在內(nèi)的一些關(guān)鍵性的核心設(shè)備還沒有完全成熟，特別是對于下一代網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)應(yīng)該立足于國產(chǎn)的設(shè)備，因此國內(nèi)電信設(shè)備制造商任重道遠(yuǎn)。據(jù)了解，正在實(shí)施的CNGI試驗(yàn)網(wǎng)一個主要的特點(diǎn)就是重視硬件和軟件的開發(fā)和研究，為國產(chǎn)設(shè)備提供試驗(yàn)和與國外設(shè)備及系統(tǒng)互聯(lián)的環(huán)境，進(jìn)而帶動國內(nèi)通信和計算機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。此外該試驗(yàn)網(wǎng)還著眼于標(biāo)準(zhǔn)的研究和自主知識產(chǎn)權(quán)的培育，這充分說明了民族產(chǎn)業(yè)在下一代網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中的重要地位和作用。

5　IPv6發(fā)展展望

無數(shù)事實(shí)證明，任何一項(xiàng)技術(shù)或者業(yè)務(wù)要得到大規(guī)模發(fā)展離不開兩個因素，第一個因素是技術(shù)是否成熟，第二個因素是不是有市場需求。IPv6的發(fā)展同樣如此。事實(shí)上IPv6標(biāo)準(zhǔn)體系形成已經(jīng)近10年，當(dāng)時在1995年郵電部大規(guī)模建設(shè)163網(wǎng)的時候，許多業(yè)內(nèi)專家就預(yù)計1998年左右IPv6會實(shí)施，但事實(shí)證明到現(xiàn)在為止，IPv6才剛剛開始有了比較大的進(jìn)展，這說明當(dāng)時對于IPv6的需求還不夠。另外，許多技術(shù)特別是一些路由器及服務(wù)器的技術(shù)，當(dāng)時還難以支持IPv6的實(shí)施和運(yùn)行，而目前情況則大為不同。隨著下一代網(wǎng)絡(luò)、3G、寬帶以及各種新業(yè)務(wù)的發(fā)展，對IPv6也有了非常大的需求，同時IPv6以及IPv6與IPv4網(wǎng)絡(luò)的兼容和過渡技術(shù)已經(jīng)逐步成熟，可以說IPv6面臨著非常好的發(fā)展時機(jī)。

從我國各大運(yùn)營商跟進(jìn)速度和規(guī)劃規(guī)模來看，到2005年底，各運(yùn)營商將會逐步建設(shè)起規(guī)模不同的IPv6網(wǎng)絡(luò)，同時還會將現(xiàn)有一些業(yè)務(wù)過渡到網(wǎng)絡(luò)中來。可以預(yù)見，在未來的兩三年時間里，IPv6的相關(guān)產(chǎn)品將極大地豐富起來，IPv6的應(yīng)用也將逐步由試驗(yàn)網(wǎng)轉(zhuǎn)向商用網(wǎng)。

作者：張同須 來源：中國聯(lián)通網(wǎng)站