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IPv6在下一代互聯(lián)網中的應用分析

黃巖 2010/10/18

　　IP地址是網絡中的一個重要的概念，包括IPv4地址和IPv6地址。我們通常所說的“IP地址”指IPv4地址，它是給每個連接在Internet上的主機分配一個在全世界范圍惟一的32比特地址。IPv4協(xié)議規(guī)定，每個互聯(lián)網上的主機和路由器都有一個惟一的IP地址以互相區(qū)分和互相聯(lián)系。只有有了IP地址后，網絡中的主機才能向別的主機發(fā)送數(shù)據(jù)信息，也才能接收別的主機發(fā)送過來的數(shù)據(jù)信息。IP地址的結構使我們可以在互聯(lián)網上很方便地尋找某臺主機并和它進行數(shù)據(jù)交換，使互聯(lián)網才能成其為互聯(lián)網，充當人們之間信息交流和溝通的媒介。因此IP地址構成了整個Internet的基礎，是互聯(lián)網中的一個最基本也是最重要的資源。

　　為什么要從IPv4升級到IPv6

　　今天的互聯(lián)網大多數(shù)應用的是IPv4協(xié)議，IPv4協(xié)議已經使用了20多年，在這20多年的應用中，IPv4獲得了巨大的成功，同時隨著應用范圍的擴大，它也面臨著越來越不容忽視的危機，主要體現(xiàn)在如下三點。

　　首先，技術本身限制，IPv4地址即將耗盡。IPv4地址空間為32位，從理論上講，可以編址1600萬個網絡、40億臺主機（確切地說，共2的32次方個）。但為了便于管理，IPv4地址采用A、B、C三類編址方式后，可用的網絡地址和主機地址的數(shù)目大打折扣。隨著互聯(lián)網的不斷發(fā)展，互聯(lián)網用戶急劇增長，IPv4地址也即將耗盡。

　　其次，國家戰(zhàn)略考慮，IPv4時代中國落后于西方國家。由于歷史的原因，中國在IPv4的發(fā)展中處于后進的狀態(tài)，在國際上發(fā)言權不多，導致在IP地址的供需上嚴重失衡。在互聯(lián)網發(fā)展初期，美國一些大學和公司占用了大量的IP地址，例如MIT、IBM和at&t分別占用了1600多萬、1700多萬和1900多萬個IP地址，而分配給像中國這么大國家的地址量還不如美國一個大學。不言而喻，中國應該是全球最需要IP地址的國家之一，地址不足，嚴重地制約了我國互聯(lián)網的應用和發(fā)展。所以，基于國家戰(zhàn)略考慮，中國目前應該大力發(fā)展IPv6技術和應用。

　　最后，業(yè)務發(fā)展需要，未來業(yè)務發(fā)展還需要大量IP地址。前文提到，IP地址是整個Internet的基礎，所有業(yè)務的開展也必須基于IP地址。除了基本的寬帶上網業(yè)務，越來越多的業(yè)務和應用也日新月異地涌現(xiàn)出來，IP地址的需求越來越大。

　　在固定寬帶方面，截至2009年3月底，中國電信固定寬帶用戶數(shù)為5303萬戶，占57%的市場份額。中國電信固定寬帶用戶年增長均在800萬戶以上，2008年凈增900萬戶，并保持持續(xù)快速增長。

　　在移動業(yè)務方面，2010年1月份，中國移動新增GSM用戶511.5萬戶，新增TD-SCDMA用戶49萬戶；中國電信新增移動用戶305萬戶；中國聯(lián)通新增GSM用戶80.9萬戶，新增WCDMA用戶85.3萬戶。

　　2010年1月13日，溫家寶主持國務院常務會議，決定加快推進三網融合。IPTV作為三網融合的殺手級業(yè)務，2010年用戶數(shù)預計將達2千萬戶。

　　自2009年8月溫家寶總理提出“感知中國”以來,物聯(lián)網被正式列為國家五大新興戰(zhàn)略性產業(yè)之一。60億人與人的通信擴展到250億機器與機器的通信，物聯(lián)網的興起更是加大了人們對IP地址的渴求。

　　如何滿足新興業(yè)務對IP地址如此海量的需求？惟有IPv6。

　　IPv6技術優(yōu)勢

　　IPv6是為了從根本上解決現(xiàn)存IPv4網絡的IP地址枯竭和路由表急劇膨脹等潛在危機而制訂的。IPv6繼承了IPv4的優(yōu)點，并根據(jù)IPv4多年來運行的經驗進行了大幅度的修改和功能擴充，在地址容量、安全性、網絡管理、移動性以及服務質量等方面有明顯的改進，IPv6與IPv4是不兼容的，但它同所有其他的TCP/IP協(xié)議族中的協(xié)議兼容，即IPv6完全可以取代IPv4。從技術上，IPv6相對IPv4的優(yōu)勢主要有以下5個。

地址充足（從32位地址空間到128位）。

協(xié)議優(yōu)化（簡化報頭提高處理效率，增加擴展報頭，提高協(xié)議擴展性）。

即插即用（在主機終端側做了優(yōu)化，增強主機易于配置和可管理性，便于支持大量終端應用）。

安全性（把IPSec作為IPv6擴展頭內置，比如OSPFv3認證依賴于IPSec6）。

QoS（改進點在于增加流標簽域）。

　　IPv6發(fā)展的主要瓶頸之一在于沒有“殺手級”應用，那么，具有上述技術優(yōu)勢的IPv6除了IPv4提供的傳統(tǒng)業(yè)務，到底能帶來哪些新的應用？

　　IPv6在下一代互聯(lián)網中的應用

　　多年來，在我國IPv6網絡發(fā)展緩慢，“商業(yè)應用匱乏”一直被業(yè)界認為是主要原因。國家層面希望在下一代互聯(lián)網上爭取更多的技術話語權，以及物聯(lián)網的加速應用，使得IPv6網絡盡快落地成為可能。以IPv6為技術基礎的下一代互聯(lián)網不但可以支持現(xiàn)有IPv4網絡上所提供的所有業(yè)務，還能充分支持豐富多樣、個性化、無處不在的各種創(chuàng)新業(yè)務。

　　1.P2P業(yè)務�，F(xiàn)今網絡上，大部分應用采用的是“客戶端/服務器”的模式，只能在一個區(qū)域和一定的范圍內進行，而且由于地址有限，需要采用NAT等地址轉換技術，地址經常變動。IPv6有了足夠多的地址，可以長期擁有一個IP地址，實現(xiàn)了網絡上所有設備的點對點(P2P)通信，IPv6網絡上的游戲真正實現(xiàn)了P2P世界。而且IPv6的綜合業(yè)務平臺可以提供對安全、隱私和計費的保障，將會極大增強在線游戲的P2P特性，為用戶帶來實時互動溝通的真實體驗，同時通過先進的技術、安全的保障為經營者創(chuàng)造價值并確保經營的可靠性和穩(wěn)定性。

　　IPv6擁有無窮盡的海量地址，除了有助于促進P2P業(yè)務模式的發(fā)展，更利于實現(xiàn)對稱的實時的端到端的業(yè)務。這種模式伴隨Web2.0，網格等新型應用可能給互聯(lián)網帶來全新體驗。
　　2.家庭業(yè)務。IPv6具備海量地址，允許海量終端接入，業(yè)務也可以實現(xiàn)永遠在線，這就有利于開展家庭網絡、網絡家電、數(shù)字家庭、智能家居等業(yè)務。

　　互聯(lián)網在全球普及之后“家庭網絡”的概念開始出現(xiàn)，但是IPv4地址的稀缺，導致無法為所有信息家電分配惟一的IPv4地址，只能利用諸如NAT、私有地址空間等技術來繞過這一限制，但復雜的設置和管理將嚴重阻礙用戶對于新技術的接受程度。

　　網絡家電是IPv6下一代網絡的重要應用之一。所謂網絡家電，指通過個人電腦、PDA等信息設備可對連接在家庭網絡中的空調、電飯煲、微波爐、冰箱、電視、音響和照明設備等家用電器進行遠距離遙控。為了推行網絡家電標準，眾多家電廠商正在開發(fā)面向IPv6的多種網絡家電產品，并進行多項網絡家電的IPv6實證實驗。

　　數(shù)字家庭是指以計算機技術和網絡技術為基礎，各種家電通過不同的互連方式進行通信及數(shù)據(jù)交換,實現(xiàn)家用電器之間的“互聯(lián)互通”,使人們足不出戶就可以更加方便快捷地獲取信息,從而極大提高人類居住的舒適性和娛樂性。交互式網絡電視(IPTV)、有線數(shù)字電視、機頂盒、電腦娛樂中心、網絡電話、網絡家電、信息家電以及智能家居等，都是數(shù)字家庭的體現(xiàn)。

　　3.物聯(lián)網。物聯(lián)網要通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設備，把任何物品與互聯(lián)網連接起來，進行信息交換和通訊。

　　RFID(射頻識別)是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預，作為條形碼的無線版本，RFID技術具有條形碼所不具備的防水、防磁、耐高溫、使用壽命長、讀取距離大、標簽上數(shù)據(jù)可以加密、存儲數(shù)據(jù)容量更大、存儲信息更改自如等優(yōu)點，其應用將給零售、物流等產業(yè)帶來革命性變化。由于IPv6的地址空間巨大，對于RFID來說非常適合，IPv6的大量地址可以實現(xiàn)為每一個RFID分配一個地址，這在地址資源相當匱乏的IPv4來看是難以想象的。

　　IPv6發(fā)展演進建議

　　IPv6的引入被認為是解決IPv4地址耗盡的根本和直接的解決方案，但IPv6在實際引入上進展緩慢，本質上在于 IPv6還沒有帶來新的商業(yè)機會，而只是解決現(xiàn)有的地址問題，而現(xiàn)有的替代性解決方案基本可以滿足運營商的實際部署需要,替換IPv6的推動力不足。目前IPv6產業(yè)鏈發(fā)展尚不平衡，在終端用戶—網絡—業(yè)務的IPv6產業(yè)鏈條中，各相關角色都沒有足夠動力去單獨推動IPv6發(fā)展，并且網絡兩頭的終端、業(yè)務也是目前IPv6發(fā)展的最短板，但也是被用戶接受的核心環(huán)節(jié)。這都是目前IPv6發(fā)展面臨的困難，因此，IPv6發(fā)展任重而道遠。

　　業(yè)界需要從整個產業(yè)的角度去考慮IPv6演進的各種影響，從目前的網絡發(fā)展經驗來看，至少要考慮以下幾個核心因素。

　　1.用戶因素。IPv6是對IPv4完全不兼容的新一代網絡層協(xié)議，在引入后要求對現(xiàn)網影響降低到最小，對用戶要求不感知。從以往的經驗來看，類似于PSTN網絡改造，核心變了，但業(yè)務沒變，用戶使用習慣上沒有任何改變，這樣的網絡改造是用戶可接受的，是易于推廣的網絡演進方式。另外，新發(fā)展的IPv6用戶不能在訪問原有的IPv4業(yè)務上存在限制，體驗不能有大的降低，甚至在體驗上要使用各種商務策略提高IPv6用戶的體驗，這樣才能引導IPv4用戶向IPv6遷移。日本NTT在這里有較為成功的業(yè)務發(fā)展經驗，從發(fā)展全新的IPv6業(yè)務品牌，把提升全面的業(yè)務體驗和IPv6的緊密結合，到包裝下一代網絡的理念上，給終端用戶形成IPv6的下一代全新業(yè)務體驗的概念，從而成功地推進了IPv6的規(guī)模應用。

　　2.業(yè)務因素。IPv6和IPv4是完全不兼容的協(xié)議，在IPv6的部署上需要考慮這個關鍵問題。IPv6的初始部署業(yè)務選擇上，為了避免因兼容性造成的不利影響，宜采用從封閉型業(yè)務切入，如IPTV。封閉型業(yè)務互通性要求不高，沒有和現(xiàn)存的IPv4體系交互的要求，可以降低早期部署IPv6的難度，易于快速部署，對于IPv6引入早期，積累IPv6運營經驗，是較為合適的切入業(yè)務選擇。

　　3.網絡因素。IPv6的網絡部署上，需考慮端到端實施，網絡各個層面的組網和設備在網絡架構、技術選擇、設備能力、廠商組成、IPv6支持能力等方面上存在較大差異，需要綜合考慮IPv6的可演進方案。為了減少對現(xiàn)網的影響，在成本可接受的前提下，早期部署上可考慮新建專網或專用設備，如采用獨立的IPv6網關接入IPv6用戶，這樣既可以避免IPv6早期部署上可能存在的各類問題對現(xiàn)網業(yè)務的沖擊，也可以避免一次性升級所有的現(xiàn)網設備支持IPv6，造成的短期改造成本過高難以實施，并且可以在新網絡新設備上采用獨立的維護管理人員，避免IPv6引入初期IPv6技術人員的短缺問題。

　　4.成本因素。IPv6的引入是一個長期的系統(tǒng)工程，應該慎重考慮引入的時機和節(jié)奏，這需要權衡改造和升級的綜合成本。過早地切入IPv6，就必然要承擔和周圍環(huán)境互通的成本；過晚地切入，會造成網絡遷移的總成本的增加。所以，短時間內一蹴而就地將所有的網絡改造替換為支持IPv6的設備是不可取的；網絡不能切入IPv6，使得IPv6實際商用過程滯后，這也是不可接受的，IPv6的引入必須從成本維度把握引入的節(jié)奏。

　　IPv6的演進不可能一蹴而就，注定是一個漫長的過程。IPv6的平滑演進需要綜合考慮網絡端到端各個層面的水平維度，也需要綜合考慮用戶、業(yè)務、網絡、成本等多種因素的垂直維度，通過合理的規(guī)劃，循序漸進地分階段分步驟逐步完成網絡IPv6演進的各個組成部分。

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通信世界周刊