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IPv6让所有的设备都上网
   ■IPv4 20世纪的互联网协议随着移动互联网、语音/数据的集成以及嵌入式互连设备的快速发展,以互联网为核心的未来通信模式正在形成。到目前为止,互联网取得了巨大的成功,而这很大程度上归功于其核心通信协议IPv4的高度可伸缩性。IPv4的设计思想成功地造就了目前的国际互联网,并容纳了过去十年中网络规模的几何级数增长,其核心价值体现在以下方面:简单、灵活和开放性。

  但是,新应用的不断涌现使互联网呈现出新的特征,传统的互联网协议版本,即IPv4,已经难以支持互联网的进一步扩张和新业务的特性,比如实时应用和服务质量保证。IPv4的不足体现在以下方面:

  1.有限的地址空间IPv4协议中每一个网络接口由长度为32位IP地址标识,这决定了IPv4的地址空间为232,大约理论上可以容纳43亿个主机,这一地址空间难以满足未来移动设备和消费类电子设备对IP地址的巨大需求量。加之存在地址分配的大量浪费,有预测表明,以目前Internet发展速度计算,所有IPv4地址将在2005~2010年间分配完。

  在二十世纪九十年代的研究人员已经意识到了IP地址空间以及分配存在的问题,并开发了一些新技术来改善地址分配和减缓IP地址的需求量,比如CIDR和NAT。这些技术一定程度上缓解了地址空间被耗尽的危机,但为基于IP的网络增加了复杂性,并且破坏了一些IP协议的核心特性,比如端到端原则,因此不能从根本上解决IPv4面对的困难。

  2.路由选择效率不高IPv4的地址由网络和主机地址两部分构成,以支持层次型的路由结构。子网和CIDR的引入提高了路由层次结构的灵活性。但由于历史的原因,IPv4地址的层次结构缺乏统一的分配和管理,并且多数IP地址空间的拓扑结构只有两层或者三层,这导致主干路由器中存在大量的路由表项。庞大的路由表增加了路由查找和存储的开销,成为目前影响提高互联网效率的一个瓶颈。同时,IPv4数据包的报头长度不固定,因此难以利用硬件对提取、分析路由信息,这对进一步提高路由器的数据吞吐率也是不利的。

  3.缺乏服务质量保证IPv4遵循Best Effort原则,这一方面是一个优点,因为它使IPv4简单高效;另一方面它对互联网上涌现的新的业务类型缺乏有效的支持,比如实时和多媒体应用,这些应用要求提供一定的服务质量保证,比如带宽、延迟和抖动。研究人员提出了新的协议在IPv4网络中支持以上应用,如执行资源预留的RSVP协议和支持实时传输的RTP/RTCP协议。这些协议同样提高了规划、构造IP网络的成本和复杂性。

  ■IPv6下一代的互联网协议为了克服IPv4的以上不足,IETF从九十年代初开始制定IPv6协议,1998年IPng工作组正式公布RFC2460标准。IPv6继承了IPv4的端到端和尽力而为的基本思想,其设计目标就是要解决IPv4存在的问题,并取代IPv4成为下一代互联网的主导协议。为实现这一目标,IPv6具有了以下特征:

  1.128位地址空间IPv6的地址长度由IPv4的32位扩展到128位,据预测,这样庞大的地址空间可以在2020年之前满足互联网的增长,即使所有的移动电话和手表都分配一个IP地址并联入国际互联网。另一个值得考虑的因素是地址分配。IPv4时代互联网地址分配的教训使人们意识到即使有128位的地址空间,一个良好的分配方案仍然非常关键。因此,有理由相信在IPv6时代IP地址可能会得到更充分的利用。

  2.改进的路由结构IPv6采用类似CIDR的地址聚类机制层次的地址结构。为支持更多的地址层次,网络前缀可以分成多个层次的网络,其中包括13比特的TLA-ID、24比特的NLA-ID和16比特的SLA-ID。一般来说,IPv6的管理机构对TLA的分配进行严格管理,只将其分配给大型骨干网的ISP,然后骨干网ISP再可以灵活地为各个地区/中小ISP分配NLA,而用户从中小ISP获得地址。这样不仅可以定义非常灵活的地址层次结构,同时,同一层次上的多个网络在上层路由器中表示为一个统一的网络前缀,这样可以显著减少路由器必须维护的路由表项。按照13比特的TLA计算,理想情况下一个核心主干网路由器只须维护不超过8192个表项。这大大降低了路由器的寻路和存储开销。

  同时,IPv6采用固定长度的基本报头,简化了路由器的操作,降低了路由器处理分组的开销。在基本报头之后还可以附加不同类型的扩展报头,为定义可选项以及新功能提供了灵活性。

  ■IPv6高效的互联网引擎引人注目的是,IPv6增加了许多新的特性,其中包括:服务质量保证、自动配置、支持移动性、多点寻址(Multicast)、安全性。

  基于以上改进和新的特征,IPv6为互联网换上一个简捷、高效的引擎,不仅可以解决IPv4目前的地址短缺难题,而且可以使国际互联网摆脱日益复杂、难以管理和控制的局面,变得更加稳定、可靠、高效和安全。

  IPv6协议的以上特性同时为3G网络提供了广阔的前景。目前移动通信正在试图从基于电路交换提供语音服务向基于IP提供数据、语音、视频等多种服务转变,IPv4很难对此提供有效的支持:移动设备入网需要大量的IP地址,移动设备的全球漫游问题也必须由附加的移动IPv4协议加以支持。IPv6的地址空间、移动性的支持、服务质量保证机制、安全性和其他灵活性很好地满足了3G网络的需求。目前3GPP也已经决定以IPv6为基础构筑下一代移动网络,很多通信厂商正致力于构建基于IPv6的全IP的3G核心网(All-IP Core)。据预测在移动通信领域IPv6最有可能首先得到广泛应用,实现移动互联。

  ■IPv6中国的机会中国在IPv4时代,分到的IPv4正式地址数一共才约900万,而美国斯坦福大学是1700万,IBM公司则达到3300万。同样由于历史的原因,在技术研究、标准制订、产品开发等诸多方面中国也远远落后于美国。而IPv6为中国的互联网事业提供了一个缩小差距的良机:

  更多的地址:IPv6的地址长度和分配方案以一个世界性的网络为出发点,中国将会分配到足够的IPv6地址。

  研究和开发:过去的十几年中中国在互联网领域的研究和开发实力正在加强,逐步缩小了与美国的差距。IPv6使中国可以和世界重新站在同一起跑线上,参与世界范围的竞争。

  后发优势:IPv4地址缺乏、庞大的人口基数和互联网的迅速扩张使中国更容易首先接受IPv6,这将转化为一种优势:IPv6将首先在中国广泛应用,从而推动IPv6研究、产品开发和应用的全面进步,使中国在下一代国际互联网的竞争中处于有利位置。

  IPv6对于和我们境遇类似的其他亚洲国家如日本和韩国也是一个巨大的机遇,他们对IPv6倾注了极大热情IPv6全球峰会分别在日本和韩国召开,而日本更是已经开始分配正式IPv6,若干企业已经开始在内部以双协议栈的方式全面部署IPv6协议。而目前IPv6在中国仍然停留于试验床阶段,这给我们一个警示:IPv6的机会中国不可错!
  
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