李星：IPv4向IPv6過渡技術的思考

文/本刊記者 王左利

IPv6部署，就必然涉及兩代網(wǎng)過渡技術，清華大學教授李星及其團隊的項目——“基于無狀態(tài)翻譯的IPv6融合過渡技術及應用”榮獲2017年中國通信學會科學技術獎一等獎，本刊就兩代網(wǎng)過渡技術對李星老師進行了專訪。

李星清華大學教授

“1990年即將開始的時候，美國《時代》周刊總結了20世紀80年代的技術發(fā)展，提到了眾多的發(fā)明，比如個人計算機、激光唱盤、遙控器等。當時我認為90年代最重要的技術發(fā)展將是Internet,這一點‘不幸’被我言中?！敝髮⒔?0年的時間，李星圍繞他認定的“最重要的技術”進行了專注的研究。

1993年，李星參與了中國教育和科研計算機網(wǎng)CERNET的規(guī)劃與建設，1998年，他主持建立了中國第一個IPv6試驗網(wǎng)絡CERNET-6BONE，2007年，他和團隊提出從IPv4到IPv6的互通技術IVI，為IPv4向IPv6的過渡提供了可行的方案。

作為最早從事IPv6下一代互聯(lián)網(wǎng)研究的科研工作者，李星表示，IPv6是網(wǎng)絡空間發(fā)展不可逾越的階段，它雖然不是下一代互聯(lián)網(wǎng)的全部，但它是下一代互聯(lián)網(wǎng)的基礎，這樣重大的互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展時機不容我們錯過。

從CERNET-6BONE到IVI

下一代互聯(lián)網(wǎng)IPv6最初的設計意圖是解決尋址的可擴展問題。在目前廣泛使用的互聯(lián)網(wǎng)IPv4協(xié)議中，表示一臺聯(lián)網(wǎng)設備的地址是由32位數(shù)字記錄的，這意味著整個互聯(lián)網(wǎng)最多能夠容納2的32次方地址，也就是約40億臺設備，當時互聯(lián)網(wǎng)的設計者也沒有想到，日后互聯(lián)網(wǎng)會以如此速度在全球迅速發(fā)展。隨著網(wǎng)絡的普及、智能設備和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，人們對IP地址的需求開始指數(shù)增長，在這樣的背景下，IPv6運用而生，2的128次方的地址使得“地球上的每一顆沙子都有一個地址”。

然而，IPv6的設計者放棄了與IPv4的兼容，這導致IPv6從上個世紀九十年代提出到現(xiàn)在，二十年來一直難以大規(guī)模普及。

清華大學是全球最早研究IPv6的學術機構之一。1998年，李星教授主持建立了基于IPv6 over IPv4技術的中國第一個IPv6試驗網(wǎng)絡CERNET-6BONE。這是我國最早的IPv6實驗床，當時培養(yǎng)了一大批下一代互聯(lián)網(wǎng)人才。隨后到2003年，CNGI中國下一代互聯(lián)網(wǎng)項目啟動，當時CERNET決策要做一個純的IPv6網(wǎng)，舍棄了雙棧的方法。2005年，CERNET純IPv6網(wǎng)建成，在如何與IPv4打通這一問題上，一開始考慮采用IPv4 over IPv6隧道的辦法，取得了重要的進展，形成了國際互聯(lián)網(wǎng)標準化組織IETF的若干RFC標準?！暗?007年，研究團隊認識到隧道還是不能使IPv4和IPv6互聯(lián)互通”。互聯(lián)互通，就是IPv6的服務器要能被純IPv4訪問，IPv4的服務器要能被IPv6訪問。有了互聯(lián)互通的技術，就可以通過這一技術逐步從IPv4往IPv6轉移，既可以實現(xiàn)服務，也可以與IPv4完全互通，從而新建純IPv6網(wǎng)絡，并逐漸將現(xiàn)有的IPv4用戶轉移到IPv6上，用戶在不知不覺中就可以實現(xiàn)過渡。

因為IPv4與IPv6協(xié)議不兼容，實現(xiàn)IPv4和IPv6互聯(lián)互通的難度非常之大?！斑@就如對兩種語言進行翻譯，但是兩種語言的語態(tài)、語態(tài)構成不一樣，你必須把這些都一一搞定，不然就無法做到互聯(lián)互通?！崩钚钦f。在這個過程中，李星有幾個結論，首先是，不可能有一個“旗幟日”，那一天全世界把IPv4停掉，用IPv6。其次是，過渡是非常非常困難的一件事兒，必須面對現(xiàn)實。

經(jīng)過不懈的努力，研究團隊終于發(fā)明了解決IPv4協(xié)議和IPv6協(xié)議的互聯(lián)互通技術“IVI”。IVI是李星的一名學生想到的名字，在羅馬數(shù)字里，IV是四，VI是六，所以IVI代表IPv4和IPv6過渡和互訪。

IVI主要思路是從全球IPv4地址空間（IPG4）中，取出一部分地址映射到全球IPv6地址空間（IPG6）中。在IPG4中，每個運營商取出一部分IPv4地址，被用來在IVI過渡中使用，被取出的這部分地址稱為IVI4（i）地址，這部分地址不再分配給實際的IPv4主機使用，而是把映射成的IPv6地址分配給IPv6主機使用。

IVI技術方案出來以后，IPv4和IPv6互通的基本問題解決了，成為公認的當前互聯(lián)網(wǎng)IPv4向IPv6過渡最靠譜的方式。IVI系列技術獲得了9個國際互聯(lián)網(wǎng)標準化組織IETF的RFC，并已經(jīng)被其他RFC標準引用達141次以上，成為IPv4和IPv6互聯(lián)互通最核心的互聯(lián)網(wǎng)標準。

實際上，國際上關于IPv4/IPv6的過渡技術并不少，但后來為什么基于無狀態(tài)IPv4/IPv6翻譯的技術能脫穎而出？從五個方面可以說明IPv4/IPv6翻譯技術的突破：首先，單棧技術比雙棧技術有更好的可管理性和安全性，只有翻譯技術可以實施單棧；其次，IPv4/IPv6翻譯技術可以實現(xiàn)IPv4/IPv6互聯(lián)互通，而雙棧和隧道技術無法做到；第三，無狀態(tài)IPv4/IPv6翻譯技術是所有翻譯技術的基礎和根基；第四，無狀態(tài)技術具有更好的可擴展性和安全性，而有狀態(tài)技術無法做到；第五，隧道技術可以看成是雙重翻譯技術的特例，雙重翻譯技術可以看成是翻譯技術的特例，而純IPv6 技術也可以看成是翻譯技術退化的特例，因此形成了平滑的過渡路線圖?！癐VI所做的事情有點像讓高速行駛的四缸汽車在不熄火的情況下逐步升級成六缸汽車，感覺非常的黑科技?！睒I(yè)界有人評價說。

不進則退法則

CERNET-6BONE是一個啟程，意味著我國踏上IPv6的道路。這早于許多國家和地區(qū)，歐盟的IPv6研究始于2000年，美國的教育網(wǎng)接觸IPv6則是在2002年以后了。

中國一度處于IPv6研究和部署的前沿。在國際互聯(lián)網(wǎng)組織2012年和2013年的統(tǒng)計中，當時全世界IPv6互聯(lián)網(wǎng)普及率排名中國是第一，美國是第二，基本上都是1%。從用戶數(shù)量來看，中國是500萬，基本都是教育網(wǎng)的用戶，美國則是200萬。而2016年初，中國的IPv6普及率稍顯落后，只有0.70%，而美國則超過30%。所以業(yè)界普遍的說法是，我國的IPv6是“起個大早，趕個晚集”。

李星用“不進則退”來形容2013年之后的IPv6部署。從2014年開始，國外下一代互聯(lián)網(wǎng)部署節(jié)奏加快。主要原因有幾個：發(fā)達國家以IPv6助力網(wǎng)絡反恐，而發(fā)展中國家以IPv6推動網(wǎng)絡普及；從業(yè)務層面來看，互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)以IPv6創(chuàng)新業(yè)務，電信運營商以IPv6部署下一代通信網(wǎng)絡。以美國為例，近十年發(fā)展特別快的原因是美國是互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)源地，它比較習慣于采用公有地址端對端方式建網(wǎng)，這樣當IPv4地址用盡后可以馬上進入IPv6端對端的理念，而不是采用NAT轉換，另外，高科技公司的支持也驅動了IPv6的發(fā)展，形成完整的產業(yè)鏈。

那么，是什么阻擋了IPv6在中國的步伐？首要原因是中國已習慣NAT地址轉換，早先因為地址緊張的原因，公網(wǎng)普遍采用了私有地址NAT轉換，顯得對于IPv6地址的需求就沒有那么迫切。

另一個重要的原因是， IPv6這種國家基礎設施的發(fā)展有賴于電信運營商以及知名信息提供商的共同努力。從國內運營商的角度來看，推動新技術則是一件風險和成本都很大的事，而從國內信息提供商的層面來看，他們的眼光又非常的“市場經(jīng)濟”，還沒有以一種戰(zhàn)略性的、使命感的角度來看待和推動IPv6。反觀國外的信息提供商，如谷歌、蘋果、亞馬遜、FACEBOOK對IPv6都非常積極?！癐Pv6的發(fā)展需要企業(yè)的前瞻性和遠見性，如果我們的網(wǎng)絡和信息提供商，尤其是BAT這三家公司都能行動起來，IPv6的推動就會容易，反之則難?！崩钚钦f。

認清自己與堅持下去

李星介紹說，目前，國際上圍繞IPv6的討論主要有幾個方向：

第一，如何大規(guī)模部署IPv6？

他表示，原來大家在IPv6的過渡中既要考慮IPv4，又要考慮IPv6，現(xiàn)在新的趨勢是只考慮IPv6，而如何在純IPv6的環(huán)境下還能跟IPv4互通，這就需要用到IVI系列技術。

第二，物聯(lián)網(wǎng)等這些新應用如何在IPv6上應用？李星表示，預計到2020年，將會有200～500億的聯(lián)網(wǎng)設備，采用NAT技術肯定是不現(xiàn)實的。他提到，現(xiàn)在我們所提到的物聯(lián)網(wǎng)實際上很多都不是真正的物聯(lián)網(wǎng)，所以我們看到，小米有小米的物聯(lián)網(wǎng)，京東有京東的物聯(lián)網(wǎng)，而真正的物聯(lián)網(wǎng)，應該是傳感器和設備之間可以相互通信，一定是端對端的IP通信才能稱為真正的物聯(lián)網(wǎng)。到時候所有的傳感器之間都要打通，實現(xiàn)通訊，這對IP地址的需求非常迫切。這也就是IPv6重要性的體現(xiàn)。

第三就是安全?！鞍踩浅Ｖ匾琁Pv6其實開拓了一個安全的新領域。”他說。

在2000年出版的《IPv6原理與實踐》一書的序言中，李星寫道：我參與了中國教育和科研計算機網(wǎng)的規(guī)劃、設計、建設和運行。我為中國Internet近兩年來的發(fā)展感到振奮，但又有些悲哀。為什么Internet在美國誕生，為什么第二代Internet仍然在美國誕生，我們有機會讓第N代Internet在中國誕生嗎？

距離這本書的出版已過去18年，然而，我們有機會讓第N代互聯(lián)網(wǎng)誕生在中國嗎？”這樣的疑問和期待一直存在，而優(yōu)秀的互聯(lián)網(wǎng)人才的培養(yǎng)是解決之道。李星認為，互聯(lián)網(wǎng)人才培養(yǎng)一定要給環(huán)境，一個開放的、寬松的環(huán)境是創(chuàng)新的土壤。對于互聯(lián)網(wǎng)人才培養(yǎng)來說，實驗環(huán)境的提供尤其重要，要給學生們提供一個可以“玩”起來的基礎網(wǎng)絡環(huán)境，但這件事目前來看，做得并不太好?！盎ヂ?lián)網(wǎng)最活躍的新東西應當是學生做出來的，就像美國的Facebook，谷歌，都是學生開始做，逐步走上社會。但這幾年從國內來看，這樣的適合于創(chuàng)新的環(huán)境遠遠不夠?！彼?BONE舉例，做6BONE的時候，清華申請了很大一個地址塊，一部分用來管理，另外一部分用來讓學生自由探索。如果按照現(xiàn)在的管理規(guī)定，學生自己建一個網(wǎng)站提供服務涉及到各種備案制度，基本上不可能。但對于互聯(lián)網(wǎng)而言，網(wǎng)絡是實驗科學，在此基礎上的實驗必須要有一定規(guī)模才能夠行。“有句話說，做硬件的時候，你不會浪費晶體管就要失敗，做網(wǎng)絡的話，你不會浪費帶寬也會失敗。做IPv6，你不會浪費IP地址也會失敗。”

關于科研，李星跟清華的學生提過兩句話，第一句話，你要認清自己，你再聰明，世界上比你聰明的人有的是。所以，一個好的想法和創(chuàng)意，你能想出來，別人照樣能夠想出來，世界上的聰明人多極了。第二句話，想出來的人很多，但是真正做到底的人很少，所以，你找到一個好題目，做上三年可能入門了，做上五年你幾乎可以頂尖，如果能做到八年你就是這個領域的頂尖人物了，所以一定要堅持下去。

對于互聯(lián)網(wǎng)，李星反復提到的一個觀點是，“我們不預測未來，我們創(chuàng)造未來”，研究網(wǎng)絡依靠的是實實在在的創(chuàng)造，實驗，部署。他表示，“IPv6是必然發(fā)展之路，而且現(xiàn)在IPv6在我國大規(guī)模部署的時機也已經(jīng)成熟。如果我們踏踏實實地抓住現(xiàn)在的時機，未來互聯(lián)網(wǎng)的形勢將完全不一樣?！?/p>