下一代互聯(lián)網(wǎng)與IPv6技術(shù)

田嵐

摘 要：互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)是人類通信史上的里程碑。它已滲透現(xiàn)代人類生活的各個(gè)方面，深刻影響著人們的工作和學(xué)習(xí)方式。20世紀(jì)80年代初出現(xiàn)的以IP為核心的互聯(lián)網(wǎng)面臨著越來(lái)越嚴(yán)重的技術(shù)挑戰(zhàn)，主要表現(xiàn)在IP地址匱乏，互聯(lián)網(wǎng)難以大規(guī)模擴(kuò)展；安全性、實(shí)時(shí)性、高性能、移動(dòng)性和可控性等方面都難以實(shí)現(xiàn)。為了應(yīng)對(duì)這些技術(shù)挑戰(zhàn)，以IPv6為核心的下一代互聯(lián)網(wǎng)適時(shí)而生，需求愈加強(qiáng)烈。本章以互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展歷史為線索，介紹了IPv4、下一代互聯(lián)網(wǎng)和IPv6等技術(shù)。

關(guān)鍵詞：互聯(lián)網(wǎng)，IPv6，未來(lái)

1、互聯(lián)網(wǎng)概述

自從“互聯(lián)網(wǎng)之父” Vinton Cert在1974年提出 Internet基本藍(lán)圖[之后，互聯(lián)網(wǎng)走過(guò)了30多年的歷史，至今仍在飛速發(fā)展。毋庸置疑，互聯(lián)網(wǎng)是當(dāng)代高科技的產(chǎn)物。當(dāng)試圖去了解互聯(lián)網(wǎng)本質(zhì)的時(shí)候，我們就有必要先去理解一個(gè)最基本的問(wèn)題，即什么是互聯(lián)網(wǎng)，從而可以更好地理解什么是IPv4、IPv6技術(shù)，如何實(shí)現(xiàn)IPv4過(guò)渡到IPv6，如何在下一代互聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用。

互聯(lián)網(wǎng)的概念，并沒(méi)有完全統(tǒng)一，不同的組織、專家和學(xué)者給出的定義各不相同。早在1995年10月24日，聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)委員會(huì)FNC（ The Federal Networking Council）就通過(guò)了一項(xiàng)關(guān)于“互聯(lián)網(wǎng)定義”的決議）。他們指出，互聯(lián)網(wǎng)是指全球性的信息系統(tǒng)，具體包含以下3個(gè)含義。 （1）通過(guò)全球唯一的地址按邏輯連接在一起，這個(gè)地址是建立在互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）或者今后其他協(xié)議基礎(chǔ)之上的。

（2）可以通過(guò)傳輸控制協(xié)議和互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（即TCP/IP），或者今后其他接替的協(xié)議或與互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）兼容的協(xié)議來(lái)進(jìn)行通信。

（3）可以讓公共用戶或者私人用戶使用高水平的服務(wù)，而這種服務(wù)是建立在上述通信及相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施之上的。

Vinton Cerf教授認(rèn)為，作為全球最大的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，互聯(lián)網(wǎng)將各種運(yùn)行著不同通信協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)利用TCP/IP互聯(lián)在一起，從而實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的互通互訪。在Tanenbaum教授編著的《 Computer Networks》一書中，也給出了互聯(lián)網(wǎng)的定義。他認(rèn)為，互聯(lián)網(wǎng)是一種相互連接起來(lái)的網(wǎng)絡(luò)，這些網(wǎng)絡(luò)互不相同，彼此之間并不兼容。并指出，通常人們所說(shuō)的因特網(wǎng)（ Internet）表示特定的、全球性的互聯(lián)網(wǎng)。因此，互聯(lián)網(wǎng)更具有廣泛的含義。維基百科上給出互聯(lián)網(wǎng)的定義，認(rèn)為 Internet是一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的全球系統(tǒng)，它使用tcp/ip，為全球億萬(wàn)用戶提供服務(wù)。

2、國(guó)內(nèi)外IPv4發(fā)展現(xiàn)狀

IPv4（ Internet Protocol version4）是IP的第4個(gè)版本，當(dāng)然也是第一個(gè)被廣泛應(yīng)用的版本。它作為 Internet網(wǎng)絡(luò)的核心協(xié)議，已經(jīng)成為互聯(lián)網(wǎng)中必不可少的一部分，目前所使用的互聯(lián)網(wǎng)基本上是基于IPv4創(chuàng)建起來(lái)的。IPv4是一個(gè)無(wú)狀態(tài)協(xié)議，它使用了分組交換網(wǎng)。該協(xié)議采用了盡力而為的傳輸模式，也就是說(shuō)，它是一種無(wú)保證傳輸模式，它不能確保傳輸數(shù)據(jù)包到達(dá)的時(shí)間和順序，且無(wú)可避免地隨時(shí)進(jìn)行重傳。由于上層的TCP確保了端到端的傳輸，使網(wǎng)絡(luò)層無(wú)須關(guān)心這些問(wèn)題，確保了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的效率。

IPv4地址由32b二進(jìn)制數(shù)組成，其地址空間共有4294967296（即232）個(gè)，，約43億個(gè)。IPv4地址是由互聯(lián)網(wǎng)數(shù)字分配機(jī)構(gòu)（ Internet Assigned Numbers Authority，IANA）進(jìn)行統(tǒng)分配。該分配機(jī)構(gòu)下屬5個(gè)地區(qū)性互聯(lián)網(wǎng)注冊(cè)機(jī)構(gòu)（ Regional Internet Reg1stries，RIR），這5個(gè)RIR分別是歐洲IP地址注冊(cè)中心、拉丁美洲和加勒比?；ヂ?lián)網(wǎng)地址注冊(cè)中心 （Lation American and Caribbean Internet Address Registry， LACNIC）、美國(guó)互聯(lián)網(wǎng)編號(hào)注冊(cè)中心（ American Registry for Internet Numbers， ARIN）、非洲網(wǎng)絡(luò)信息中心（ Africa Network Information Centre， AFRINIC）以及亞太地址網(wǎng)絡(luò)信息中心（ Asia Pacific Network Information Centre， APNIC）。我國(guó)的IPv4地址分配由 APNIC監(jiān)管。

在互聯(lián)網(wǎng)初期，IPv4地址足可以應(yīng)對(duì)互聯(lián)網(wǎng)上的各種應(yīng)用。但是，隨著互聯(lián)網(wǎng)地址的快速消耗，未分配的地址急劇減少。2011年1月31日，IANA宣布IPv4地址全部耗盡，而5個(gè)RIR也即將消耗完自己手中的IPv4地址。IANA目前已經(jīng)耗盡了所有的IPv4地址， APNIC和RIPE所擁有的IPv4地址已經(jīng)分配完畢，而其他3個(gè)地區(qū)分配機(jī)構(gòu)也將在未來(lái)幾年耗盡所擁有的IPv4地址 。

3、下一代互聯(lián)網(wǎng)及其發(fā)展契機(jī)

“下一代互聯(lián)網(wǎng)”這個(gè)術(shù)語(yǔ)一直沒(méi)有嚴(yán)格統(tǒng)一的說(shuō)法。早在1998年，美國(guó)聯(lián)邦政府就提出了下一代互聯(lián)網(wǎng)。當(dāng)時(shí)的主要口標(biāo)是提高聯(lián)邦政府完成任務(wù)的能力，促進(jìn)科研院所的研究創(chuàng)新，制定下一代互聯(lián)網(wǎng)的策略，而具體的策略并卡公開。隨著互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展，下代互聯(lián)網(wǎng)的理念也發(fā)生著很大的變化。2009年， Eberspacher等人也對(duì)下一代互聯(lián)網(wǎng)提出了自已的見解，認(rèn)為下一代互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)具有如下特征（1）高質(zhì)量實(shí)時(shí)通信。（2）網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)性的支持。（3）無(wú)線設(shè)備。（4）大規(guī)?？蓴U(kuò)展性。（5）超高速率（6）高彈性運(yùn)營(yíng)級(jí)網(wǎng)絡(luò)。（7）能夠避免黑客的專業(yè)攻擊的安全網(wǎng)絡(luò)。（8）社區(qū)應(yīng)用、文件共享、博弈和其他大規(guī)模的應(yīng)用（9）電子商務(wù)定價(jià)與計(jì)費(fèi)。（10）高質(zhì)量網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)與服務(wù)。

該觀點(diǎn)主要從互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用與服務(wù)的角度提出見解，大部分學(xué)者則從體系結(jié)構(gòu)角度探討這個(gè)話題。有些學(xué)者認(rèn)為應(yīng)當(dāng)摒棄當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)模型，而建立全新的下一代互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)；有些學(xué)者則認(rèn)為應(yīng)當(dāng)保留現(xiàn)有模型，并在該體系結(jié)構(gòu)上增量改進(jìn)。

IPv6是 Internet Protocol version6的縮寫，也稱為IPng（下一代IP， IP Next Generation）1Pv6是IETF設(shè)計(jì)的用于替代現(xiàn)行版本IP（IPv4）的下一代協(xié)議，是目前IP的最新版本按照互聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)的基本原則，互聯(lián)網(wǎng)上的每一個(gè)設(shè)備需要分配一個(gè)IP地址，以確保它能與其他設(shè)備保持通信。隨著互聯(lián)網(wǎng)新設(shè)備的不斷涌現(xiàn)，地址的需求越來(lái)越大，目前已經(jīng)超過(guò)了IPv4地址所提供的范圍。 Cisco公司預(yù)計(jì)今年全球移動(dòng)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)數(shù)量將由2012年的68億增至74億，從而超過(guò)全球人口總數(shù)。此類問(wèn)題隨著IPv6的出現(xiàn)將不復(fù)存在。首先，IPv6地址使用128b地址，即大約有3.4×1038個(gè)地址，它約是IPv4地址提供量的7.9×1028倍，可以說(shuō)IPv6具有幾乎無(wú)限的地址空間。再者，相對(duì)于其他新技術(shù)來(lái)說(shuō)，IPv6是全球唯一發(fā)展較為成熟、宜于大規(guī)模部署的技術(shù)。因此，IPv6技術(shù)成為了當(dāng)前解決地址資源緊缺的最佳選擇，能夠滿足當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)日益增長(zhǎng)的地址需求。

IPv6是分組交換網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，它在IP網(wǎng)絡(luò)中提供端到端數(shù)據(jù)傳輸，這點(diǎn)類似于IPv4的設(shè)計(jì)原則。關(guān)于IPv6描述的正式版本出現(xiàn)在1998年12月發(fā)表的IETF國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)RFC2460當(dāng)中。除了提供更多的地址這一顯著特征之外，IPv6還實(shí)現(xiàn)了許多IPv4沒(méi)有的功能。首先，當(dāng)改變了網(wǎng)絡(luò)連接提供者時(shí)，它簡(jiǎn)化了地址分配（即無(wú)狀態(tài)地址自動(dòng)配置）、網(wǎng)絡(luò)重新編號(hào)和路由器宣告等。其次，它通過(guò)放置分片到端點(diǎn)的方式簡(jiǎn)化了路由器的分組處理。網(wǎng)絡(luò)安全是IPv6體系結(jié)構(gòu)中的一個(gè)設(shè)計(jì)需求，它包括互聯(lián)網(wǎng)安全協(xié)議IPSEC（ Internet Protocol Security）的規(guī)格說(shuō)明書。

總結(jié)：IP4地址已消耗殆盡，發(fā)展IPv6技術(shù)已成為當(dāng)今互聯(lián)網(wǎng)的主流。IPv6技術(shù)除了可徹底解決IPv4地址不足的問(wèn)題外，還具有IPv4無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，主要包括改善互聯(lián)網(wǎng)的性能，加強(qiáng)互聯(lián)網(wǎng)的安全性，提高互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量，確保各項(xiàng)流媒體業(yè)務(wù)的順利展開。但大規(guī)模開展IPv6有一定困難。究其原因，CIDR、NAT等延緩了人們對(duì)IPv6的需求；IP4和IPv6互不兼容；各國(guó)政府對(duì)發(fā)展IPv6的重視程度不盡相同。因此，過(guò)渡成為下一代互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展必不可少的階段。以IPv4為核心網(wǎng)，IPv6為接入網(wǎng)的6rd、 Teredo等過(guò)渡技術(shù)，再到以IPv6為核心網(wǎng)，IPv4為接入網(wǎng)的4over6[27，68]、DS-Lite[23]等過(guò)渡技術(shù)，各種過(guò)渡技術(shù)百家爭(zhēng)鳴。我國(guó)政府非常重視IPv6下一代互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，并給予大力支持。中國(guó)教育和科研計(jì)算機(jī)網(wǎng) CERNET，作為中國(guó)四大主干網(wǎng)之一，業(yè)已成為我國(guó)IPv6實(shí)驗(yàn)的重要平臺(tái)。我國(guó)積極參與和制定IPv6的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，邁入國(guó)際下一代互聯(lián)網(wǎng)科學(xué)技術(shù)研究的先進(jìn)行列，為我國(guó)增強(qiáng)國(guó)際影響具有重要戰(zhàn)略意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]錢小芊，促進(jìn)共同發(fā)展 共享互聯(lián)網(wǎng)未來(lái)，第四屆中美互聯(lián)網(wǎng)論壇

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