IPv6 技術(shù)在中國(guó)的發(fā)展探究

【文章摘要】
詳細(xì)闡述了中國(guó)需要發(fā)展IPv6 技術(shù)的原因、IPv6 的網(wǎng)絡(luò)作用、IPv6 在國(guó)內(nèi)的部署與推廣情況、IPv6 相比IPv4 的優(yōu)勢(shì)。
【關(guān)鍵詞】
IPv4 ；IPv6
1 中國(guó)需要發(fā)展IPv6 技術(shù)的原因
1）對(duì)于IPv4 技術(shù)，中國(guó)沒(méi)有發(fā)言權(quán)， 造成了IP 地址申請(qǐng)困難的處境。中國(guó)可以通過(guò)參與國(guó)際IPv6 的研究，爭(zhēng)取成為IPv6 頂級(jí)地址分配單位之一，從根本上來(lái)解決地址申請(qǐng)的問(wèn)題。
2）如果中國(guó)可以設(shè)立域名解析根服務(wù)器，能加快域名解析的速度，減少不必要的出國(guó)流量，同時(shí)也可以避免受制于人，有利于國(guó)家的信息安全。
3）國(guó)內(nèi)科研單位和生產(chǎn)廠商可以利用本土化的優(yōu)勢(shì)搶占商機(jī)，研究和分析IPv6 協(xié)議的核心技術(shù)，設(shè)計(jì)IPv6 網(wǎng)絡(luò)安全產(chǎn)品，研制具有中國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的IPv6 網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備，從而在爭(zhēng)奪IPv6 市場(chǎng)份額當(dāng)中獲取主動(dòng)。中國(guó)電信業(yè)三大運(yùn)營(yíng)商可以借此機(jī)會(huì)在將來(lái)的IPv6 商業(yè)運(yùn)用中占得先機(jī)，甚至有可能讓國(guó)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備生產(chǎn)商按照中國(guó)網(wǎng)絡(luò)企業(yè)的意見(jiàn)設(shè)計(jì)并生產(chǎn)更符合中國(guó)網(wǎng)絡(luò)情況的硬件產(chǎn)品。
4）第四代移動(dòng)通信技術(shù)明確要求采用IPv6 協(xié)議。作為移動(dòng)通信用戶(hù)最多的中國(guó)，用戶(hù)對(duì)于信號(hào)質(zhì)量和功能要求越來(lái)越高，市場(chǎng)需求巨大，這也促使了我國(guó)需要加大移動(dòng)IPv6 技術(shù)研究的投入。
2 IPv6 是IP 協(xié)議，對(duì)應(yīng)OSI 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)模型中的網(wǎng)絡(luò)層
圖1 TCP/IP 協(xié)議的層次結(jié)構(gòu)
圖6 系統(tǒng)程序流程圖

現(xiàn)在我們還在使用IPv4，但是IPv6 我們也在使用，只不過(guò)是在慢慢地從IPv4 過(guò)渡到IPv6。而IPv4 和IPv6 都是IP 協(xié)議。IP 協(xié)議是TCP/IP 協(xié)議簇的重要組成部分。
TCP/IP 協(xié)議簇是Internet 采用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，簡(jiǎn)稱(chēng)TCP/IP 協(xié)議。由于種種原因，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO 并沒(méi)有把TCP/IP 協(xié)議納為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，但是TCP/IP 協(xié)議卻是事實(shí)上的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，也是目前使用最多的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。TCP/IP 協(xié)議的層次結(jié)構(gòu)如圖1 如下：
與OSI 的協(xié)議層次比較，在TCP/IP 協(xié)議中沒(méi)有定義相應(yīng)的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，而是結(jié)合這兩層的特性給出一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口層。TCP/IP 模型與OSI 模型的一個(gè)重要區(qū)別是可靠性問(wèn)題。OSI 模型在所有各層都進(jìn)行差錯(cuò)校驗(yàn)和處理，而TCP/ IP 僅在TCP 層，即僅在端到端進(jìn)行差錯(cuò)控制，在安全性方面存在一些不足。TCP/IP 協(xié)議與OSI 模型的關(guān)系如圖2 所示：
圖2 TCP/IP 與OSI 關(guān)系模型
根據(jù)圖2 比較所示，我們可以得出以下結(jié)論。
相似之處：兩者都是分層協(xié)議，并且分層的功能基本相同，IP 層和網(wǎng)絡(luò)層相對(duì)應(yīng)。
不同之處：層次數(shù)目不同，OSI 中的網(wǎng)絡(luò)層可以提供面向連接和無(wú)連接兩種服務(wù)，而TCP/IP 協(xié)議中的IP 層僅有無(wú)連接的服務(wù)。
3 IPv6 在國(guó)內(nèi)的部署與推廣。
1998 年12 月IETF 發(fā)布了IPv6 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)RFC2460，至今已有十七年。IPv6 技術(shù)的提出是為了解決IPv4 網(wǎng)絡(luò)面臨的多種問(wèn)題。
鑒于IPv4 面臨不足以解決中國(guó)廣大用戶(hù)的需求，從20 世紀(jì)90 年代末開(kāi)始，在相關(guān)部委科技計(jì)劃的支持下，一批IPv6 關(guān)鍵技術(shù)研究課題作為國(guó)家重大項(xiàng)目而立項(xiàng)，并陸續(xù)取得了突破性成果，為我國(guó)開(kāi)展IPv6 為基礎(chǔ)核心協(xié)議的下一代Internet 的研究奠定了較好的基礎(chǔ)。
我國(guó)CERNET 網(wǎng)絡(luò)中心于1998 年6 月加入IPv6 試驗(yàn)床6Bone，同年11 月成為其骨干網(wǎng)成員，從6Bone 獲得了3FFE:3200::/24 的地址空間，并建立了5 條以隧道方式為基礎(chǔ)的國(guó)際IPv6 虛擬鏈路，直接通達(dá)美國(guó)、英國(guó)和德國(guó)的IPv6 網(wǎng)絡(luò)，幾乎與所有現(xiàn)有的6Bone 成員互聯(lián)。6Bone 試驗(yàn)床按地區(qū)分配次級(jí)聚類(lèi)，向CSTNET 及全社會(huì)提供IPv6 地址的分配， 從3FFE:3221:01::/40 開(kāi)始分配，共1024 個(gè)大單位可以獲得40 位前綴的IPv6 地址塊接入隧道；從3FFE:3225:0001/48 開(kāi)始， 共65536 個(gè)小單位可以獲得48 位前綴的IPv6 地址塊；從3FFE:322f: FFFF: FFFF0 /64 開(kāi)始，共268425456 個(gè)人可以獲得64 位前綴的IPv6 地址接入，并保留了2/3 的地址。
2004 年12 月中國(guó)教育和科研計(jì)算機(jī)網(wǎng)CERNET 建成主干IPv6 網(wǎng)絡(luò)CERNET2，并通過(guò)驗(yàn)收。CERNET2 是目前全國(guó)最大的純IPv6 網(wǎng)絡(luò)，CERNET2 主干網(wǎng)以2.5 ～ 10Gb/s 傳輸速率連接分布在中國(guó)主要城市的20 個(gè)核心節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了全國(guó)200 多所高等院校接入CERNET2。2008 年8 月北京第29 屆奧利匹克運(yùn)動(dòng)會(huì)通過(guò)與CERNET2 連接，迅速地、高質(zhì)量地將奧運(yùn)比賽現(xiàn)場(chǎng)信息傳向世界。
根據(jù)“十二五”規(guī)劃的指示精神，中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)電信、中國(guó)聯(lián)通已經(jīng)在緊鑼密鼓地將自己的網(wǎng)絡(luò)從IPv4 升級(jí)到IPv6。我國(guó)政府的目標(biāo)是到2015 年底，IPv6 用戶(hù)超過(guò)2500 萬(wàn)人，網(wǎng)絡(luò)普及率達(dá)到45％， 骨干網(wǎng)全面支持IPv6，主要商業(yè)網(wǎng)站、教育科研網(wǎng)站和政府網(wǎng)站支持IPv6。為實(shí)現(xiàn)新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展目標(biāo)， IPv6 2015 年前必須實(shí)現(xiàn)規(guī)模商用，2015 年后實(shí)現(xiàn)全面商用。
現(xiàn)在眾多的廠商已經(jīng)在所生產(chǎn)的軟硬件網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上全面支持IPv6 協(xié)議，幾乎所有的主流操作系統(tǒng)均支持IPv6 協(xié)議。
4 IPv6 比IPv4 更具優(yōu)勢(shì)，必能取代IPv4
為了繼續(xù)互聯(lián)網(wǎng)和私有內(nèi)部網(wǎng)的發(fā)展，IPv4 終將被取代。而IPv6 就是根據(jù)現(xiàn)在商業(yè)需求開(kāi)發(fā)出來(lái)的，與IPv4 相互之間不兼容，脫胎于IPv4，卻又遠(yuǎn)優(yōu)于IPv4。
4.1 IPv6 能解決地址耗盡問(wèn)題
IPv6 地址總數(shù)為2 的128 次方，幾乎接近無(wú)限。我國(guó)大陸分得的IPv6 地址數(shù)也幾乎是天文數(shù)字：7 乘以10 的32 次方(7× 兆× 兆，一兆=1 萬(wàn)萬(wàn)億)，僅次巴西、美國(guó)排第三。
通過(guò)提供足夠使用的地址空間，IPv6 解決了IPv4 的公用地址耗盡問(wèn)題。而且IPv4 過(guò)渡到IPv6 具有巨大的商業(yè)利益， 手機(jī)、汽車(chē)、器械，甚至每個(gè)人，都能分配到多個(gè)全球可達(dá)的地址。
4.2 IPv6 能解決不連續(xù)地址空間問(wèn)題
在IPv4 中，沒(méi)有一個(gè)尋址規(guī)則能同時(shí)應(yīng)用家用網(wǎng)絡(luò)和企業(yè)網(wǎng)絡(luò)這兩類(lèi)網(wǎng)絡(luò)以達(dá)到無(wú)縫連接。不連續(xù)網(wǎng)絡(luò)中的連接需要中間設(shè)備，如NAT 或代理服務(wù)器。而在IPv6 中，家用網(wǎng)絡(luò)和企業(yè)網(wǎng)絡(luò)都可以被分配到全球性地址前綴，能無(wú)縫連接并受到安全限制，如防火墻。
4.3 IPv6 能解決互聯(lián)網(wǎng)地址分配問(wèn)題
在IPv6 中，公用地址前綴被分配到區(qū)域互聯(lián)網(wǎng)檔案，然后它再按正常需求為其他ISP 和組織分配地址前綴。這種新的地址分配方法保證了地址前綴能按照區(qū)域連接需求進(jìn)行全球性的分配，使得全球所有組織都能夠享用可用的IPv6 地址空間， 而不必像現(xiàn)在一樣為了從ISP 獲得IPv4 公用地址空間前綴而花錢(qián)。
4.4 IPv6 能恢復(fù)端對(duì)端通信
在IPv6 中，已經(jīng)無(wú)需為節(jié)約公用地址空間而使用NAT，對(duì)應(yīng)用程序和網(wǎng)關(guān)的開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)，映射地址和端口所帶來(lái)的問(wèn)題也隨之消失。更重要的是，包中的地址在傳送時(shí)不會(huì)改變，這使得互聯(lián)網(wǎng)上主機(jī)間的端對(duì)端通信恢復(fù)了。
恢復(fù)了全球?qū)ぶ泛投藢?duì)端連接，IPv6 就不會(huì)給基于ad hoc 連接和基于點(diǎn)的通信的應(yīng)用程序帶來(lái)障礙，而且也無(wú)需在Internet 上部署回送服務(wù)器。另外，軟件開(kāi)發(fā)者對(duì)基于點(diǎn)的應(yīng)用程序更易開(kāi)發(fā)，可以給其帶來(lái)可觀的商業(yè)利益。
4.5 IPv6 使用限域地址和地址選擇
IPv4 節(jié)點(diǎn)無(wú)法區(qū)分地址類(lèi)型，會(huì)把來(lái)自?xún)?nèi)部地址的通信流發(fā)送到公用地址。而IPv6 地址有“作用域”（一個(gè)限定的網(wǎng)絡(luò)區(qū)域，在其內(nèi)部保持唯一性和相關(guān)性），發(fā)送節(jié)點(diǎn)能夠區(qū)分它們的類(lèi)別，并在初始化通信時(shí)，選用作用域中匹配的最合適的源地址和目標(biāo)地址。
4.6 IPv6 有更高的發(fā)送效率
IPv6 報(bào)頭是固定大小的（40 字節(jié)），這使得路由器能更快地處理IPv6 包。IPv6 全球地址的地址結(jié)構(gòu)是分等級(jí)可匯總的， 這意味著在組織和互聯(lián)網(wǎng)的路由器的路由表中只需較少的路線(xiàn)分析，未來(lái)使用多數(shù)據(jù)類(lèi)型的高寬帶程序能更高效的運(yùn)行。
4.7 IPv6 有安全性和移動(dòng)性支持
IPv6 是專(zhuān)為支持安全性（IPsec）和移動(dòng)性（移動(dòng)IPv6）而設(shè)計(jì)的。使用唯一的全球地址空間，IPv6 能夠保護(hù)數(shù)據(jù)包穿越整個(gè)IPv6 互聯(lián)網(wǎng)全程的安全。
5 結(jié)束語(yǔ)
雖然中國(guó)在IPv6 技術(shù)研究的起步晚于日本和韓國(guó)等國(guó)，但是中國(guó)Internet 和通信市場(chǎng)的巨大空間和前景都使中國(guó)的IPv6 技術(shù)研究能夠有機(jī)會(huì)、有潛力成為未來(lái)IPv6 產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中舉足輕重的一部分。
【參考文獻(xiàn)】
[1] （美）戴維斯（Joseph Davies）. 深入 解析IPv6 [M]. 北京: 人民郵電出版社，2009
[2] 王相林.IPv6 核心技術(shù)[M]. 北京: 科學(xué)出版社，2009
[3] （加）戴斯廖勒斯（Régis Desmeules）. Cisco IPv6 網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)技術(shù)[M]. 北京: 人民郵電出版社，2013