IPv6的發(fā)展與現(xiàn)狀

IPv6的發(fā)展與現(xiàn)狀

0IPv6的提出未來5-10年，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將進(jìn)入更新?lián)Q代的歷史時(shí)期，現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)已經(jīng)難以滿足和支持大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，下一代互聯(lián)網(wǎng)必須要具有更大、更快、更安全、更及時(shí)和更方便的特征，而IPv6技術(shù)是實(shí)現(xiàn)這些特征的主要技術(shù)之一。目前，許多國家和地區(qū)的下一代互聯(lián)網(wǎng)都在開展IPv6技術(shù)的研究與實(shí)驗(yàn)，有些國家開始提供IPv6商業(yè)化服務(wù)。我國也已經(jīng)對(duì)IPv6技術(shù)及下一代互聯(lián)網(wǎng)開展了大量研究實(shí)驗(yàn)工作。IPv6也被稱作下一代網(wǎng)際協(xié)議（nextgenerationinternetprotocol，IPng）。IPv6是由互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化組織IETF的IPng工作組于1994年9月首次提出的，其設(shè)計(jì)目標(biāo)就是彌補(bǔ)現(xiàn)行的IPv4協(xié)議的缺陷，將地址空間從IPv4的32位（地址總量為232）提高到128位（地址總量為2128），并提高網(wǎng)絡(luò)的可管理性、安全性、可移動(dòng)性和QoS能力等。1IPv6與IPv4的對(duì)比現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)是在IPv4（internetprotocolversion4）協(xié)議的基礎(chǔ)上運(yùn)行的。IPv4采用32位地址長度，其地址空間的最大容量是43億個(gè)左右。早在上世紀(jì)90年代前后，業(yè)界就意識(shí)到IPv4地址資源短缺將會(huì)制約互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，因此IETF的IPng提出了創(chuàng)建IPv6的建議，很自然地IPv6成為了IPv4的升級(jí)版本，從而能夠作為一個(gè)普通的軟件升級(jí)版本在絕大多數(shù)因特網(wǎng)設(shè)備上安裝，并和當(dāng)前的IPv4協(xié)同工作。IPv6不僅能夠在窄帶網(wǎng)絡(luò)（如無線網(wǎng)絡(luò)）上工作，而且在千兆因特網(wǎng)、ATM等高性能網(wǎng)絡(luò)上也能夠良好地工作。IPv4和IPv6的主要不同之處可以概括如下：1）擴(kuò)展編址功能和自動(dòng)配置機(jī)制：IPv6地址增加到128位，不僅解決了IPv4地址空間有限的問題，而且還提供了一個(gè)更深層次的編址層級(jí)和更簡單的配置，協(xié)議內(nèi)置了自動(dòng)配置機(jī)制。多播路由得到了改進(jìn)，多播地址也可以通過一個(gè)范圍字段得到擴(kuò)展。2）報(bào)頭格式簡化：IPv6對(duì)數(shù)據(jù)報(bào)頭作了簡化，以減少處理器開銷并節(jié)省網(wǎng)絡(luò)帶寬。IPv6的報(bào)頭由一個(gè)基本報(bào)頭和多個(gè)擴(kuò)展報(bào)頭（extensionheader）構(gòu)成，基本報(bào)頭長度固定為40字節(jié)（8字節(jié)報(bào)頭和兩個(gè)16字節(jié)的IP地址），固定的報(bào)頭長度可以加快網(wǎng)絡(luò)中路由轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的速度。IPv4的報(bào)頭有15個(gè)域，而IPv6的只有8個(gè)域，IPv4的報(bào)頭長度是由IHL域來指定的，而IPv6的是固定40個(gè)字節(jié)。這就使得路由器在處理IPv6報(bào)頭時(shí)顯得更為輕松。3）改進(jìn)的擴(kuò)展和選項(xiàng)支持：在IPv4中，選項(xiàng)集成于基本的IPv4報(bào)頭中，而IPv6定義了多種擴(kuò)展報(bào)頭，這些選項(xiàng)都被作為擴(kuò)展報(bào)頭來處理，這使得IPv6變得極其靈活，能提供對(duì)多種應(yīng)用的強(qiáng)力支持，同時(shí)又為以后支持新的應(yīng)用提供了可能。4）身份驗(yàn)證與加密：IPv6指定了固有的對(duì)身份驗(yàn)證的支持，以及對(duì)數(shù)據(jù)完整性和數(shù)據(jù)機(jī)密性的支持。認(rèn)證機(jī)制使IP通信的數(shù)據(jù)接收方能夠確認(rèn)數(shù)據(jù)發(fā)送方的真實(shí)身份以及數(shù)據(jù)在傳輸過程中是否被改動(dòng)。加密機(jī)制通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼來保證數(shù)據(jù)的機(jī)密性，以防數(shù)據(jù)在傳輸過程中被他人截獲而失密。5）服務(wù)質(zhì)量滿足：IPv4在傳輸原理上來說是無法滿足服務(wù)質(zhì)量QoS的，而隨著網(wǎng)上多媒體業(yè)務(wù)的增多，對(duì)傳輸延時(shí)和延時(shí)抖動(dòng)均有嚴(yán)格要求。IPv6數(shù)據(jù)包的格式包含一個(gè)8位的業(yè)務(wù)流類別（class）和一個(gè)20位的流標(biāo)簽（flowlabel）。其目的是允許發(fā)送業(yè)務(wù)流的源節(jié)點(diǎn)和轉(zhuǎn)發(fā)業(yè)務(wù)流的路由器在數(shù)據(jù)包上加上標(biāo)記，并進(jìn)行除默認(rèn)處理之外的不同處理。一般來說，在所選擇的鏈路上，可以根據(jù)開銷、帶寬、延時(shí)或其他特性對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行特殊處理。IPv6的中間節(jié)點(diǎn)接收到一個(gè)信息包時(shí)，通過驗(yàn)證它的流標(biāo)簽，就可以判斷它屬于哪個(gè)流，然后就可以知道信息包的QoS需求，進(jìn)行快速地轉(zhuǎn)發(fā)。總之，基于IPv6的下一代互聯(lián)網(wǎng)可以提供給人們空間更大、速度更快、更安全、更及時(shí)、更方便、更可管理和更有效的服務(wù)。2我國與其他國家建設(shè)情況2.1美國美國是IPv4的發(fā)源地，無論在地址資源和商業(yè)應(yīng)用方面都占據(jù)了先天的優(yōu)勢。美國現(xiàn)有IP地址12億個(gè)左右，平均1個(gè)美國人有4個(gè)IP地址。因此，目前美國既沒有地址短缺的憂慮，又不愿意改動(dòng)花費(fèi)大量資金構(gòu)建的IPv4商業(yè)網(wǎng)絡(luò)體系。雖然研究和開發(fā)IPv6的主要組織如IETF、6Bone等都設(shè)在美國，但在IPv6推出之后的幾年，他們對(duì)新標(biāo)準(zhǔn)的態(tài)度顯得有些漫不經(jīng)心，美國目前主要是以世界IPv6研究、協(xié)調(diào)中心的面目出現(xiàn)。不過由于美國新經(jīng)濟(jì)的發(fā)展受阻，高科技市場大大縮水，他們必須尋找新的商機(jī)。與此同時(shí)，北美需要增加IP地址的移動(dòng)裝置劇增，引起了對(duì)IPv6服務(wù)的潛在需求，各廠商也看到IPv6即將給他們帶來的商業(yè)利益，這些都使得美國對(duì)新標(biāo)準(zhǔn)的態(tài)度發(fā)生了轉(zhuǎn)變，許多大公司也開始了IPv6硬件及軟件的開發(fā)。2.2歐洲歐洲各國政府對(duì)IPv6的態(tài)度都是比較積極的。原因在于：歐洲的IPv4地址空間比較匱乏，而上網(wǎng)人數(shù)在逐年上升；歐洲在IPv4的網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)中落后于美國，而歐洲的移動(dòng)通信事業(yè)非常發(fā)達(dá)，他們希望在移動(dòng)通信領(lǐng)域中掌握先機(jī)，并通過3G的部署來實(shí)現(xiàn)在未來的網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)中與美國并駕齊驅(qū)的愿望；歐洲的3G已經(jīng)進(jìn)入到實(shí)際的應(yīng)用階段，各大廠商和運(yùn)營商都對(duì)IPv6寄予厚望。2.3亞洲亞太地區(qū)的地址空間和歐洲相比更加匱乏，對(duì)這些國家來說，IPv6是一個(gè)新的機(jī)遇，投資IPv6獲得更多的地址資源，與其他IPv6用戶相連接，就可以創(chuàng)建一個(gè)更大的IPv6互聯(lián)網(wǎng)。1）日本：日本政府制訂了“e-Japan”戰(zhàn)略，1999-2000年開始分配IPv6地址資源，2001-2005年開始全日本的IPv6商用化服務(wù)。2002年，日本已有29個(gè)團(tuán)體從APNIC（負(fù)責(zé)亞洲和大洋洲的IP地址分配）獲得IPv6地址，是當(dāng)時(shí)全世界獲址最多的國家。同年，日本開發(fā)出商用路由器，是最早提供IPv6硬件支持的國家，并已經(jīng)推廣IPv6網(wǎng)關(guān)業(yè)務(wù)。日本希望聯(lián)合其他的亞洲國家大力推廣IPv6標(biāo)準(zhǔn)，從而與歐美國家的公司抗衡，并且希望日本在亞洲市場上搶占先機(jī)。2）韓國：韓國對(duì)于IPv6在戰(zhàn)略、政策、立法、項(xiàng)目資助、國際合作等方面都有相應(yīng)的措施，政府也已陸續(xù)投入了近500億韓元的資金用于支持IPv6產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。韓國制定了IPv6的4個(gè)演進(jìn)階段，計(jì)劃到2013年全面啟動(dòng)IPv6網(wǎng)絡(luò)：第一階段（2001年以前）建立IPv6試驗(yàn)網(wǎng)，開展驗(yàn)證、運(yùn)行和宣傳工作；第二階段（2002-2005年）建立IPv6島，與現(xiàn)有IPv4大網(wǎng)互通，在IMT2000上提供IPv6服務(wù)；第三階段（2006-2010年）建立IPv6大網(wǎng)，原IPv4大網(wǎng)退化為IPv4島，與IPv6大網(wǎng)互通，提供有線和無線的IPv6商用服務(wù)；第四階段（2011年以后）演變成一個(gè)單一完整的IPv6網(wǎng)絡(luò)。3）中國：中國在IPv4的發(fā)展中處于后進(jìn)狀態(tài)，在國際上的發(fā)言權(quán)不多，導(dǎo)致在IP地址的供需上嚴(yán)重失衡。中國目前約5100萬個(gè)地址，大約25個(gè)中國人擁有1個(gè)IP地址，美國人均的IP地址數(shù)量是我們的100倍，可想而知中國是IP地址最為短缺的國家之一。而作為一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信大國，勢必要在下一代互聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)和資源分配上取得更多的話語權(quán)。而IPv6作為下一代網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)，必將帶動(dòng)大量相關(guān)技術(shù)和服務(wù)的發(fā)展，提升中國信息通信行業(yè)的整體實(shí)力，為中國的信息產(chǎn)業(yè)帶來新的發(fā)展機(jī)遇。中國的IPv6研究始于1998年，2000年天地互連信息技術(shù)有限公司建立了中國第一個(gè)面向商用的IPv6試驗(yàn)床，并加入了6BONE（下一代網(wǎng)絡(luò)國際試驗(yàn)床），2002年該公司與當(dāng)?shù)剡\(yùn)營商合作，建立了中國第一個(gè)商用的電信級(jí)IPv6試驗(yàn)網(wǎng)，同年，中國電信也成為國內(nèi)最早從APNIC拿到IPv6正式地址的電信運(yùn)營商，從而為IPv6的進(jìn)一步研究工作打下了良好的基礎(chǔ)。2003年，北京電信在湖南IPv6試驗(yàn)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)和建立了一個(gè)覆蓋北京、上海、廣州、長沙4個(gè)省市的IPv6試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)，并對(duì)此網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)和測試工作，包括設(shè)備測試、互通性測試、IPv6路由協(xié)議測試、用戶接入試驗(yàn)、業(yè)務(wù)試驗(yàn)、安全測試及QoS測試等。另外，“十五”期間863計(jì)劃通信技術(shù)主題也以進(jìn)一步加大對(duì)IPv6技術(shù)的研究和開發(fā)、力爭突破和掌握IPv6關(guān)鍵技術(shù)、為產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)為目標(biāo)，同時(shí)根據(jù)該主題部署了若干重大專項(xiàng)，表明我國已進(jìn)入了IPv6全面研究開發(fā)的階段。2004年，以IPv6為特點(diǎn)的下一代網(wǎng)絡(luò)在中國已經(jīng)啟動(dòng)，包括思科在內(nèi)的多家廠商已經(jīng)參與到了IPv6網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，頂級(jí)核心路由器已經(jīng)推向市場。2008年8月，國家正式啟動(dòng)了CNGI（中國下一代互聯(lián)網(wǎng)）二期的工程，重點(diǎn)解決推動(dòng)下一代互聯(lián)網(wǎng)商用化時(shí)遇到的一些“產(chǎn)業(yè)性”問題。3IPV6的現(xiàn)狀以及存在的問題對(duì)于IPv6及下一代互聯(lián)網(wǎng)來說，業(yè)務(wù)是成功的關(guān)鍵。IPv6的優(yōu)勢在于能更好地支持各種端到端及多媒體業(yè)務(wù)，如視頻會(huì)議、VoIP、文件共享、信息家電、及時(shí)通信以及上面提到的移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。目前，部分國外廠家在此領(lǐng)域也進(jìn)行了一些前瞻性的開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)的原型產(chǎn)品，但這些應(yīng)用產(chǎn)品側(cè)重于功能的初步開發(fā)，缺乏完整的體系結(jié)構(gòu)和良好的可擴(kuò)展性，也沒有配套的支撐管理系統(tǒng)，因此和實(shí)際的電信級(jí)業(yè)務(wù)產(chǎn)品之間還有較大的距離。隨著以IPv6協(xié)議為核心的下一代互聯(lián)網(wǎng)的逐步部署，廠商和運(yùn)營商合作開發(fā)新型業(yè)務(wù)及應(yīng)用成為非常重要的工作。對(duì)于運(yùn)營商來說，需要明確用戶在下一代互聯(lián)網(wǎng)中的實(shí)際業(yè)務(wù)需求，并研究制定下一代業(yè)務(wù)平臺(tái)的體系架構(gòu)，解決在實(shí)施下一代業(yè)務(wù)中所需的關(guān)鍵技術(shù)，并制定新型業(yè)務(wù)的規(guī)范，爭取在下一代互聯(lián)網(wǎng)的價(jià)值鏈中占據(jù)有利地位。對(duì)于設(shè)備制造商來說，需要根據(jù)運(yùn)營商的業(yè)務(wù)需求和網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)現(xiàn)狀，盡早開發(fā)出符合市場需求的業(yè)務(wù)產(chǎn)品，使這些業(yè)務(wù)能充分發(fā)揮IPv6協(xié)議的新特性。另外，盡管IPv6和IPv4協(xié)議都是網(wǎng)絡(luò)層技術(shù)，但在支持業(yè)務(wù)方面，IPv6還需要解決一些關(guān)鍵問題，如：業(yè)務(wù)質(zhì)量、業(yè)務(wù)安全、用戶的標(biāo)識(shí)與認(rèn)證、用戶狀態(tài)及定位等，這些問題需要在下一代互聯(lián)網(wǎng)的背景下重新研究與解決，而不能照搬傳統(tǒng)IPv4網(wǎng)絡(luò)的解決方案。4移動(dòng)性支持成為研究熱點(diǎn)4.1移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)是在移動(dòng)通信平臺(tái)上開展的多種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，如：視頻點(diǎn)播、移動(dòng)定位、遠(yuǎn)程監(jiān)控、企業(yè)網(wǎng)絡(luò)訪問、多媒體短信、互聯(lián)網(wǎng)訪問、WAP和電子商務(wù)等。移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)是移動(dòng)通信和數(shù)據(jù)通信相互結(jié)合的產(chǎn)物，與固網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)相比，更能體現(xiàn)業(yè)務(wù)的個(gè)性化和多樣化特色，它是繼移動(dòng)話音后有可能帶動(dòng)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)快速發(fā)展的重要?jiǎng)恿?。目前移?dòng)網(wǎng)絡(luò)主要采用IPv4協(xié)議來支持?jǐn)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)，但在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中采用IPv4協(xié)議在許多方面的實(shí)現(xiàn)效果并不是很理想，而IPv6協(xié)議在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了移動(dòng)需求，并將移動(dòng)IPv6作為IPv6協(xié)議的基本組成部分，因此已經(jīng)成為移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的主要候選協(xié)議。3GPP組織已經(jīng)將IPv6協(xié)議作為第三代移動(dòng)通信3G系統(tǒng)的重要組成部分，并規(guī)定在3GPPR5版本中采用IPv6協(xié)議來支持基于IP的多媒體子系統(tǒng)（IPmultimediasubsystem，IMS）。移動(dòng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)采用IPv6協(xié)議可實(shí)現(xiàn)移動(dòng)終端之間、移動(dòng)終端和固網(wǎng)終端之間端到端的雙向通信，從而使移動(dòng)通信形式和功能更加多樣化。4.2相關(guān)工作目前，IETF和3GPP針對(duì)在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中如何部署IPv6協(xié)議做了大量的工作，如制定為3G終端分配IPv6地址的方案。由于全球移動(dòng)終端數(shù)量巨大，全球剩下的約1/3的IPv4地址空間不能滿足移動(dòng)用戶的需求，而IPv6地址空間非常巨大，可以為每個(gè)移動(dòng)用戶分配公有的IPv6地址。如何在3G核心網(wǎng)中為移動(dòng)終端配置IPv6地址是非常重要的問題，IETF根據(jù)3GPP需求制訂了基于IPv6協(xié)議承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的相關(guān)建議，并形成了RFC3314和RFC3316等，還有部分內(nèi)容正在討論之中，處于草案階段。移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)為終端配置IPv6地址的方式有2種：有狀態(tài)地址配置和無狀態(tài)地址配置。有狀態(tài)地址配置需要DHCP服務(wù)器來給終端配置IPv6地址，無狀態(tài)地址配置方式不需要另外的實(shí)體（除GGSN外）參與地址配置過程。4.3移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中IPv6的應(yīng)用由于移動(dòng)終端可通過多種接入技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)于IP網(wǎng)絡(luò)的訪問，如：WLAN、GPRS/3G蜂窩系統(tǒng)等，所以當(dāng)用戶終端在這些不同接入方式間發(fā)生切換時(shí)，需要最大限度地保持現(xiàn)有的通信會(huì)話連接（如TCP連接等）。移動(dòng)IPv4和移動(dòng)IPv6都可使用戶跨越不同接入介質(zhì)，并能保證網(wǎng)絡(luò)層以上會(huì)話的正常進(jìn)行，同時(shí)用于跨越不同移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)（不同GGSN域間）移動(dòng)功能的實(shí)現(xiàn)。與移動(dòng)IPv4相比，移動(dòng)IPv6在許多方面進(jìn)行了改進(jìn)，如：取消了移動(dòng)IPv4中的外地代理（FA），方便了移動(dòng)IP的實(shí)施；用IPv6協(xié)議機(jī)制實(shí)現(xiàn)了“路由優(yōu)化”，可克服移動(dòng)IPv4中的“三角路由”問題；移動(dòng)IPv6協(xié)議已經(jīng)集成在IPv6協(xié)議中，因此可在全球的任意兩個(gè)終端（包括固定和移動(dòng)）之間實(shí)施路由優(yōu)化；IPv6地址空間大，便于為移動(dòng)終端分配轉(zhuǎn)交地址；在移動(dòng)IPv6中，發(fā)向移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的大量數(shù)據(jù)可利用IP