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IPv6的现状与未来

2019-11-03 09:03:30

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来源：转载

供稿：网友

北京邮电大学李云琪

　　一、目前的互联网络存在的问题

　　毫无疑问，基于ipv4的互联网在如今取得了巨大的成功，它的出现使得互联网络真正的走入千家万户。但是我们也应当看到，互联网发展到现在，也遇到了许多的问题。这其中最主要的包括以下几点：

　　1．地址资源的问题

　　任何人在互联网发展的初期都无法想象如今的网络会发展到如此大的规模。早在十年之前，互联网的地址危机就被提上了议程，当时预测互联网的资源在2005年的时候就会分配完毕。后来CIDR和NAT技术的出现极大的减缓了IP地址资源枯竭的速度。ICANN预计，如果按照现在的速度分配IPv4 的地址还可以再坚持10-15年。但是，由于移动设备的迅速发展，目前移动IP将要求每个移动设备至少要求1个IP地址。如果真要在IPv4上实现移动IP，那么地址分配的速度将大大加快。很可能没有ICANN预计的那么乐观，所以说地址资源的缺乏问题还是相当严峻的。

　　2．NAT与CIDR 带来的问题

　　NAT与CIDR虽然很好的解决了现阶段地址资源不足的问题，但这样的解决方案也是有代价的。首先，CIDR技术的出现虽然部分解决了当初地址分类不合理的问题，但由于它缺乏同一性的地址继承性关系，而严重影响网络寻址和选择路由的性能。

　　NAT通过在局域网内部使用私有IP地址而在边界网关进行地址转换，部分缓解了IP地址缺乏危机，但也带来了很多严重的问题。首先，NAT破坏了全球惟一地址的模型与地址的稳定性。其次，NAT破坏了对等网络的模型,直接导致了很多点对点的业务无法开展。第三，NAT的存在直接导致了许多网络安全协议无法执行，QoS更加无法保障。可以说，NAT只会是现阶段解决网络地址不足问题的一种解决方案。基于IPv6的网络的目标是实现端到端的可靠性，而不需要NAT的额外开销。

　　3．QoS的问题：如何在IPv4 的尽力而为的基础上实现可靠安全的传输一直是困扰互联网发展的一大难题。它的存在阻碍了许多业务的发展。几年前，业界普遍认为QoS问题将在不远的将来能够很好的解决，然而现如今仍然收效甚微。尽管已经有了不少的解决方案提出（比如RSVP，DiffServ），但始终无法提供有效的端到端的QoS保证。归根结底，是现有IPv4本身存在的问题，时代也在呼唤着一种新的框架来彻底解决这个问题。

　　二、IPv6的特点

　　IPv6（也叫做IPng）是目前IPv4的下一个版本。它的出现恰恰为解决上述的当今互联网中出现的问题提供了有效的解决方案。它的改变除了人们所熟知的采用128位的地址解决IPv4的地址资源不足的问题，还在此基础之上对报头进行了很多的更新，使之与IPv4 的编址方式相比具有更大的灵活性。

　　1．由于地址的增大，使得IPv6的编址方式更加的灵活。它使用扩展的地址继承方式，允许ISP们定义站点内的地址继承方式，方便管理。

　　2．严格的继承性编址方式将更加容易实现地址的聚合，使得路由器的规则可以大大的减少，有利于提高网络的性能。

　　3．它支持自动认证，为将来移动设备的接入和热插拔的应用提供了良好的保障。

　　4．IPv6专门为解决网络的QoS问题提供了流标记（flow label），虽然不能说它可以完全解决端到端的QoS保证，但是至少给出了一种有效的解决方法。

　　5．IPv6要求强制实施因特网安全协议IPSec（ Internet PRotocol Security），并已将其标准化，这也一定程度上缓解了网络安全问题。

　　6．IPv6简化了IPv4的报头选项，采用固定报头加扩展报头的方式，提供了良好的可扩展性。

　　三、从IPv4到IPv6的过渡

　　由于现有网络的存在，IPv6的网络建设必须首先要与IPv4兼容。在过渡的初期，Internet将由运行IPv4的"海洋"和运行IPv6的"小岛"组成。随着时间的推移，IPv4的海洋将会逐渐变小，而IPv6的小岛将会越来越多，最终完全取代IPv4。在这个过程中，有两个问题需要考虑，一个是如何充分利用现有的IPv4资源，保护原来的利益。另一个就是实现方式应当尽可能的便利。

　　目前解决过渡问题基本技术主要有三种：双协议栈（RFC 2893）、隧道技术(RFC 2893)、地址转换技术--NAT-PT(RFC 2766)。

　　1．双协议栈 ( Dual Stack)

　　采用该技术的节点上同时支持IPv4和IPv6两套协议栈。它对于IPv4和IPv6实现了完全的兼容。但是这种方法的节点上仍然需要IPv4地址，无法解决地址资源的问题。另外由于采用了双路由结构，随着节点的不断增多，网络的复杂性必将大大增加，网络设备的性能也会大大降低，因此并不适合广泛使用。

　　2．隧道技术 ( Tunnel)

　　隧道技术提供了一种以现有IPv4路由体系来传递IPv6数据的方法（IPv6-in-IPv4）。即将IPv6的分组作为无结构意义的数据，封装在IPv4数据报中，被IPv4网络传输。根据建立方式的不同，隧道可以分成两类：手工配置的隧道和自动配置的隧道。隧道技术利用了现有的IPv4网络，提供了一种使IPv6的节点之间穿过IPv4网络进行通信的方法，但它并不能解决IPv6节点与IPv4节点之间相互通信的问题。

　　3．地址转换技术(NAT-PT)

　　转换网关在IPv4与IPv6的网络边缘进行IPv4地址和IPv6地址转换，另外还要根据协议实现翻译功能。转换网关作为通信的中间设备，可在IPv4和IPv6网络之间转换IP报头的地址，同时根据协议不同对分组做相应的语义翻译，从而使纯IPv4和纯IPv6站点之间能够透明通信。

　　4．目前过渡机制的选择

　　从已有的过渡机制可以看出，目前所有的方案都是针对某一种问题而提出的。这些过渡机制都不是普遍适用的，每一种机制都适用于某种或几种特定的网络情况，而且常常需要和其它的技术组合使用。

　　四、IPv6发展中遇到的问题与当前的瓶颈

　　1．IPv6是否存在杀手级的应用？

　　目前，人们对于IPv6主要的疑虑在于商业化应用方面。IPv6会不会像3G一样成为泡沫而不断地被推迟？笔者认为，首先，IPv6技术的出现主要是为了解决地址资源不够的问题，NAT与CIDR技术的缺陷本身也加速了v4向v6的过渡，因此只要有更多的人上网，IPv6就决不会成为泡沫。另外，从目前来看，IPv6有以下三个潜在的杀手应用。一个是移动领域，基于IPv6的下一代移动世界，将可以为每一个移动设备提供固定的IP地址，基于此基础上可以开展很多的服务。第二个是视频业务方面，IPv6增强的组播能力为流媒体业务的开展打下了一个良好的基础。由于版权问题，预计在今后，视频点播业务将成为互联网上新的重要应用。另一个就是广泛的嵌入式领域，IPv6提供的充足地址将会用来连接比计算机和网络更多的东西，IPv6将使得像掌上型个人数据助理（PDA）、嵌入了网络元件的移动电话、商务通等许多其它设备接入网络成为可能，它也能使从家里的电饭锅到高尔夫球场上的洒水车这样广泛的设备和装置接入网络。

　　2．其他的问题

　　可以说，IPv6在全球范围内还仅仅是处在一个研究的阶段。IETF的相关标准化工作还远没有完成，比如流标记的具体使用方法至今还没有明确定义。目前的IPv6还有很多的技术问题需要解决，另外，基于IPv6的硬件设备还不是很多，价格也比较昂贵，性能甚至还不如IPv4 现有的设备。这也在一定程度上阻止了IPv6的大规模推广。

　　五、发展IPv6的思考

　　1．发展IPv6必须和NGN结合考虑

　　可以说电信业务的迅速IP化，为下一代的网络融合提供了可能。虽然ITU还没有公布有关下一代网络NGN的标准，但有一点业界已经达成共识，那就是下一代网络（NGN）一定是基于IP的，而且是基于IPv6的。发展IPv6不仅仅要从互联网的角度来思考，更重要的是站在电信网的角度思考。也就是说，如何使现有的由各个节点松散管理的网络变成一个有单一单位统一管理的，而且是可盈利的网络。笔者认为，这才是发展IPv6最大的挑战。比如说，如何把基于OSI的CMIP的管理与基于TCP/IP的SNMP的管理有机的结合起来，保护现有的投资？传统电信业务的盈利模式如何过渡到下一代网络的盈利模式？这些问题都有待于在实践中进行摸索后得出结论。

　　2．发展IPv6必须和3G的发展结合考虑

　　移动设备的上网已经是大势所趋。从IPv6的应用来看，笔者认为智能家电设备由于其成本的问题在近期不会有太大的发展。而移动应用才最有可能成为商业发展IPv6的最核心的出发点，IPv6的大规模应用也很有可能率先从移动设备开始。目前，3G的各个版本针对于IPv6都已经做出了相应的标准规定。因此如何把基于固定网络的传统因特网与第三代移动通信结合起来也是当前应该着重考虑的问题。

　　六、结束语

　　尽管IPv6目前还存在着很多的问题，但是毫无疑问，采用IPv6协议的下一代互联网，在未来几年将逐步取代目前基于IPv4的互联网，这是一个不争的事实。而我国由于IPv4的地址严重不足和人口众多，又为我国加速IPv6相关产业的发展提供了先天的机遇。目前相关IPv6网络的整个产业仅仅于发展的初期，世界各国都基本处于同一起跑线上，中国通过自己的努力，完全能够成为这方面的领跑者。

　　
摘自《通信市场》

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