ＩＰｖ６技術(shù)特點(diǎn)和應(yīng)用前景初探

摘要：Ipv4有著不可克服的問(wèn)題，必須用新的協(xié)議來(lái)替代。通常協(xié)議的過(guò)渡是很不容易的，從IPv4 向IPv6 的過(guò)渡也是如此。如何使得已支持IPv4 的設(shè)備和應(yīng)用程序向IPv6 過(guò)渡， 是一個(gè)急需解決的問(wèn)題。本文將詳細(xì)介紹由IPv4 向IPV6 的幾種過(guò)渡策略。并闡述了ipv6在我國(guó)發(fā)展的幾點(diǎn)思考。

關(guān)鍵詞：IPv4和IPv6；IPv6過(guò)渡；IPv6在我國(guó)發(fā)展的思考

中圖分類(lèi)號(hào)：TP393文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2008)12-2pppp-0c

Explore the Characterisitc of IPV6 and the Future of the Application

HAN Di

(South China Institute of Software Engineering，GZU，Guangzhou 510990，China)

Abstract:Because ipv4 has the irrevocable problems， it needs the new agreement instead. But the transition of the agreement is usually difficult as well as the transition from IPv4 to IPv6. How to carry out the transition from the equipment and application of IPV4 to IPV6 is the urgent question. This text will introduce these strategies of the transition in detail and think about the development of the ipv6 in China.

Key words:IPv4IPv6;IPv6 transition;IPv6 in China

1 IPv4和IPv6現(xiàn)在關(guān)系和將來(lái)發(fā)展的關(guān)系

目前由于IPv4 協(xié)議已經(jīng)成功的實(shí)施了將近20 年，基于IPv4的應(yīng)用程序和設(shè)置已經(jīng)相當(dāng)成熟和完備，所有機(jī)器不可能同時(shí)需要升級(jí)軟件。在向IPv6 過(guò)渡初期，IPv6 的應(yīng)用程序和設(shè)置還不成熟和完備，這樣將會(huì)出現(xiàn)許多孤立的IPv6 網(wǎng)絡(luò)。那么如何完成從IPv4向IPv6的過(guò)渡，是IPv6 發(fā)展需要解決的首要問(wèn)題。在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，IPv6 節(jié)點(diǎn)之間的通信還要依賴(lài)于原有IPv4 網(wǎng)絡(luò)的設(shè)施，而且IPv6 節(jié)點(diǎn)也必不可少的要與IPv4 節(jié)點(diǎn)通信。在現(xiàn)有環(huán)境下存在以下類(lèi)型的節(jié)點(diǎn)：

1.1 IPv4-only 節(jié)點(diǎn)

IPv4-only 節(jié)點(diǎn)僅實(shí)現(xiàn)了IPv4 協(xié)議(并且只有IPv4地址) 。這種節(jié)點(diǎn)不支持IPv6。當(dāng)前大多數(shù)主機(jī)和路由器都是IPv4-only節(jié)點(diǎn)。

1.2 IPv6-only 節(jié)點(diǎn)

IPv6-only節(jié)點(diǎn)僅實(shí)現(xiàn)了IPv6 協(xié)議(并且只有IPv6地址) 。它只能與IPv6 節(jié)點(diǎn)和應(yīng)用程序通信。盡管這類(lèi)節(jié)點(diǎn)當(dāng)前并不普遍，但是當(dāng)小型設(shè)備( 例如，手機(jī)和掌上電腦等) 實(shí)現(xiàn)了IPv6協(xié)議棧時(shí)，這種節(jié)點(diǎn)將變得更為普及。

1.3 IPv6/IPv4 節(jié)點(diǎn)

這種節(jié)點(diǎn)既實(shí)現(xiàn)了IPv4 協(xié)議，又實(shí)現(xiàn)了IPv6協(xié)議。當(dāng)節(jié)點(diǎn)配置了IPv6 接口后，就支持IPv6了。IPv4節(jié)點(diǎn)IPv4節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了IPv4協(xié)議( 它可以發(fā)送和接收IPv4 數(shù)據(jù)包) 。它可以是一個(gè)僅支持IPv4 的節(jié)點(diǎn)，也可以是一個(gè)IPv6/IPv4節(jié)點(diǎn)。

1.4 IPv6 節(jié)點(diǎn)

IPv6節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了IPv4協(xié)議(它可以發(fā)送和接收IPv6數(shù)據(jù)包) 。它可以是一個(gè)僅支持IPv6 的節(jié)點(diǎn)，也可以是一個(gè)IPv6/IPv4節(jié)點(diǎn)。

在目前共存的條件下，可以支持最大數(shù)量的節(jié)點(diǎn)( IPv4 或IPv6 節(jié)點(diǎn)) 相互通信，它們的通信可以在IPv4 的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，也可以在IPv6 的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，還可以在IPv4 和IPv6 混合的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中進(jìn)行。真正的移植是在所有的IPv4 節(jié)點(diǎn)都轉(zhuǎn)化為IPv6-only節(jié)點(diǎn)后實(shí)現(xiàn)的。然而，對(duì)于可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)， 實(shí)際的移植卻是在盡可能多的IPv4-only 節(jié)點(diǎn)都轉(zhuǎn)化為IPv6/IPv4 節(jié)點(diǎn)后實(shí)現(xiàn)的。

因此，由IPv4 向IPv6 的過(guò)渡是分步式的，漸進(jìn)的。過(guò)渡初期的Internet 首先將由運(yùn)IPv6 協(xié)議設(shè)備組成小網(wǎng)絡(luò)—“孤島”和由運(yùn)行IPv4 協(xié)議的設(shè)備組成的“海洋”組成。如圖所示：

隨著時(shí)間的推移，IPv4 的海洋將會(huì)逐漸變小，而IPv6 的小島將會(huì)越來(lái)越多，越來(lái)越大，并最終完全取代IPv4 形成下一代Internet網(wǎng)絡(luò)。那么在過(guò)渡初期，必須首先解決IPv6 孤島之間的通信問(wèn)題，同時(shí)要解決IPv6 和IPv4 設(shè)備之間通信的問(wèn)題。此時(shí)，需要通過(guò)IPv4 網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)IPv6 節(jié)點(diǎn)的虛擬連接。

2 IPv6如何取代IPv4

IPv4中的地址空間變得越來(lái)越稀缺。無(wú)線(xiàn)運(yùn)營(yíng)商希望為每一部電話(huà)、電冰箱和洗衣機(jī)、游戲機(jī)和PDA分配一個(gè)惟一的IP地址，地址問(wèn)題日益突出。兩種協(xié)議的主要不同出現(xiàn)在地址空間的長(zhǎng)度和它們的編排上。IPv6將IP地址長(zhǎng)度從32位擴(kuò)展到128位，支持更多級(jí)別的地址層次、更多的可尋址節(jié)點(diǎn)數(shù)以及更簡(jiǎn)單的地址自動(dòng)配置。IPv6地址的長(zhǎng)度是IPv4地址長(zhǎng)度的4倍：128位對(duì)32位。為了簡(jiǎn)化IPv6地址的使用，IPv4用“.”來(lái)劃分8位十進(jìn)制域的方法，被用“：”來(lái)劃分16位16進(jìn)制域的方法所取代，如3ffe:501:185b:1:2e0:18ff:fea8:16f5。

相對(duì)于IPv4，IPv6有如下一些顯著的優(yōu)勢(shì)：

(1)地址容量大大擴(kuò)展，由原來(lái)的32位擴(kuò)充到128位，徹底解決IPv4地址不足的問(wèn)題；

(2)大容量的地址空間使IPv6終端能夠快速連接到網(wǎng)絡(luò)上，無(wú)需人工配置，實(shí)現(xiàn)了真正的即插即用；

(3)報(bào)頭格式大大簡(jiǎn)化，從而有效減少路由器或交換機(jī)對(duì)報(bào)頭的處理開(kāi)銷(xiāo)，這對(duì)設(shè)計(jì)硬件報(bào)頭處理的路由器或交換機(jī)十分有利；

(4)加強(qiáng)了對(duì)擴(kuò)展報(bào)頭和選項(xiàng)部分的支持，這除了讓轉(zhuǎn)發(fā)更為有效外，還對(duì)將來(lái)網(wǎng)絡(luò)加載新的應(yīng)用提供了充分的支持；

(5)流標(biāo)簽的使用讓我們可以為數(shù)據(jù)包所屬類(lèi)型提供個(gè)性化的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，并有效保障相關(guān)業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量；

(6)認(rèn)證與私密性：IPv6把IPSec作為必備協(xié)議，保證了網(wǎng)絡(luò)層端到端通信的完整性和機(jī)密性；

(7)IPv6在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和實(shí)時(shí)通信方面有很多改進(jìn)。特別地，不像IPv4，IPv6具備強(qiáng)大的自動(dòng)配置能力從而簡(jiǎn)化了移動(dòng)主機(jī)和局域網(wǎng)的系統(tǒng)管理。

在相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)IPv4和IPv6會(huì)共存在一個(gè)環(huán)境下，為了在這種混合環(huán)境下實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)路由，必須有一些機(jī)制來(lái)解決各個(gè)分散的IPv6路由域之間傳遞IPv6的信息，這些機(jī)制包括雙協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)，在IPv4路由環(huán)境中傳輸IPv6分組的隧道技術(shù)，以及NAT-PT技術(shù)。

2.1 雙協(xié)議棧技術(shù)

鏈路層接收到數(shù)據(jù)段， 拆開(kāi)并檢查報(bào)，如果應(yīng)用程序使用的目的地址是IPv4地址，那么將使用IPv4協(xié)議棧；如果應(yīng)用程序使用的目的地址是兼容IPv4的IPv6地址，那么IPv6就封裝到IPv4中；如果目的地址是另一種類(lèi)型的IPv6地址，那么就使用IPv6地址，可能封裝在默認(rèn)配置的隧道中。

IPv4使用子網(wǎng)掩碼確定目標(biāo)地址，IPv6使用鄰居發(fā)現(xiàn)協(xié)議。兩者共同使用的是：如果目的地址是IPv4地址，則使用RFC1122比較兩者的掩碼；如果目的地址是IPv4兼容的IPv6地址，則使用低32位目的地址的子網(wǎng)掩碼比較；如果是IPv6純地址，則使用鄰居發(fā)現(xiàn)協(xié)議。

雙協(xié)議棧這種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是易于實(shí)現(xiàn)， 互通性好， 缺點(diǎn)是必須為每一個(gè)雙棧節(jié)點(diǎn)分配一個(gè)合法的IPv4 地址。

2.2 隧道技術(shù)

與雙協(xié)議棧相比，基于IPv4隧道的IPv6是一種更常用的技術(shù)。在IPv6 被全面采用之前， 眾多局部IPv6 網(wǎng)絡(luò)將不得不和IPv4 骨干網(wǎng)長(zhǎng)期并存，連接這些孤立的“IPv6”孤島必須使用隧道。隧道策略是：路由器將IPV6的數(shù)據(jù)報(bào)文封裝入IPv4，IPv4數(shù)據(jù)報(bào)文的源地址和目的地址分別對(duì)應(yīng)隧道起始端和終結(jié)端的IPv4地址，在隧道的出口處，解除IPv4 封裝， 取

其中的IPv6 報(bào)文放入自己的IPv6 協(xié)議棧，隧道技術(shù)要求在隧道起始端和終結(jié)端進(jìn)行修改。

隧道可以在路由器和路由器之間、路由器與主機(jī)之間以及主機(jī)與主機(jī)之間建立，所以非常容易實(shí)現(xiàn)。但是隧道技術(shù)不能實(shí)現(xiàn)IPv4主機(jī)與IPv6主機(jī)的直接通信。

2.3 網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換技術(shù)（NAT-PT RFC2766）

網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換技術(shù)是將IPv4地址和IPv6地址分別看作內(nèi)部地址和全局地址，或者相反。

翻譯法支持不同協(xié)議的主機(jī)實(shí)現(xiàn)通信， 翻譯法的缺點(diǎn)是常常會(huì)破壞端到端的服務(wù)( 如端到端的IP安全) 。這一點(diǎn)和IPv4 中的NAT( 網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換) 類(lèi)似，同時(shí)， 翻譯法還會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)潛在的單點(diǎn)失效。因此，使用翻譯法必須經(jīng)過(guò)慎重考慮。

3 IPV6未來(lái)應(yīng)用（校園網(wǎng)）

目前IPv6 在校園網(wǎng)中的應(yīng)用基本局限在傳統(tǒng)的IPv4 應(yīng)用范圍內(nèi)，但即使在傳統(tǒng)應(yīng)用的擴(kuò)展中， IPv6 也已經(jīng)開(kāi)始表現(xiàn)出它的廣闊的前景。

首先， 在未來(lái)校園網(wǎng)中，多媒體技術(shù)在各院校已經(jīng)直接服務(wù)于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，音視頻的點(diǎn)播、廣播和組播等多媒體技術(shù)將是主要應(yīng)用。幾乎所有學(xué)校都建立了自己的網(wǎng)絡(luò)課堂點(diǎn)播系統(tǒng)， 給學(xué)生提供了大量的精品課程資源。互動(dòng)式的遠(yuǎn)程媒體教學(xué)更是積極實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)項(xiàng)目。在IPv6 協(xié)議上相關(guān)多媒體技術(shù)的最突出亮點(diǎn)無(wú)疑是可以使用大規(guī)模組播技術(shù)。其次IPv6 地址系統(tǒng)不存在私網(wǎng)，也就沒(méi)有了多媒體私網(wǎng)穿透問(wèn)題， 使大范圍內(nèi)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)流媒體通信成為可能。校園網(wǎng)完全可以利用IPv6 在多媒體傳輸上的優(yōu)點(diǎn)， 建立起集融合流媒體直播、錄播、點(diǎn)播、自主節(jié)目下載等各項(xiàng)功能的多媒體遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)。

4 IPv6在我國(guó)發(fā)展的幾點(diǎn)思考

從上世紀(jì)90 年代末開(kāi)始到2008北京奧運(yùn)會(huì)，我國(guó)的一些研究機(jī)構(gòu)、高校、廠商以及運(yùn)營(yíng)商就陸續(xù)開(kāi)始跟蹤與關(guān)注IPv6 技術(shù)的發(fā)展。下面對(duì)IPv6 發(fā)展的一些關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行探討。

4.1 中國(guó)IPv4/ IPv6 地址資源匱乏問(wèn)題。我國(guó)在IPv6 地址擁有量?jī)H有27塊，是排名第一的德國(guó)的IPv6 地址的1/345，是日本的1/270，韓國(guó)的1/154，在世界上排名第14位。這個(gè)數(shù)據(jù)的確顯示了我國(guó)在IPv6 地址上的申請(qǐng)落后于其它發(fā)達(dá)國(guó)家。

4.2 安全性問(wèn)題。IPv6 在其協(xié)議棧中強(qiáng)制執(zhí)行了IPSec，雖然比IPv4 的安全性有所改善，但安全性問(wèn)題并沒(méi)有完全解決。IPSec 僅為網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，負(fù)責(zé)其下層的網(wǎng)絡(luò)安全，并不負(fù)責(zé)其上層應(yīng)用，如Web 、E - mail 及文件傳送之類(lèi)安全，另外，還需與多種手段，諸如認(rèn)證體系、加密體系、密鑰分發(fā)體系等全面配合才行。

4.3 IPv6 的標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題。IPv6 技術(shù)體系經(jīng)歷了十多年的發(fā)展，其標(biāo)準(zhǔn)化的進(jìn)程緩慢，嚴(yán)重影響了IPv6 技術(shù)的應(yīng)用建立。在IPv6 標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展進(jìn)程中，國(guó)際上主要是由IETF負(fù)責(zé)IPv6的標(biāo)準(zhǔn)制定工作。在IETF 中，有兩個(gè)工作組與制定IPv6 標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)。一個(gè)是IPng (下一代因特網(wǎng)協(xié)議) 工作組，或稱(chēng)IPv6 工作組，主要負(fù)責(zé)與IPv6有關(guān)的基礎(chǔ)協(xié)議的制定。另一個(gè)是N Gtrans (下一代網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)) 工作組，主要負(fù)責(zé)與下一代網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)的制定。而在國(guó)內(nèi)，中國(guó)IPv6標(biāo)準(zhǔn)化工作已經(jīng)啟動(dòng)。首批列入標(biāo)準(zhǔn)制定的內(nèi)容包括IPv6 基本協(xié)議、IPv6 網(wǎng)絡(luò)總體要求、鄰居發(fā)現(xiàn)、無(wú)狀態(tài)地址配置、移動(dòng)IPv6 、路由協(xié)議OSPF 和BGP4 等，IPv6 走向標(biāo)準(zhǔn)化已經(jīng)成為全球的共識(shí)。中國(guó)作為一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)和通信技術(shù)及市場(chǎng)快速發(fā)展的國(guó)家，在IPv6 的標(biāo)準(zhǔn)化工作上刻不容緩。在標(biāo)準(zhǔn)制定中不但應(yīng)當(dāng)符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，而且應(yīng)當(dāng)參與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的制定。

4.4 IPv6 的實(shí)際部署問(wèn)題。現(xiàn)階段IP 網(wǎng)絡(luò)上的眾多應(yīng)用都是基于IPv4 的，這就決定了IPv4 向IPv6 的過(guò)渡將是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程。網(wǎng)絡(luò)部署方面，首先在業(yè)務(wù)量需求大的城市引入IPv6，再逐步將IPv6引入全國(guó)全網(wǎng)。在業(yè)務(wù)加載方面，先在某些對(duì)資源要求高的業(yè)務(wù)，如視頻會(huì)議等方面引入IPv6，以顯著提升用戶(hù)體驗(yàn)，待IPv6 網(wǎng)絡(luò)逐步成熟以后，再為家電、汽車(chē)等分配IP 地址，最終過(guò)渡到全I(xiàn)Pv6 的下一代互聯(lián)網(wǎng)。如何在整個(gè)過(guò)渡期內(nèi)，保證運(yùn)營(yíng)商在現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備上的投資保值增值，同時(shí)保護(hù)IPv4 低端用戶(hù)的現(xiàn)有利益，這是運(yùn)營(yíng)商和設(shè)備廠商的共同課題。在整個(gè)過(guò)渡期內(nèi)，對(duì)IPv4-v6 過(guò)渡技術(shù)的支持能力都是衡量數(shù)據(jù)通信設(shè)備的重要指標(biāo)。

4.5 IPv6 網(wǎng)絡(luò)下的根服務(wù)器的建立。互聯(lián)網(wǎng)上應(yīng)用很多離不開(kāi)域名系統(tǒng)(DNS) 的支持，域名系統(tǒng)的主要作用是用來(lái)進(jìn)行域名與IP 地址的轉(zhuǎn)換(即域名解析) 。而域名系統(tǒng)進(jìn)行域名解析時(shí)離不開(kāi)根服務(wù)器，一次完整的域名解析是先到根服務(wù)器，再依次到各級(jí)域名服務(wù)器，域名系統(tǒng)根服務(wù)器在互聯(lián)網(wǎng)中的地位十分重要。據(jù)介紹，目前IPv4 網(wǎng)絡(luò)中有13個(gè)根服務(wù)器都分布在美國(guó)。如果根服務(wù)器發(fā)生故障，或者我國(guó)的網(wǎng)絡(luò)在訪(fǎng)問(wèn)國(guó)外的域名根服務(wù)器時(shí)出現(xiàn)問(wèn)題，我國(guó)的互聯(lián)網(wǎng)域名解析就會(huì)失效，那些依托域名系統(tǒng)支持的應(yīng)用和服務(wù)將無(wú)法工作，我國(guó)的互聯(lián)網(wǎng)就會(huì)癱瘓。因此，域名系統(tǒng)根服務(wù)器的建立是保障國(guó)家信息網(wǎng)絡(luò)安全的重中之重。

5 結(jié)束語(yǔ)

有一種觀點(diǎn)說(shuō)IPv6 始終沒(méi)有出現(xiàn)超越IPV4的應(yīng)用，因此全球IPv6 網(wǎng)絡(luò)的建立始終停滯不前，IPv6 的前景令人懷疑。但是我們相信科技的進(jìn)步是日新月異的：北京2008奧運(yùn)啟用IPv6最新的技術(shù)研究成果；在教學(xué)科研方面IPv6新穎的應(yīng)用方式，一個(gè)基于IPv6 的網(wǎng)絡(luò)世界距離我們不再遙遠(yuǎn)。IPv6 的發(fā)展對(duì)我國(guó)而言具有十分重要的戰(zhàn)略意義，提供了一個(gè)趕超發(fā)達(dá)國(guó)家的機(jī)遇。我們要理性地認(rèn)識(shí)到，我們的基礎(chǔ)還很薄弱、技術(shù)還剛起步、產(chǎn)業(yè)化并不強(qiáng)，我們要借下一代互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的契機(jī)，完善國(guó)內(nèi)互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)，走向世界。

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收稿日期：2008-02-08

作者簡(jiǎn)介：韓迪（1982-）， 湖北武漢人，中山大學(xué)碩士，現(xiàn)在任廣州大學(xué)華軟軟件學(xué)院軟件工程系教師，廣州大學(xué)華軟軟件學(xué)院高等教育研究所研究員，研究方向：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，高校教育管理等。