IPv6在下一代互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用分析
黃巖 2010/10/18
IP地址是網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)重要的概念，包括IPv4地址和IPv6地址。我們通常所說(shuō)的“IP地址”指IPv4地址，它是給每個(gè)連接在Internet上的主機(jī)分配一個(gè)在全世界范圍惟一的32比特地址。IPv4協(xié)議規(guī)定，每個(gè)互聯(lián)網(wǎng)上的主機(jī)和路由器都有一個(gè)惟一的IP地址以互相區(qū)分和互相聯(lián)系。只有有了IP地址后，網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)才能向別的主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)信息，也才能接收別的主機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)信息。IP地址的結(jié)構(gòu)使我們可以在互聯(lián)網(wǎng)上很方便地尋找某臺(tái)主機(jī)并和它進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，使互聯(lián)網(wǎng)才能成其為互聯(lián)網(wǎng)，充當(dāng)人們之間信息交流和溝通的媒介。因此IP地址構(gòu)成了整個(gè)Internet的基礎(chǔ)，是互聯(lián)網(wǎng)中的一個(gè)最基本也是最重要的資源。
為什么要從IPv4升級(jí)到IPv6
今天的互聯(lián)網(wǎng)大多數(shù)應(yīng)用的是IPv4協(xié)議，IPv4協(xié)議已經(jīng)使用了20多年，在這20多年的應(yīng)用中，IPv4獲得了巨大的成功，同時(shí)隨著應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，它也面臨著越來(lái)越不容忽視的危機(jī)，主要體現(xiàn)在如下三點(diǎn)。
首先，技術(shù)本身限制，IPv4地址即將耗盡。IPv4地址空間為32位，從理論上講，可以編址1600萬(wàn)個(gè)網(wǎng)絡(luò)、40億臺(tái)主機(jī)（確切地說(shuō)，共2的32次方個(gè)）。但為了便于管理，IPv4地址采用A、B、C三類(lèi)編址方式后，可用的網(wǎng)絡(luò)地址和主機(jī)地址的數(shù)目大打折扣。隨著互聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)急劇增長(zhǎng)，IPv4地址也即將耗盡。
其次，國(guó)家戰(zhàn)略考慮，IPv4時(shí)代中國(guó)落后于西方國(guó)家。由于歷史的原因，中國(guó)在IPv4的發(fā)展中處于后進(jìn)的狀態(tài)，在國(guó)際上發(fā)言權(quán)不多，導(dǎo)致在IP地址的供需上嚴(yán)重失衡。在互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展初期，美國(guó)一些大學(xué)和公司占用了大量的IP地址，例如MIT、IBM和at&t分別占用了1600多萬(wàn)、1700多萬(wàn)和1900多萬(wàn)個(gè)IP地址，而分配給像中國(guó)這么大國(guó)家的地址量還不如美國(guó)一個(gè)大學(xué)。不言而喻，中國(guó)應(yīng)該是全球最需要IP地址的國(guó)家之一，地址不足，嚴(yán)重地制約了我國(guó)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用和發(fā)展。所以，基于國(guó)家戰(zhàn)略考慮，中國(guó)目前應(yīng)該大力發(fā)展IPv6技術(shù)和應(yīng)用。
最后，業(yè)務(wù)發(fā)展需要，未來(lái)業(yè)務(wù)發(fā)展還需要大量IP地址。前文提到，IP地址是整個(gè)Internet的基礎(chǔ)，所有業(yè)務(wù)的開(kāi)展也必須基于IP地址。除了基本的寬帶上網(wǎng)業(yè)務(wù)，越來(lái)越多的業(yè)務(wù)和應(yīng)用也日新月異地涌現(xiàn)出來(lái)，IP地址的需求越來(lái)越大。
在固定寬帶方面，截至2009年3月底，中國(guó)電信固定寬帶用戶(hù)數(shù)為5303萬(wàn)戶(hù)，占57%的市場(chǎng)份額。中國(guó)電信固定寬帶用戶(hù)年增長(zhǎng)均在800萬(wàn)戶(hù)以上，2008年凈增900萬(wàn)戶(hù)，并保持持續(xù)快速增長(zhǎng)。
在移動(dòng)業(yè)務(wù)方面，2010年1月份，中國(guó)移動(dòng)新增GSM用戶(hù)511.5萬(wàn)戶(hù)，新增TD-SCDMA用戶(hù)49萬(wàn)戶(hù)；中國(guó)電信新增移動(dòng)用戶(hù)305萬(wàn)戶(hù)；中國(guó)聯(lián)通新增GSM用戶(hù)80.9萬(wàn)戶(hù)，新增WCDMA用戶(hù)85.3萬(wàn)戶(hù)。
2010年1月13日，溫家寶主持國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議，決定加快推進(jìn)三網(wǎng)融合。IPTV作為三網(wǎng)融合的殺手級(jí)業(yè)務(wù)，2010年用戶(hù)數(shù)預(yù)計(jì)將達(dá)2千萬(wàn)戶(hù)。
自2009年8月溫家寶總理提出“感知中國(guó)”以來(lái),物聯(lián)網(wǎng)被正式列為國(guó)家五大新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)之一。60億人與人的通信擴(kuò)展到250億機(jī)器與機(jī)器的通信，物聯(lián)網(wǎng)的興起更是加大了人們對(duì)IP地址的渴求。
如何滿(mǎn)足新興業(yè)務(wù)對(duì)IP地址如此海量的需求？惟有IPv6。
IPv6技術(shù)優(yōu)勢(shì)
IPv6是為了從根本上解決現(xiàn)存IPv4網(wǎng)絡(luò)的IP地址枯竭和路由表急劇膨脹等潛在危機(jī)而制訂的。IPv6繼承了IPv4的優(yōu)點(diǎn)，并根據(jù)IPv4多年來(lái)運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了大幅度的修改和功能擴(kuò)充，在地址容量、安全性、網(wǎng)絡(luò)管理、移動(dòng)性以及服務(wù)質(zhì)量等方面有明顯的改進(jìn)，IPv6與IPv4是不兼容的，但它同所有其他的TCP/IP協(xié)議族中的協(xié)議兼容，即IPv6完全可以取代IPv4。從技術(shù)上，IPv6相對(duì)IPv4的優(yōu)勢(shì)主要有以下5個(gè)。
- 地址充足 （從32位地址空間到128位）。
- 協(xié)議優(yōu)化（簡(jiǎn)化報(bào)頭提高處理效率，增加擴(kuò)展報(bào)頭，提高協(xié)議擴(kuò)展性）。
- 即插即用（在主機(jī)終端側(cè)做了優(yōu)化，增強(qiáng)主機(jī)易于配置和可管理性，便于支持大量終端應(yīng)用）。
- 安全性（把IPSec作為IPv6擴(kuò)展頭內(nèi)置，比如OSPFv3認(rèn)證依賴(lài)于IPSec6）。
- QoS（ 改進(jìn)點(diǎn)在于增加流標(biāo)簽域）。
IPv6發(fā)展的主要瓶頸之一在于沒(méi)有“殺手級(jí)”應(yīng)用，那么，具有上述技術(shù)優(yōu)勢(shì)的IPv6除了IPv4提供的傳統(tǒng)業(yè)務(wù)，到底能帶來(lái)哪些新的應(yīng)用？
IPv6在下一代互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用
多年來(lái)，在我國(guó)IPv6網(wǎng)絡(luò)發(fā)展緩慢，“商業(yè)應(yīng)用匱乏”一直被業(yè)界認(rèn)為是主要原因。國(guó)家層面希望在下一代互聯(lián)網(wǎng)上爭(zhēng)取更多的技術(shù)話語(yǔ)權(quán)，以及物聯(lián)網(wǎng)的加速應(yīng)用，使得IPv6網(wǎng)絡(luò)盡快落地成為可能。以IPv6為技術(shù)基礎(chǔ)的下一代互聯(lián)網(wǎng)不但可以支持現(xiàn)有IPv4網(wǎng)絡(luò)上所提供的所有業(yè)務(wù)，還能充分支持豐富多樣、個(gè)性化、無(wú)處不在的各種創(chuàng)新業(yè)務(wù)。
1.P2P業(yè)務(wù)�，F(xiàn)今網(wǎng)絡(luò)上，大部分應(yīng)用采用的是“客戶(hù)端/服務(wù)器”的模式，只能在一個(gè)區(qū)域和一定的范圍內(nèi)進(jìn)行，而且由于地址有限，需要采用NAT等地址轉(zhuǎn)換技術(shù)，地址經(jīng)常變動(dòng)。IPv6有了足夠多的地址，可以長(zhǎng)期擁有一個(gè)IP地址，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)上所有設(shè)備的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)(P2P)通信，IPv6網(wǎng)絡(luò)上的游戲真正實(shí)現(xiàn)了P2P世界。而且IPv6的綜合業(yè)務(wù)平臺(tái)可以提供對(duì)安全、隱私和計(jì)費(fèi)的保障，將會(huì)極大增強(qiáng)在線游戲的P2P特性，為用戶(hù)帶來(lái)實(shí)時(shí)互動(dòng)溝通的真實(shí)體驗(yàn)，同時(shí)通過(guò)先進(jìn)的技術(shù)、安全的保障為經(jīng)營(yíng)者創(chuàng)造價(jià)值并確保經(jīng)營(yíng)的可靠性和穩(wěn)定性。
IPv6擁有無(wú)窮盡的海量地址，除了有助于促進(jìn)P2P業(yè)務(wù)模式的發(fā)展，更利于實(shí)現(xiàn)對(duì)稱(chēng)的實(shí)時(shí)的端到端的業(yè)務(wù)。這種模式伴隨Web2.0，網(wǎng)格等新型應(yīng)用可能給互聯(lián)網(wǎng)帶來(lái)全新體驗(yàn)。
2.家庭業(yè)務(wù)。IPv6具備海量地址，允許海量終端接入，業(yè)務(wù)也可以實(shí)現(xiàn)永遠(yuǎn)在線，這就有利于開(kāi)展家庭網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)家電、數(shù)字家庭、智能家居等業(yè)務(wù)。
互聯(lián)網(wǎng)在全球普及之后“家庭網(wǎng)絡(luò)”的概念開(kāi)始出現(xiàn)，但是IPv4地址的稀缺，導(dǎo)致無(wú)法為所有信息家電分配惟一的IPv4地址，只能利用諸如NAT、私有地址空間等技術(shù)來(lái)繞過(guò)這一限制，但復(fù)雜的設(shè)置和管理將嚴(yán)重阻礙用戶(hù)對(duì)于新技術(shù)的接受程度。
網(wǎng)絡(luò)家電是IPv6下一代網(wǎng)絡(luò)的重要應(yīng)用之一。所謂網(wǎng)絡(luò)家電，指通過(guò)個(gè)人電腦、PDA等信息設(shè)備可對(duì)連接在家庭網(wǎng)絡(luò)中的空調(diào)、電飯煲、微波爐、冰箱、電視、音響和照明設(shè)備等家用電器進(jìn)行遠(yuǎn)距離遙控。為了推行網(wǎng)絡(luò)家電標(biāo)準(zhǔn)，眾多家電廠商正在開(kāi)發(fā)面向IPv6的多種網(wǎng)絡(luò)家電產(chǎn)品，并進(jìn)行多項(xiàng)網(wǎng)絡(luò)家電的IPv6實(shí)證實(shí)驗(yàn)。
數(shù)字家庭是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)，各種家電通過(guò)不同的互連方式進(jìn)行通信及數(shù)據(jù)交換,實(shí)現(xiàn)家用電器之間的“互聯(lián)互通”,使人們足不出戶(hù)就可以更加方便快捷地獲取信息,從而極大提高人類(lèi)居住的舒適性和娛樂(lè)性。交互式網(wǎng)絡(luò)電視(IPTV)、有線數(shù)字電視、機(jī)頂盒、電腦娛樂(lè)中心、網(wǎng)絡(luò)電話、網(wǎng)絡(luò)家電、信息家電以及智能家居等，都是數(shù)字家庭的體現(xiàn)。
3.物聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)要通過(guò)射頻識(shí)別（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，進(jìn)行信息交換和通訊。
RFID(射頻識(shí)別)是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別工作無(wú)須人工干預(yù)，作為條形碼的無(wú)線版本，RFID技術(shù)具有條形碼所不具備的防水、防磁、耐高溫、使用壽命長(zhǎng)、讀取距離大、標(biāo)簽上數(shù)據(jù)可以加密、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)容量更大、存儲(chǔ)信息更改自如等優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用將給零售、物流等產(chǎn)業(yè)帶來(lái)革命性變化。由于IPv6的地址空間巨大，對(duì)于RFID來(lái)說(shuō)非常適合，IPv6的大量地址可以實(shí)現(xiàn)為每一個(gè)RFID分配一個(gè)地址，這在地址資源相當(dāng)匱乏的IPv4來(lái)看是難以想象的。
IPv6發(fā)展演進(jìn)建議
IPv6的引入被認(rèn)為是解決IPv4地址耗盡的根本和直接的解決方案，但I(xiàn)Pv6在實(shí)際引入上進(jìn)展緩慢，本質(zhì)上在于 IPv6還沒(méi)有帶來(lái)新的商業(yè)機(jī)會(huì)，而只是解決現(xiàn)有的地址問(wèn)題，而現(xiàn)有的替代性解決方案基本可以滿(mǎn)足運(yùn)營(yíng)商的實(shí)際部署需要,替換IPv6的推動(dòng)力不足。目前IPv6產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展尚不平衡，在終端用戶(hù)—網(wǎng)絡(luò)—業(yè)務(wù)的IPv6產(chǎn)業(yè)鏈條中，各相關(guān)角色都沒(méi)有足夠動(dòng)力去單獨(dú)推動(dòng)IPv6發(fā)展，并且網(wǎng)絡(luò)兩頭的終端、業(yè)務(wù)也是目前IPv6發(fā)展的最短板，但也是被用戶(hù)接受的核心環(huán)節(jié)。這都是目前IPv6發(fā)展面臨的困難，因此，IPv6發(fā)展任重而道遠(yuǎn)。
業(yè)界需要從整個(gè)產(chǎn)業(yè)的角度去考慮IPv6演進(jìn)的各種影響，從目前的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，至少要考慮以下幾個(gè)核心因素。
1.用戶(hù)因素。IPv6是對(duì)IPv4完全不兼容的新一代網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，在引入后要求對(duì)現(xiàn)網(wǎng)影響降低到最小，對(duì)用戶(hù)要求不感知。從以往的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，類(lèi)似于PSTN網(wǎng)絡(luò)改造，核心變了，但業(yè)務(wù)沒(méi)變，用戶(hù)使用習(xí)慣上沒(méi)有任何改變，這樣的網(wǎng)絡(luò)改造是用戶(hù)可接受的，是易于推廣的網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)方式。另外，新發(fā)展的IPv6用戶(hù)不能在訪問(wèn)原有的IPv4業(yè)務(wù)上存在限制，體驗(yàn)不能有大的降低，甚至在體驗(yàn)上要使用各種商務(wù)策略提高IPv6用戶(hù)的體驗(yàn)，這樣才能引導(dǎo)IPv4用戶(hù)向IPv6遷移。日本NTT在這里有較為成功的業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，從發(fā)展全新的IPv6業(yè)務(wù)品牌，把提升全面的業(yè)務(wù)體驗(yàn)和IPv6的緊密結(jié)合，到包裝下一代網(wǎng)絡(luò)的理念上，給終端用戶(hù)形成IPv6的下一代全新業(yè)務(wù)體驗(yàn)的概念，從而成功地推進(jìn)了IPv6的規(guī)模應(yīng)用。
2.業(yè)務(wù)因素。IPv6和IPv4是完全不兼容的協(xié)議，在IPv6的部署上需要考慮這個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。IPv6的初始部署業(yè)務(wù)選擇上，為了避免因兼容性造成的不利影響，宜采用從封閉型業(yè)務(wù)切入，如IPTV。封閉型業(yè)務(wù)互通性要求不高，沒(méi)有和現(xiàn)存的IPv4體系交互的要求，可以降低早期部署IPv6的難度，易于快速部署，對(duì)于IPv6引入早期，積累IPv6運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，是較為合適的切入業(yè)務(wù)選擇。
3.網(wǎng)絡(luò)因素。IPv6的網(wǎng)絡(luò)部署上，需考慮端到端實(shí)施，網(wǎng)絡(luò)各個(gè)層面的組網(wǎng)和設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、技術(shù)選擇、設(shè)備能力、廠商組成、IPv6支持能力等方面上存在較大差異，需要綜合考慮IPv6的可演進(jìn)方案。為了減少對(duì)現(xiàn)網(wǎng)的影響，在成本可接受的前提下，早期部署上可考慮新建專(zhuān)網(wǎng)或?qū)Ｓ迷O(shè)備，如采用獨(dú)立的IPv6網(wǎng)關(guān)接入IPv6用戶(hù)，這樣既可以避免IPv6早期部署上可能存在的各類(lèi)問(wèn)題對(duì)現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)的沖擊，也可以避免一次性升級(jí)所有的現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備支持IPv6，造成的短期改造成本過(guò)高難以實(shí)施，并且可以在新網(wǎng)絡(luò)新設(shè)備上采用獨(dú)立的維護(hù)管理人員，避免IPv6引入初期IPv6技術(shù)人員的短缺問(wèn)題。
4.成本因素。IPv6的引入是一個(gè)長(zhǎng)期的系統(tǒng)工程，應(yīng)該慎重考慮引入的時(shí)機(jī)和節(jié)奏，這需要權(quán)衡改造和升級(jí)的綜合成本。過(guò)早地切入IPv6，就必然要承擔(dān)和周?chē)h(huán)境互通的成本；過(guò)晚地切入，會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)遷移的總成本的增加。所以，短時(shí)間內(nèi)一蹴而就地將所有的網(wǎng)絡(luò)改造替換為支持IPv6的設(shè)備是不可取的；網(wǎng)絡(luò)不能切入IPv6，使得IPv6實(shí)際商用過(guò)程滯后，這也是不可接受的，IPv6的引入必須從成本維度把握引入的節(jié)奏。
IPv6的演進(jìn)不可能一蹴而就，注定是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程。IPv6的平滑演進(jìn)需要綜合考慮網(wǎng)絡(luò)端到端各個(gè)層面的水平維度，也需要綜合考慮用戶(hù)、業(yè)務(wù)、網(wǎng)絡(luò)、成本等多種因素的垂直維度，通過(guò)合理的規(guī)劃，循序漸進(jìn)地分階段分步驟逐步完成網(wǎng)絡(luò)IPv6演進(jìn)的各個(gè)組成部分。
通信世界周刊
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