IPv6：随时随地的纽带 移动互联网的基石

——诺基亚2001年第二届中国IPv6高级研讨会上，来自国内外的著名专家和企业家对IPv6和移动IPv6技术的最新发展及其在互联网和第三代移动通信（3G）中的作用进行了深入探讨。诺基亚认为，IPv6是建设移动信息社会的一块重要基石，是集移动性、安全性和质量为一体的最佳选择。可以说，未来的移动互联网世界将会因IPv6而更加精彩。

——一、移动信息社会正在变成现实

——目前先进的高速数据传输网络正在建设中，用不了多久就会有大量新颖而有趣的服务供移动用户选择。然而这些新服务的出现必将大量地增加对IP地址的需求，到时候，不仅移动电话和其他个人电子设备需要IP地址，那些需要通过互联网交换信息的设备，如汽车、自动售货机、家用电器和其它机器设备等都必须有IP地址。

——此外，无线通信的快速发展推动着互联网进入第二个发展阶段。目前，移动用户已经可以通过无线方式访问Web页面并收发电子邮件，或者通过移动电话或其他设备享受数据互连服务。通用分组无线业务（GPRS）、第三代移动通信和其它基于包交换的移动网络都将为移动用户提供永久性的IP连接，这些都对IP地址的供求形成了新的压力。现行的IP协议版本4（IPv4）因其自身的物理数据结构所限已经不能满足如此巨大的地址需求。

——IPv6扩展了地址空间，它的128位地址与IPv4的32位地址相比，几乎可以无限制地提供新IP地址。扩展后的IP地址量甚至足够为地球上每一粒沙子分配一个独立地址。除了能够提供更大的地址空间外，IPv6还具备其它重要的优点，如支持规模更大的网络结构，改进了数据的安全性和完整性，具有自动配置、移动计算、数据组播和更有效的网络路由聚合（aggregation）等功能。

——IPv6的优势被业界广为认可，并且已经着手IP协议的演进工作。1994年互联网工程任务组（IETF）批准了推荐下一代IP协议（IPv6）成为标准协议的建议。之后，很多厂商着手进行开发和测试项目，所有主要路由器生产商都承诺在其产品中增加支持IPv6的部分。估计在技术演进的第一阶段，将会出现多种不同类型的混合网络，然后逐渐进化到纯IPv6网络。

——二、互联网现状

——目前互联网的主要服务是WWW浏览和收发电子邮件。这种服务的交互式连接是由用户端发起的，因此不需要自终端用户至网络的永久连接，而且目前的互联网也无法这么做，其原因是：

——．互联网是为那些从服务器上获取信息的服务而建设的；

——．用户采用拨号方式访问公共互联网，其间的连接由用户端发起；

——．很多公司在内部Intranet和公共互联网之间设置了网络地址翻译器（NAT），它能够对外屏蔽公司内部终端的IP地址，因此不能提供基于网络发起的服务。 

——IPv4支持的40亿个IP地址在全球分布得很散，且使用效率不高。因此在现有IPv4网络中，网络地址翻译器是其基本模块。它能够在公共网络和专用网络之间进行地址转化，从而减少对公共IP地址的需求。

——尽管网络地址翻译器能够推迟IP地址耗尽的时间，但其他新的应用正在不断地对网络中的地址和操作方式提出更多的要求。为了应对这些挑战，IPv4网络中加入了应用层网关（ALG）功能。应用层网关可以控制应用信号流，从而建立和维护私有域和公共域之间的连接。但随之也带来了一些问题，如无法保证端到端的安全连接等。

——由网络或者个人之间发起的连接可能会创造出许多创新性的互联网服务。语音已经可以通过互联网传输，通过互联网实现视频会议和视频播放也正在实验中，这些都是一些很有前景的应用。如果能够找到一种方法，使得从公共互联网到最终用户之间的连接不经过用户干预就能够快速建立起来，那么所有这些新的服务就能够以更快的速度、更简单的使用方式提供给用户。

——三、新的挑战

——开发互联网的新功能和服务模式的另一个动力来自最终用户。随着用户期望值的升高，他们对服务的评价能力也越来越强，不再满足于目前能得到的这些内容。现有互联网的改进，如缩短连接时间，仅有助于满足某些用户需求，但不能实现实时个人通信。对于所有的实时服务来说，“总是在线”（always-on）的连接模式将为互联网带来实质性的变化，不仅能够提高向最终用户提供服务的质量，同时也会增加运营商的收入。诺基亚预见到，享用这种随时随地移动互联网服务的世界将是移动信息社会。它将缩短人们日常活动的时间和工作量，还会创造更多的机会，帮助我们最大程度地利用一切资源。在未来快速移动的世界里，许多今天还无法想象的服务将带给人们更大的灵活性、更多的方便和自由。

——诺基亚承诺开发那些能够实现移动信息社会的关键技术，并且正在通过移动技术和互联网的结合营造一种新的复合型商业模式。大多数时候，商家只提供用户想要的内容，并告诉他们在何时何地何种情况下需要这些内容。当考虑将互联网装入每个人的口袋时，移动电话自然是最佳选择。移动电话将成为移动信息社会的核心。诺基亚预计在2002年末，将有超过10亿的移动电话用户。为了能够让这些移动电话用户享用移动信息社会的新服务，所有这些移动电话都会被接入互联网。

——四、IPv6使移动互联网成为可能

——1．IPv6的寻址和路由方法

——IPv6的128位地址形成了一个巨大的地址空间。在一段可预见的时期内，它能够为所有可以想象出的网络设备提供一个全球唯一的地址。128位地址空间包含的准确地址数是340
282 366 920 938 463 463 374 607 431 768 211 456个。

——同时，IPv6能为主机接口提供不同类型地址的自动配置。

——聚类全球单播地址（aggregatable
global uniast）是默认的IPv6地址。这种地址类型是基于分层的网络拓扑结构。分层网络拓扑结构的底层是互联网服务提供商（ISP），之上是客户网络和它的子网。

——128位地址分成前缀和后缀两部分，各64位。其中64位后缀地址由设备接口来定。IPv6主机并不需要了解这种地址的层次结构，因此它对网络安全有很大的好处。为了保证同外部互联网通信时的安全，公司的工作站可以使用定点地址。当需要在相邻的路由器之间安全地传送路由拓扑信息时，还可以使用局部连接地址。组播地址也属于这种分层地址结构，而且被用于地址的自动配置。

——另外，这种地址结构还支持一些新服务，如优化的IP层移动或广播服务。在IPv6互联网网络上，这些服务一开始就可以在全球范围内实现。而IPv4就几乎没有这种灵活性。

——IPv6的这种分层地址结构也使得路由器可以使用多个可聚类的短路由表，每个路由表中存放适量数目的记录。IPv4有一个特点是其路由表内容呈指数级增长，从而增加了每个数据包的处理延迟。而在IPv6中，这种处理延迟已不再是一个限制因素。

——IPv6同时改进和提高了IP包的基本报头格式。这种简化的包结构是对IPv4的一个主要改进，它有助于弥补IPv6长地址占用的带宽。IPv6的16字节地址长度是IPv4的4字节地址长度的4倍，但IPv6报头的总长度只有IPv4报头总长度的2倍。

——IPv6报头所含字段少，而且报头长度固定。这些特点使路由器的硬件实现更加简单。与IPv4不同，IPv6网络中的路由过程不对数据包进行分割，从而进一步减少了路由负载。这些改进使IPv6能够在一个合理的开销范围内适应互联网流量的指数级增长。

——IPv6的另一个优点是在需要的时候能够在基本报头的后面放置扩展报头，如IP安全报头能够提高端到端的安全性。其它扩展报头包括路由报头、分断报头、认证报头和信宿报头等。

——IPv6及其报头结构能够在全球骨干网一级满足更大规模的网络结构需求，并且它提高了安全性和数据的完整性，支持自动配置、移动计算、数据组播和更有效的网络路由聚类。

——2．自动配置

——IPv6还有另一个基本特性就是它支持无状态和有状态两种地址自动配置的方式。无状态地址自动配置方式是获得地址的关键。在这种方式下，需要配置地址的节点使用一种邻居发现机制获得一个局部连接地址。一旦得到这个地址之后，它使用另一种即插即用的机制，在没有任何人工干预的情况下，获得一个全球唯一的路由地址。有状态配置机制，如动态主机配置协议（DHCP），需要一个额外的服务器，因此也需要很多额外的操作和维护。

——3．服务质量

——服务质量（QoS）包含几个方面的内容。从协议的角度看，IPv6与目前的IPv4提供相同的QoS，但是IPv6的优点是能够提供不同的服务。这些优点来自于IPv6报头中新增加的字段“流标志”。有了这个20位长的字段，在传输过程中，中间的各节点就可以识别和分开处理任何IP地址流。尽管对这个标志的准确应用还没有制定出有关标准，但将来它会用于基于服务级别的新计费系统。

——在其它方面，IPv6也有助于改进服务质量。这主要表现在支持“总是在线”连接、防止服务中断以及提高网络性能方面。从另外角度来看，更好的网络服务质量提高了客户的期望值和满意度，使我们和客户的关系更上一层楼。

——4．移动性

——移动IPv6（MIPv6）在新功能和新服务方面可提供更大的灵活性。每个移动设备设有一个固定的家乡地址（home
address），这个地址与设备当前接入互联网的位置无关。当设备在家乡以外的地方使用时，通过一个转交地址（care-of
address）来提供移动设备当前的位置信息。移动设备每次改变位置，都要将它的转交地址告诉给家乡地址和它所对应的通信节点。在家乡以外的地方，移动设备传送数据包时，通常在IPv6报头中将转交地址作为源地址。

——移动节点在家乡以外的地方发送数据包时，使用一个家乡地址目标选项，目的是通过这个选项把移动节点的家乡地址告诉给包的接收者。由于在该数据包里包含家乡地址的选项，接收方通信节点在处理这个包时就可以用这个家乡地址替换包内的转交地址。因此发送给移动节点的IPv6包就透明地路由到该节点的转交地址处。对通信节点和转交地址之间的路由进行优化就会使网络的利用率更高。

——基于移动IPv6协议集成的IP层移动功能具有很重要的优点，尤其是在移动终端数量持续增长的今天。尽管IPv4中也存在一个类似的移动协议，但二者之间存在着本质的区别