IPv6发展概述

摘要　本文简要描述了IPv6的发展背景、进程及其技术特点，就几个关键技术和业务问题进行了讨论，并介绍了IPv6在我国的试验和发展情况，最后对IPv6的发展进行了展望。

关键词　IPv6　CNGI

1　IPv6概述

从电话入户到手机通信，从拨号上网到宽带接入，从话音通信到内容服务，从初级的增值业务到以短信为代表的移动数据业务，电信技术和网络的发展呈现给我们的是一种迅猛的发展轨迹。沿着这条轨迹我们可以看到，Internet及其所采用的IP技术的迅速普及和应用占有非常重要的地位。自从1995年原邮电部在全国范围内大规模建设Internet(CHINANET)之后，Internet用户在我国开始成倍地呈指数型增长。据CNNIC 2004年7月最新统计，中国的互联网用户已经达到8700万，国际出口带宽达到53.9Gbit/s。全球其它国家互联网近几年也是呈爆炸式的发展趋势。与此同时，目前互联网所采用的IPv4的局限性也越来越明显，因此加强对IPv6的研究并逐步商用也变得日益重要。

IPv4标准是20世纪70年代制定完成的，当时IPv4标准的设计者原本只是将其用于异种计算机互联的目的，因此既没有预料到IP网络会达到今天的发展速度和规模，更没有想到它能够和通信技术相融合并形成信息通信产业的一部分。事实上，在20世纪90年代初期，互联网的专家们已经首先意识到了IPv4地址容量不足的问题，因此开始了IPv6的研究和制定工作，并同时预言IPv6将会在90年代末进入商用。但由于版本的升级换代涉及到硬件、软件、兼容性、应用、成本、产业、需求等一系列的问题，更由于IETF同时也制定了包括CIDR和VLSM等在内的提高IPv4使用效率的一系列标准，使得IP网络一直采用IPv4标准到现在。然而随着新业务的不断发展，IPv4目前已逐渐不能满足需求。

IPv6标准的制订工作是从1992年开始的，经过了4年左右的发展时间，IPv6标准体系已经基本完善。在这个过程中，IPv6逐步优化了协议体系结构，为业务发展创造了条件。IPv6标准制定过程大致如下。

(1)1992年，IETF成立了IPNG工作组；

(2)1992-1994年，IPNG工作组收到了若干提案；

(3)1994年夏，IPNG工作组提出了下一代IP网络协议(IPv6)的推荐版本；

(4)1995年夏，IPNG工作组完成了IPv6的协议文本；

(5)1995-1999年完成了IETF要求的协议审定和测试；

(6)1999年成立了IPv6论坛，开始正式分配IPv6地址，IPv6的协议文本成为标准草案。

2　IPv6技术特点

与IPv4相比，IPv6主要在以下4个方面具有技术优势。

2.1　丰富的地址资源

IPv6拥有十分丰富的地址资源。IPv6的设计者将地址长度扩大了3倍，即从IPv4的32bit地址，扩展到了IPv6的128bit地址。应该说IPv6的地址是海量的，从人们的实际需求来看，很难将这样大的地址空间消费掉。当然从技术角度讲，并不是地址空间越大越好，因为地址越长，信息处理越复杂，传输效率也越低。对于IPv6实施而言，合理的地址规划尤其重要，因为这样将会提高地址的寻址效率，减小路由表中的路由条目，从而提高IP网络的性能。

2.2　QoS保证

从协议来说，IPv4考虑到了QoS问题，它的TOS字段就是用于区分服务类型，并以此来提供不同的服务。但目前的IP网基本没有使用该字段，依然是一个"尽力而为"的网络。IPv6在报头中保留了类似IPv4的TOS域，也称为传输级别域，以继续为IP提供差分QoS服务。同时新增了20bit流标记域，为源宿端快速处理实时业务提供可能。但由于管理困难，目前这种应用还需要进一步研究。

2.3　安全问题

IPv6在安全性与IPv4相比有更多的考虑。IPv6采用专用扩展头实施IPSec安全结构，用于网络层的认证和加密，为用户提供端到端安全。在IPv6中集成IPSec的意义主要在于业务中使用IPSec的便利性，使用户在部署IPv6网络的同时部署基于IPSec的安全体系。

2.4　移动性考虑

移动IPv6是IPv6标准的一个特色，它充分利用IPv6的技术本身的特点，更好地实现了IP的移动性。相对于移动IPv4，在移动IPv6中通过邻居发现自动配置等技术可以直接实现外地网络的发现以及转交地址的获得，而不必依赖于外地代理的存在。同时利用路由扩展头及新增的归属地址等选项优化了报文路径，减少迂回路由及减少源地址过滤等问题，并使移动节点的应用层对转交地址透明处理，实现无缝的移动。

3　IPv6在我国的发展

IPv6是伴随着下一代互联网(NGI)研究和试验而逐步得到应用和发展的。在国外，以美国Internet2的Abilene，亚太地区的APAN和欧共体的GEANT为连接主体，已经初步形成了大规模的NGI研究试验环境。该研究试验环境有2.5-10Gbit/s的主干网速度，提供多播、服务质量控制等多种网络服务，支持IPv6的研究开发，为下一代互联网提供重大应用服务。此外，在欧洲的30个国家中目前已经建设了26个国家性的科研、教育IPv6实验网，法国在其中所扮演的是领导者角色。法国电信1996年开始进行第一个IPv6路由器测试，2002-2004年，IPv6在甚高速网络的各个方面获得了较大的发展。对由IPv4向IPv6网络的过渡移植方面，法国电信研究中心已经开展了一系列的商业模式的应用。如视频通信、无缝移动业务、多播的IPv6业务等。

我国开展IPv6的研究工作相对较晚，但近几年国家自然科学基金委员会、教育部、中科院、"863"计划等都开展了相关课题和项目的研究，同时也广泛开展了与国际上有关国家在IPv6研究及下一代互联网建设等方面的合作和沟通，特别是连续几年在北京举办的全球IPv6高峰论坛，大大推动了IPv6在我国的研究和应用。今年已经是第三届高峰论坛，全球大部分在互联网方面有重要影响的知名学者和国际组织的负责人都出席了这次峰会。最近我国在IPv6及下一代互联网方面的研究和应用进入了一个新的阶段。

6TNet(IPv6 Telecom Trial Network)：6TNet即下一代IP电信试验网是由信息产业部电信研究院和天地互连信息技术有限公司联合发起的试验项目，有国内外电信运营商和厂商广泛参与并合作。该项目是面向商用试验为目标，致力于IPv6产业化进程中的关键技术研究、组网、过渡策略、协议标准制订、测试、业务开发及商业模型研究等，为下一步大规模的IPv6商用提供经验，加速中国IPv6产业化进程。该项目从2002年5月起建设了3个骨干节点和1个CPN节点，并连接至国际最大的IPv6试验网6Bone。网络节点间通过2.5Gbit/s光纤连接，运行Native IPv6协议，目前开展了多项应用，如IPv6视频会议和视频点播、IPv6网络监控系统、IPv6无线PDA、IPv4/IPv6双协议终端和服务器操作系统等。

　　CERNET2：第二代中国教育和科研计算机网CERNET2在2004年3月19日正式宣布开通并提供服务，这标志着我国下一代互联网研究取得重要进展。该网络运行Native IPv6协议，主干节点之间以2.5-10Gbit/s的传输速率相连，实现全国200多所高校的高速接入，为基于IPv6的下一代互联网技术提供了广阔的试验环境。CERNET2重点研究下一代互联网的核心网络技术，支持开发包括网格计算、多播视频会议、大规模虚拟现实环境、环境地震监测等重大应用。CERNET2还部分采用了我国具有自主知识产权的先进的核心路由器设备，进一步推动了我国下一代互联网产业的发展。

CNGI：CNGI即中国下一代互联网示范工程，是从2003年开始由国家发改委、科技部、信息产业部等8部委牵头，由中国工程院组织启动的，是实施我国下一代互联网发展战略的起步工程。我国主要的电信运营商，包括中国电信、中国移动、中国网通、中国联通和铁通，以及中科院和教育科研网都参与了CNGI的建设。中京邮电通信设计院作为大部分运营商的总体设计单位，也参与了CNGI工程方案设计。

作为前瞻性的示范工程，CNGI基于先进的光传输及交换技术，其主干网的传输速率最低为2.5Gbit/s，最高到10Gbit/s。用户接入网速率在l-10Gbit/s，核心节点具有为10个以上接入网或者驻地网提供接入服务的能力。从建设范围来看，初期建设的核心节点大约是20-30个左右，高速连接300个左右的大学、研究单位及企业的研发中心。CNGI采用IPv6协议，有服务质量保证和安全保证，同时还提供多播等功能。除此之外CNGI还要和国外下一代互联网实现2.5Gbit/s速率左右的高速互联，便于国内的新业务和国外实现互通和实验。

CNGI的业务特征主要有4个方面。一是高性能，如用于网格应用等；二是实时性，如视频和虚拟实验室；三是移动性，主要是指互联网技术如何在移动通信中得到应用，其中包括在3G网络如何引入IPv6的实验，在基于移动环境中如何实现高速端到端的多媒体应用，下一代网络中关于软交换的实验等；四是多播服务，如大规模视频会议。其中要实现这些业务需要解决的关键问题是安全、管理、质量、计费。因此，CNGI建成后也主要围绕着这几个方面来进行试验。当然首先要试验的是IPv4和IPv6之间的过渡，以及这两类网络所开展的业务的兼容问题。在提供多媒体业务方面，将要试验一些视频应用如大规模会议电视、远程教育、点播应用等。

CNGI项目不仅仅是一个试验网络，更重要的是它对我国的IPv6发展起到产业化的推动作用。依托CNGI试验网，可以积极进行技术探索，完成网络业务互通的试验，推动国内IPv6标准的制定，积累运营和维护经营，发展IPv6的商用业务模式等。此外对于NGN和3G发展也会产生积极影响。

4　IPv6发展中几个主要问题

尽管IPv6在我国有了上述的很大进展，但要真正大规模进行网络建设并逐步走向商用还有很长一段路要走，需要做大量的工作。其中如下几个主要问题需要重点关注。

4.1　与IPv4协议的兼容和互通

由于目前商用的IP网络都是IPv4的网络，因此必须考虑IPv6与IPv4的兼容和互通技术。在这方面的技术相对比较成熟，主要有3种，一种是双栈技术，它是指网络设备同时支持IPv6和IPv4协议栈，应用程序依靠DNS地址解析返回的地址类型来决定使用何种协议栈。双协议栈的策略是假设DNS服务器能解析IPv6地址，比较方便地用于IPv6网络与IPv4网络的兼容，但设备同时运行两套协议，需要的处理能力要高。另一种是隧道技术，它是通过在一种协议中承载另一种协议，实现跨越不同域的互通，包括IPv6 in IPv4、IPv6 in MPLS、IPv4 in IPv6等隧道类型，根据技术和应用场景的不同，这些隧道可用于IPv6用户之间通过IPv4网络实现互通或相反。第三种是协议转换技术即NAT-PT，例如当用IPv4网络承载时，它既完成将IPv6地址转换为IPv4地址，又要完成IPv6与IPv4头标内容的改变。通过部署NAT-PT，运营商可以平滑地建设可以承载IPv6业务的网络。

4.2　IPv6业务开展

业务是IPv6能否成功的关键，也是IPv6网络遇到的最大挑战。换言之，需要有需求的"杀手级"IPv6业务和应用，这样才能促使运营商大力推进IPv6的建设和商用化。对于有些应用而言，尽管目前也可以在IPv4网络中得到支持，但可能会存在穿越NAT及地址不足等问题，与其这样倒不如尽早采用IPv6协议。现在有关厂商陆续开发了一些基于IPv6的多媒体产品，但基本上处于试验和演示阶段，成熟的电信级IPv6业务产品相对比较缺乏，这为运营商提供NGI业务造成了障碍。事实上，在采用IPv6协议的试验网上已经开展了包括视频、多媒体通信等多种业务，但这些业务的大量需求还有待于启动和培养。此外，业务管理、用户认证等运营方面的问题也需要进一步的研究和探索。

4.3　IPv6国产核心设备的研制和商用

虽然IPv6实施的速度大为加快，但从整体来看，包括支持IPv6的大容量高速路由器在内的一些关键性的核心设备还没有完全成熟，特别是对于下一代网络的建设应该立足于国产的设备，因此国内电信设备制造商任重道远。据了解，正在实施的CNGI试验网一个主要的特点就是重视硬件和软件的开发和研究，为国产设备提供试验和与国外设备及系统互联的环境，进而带动国内通信和计算机产业的发展。此外该试验网还着眼于标准的研究和自主知识产权的培育，这充分说明了民族产业在下一代网络建设中的重要地位和作用。

5　IPv6发展展望

无数事实证明，任何一项技术或者业务要得到大规模发展离不开两个因素，第一个因素是技术是否成熟，第二个因素是不是有市场需求。IPv6的发展同样如此。事实上IPv6标准体系形成已经近10年，当时在1995年邮电部大规模建设163网的时候，许多业内专家就预计1998年左右IPv6会实施，但事实证明到现在为止，IPv6才刚刚开始有了比较大的进展，这说明当时对于IPv6的需求还不够。另外，许多技术特别是一些路由器及服务器的技术，当时还难以支持IPv6的实施和运行，而目前情况则大为不同。随着下一代网络、3G、宽带以及各种新业务的发展，对IPv6也有了非常大的需求，同时IPv6以及IPv6与IPv4网络的兼容和过渡技术已经逐步成熟，可以说IPv6面临着非常好的发展时机。

从我国各大运营商跟进速度和规划规模来看，到2005年底，各运营商将会逐步建设起规模不同的IPv6网络，同时还会将现有一些业务过渡到网络中来。可以预见，在未来的两三年时间里，IPv6的相关产品将极大地丰富起来，IPv6的应用也将逐步由试验网转向商用网。

作者：张同须 来源：中国联通网站