IPv6网络技术发展现状与策略

铁通公司 陈 琦

　　IPv6作为下一代互联网的必行标准，1994年被IETF（互联网工程任务组）最先提出来的，并同时由它负责制定和完善。中国被公认为IPv6最有发展需求和环境的国家。目前国内从科技管理部门、相关研究实体和部分企业团体已经开展了有关IPv6较为广泛的研究。2002年，全球IPv6高峰论坛在中国北京召开。这都很大程度上促进了中国在新一代互联网的进展。然而，现实的商业和技术利益使理论上的趋势和现实发展的步伐存在很大的距离。IPv6如何真正从技术界走向产业化、实用化，真正在业务的驱动下取得螺旋式发展，中国如何能在发展IPv6的进程中获得最大的经济社会效益，是关系IPv6发展前景和中国网络信息产业繁荣的重要问题。我们认为作为互联网发展的趋势IPv6取代IPv4在理论上是时间的问题，但在实践上，却受许多因素的影响，尤其是保护已有投资、拓展新业务、形成新的利益成就点是设备开发商、网络运营商、业务提供商十分关心的问题。从某种程度上讲，这些问题的有效解决是IPv6真正成为现实网络的策略基础。

一、IPv6的特点

　　IPv6针对IPv4的缺点不是简单的升级，而是具有全新技术性能和应用概念的新设计。

　　1．地址空间的扩展

　　IPv6协议将IP地址数位从32位扩大到128位，形成了一个巨大的地址空间。在一段可以预见的时间内，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，彻底解决了IPv4地址不足的问题。同时IPv6采用了分级地址模式，地址层次丰富，采用了增强可聚合性的地址分配策略。IPv6的这种分层结构地址使得路由表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，通过合适的查找算法就可以减少处理的延时。而且IPv6的40字节固定报头也方便硬件查找路由。IPv6支持更多的层次结构还支持一些新业务，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。

　　2. 地址的自动配置

　　IPv6另一个基本的特征就是支持无状态和有状态两种地址自动配置方式。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来获得一个局部连接地址（前缀为fe80::0/64）。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(路由网络前缀+MAC地址)。有状态配置，如DHCP（动态主机配置协议），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．内置的安全性

　　IPv6协议内置安全机制，并已经标准化为IPsec。它支持对企业网的无缝远程访问，例如公司虚拟专用网络的连接。即使终端用户使用“总是在线”接入企业网，这种安全机制也是可行的。这种“总是在线”的服务类型在IPv4中是无法实现的。IPsec提供认证和加密两种服务。认证（AH）用于保证数据的一致性，而封装的安全附载报头（ESP）用于保证数据的保密性和数据一致性。在IPv6包中，AH和ESP都是扩展报头，可以同时使用，也可以单独使用其中一个。

　　4．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的优点体现在能提供不同的服务。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。尽管对这个流标志的准确引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。

　　5．移动性

　　IPv6定义了在IP层实现的移动支持协议，即移动IPv6。移动IPv6在新功能和新服务方面可提供更大的灵活性。每个移动设备都可以分配到一个家乡地址(home address)和一个转交地址(care-of address)，通过家乡地址和转交地址之间的匹配转换能使IPv6包透明地路由给移动节点，具有比IPv4下移动协议更高的路由效率。此外，移动IPv6能够通过简单的扩展，满足大规模移动用户的需求。这样，它就能在全球范围内解决有关网络和访问技术之间的移动性问题。

　　6．分组头的简化

　　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的一个主要改进之处，它有助于弥补IPv6长地址占用的带宽，减少网络开销。IPv6的16字节长度是IPv4地址字段长度4倍，但IPv6报头的总长度只有IPv4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，在路由器过程中不对数据包进行分割，从而进一步减少了路由负载。IPv6的另一个优点就是，在需要的时候能够在基本报头的后面放置扩展报头，提高了路由能力。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。

二、IPv6发展现状

　　在IPv6已确定为下一代互联网IP层技术的情况下，世界各国对IPv6技术的研究十分重视。目前对IPv6的研究范围主要涉及用于主机的单独IPv6协议栈软件、用于主机的支持IPv6的操作系统、独立的路由协议软件、用于路由器的支持IPv6的操作系统、应用程序实现以及硬件支持IPv6的路由器产品。国际上众多机构的研究内容重点不同，各具优势。世界上在IPv6的研究和应用方面比较领先的主要是美国、日本和欧洲等发达国家和地区。

　　1．国外发展情况

　　1996年，IETF建立了全球范围的IPv6实验床6Bone，一个重要的设计目标是实现IPv6与网络中现行的IPv4协议兼容，现在6Bone已经扩展到全球54个国家和地区，共917个节点，成为IPv6研究者、开发者和实践者的主要平台。到1998年年初，IPv6协议的基本框架已经逐步成熟，在越来越广泛的范围内得到实践。1998年，面向实用的全球性IPv6研究和教育网(6REN)启动，建立了物理的以ATM为中心的IPv6洲际网。1999年以后，IPv6协议基本确定。2000年5月，3G标准化组织3GPP采纳IPv6为多媒体服务的必选协议，这意味着3GPP移动网络中IP多媒体领域将全部基于IPv6，IPv6将在未来全蜂窝网络中发挥核心的作用。

　　美国由于是IPv4的发源地，因此无论在地址资源和商业应用方面都占据了先天的优势。 1992年美国政府主导的“下一代互联网计划”研究和1996年美国国家科学基金会设立的“下一代因特网”研究计划（NGI）中均包括IPv6研究计划。研究和开发IPv6的主要组织如IETF、6Bone等都在美国。但是，由于全世界74%的IP地址为美国所占有，在地址资源的分配与管理上美国也拥有一套更为完善的制度，因此目前既没有地址短缺的忧虑，又很不愿意改动花费亿万美金构建的IPv4商业网络体系，所以目前主要是以世界IPv6研究、协调中心的面目出现的，在IPv6的商业化推广方面的力度却没有欧洲和日本大。

　　欧洲国家政府在推广IPv6方面发挥着重要的作用，欧盟国家制定统一政策，对支持IPv6的产品实行减税和市场资讯方面的扶持。欧洲移动通信事业相当的发达，因此他们在IPv6的研究和商业化应用方面更注重在通讯领域的拓展。制订下一代移动通信系统"IMT-2000"标准的3GPP（third generation partnership project），已经在2000年5月份决定在下一代移动技术的基本协议中采用IPv6，使IPv6成为必须遵循的标准。诺基亚、爱立信、法国电信、英国BT Wireless等欧洲公司一直是IPv6研究方向的主要引导者。2001年4月，诺基亚在第二届中国IPv6高级研讨会上展示了其移动IPv6演示系统。2001年5月，诺基亚宣布该公司所有产品都将支持IPv6，它的3G Mobile Packet Core 也将从提供商用服务的第一天起对应IPv6。2002年4月，在中国举行的IPv6全球峰会上，诺基亚展示了其最新的移动IPv6成果。法国电信的研究部门与芬兰诺基亚公司于2001年11月28日宣布，将共同制订法国电信集团向下一代IP协议IPv6过渡的战略与日程表。合作分为IPv6路由、转发、供应之间的相互运用、向IPv4/ IPv6过渡机制、诺基亚IP网络安全产品测试等阶段。

日本是Internet的后起国家，由于电子设备、信息家电产业的高度发达，因此产生了对IP地址的迫切需求，所以它在IPv6研究和应用方面，步伐大，速度快，而且在IPv6商业化推广方面几乎走在世界前列。日本政府制定的IT基本战略提出在5年内使日本成为全球最先进的IT国家的目标。为此日本政府专门成立了“官产学研组织”，致力于IPv6产业化的各项工作，其中以日立公司的IPv6路由器产品为代表。2000年4月，日立推出了支持IPv4/IPv6的千兆比特路由器GR2000，同年12月由GR2000路由器接入GbE/OC48POS的高速大型日本本国IPv6网络正式启动。2000年10月，日本IIJ（Internet Initiative）公司和NTT通讯（NTT COM）、NEC、KDDI和 JENS等公司都宣布开始提供IPv6服务。在2002年北京国际通信展上，NEC和日立公司分别展示了IPv6的多播和GR2000路由器。

　　目前 FreeBSD、Solaris、Linux、Unix上都已经有了IPv6协议栈的实现，在去年的IPv6全球论坛上，思科和微软几乎同时宣布把对IPv6的支持作为今后的战略重点。Cisco于2001年4月宣布提供支持“IPv6”的路由器产品用固件“IOS 12.2T”。微软在去年下半年完成了IE浏览器对IPv6的支持后，也提供了Windows NT和Windows 2000平台的IPv6协议栈，并且在今年进一步推出了支持IPv6和IPsec的Windows XP操作系统。业界人士认为：思科和微软的支持真正将IPv6技术带到了商用化的边缘，围绕IPv6的产品和技术竞争将会比去年激烈数十倍，这对IPv6的全面推广极为有利。

为了推动IPv6在全世界的发展，由Cisco、 Nortel、Microsoft、Lucent、Nokia、3Com等公司联合发起成立了IPv6论坛，并从1999年开始，每年举行2～3届IPv6全球峰会。到目前为止，IPv6论坛分别在法国、美国、西班牙、日本、加拿大、中国召开了IPv6全球峰会，并与3GPP以及欧洲通信标准委员会建立了合作关系，这对普及IPv6产生了巨大推动作用。

　　2． 国内发展情况

　　IPv6协议的一系列标准都是新颁布不久，并且还存在大量需要完善的内容，这为我国开展此领域的研究和产业化工作提供了很好的发展环境。初期国内主要由教育研究机构推动IPv6的研究，并逐步形成了规模的政府推动。1998年6月我国国家教育科研网CERNET加入了6Bone，并于同年12月成为其骨干成员。CERNET建立了IPv6试验床并在IPv6领域开展了许多开拓性的研究；1999年亚太地区先进网络APAN与中国建立了连接；从1999年底，中国教育和科研网与诺基亚合作，启动了Internet 6计划，在中国的若干高校搭建IPv6网络，形成一个大规模的IPv6研究和试验网络；2000年11月，贝尔实验室与中国科学院软件研究所签署了合作协议，联合成立实验室，初期启动合作项目为IPv6协议的研究。

　　2001年以来，国家计委、科技部、自然基金委、信息产业部相继启动关于IPv6的研究项目。如2002年863高性能IPv6路由器重大研究项目分为硬件、协议栈软件以及测试三个子课题完成了招标工作，其它有关IPv6网络安全和服务质量的重大课题也相继公布。

三、过渡技术及演进策略

　　中国是公认的迫切需要发展IPv6的国家，需要从技术和经济上给予IPv6高度重视。由IPv4向IPv6的过渡技术和演进策略是设备制造商、网络运营商及业务提供商关注的重点。向IPv6过渡在技术上包括双协议栈、地址翻译、隧道三种。它们对于不同组网和通信需求具有各自的特点：双协议栈是保护现有投资，为客户提供新协议体现的有效方式；地址翻译可以帮助IPv6和IPv4节点间的通信；隧道方式则能解决借助IPv4网络连接分散的IPv6节点，或利用IPv6网络连接分散的IPv4节点。

　　为保护现有投资，必须制定合理的网络演进策略。我认为在制定这一策略时应立足长远发展目标，从信息战略高度重视中国对IPv6机遇的把握，通过政策扶植和产业调整推动其发展。向IPv6网络过渡在策略上应当分为三个阶段：即投资型示范网络阶段，初步商业阶段（首批领域业务），大规模发展赢利阶段。初期需要政府在IPv6发展上给予引导和政策支持，创造良好的研究和产业推动环境，形成具有核心自主知识产权的技术资本，并有选择的通过开发新业务建立纯IPv6投资型示范网络，探索赢利模型；第二步使用过渡技术在保证现有业务应用和经营体制正常运转的前提下，减少纯IPv4网络建设和业务开发，转而推动双协议栈的混合模型，启动初步商业阶段，积累新协议网络运营经验；第三步，将示范网的成功模型引入双协议栈网络，通过多次反馈调整技术和赢利模型，并予以推广，最后在取得经验的成果上，迅速扩大示范网规模为商业IPv6网络，联合双协议栈网络逐步取代纯IPv4网络，最终完成IPv6的商业过渡。在整个过程中，基于IPv6的新应用和业务模型是吸引资本投资，加速完成商业演进的关键。

　　IPv6从趋势变成现实，不能够等待IPv4因自身发展受限的让位，在技术上得以保障的前提下，业务和市场是真正使IPv6得以广泛应用的条件。我认为能对IPv6产生巨大需求的应用至少要满足以下两个特征：大量的IP地址消耗和对端到端的支持。这是我们在建设纯IPv6示范网络时，为选择业务开发和商业经营模型而必须要考虑的。基于移动IPv6的多媒体业务网络满足了这两个特征，综合体现了IPv6的新特性，将可以成为一个具有巨大发展潜力的新业务增长点。

----《通信世界》