IPv6讓所有的設(shè)備都上網(wǎng)

yuheliu 2006-06-14

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IPv6讓所有的設(shè)備都上網(wǎng)



■IPv4 20世紀(jì)的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、語(yǔ)音/數(shù)據(jù)的集成以及嵌入式互連設(shè)備的快速發(fā)展，以互聯(lián)網(wǎng)為核心的未來(lái)通信模式正在形成。到目前為止，互聯(lián)網(wǎng)取得了巨大的成功，而這很大程度上歸功于其核心通信協(xié)議IPv4的高度可伸縮性。IPv4的設(shè)計(jì)思想成功地造就了目前的國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)，并容納了過(guò)去十年中網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)，其核心價(jià)值體現(xiàn)在以下方面：簡(jiǎn)單、靈活和開(kāi)放性。　　但是，新應(yīng)用的不斷涌現(xiàn)使互聯(lián)網(wǎng)呈現(xiàn)出新的特征，傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議版本，即IPv4,已經(jīng)難以支持互聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)一步擴(kuò)張和新業(yè)務(wù)的特性，比如實(shí)時(shí)應(yīng)用和服務(wù)質(zhì)量保證。IPv4的不足體現(xiàn)在以下方面：　　1.有限的地址空間IPv4協(xié)議中每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口由長(zhǎng)度為32位IP地址標(biāo)識(shí)，這決定了IPv4的地址空間為232,大約理論上可以容納43億個(gè)主機(jī)，這一地址空間難以滿足未來(lái)移動(dòng)設(shè)備和消費(fèi)類電子設(shè)備對(duì)IP地址的巨大需求量。加之存在地址分配的大量浪費(fèi)，有預(yù)測(cè)表明，以目前Internet發(fā)展速度計(jì)算，所有IPv4地址將在2005～2010年間分配完。　　在二十世紀(jì)九十年代的研究人員已經(jīng)意識(shí)到了IP地址空間以及分配存在的問(wèn)題，并開(kāi)發(fā)了一些新技術(shù)來(lái)改善地址分配和減緩IP地址的需求量，比如CIDR和NAT。這些技術(shù)一定程度上緩解了地址空間被耗盡的危機(jī)，但為基于IP的網(wǎng)絡(luò)增加了復(fù)雜性，并且破壞了一些IP協(xié)議的核心特性，比如端到端原則，因此不能從根本上解決IPv4面對(duì)的困難。　　2.路由選擇效率不高IPv4的地址由網(wǎng)絡(luò)和主機(jī)地址兩部分構(gòu)成，以支持層次型的路由結(jié)構(gòu)。子網(wǎng)和CIDR的引入提高了路由層次結(jié)構(gòu)的靈活性。但由于歷史的原因，IPv4地址的層次結(jié)構(gòu)缺乏統(tǒng)一的分配和管理，并且多數(shù)IP地址空間的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)只有兩層或者三層，這導(dǎo)致主干路由器中存在大量的路由表項(xiàng)。龐大的路由表增加了路由查找和存儲(chǔ)的開(kāi)銷，成為目前影響提高互聯(lián)網(wǎng)效率的一個(gè)瓶頸。同時(shí)，IPv4數(shù)據(jù)包的報(bào)頭長(zhǎng)度不固定，因此難以利用硬件對(duì)提取、分析路由信息，這對(duì)進(jìn)一步提高路由器的數(shù)據(jù)吞吐率也是不利的。　　3.缺乏服務(wù)質(zhì)量保證IPv4遵循Best Effort原則，這一方面是一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樗笽Pv4簡(jiǎn)單高效；另一方面它對(duì)互聯(lián)網(wǎng)上涌現(xiàn)的新的業(yè)務(wù)類型缺乏有效的支持，比如實(shí)時(shí)和多媒體應(yīng)用，這些應(yīng)用要求提供一定的服務(wù)質(zhì)量保證，比如帶寬、延遲和抖動(dòng)。研究人員提出了新的協(xié)議在IPv4網(wǎng)絡(luò)中支持以上應(yīng)用，如執(zhí)行資源預(yù)留的RSVP協(xié)議和支持實(shí)時(shí)傳輸?shù)腞TP/RTCP協(xié)議。這些協(xié)議同樣提高了規(guī)劃、構(gòu)造IP網(wǎng)絡(luò)的成本和復(fù)雜性。　　■IPv6下一代的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議為了克服IPv4的以上不足，IETF從九十年代初開(kāi)始制定IPv6協(xié)議，1998年IPng工作組正式公布RFC2460標(biāo)準(zhǔn)。IPv6繼承了IPv4的端到端和盡力而為的基本思想，其設(shè)計(jì)目標(biāo)就是要解決IPv4存在的問(wèn)題，并取代IPv4成為下一代互聯(lián)網(wǎng)的主導(dǎo)協(xié)議。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，IPv6具有了以下特征：　　1.128位地址空間IPv6的地址長(zhǎng)度由IPv4的32位擴(kuò)展到128位，據(jù)預(yù)測(cè)，這樣龐大的地址空間可以在2020年之前滿足互聯(lián)網(wǎng)的增長(zhǎng)，即使所有的移動(dòng)電話和手表都分配一個(gè)IP地址并聯(lián)入國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)。另一個(gè)值得考慮的因素是地址分配。IPv4時(shí)代互聯(lián)網(wǎng)地址分配的教訓(xùn)使人們意識(shí)到即使有128位的地址空間，一個(gè)良好的分配方案仍然非常關(guān)鍵。因此，有理由相信在IPv6時(shí)代IP地址可能會(huì)得到更充分的利用。　　2.改進(jìn)的路由結(jié)構(gòu)IPv6采用類似CIDR的地址聚類機(jī)制層次的地址結(jié)構(gòu)。為支持更多的地址層次，網(wǎng)絡(luò)前綴可以分成多個(gè)層次的網(wǎng)絡(luò)，其中包括13比特的TLA-ID、24比特的NLA-ID和16比特的SLA-ID。一般來(lái)說(shuō)，IPv6的管理機(jī)構(gòu)對(duì)TLA的分配進(jìn)行嚴(yán)格管理，只將其分配給大型骨干網(wǎng)的ISP，然后骨干網(wǎng)ISP再可以靈活地為各個(gè)地區(qū)/中小ISP分配NLA，而用戶從中小ISP獲得地址。這樣不僅可以定義非常靈活的地址層次結(jié)構(gòu)，同時(shí)，同一層次上的多個(gè)網(wǎng)絡(luò)在上層路由器中表示為一個(gè)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)前綴，這樣可以顯著減少路由器必須維護(hù)的路由表項(xiàng)。按照13比特的TLA計(jì)算，理想情況下一個(gè)核心主干網(wǎng)路由器只須維護(hù)不超過(guò)8192個(gè)表項(xiàng)。這大大降低了路由器的尋路和存儲(chǔ)開(kāi)銷。　　同時(shí)，IPv6采用固定長(zhǎng)度的基本報(bào)頭，簡(jiǎn)化了路由器的操作，降低了路由器處理分組的開(kāi)銷。在基本報(bào)頭之后還可以附加不同類型的擴(kuò)展報(bào)頭，為定義可選項(xiàng)以及新功能提供了靈活性。　　■IPv6高效的互聯(lián)網(wǎng)引擎引人注目的是，IPv6增加了許多新的特性，其中包括：服務(wù)質(zhì)量保證、自動(dòng)配置、支持移動(dòng)性、多點(diǎn)尋址（Multicast）、安全性。　　基于以上改進(jìn)和新的特征，IPv6為互聯(lián)網(wǎng)換上一個(gè)簡(jiǎn)捷、高效的引擎，不僅可以解決IPv4目前的地址短缺難題，而且可以使國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)擺脫日益復(fù)雜、難以管理和控制的局面，變得更加穩(wěn)定、可靠、高效和安全。　　IPv6協(xié)議的以上特性同時(shí)為3G網(wǎng)絡(luò)提供了廣闊的前景。目前移動(dòng)通信正在試圖從基于電路交換提供語(yǔ)音服務(wù)向基于IP提供數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、視頻等多種服務(wù)轉(zhuǎn)變，IPv4很難對(duì)此提供有效的支持：移動(dòng)設(shè)備入網(wǎng)需要大量的IP地址，移動(dòng)設(shè)備的全球漫游問(wèn)題也必須由附加的移動(dòng)IPv4協(xié)議加以支持。IPv6的地址空間、移動(dòng)性的支持、服務(wù)質(zhì)量保證機(jī)制、安全性和其他靈活性很好地滿足了3G網(wǎng)絡(luò)的需求。目前3GPP也已經(jīng)決定以IPv6為基礎(chǔ)構(gòu)筑下一代移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，很多通信廠商正致力于構(gòu)建基于IPv6的全I(xiàn)P的3G核心網(wǎng)（All-IP Core）。據(jù)預(yù)測(cè)在移動(dòng)通信領(lǐng)域IPv6最有可能首先得到廣泛應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)互聯(lián)。　　■IPv6中國(guó)的機(jī)會(huì)中國(guó)在IPv4時(shí)代，分到的IPv4正式地址數(shù)一共才約900萬(wàn)，而美國(guó)斯坦福大學(xué)是1700萬(wàn)，IBM公司則達(dá)到3300萬(wàn)。同樣由于歷史的原因，在技術(shù)研究、標(biāo)準(zhǔn)制訂、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)等諸多方面中國(guó)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于美國(guó)。而IPv6為中國(guó)的互聯(lián)網(wǎng)事業(yè)提供了一個(gè)縮小差距的良機(jī)：　　更多的地址：IPv6的地址長(zhǎng)度和分配方案以一個(gè)世界性的網(wǎng)絡(luò)為出發(fā)點(diǎn)，中國(guó)將會(huì)分配到足夠的IPv6地址。　　研究和開(kāi)發(fā)：過(guò)去的十幾年中中國(guó)在互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的研究和開(kāi)發(fā)實(shí)力正在加強(qiáng)，逐步縮小了與美國(guó)的差距。IPv6使中國(guó)可以和世界重新站在同一起跑線上，參與世界范圍的競(jìng)爭(zhēng)。　　后發(fā)優(yōu)勢(shì)：IPv4地址缺乏、龐大的人口基數(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的迅速擴(kuò)張使中國(guó)更容易首先接受IPv6，這將轉(zhuǎn)化為一種優(yōu)勢(shì)：IPv6將首先在中國(guó)廣泛應(yīng)用，從而推動(dòng)IPv6研究、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的全面進(jìn)步，使中國(guó)在下一代國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)的競(jìng)爭(zhēng)中處于有利位置。　　IPv6對(duì)于和我們境遇類似的其他亞洲國(guó)家如日本和韓國(guó)也是一個(gè)巨大的機(jī)遇，他們對(duì)IPv6傾注了極大熱情IPv6全球峰會(huì)分別在日本和韓國(guó)召開(kāi)，而日本更是已經(jīng)開(kāi)始分配正式IPv6，若干企業(yè)已經(jīng)開(kāi)始在內(nèi)部以雙協(xié)議棧的方式全面部署IPv6協(xié)議。而目前IPv6在中國(guó)仍然停留于試驗(yàn)床階段，這給我們一個(gè)警示：IPv6的機(jī)會(huì)中國(guó)不可錯(cuò)!

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