下一代互联网与IPv6技术

田岚

摘 要：互联网的出现是人类通信史上的里程碑。它已渗透现代人类生活的各个方面，深刻影响着人们的工作和学习方式。20世纪80年代初出现的以IP为核心的互联网面临着越来越严重的技术挑战，主要表现在IP地址匮乏，互联网难以大规模扩展；安全性、实时性、高性能、移动性和可控性等方面都难以实现。为了应对这些技术挑战，以IPv6为核心的下一代互联网适时而生，需求愈加强烈。本章以互联网的发展历史为线索，介绍了IPv4、下一代互联网和IPv6等技术。

关键词：互联网，IPv6，未来

1、互联网概述

自从“互联网之父” Vinton Cert在1974年提出 Internet基本蓝图[之后，互联网走过了30多年的历史，至今仍在飞速发展。毋庸置疑，互联网是当代高科技的产物。当试图去了解互联网本质的时候，我们就有必要先去理解一个最基本的问题，即什么是互联网，从而可以更好地理解什么是IPv4、IPv6技术，如何实现IPv4过渡到IPv6，如何在下一代互联网中应用。

互联网的概念，并没有完全统一，不同的组织、专家和学者给出的定义各不相同。早在1995年10月24日，联合网络委员会FNC（ The Federal Networking Council）就通过了一项关于“互联网定义”的决议）。他们指出，互联网是指全球性的信息系统，具体包含以下3个含义。 （1）通过全球唯一的地址按逻辑连接在一起，这个地址是建立在互联网协议（IP）或者今后其他协议基础之上的。

（2）可以通过传输控制协议和互联网协议（即TCP/IP），或者今后其他接替的协议或与互联网协议（IP）兼容的协议来进行通信。

（3）可以让公共用户或者私人用户使用高水平的服务，而这种服务是建立在上述通信及相关基础设施之上的。

Vinton Cerf教授认为，作为全球最大的计算机网络，互联网将各种运行着不同通信协议的网络利用TCP/IP互联在一起，从而实现了计算机网络的互通互访。在Tanenbaum教授编著的《 Computer Networks》一书中，也给出了互联网的定义。他认为，互联网是一种相互连接起来的网络，这些网络互不相同，彼此之间并不兼容。并指出，通常人们所说的因特网（ Internet）表示特定的、全球性的互联网。因此，互联网更具有广泛的含义。维基百科上给出互联网的定义，认为 Internet是一个计算机网络的全球系统，它使用tcp/ip，为全球亿万用户提供服务。

2、国内外IPv4发展现状

IPv4（ Internet Protocol version4）是IP的第4个版本，当然也是第一个被广泛应用的版本。它作为 Internet网络的核心协议，已经成为互联网中必不可少的一部分，目前所使用的互联网基本上是基于IPv4创建起来的。IPv4是一个无状态协议，它使用了分组交换网。该协议采用了尽力而为的传输模式，也就是说，它是一种无保证传输模式，它不能确保传输数据包到达的时间和顺序，且无可避免地随时进行重传。由于上层的TCP确保了端到端的传输，使网络层无须关心这些问题，确保了数据转发的效率。

IPv4地址由32b二进制数组成，其地址空间共有4294967296（即232）个，，约43亿个。IPv4地址是由互联网数字分配机构（ Internet Assigned Numbers Authority，IANA）进行统分配。该分配机构下属5个地区性互联网注册机构（ Regional Internet Reg1stries，RIR），这5个RIR分别是欧洲IP地址注册中心、拉丁美洲和加勒比海互联网地址注册中心 （Lation American and Caribbean Internet Address Registry， LACNIC）、美国互联网编号注册中心（ American Registry for Internet Numbers， ARIN）、非洲網络信息中心（ Africa Network Information Centre， AFRINIC）以及亚太地址网络信息中心（ Asia Pacific Network Information Centre， APNIC）。我国的IPv4地址分配由 APNIC监管。

在互联网初期，IPv4地址足可以应对互联网上的各种应用。但是，随着互联网地址的快速消耗，未分配的地址急剧减少。2011年1月31日，IANA宣布IPv4地址全部耗尽，而5个RIR也即将消耗完自己手中的IPv4地址。IANA目前已经耗尽了所有的IPv4地址， APNIC和RIPE所拥有的IPv4地址已经分配完毕，而其他3个地区分配机构也将在未来几年耗尽所拥有的IPv4地址 。

3、下一代互联网及其发展契机

“下一代互联网”这个术语一直没有严格统一的说法。早在1998年，美国联邦政府就提出了下一代互联网。当时的主要口标是提高联邦政府完成任务的能力，促进科研院所的研究创新，制定下一代互联网的策略，而具体的策略并卡公开。随着互联网的迅速发展，下代互联网的理念也发生着很大的变化。2009年， Eberspacher等人也对下一代互联网提出了自已的见解，认为下一代互联网应具有如下特征（1）高质量实时通信。（2）网络移动性的支持。（3）无线设备。（4）大规模可扩展性。（5）超高速率（6）高弹性运营级网络。（7）能够避免黑客的专业攻击的安全网络。（8）社区应用、文件共享、博弈和其他大规模的应用（9）电子商务定价与计费。（10）高质量网络运营与服务。

该观点主要从互联网应用与服务的角度提出见解，大部分学者则从体系结构角度探讨这个话题。有些学者认为应当摒弃当前互联网体系结构模型，而建立全新的下一代互联网体系结构；有些学者则认为应当保留现有模型，并在该体系结构上增量改进。

IPv6是 Internet Protocol version6的缩写，也称为IPng（下一代IP， IP Next Generation）1Pv6是IETF设计的用于替代现行版本IP（IPv4）的下一代协议，是目前IP的最新版本按照互联网设计的基本原则，互联网上的每一个设备需要分配一个IP地址，以确保它能与其他设备保持通信。随着互联网新设备的不断涌现，地址的需求越来越大，目前已经超过了IPv4地址所提供的范围。 Cisco公司预计今年全球移动设备联网数量将由2012年的68亿增至74亿，从而超过全球人口总数。此类问题随着IPv6的出现将不复存在。首先，IPv6地址使用128b地址，即大约有3.4×1038个地址，它约是IPv4地址提供量的7.9×1028倍，可以说IPv6具有几乎无限的地址空间。再者，相对于其他新技术来说，IPv6是全球唯一发展较为成熟、宜于大规模部署的技术。因此，IPv6技术成为了当前解决地址资源紧缺的最佳选择，能够满足当前互联网日益增长的地址需求。

IPv6是分组交换网络中的一个网络层协议，它在IP网络中提供端到端数据传输，这点类似于IPv4的设计原则。关于IPv6描述的正式版本出现在1998年12月发表的IETF国际标准RFC2460当中。除了提供更多的地址这一显著特征之外，IPv6还实现了许多IPv4没有的功能。首先，当改变了网络连接提供者时，它简化了地址分配（即无状态地址自动配置）、网络重新编号和路由器宣告等。其次，它通过放置分片到端点的方式簡化了路由器的分组处理。网络安全是IPv6体系结构中的一个设计需求，它包括互联网安全协议IPSEC（ Internet Protocol Security）的规格说明书。

总结：IP4地址已消耗殆尽，发展IPv6技术已成为当今互联网的主流。IPv6技术除了可彻底解决IPv4地址不足的问题外，还具有IPv4无法比拟的优势，主要包括改善互联网的性能，加强互联网的安全性，提高互联网的服务质量，确保各项流媒体业务的顺利展开。但大规模开展IPv6有一定困难。究其原因，CIDR、NAT等延缓了人们对IPv6的需求；IP4和IPv6互不兼容；各国政府对发展IPv6的重视程度不尽相同。因此，过渡成为下一代互联网发展必不可少的阶段。以IPv4为核心网，IPv6为接入网的6rd、 Teredo等过渡技术，再到以IPv6为核心网，IPv4为接入网的4over6[27，68]、DS-Lite[23]等过渡技术，各种过渡技术百家争鸣。我国政府非常重视IPv6下一代互联网的发展，并给予大力支持。中国教育和科研计算机网 CERNET，作为中国四大主干网之一，业已成为我国IPv6实验的重要平台。我国积极参与和制定IPv6的国际标准，迈入国际下一代互联网科学技术研究的先进行列，为我国增强国际影响具有重要战略意义。

参考文献：

[1]钱小芊，促进共同发展 共享互联网未来，第四届中美互联网论坛

[2]陈运清，构建运营级IPv6网络，电子工业出版社