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IPv6 技术在中国的发展探究

作者:杨伟佳时间:2015-11-25 13:39:26 来源:www.ksfbw.com 阅读次数:1429次 ]

【文章摘要】
详细阐述了中国需要发展IPv6 技术的原因、IPv6 的网络作用、IPv6 在国内的部署与推广情况、IPv6 相比IPv4 的优势。
【关键词】
IPv4 ；IPv6
1 中国需要发展IPv6 技术的原因
1）对于IPv4 技术，中国没有发言权，造成了IP 地址申请困难的处境。中国可以通过参与国际IPv6 的研究，争取成为IPv6 顶级地址分配单位之一，从根本上来解决地址申请的问题。
2）如果中国可以设立域名解析根服务器，能加快域名解析的速度，减少不必要的出国流量，同时也可以避免受制于人，有利于国家的信息安全。
3）国内科研单位和生产厂商可以利用本土化的优势抢占商机，研究和分析IPv6 协议的核心技术，设计IPv6 网络安全产品，研制具有中国自主知识产权的IPv6 网络硬件设备，从而在争夺IPv6 市场份额当中获取主动。中国电信业三大运营商可以借此机会在将来的IPv6 商业运用中占得先机，甚至有可能让国内网络设备生产商按照中国网络企业的意见设计并生产更符合中国网络情况的硬件产品。
4）第四代移动通信技术明确要求采用IPv6 协议。作为移动通信用户最多的中国，用户对于信号质量和功能要求越来越高，市场需求巨大，这也促使了我国需要加大移动IPv6 技术研究的投入。
2 IPv6 是IP 协议，对应OSI 网络体系结构模型中的网络层
图1 TCP/IP 协议的层次结构
图6 系统程序流程图

现在我们还在使用IPv4，但是IPv6 我们也在使用，只不过是在慢慢地从IPv4 过渡到IPv6。而IPv4 和IPv6 都是IP 协议。IP 协议是TCP/IP 协议簇的重要组成部分。
TCP/IP 协议簇是Internet 采用的网络协议，简称TCP/IP 协议。由于种种原因，国际标准化组织ISO 并没有把TCP/IP 协议纳为国际标准，但是TCP/IP 协议却是事实上的计算机网络工业标准，也是目前使用最多的网络体系结构和网络协议。TCP/IP 协议的层次结构如图1 如下：
与OSI 的协议层次比较，在TCP/IP 协议中没有定义相应的物理层和数据链路层，而是结合这两层的特性给出一个网络接口层。TCP/IP 模型与OSI 模型的一个重要区别是可靠性问题。OSI 模型在所有各层都进行差错校验和处理，而TCP/ IP 仅在TCP 层，即仅在端到端进行差错控制，在安全性方面存在一些不足。TCP/IP 协议与OSI 模型的关系如图2 所示：
图2 TCP/IP 与OSI 关系模型
根据图2 比较所示，我们可以得出以下结论。
相似之处：两者都是分层协议，并且分层的功能基本相同，IP 层和网络层相对应。
不同之处：层次数目不同，OSI 中的网络层可以提供面向连接和无连接两种服务，而TCP/IP 协议中的IP 层仅有无连接的服务。
3 IPv6 在国内的部署与推广。
1998 年12 月IETF 发布了IPv6 协议标准RFC2460，至今已有十七年。IPv6 技术的提出是为了解决IPv4 网络面临的多种问题。
鉴于IPv4 面临不足以解决中国广大用户的需求，从20 世纪90 年代末开始，在相关部委科技计划的支持下，一批IPv6 关键技术研究课题作为国家重大项目而立项，并陆续取得了突破性成果，为我国开展IPv6 为基础核心协议的下一代Internet 的研究奠定了较好的基础。
我国CERNET 网络中心于1998 年6 月加入IPv6 试验床6Bone，同年11 月成为其骨干网成员，从6Bone 获得了3FFE:3200::/24 的地址空间，并建立了5 条以隧道方式为基础的国际IPv6 虚拟链路，直接通达美国、英国和德国的IPv6 网络，几乎与所有现有的6Bone 成员互联。6Bone 试验床按地区分配次级聚类，向CSTNET 及全社会提供IPv6 地址的分配，从3FFE:3221:01::/40 开始分配，共1024 个大单位可以获得40 位前缀的IPv6 地址块接入隧道；从3FFE:3225:0001/48 开始，共65536 个小单位可以获得48 位前缀的IPv6 地址块；从3FFE:322f: FFFF: FFFF0 /64 开始，共268425456 个人可以获得64 位前缀的IPv6 地址接入，并保留了2/3 的地址。
2004 年12 月中国教育和科研计算机网CERNET 建成主干IPv6 网络CERNET2，并通过验收。CERNET2 是目前全国最大的纯IPv6 网络，CERNET2 主干网以2.5 ～ 10Gb/s 传输速率连接分布在中国主要城市的20 个核心节点，实现了全国200 多所高等院校接入CERNET2。2008 年8 月北京第29 届奥利匹克运动会通过与CERNET2 连接，迅速地、高质量地将奥运比赛现场信息传向世界。
根据“十二五”规划的指示精神，中国移动、中国电信、中国联通已经在紧锣密鼓地将自己的网络从IPv4 升级到IPv6。我国政府的目标是到2015 年底，IPv6 用户超过2500 万人，网络普及率达到45％，骨干网全面支持IPv6，主要商业网站、教育科研网站和政府网站支持IPv6。为实现新一代信息技术产业“十二五”发展目标， IPv6 2015 年前必须实现规模商用，2015 年后实现全面商用。
现在众多的厂商已经在所生产的软硬件网络设备上全面支持IPv6 协议，几乎所有的主流操作系统均支持IPv6 协议。
4 IPv6 比IPv4 更具优势，必能取代IPv4
为了继续互联网和私有内部网的发展，IPv4 终将被取代。而IPv6 就是根据现在商业需求开发出来的，与IPv4 相互之间不兼容，脱胎于IPv4，却又远优于IPv4。
4.1 IPv6 能解决地址耗尽问题
IPv6 地址总数为2 的128 次方，几乎接近无限。我国大陆分得的IPv6 地址数也几乎是天文数字：7 乘以10 的32 次方(7× 兆× 兆，一兆=1 万万亿)，仅次巴西、美国排第三。
通过提供足够使用的地址空间，IPv6 解决了IPv4 的公用地址耗尽问题。而且IPv4 过渡到IPv6 具有巨大的商业利益，手机、汽车、器械，甚至每个人，都能分配到多个全球可达的地址。
4.2 IPv6 能解决不连续地址空间问题
在IPv4 中，没有一个寻址规则能同时应用家用网络和企业网络这两类网络以达到无缝连接。不连续网络中的连接需要中间设备，如NAT 或代理服务器。而在IPv6 中，家用网络和企业网络都可以被分配到全球性地址前缀，能无缝连接并受到安全限制，如防火墙。
4.3 IPv6 能解决互联网地址分配问题
在IPv6 中，公用地址前缀被分配到区域互联网档案，然后它再按正常需求为其他ISP 和组织分配地址前缀。这种新的地址分配方法保证了地址前缀能按照区域连接需求进行全球性的分配，使得全球所有组织都能够享用可用的IPv6 地址空间，而不必像现在一样为了从ISP 获得IPv4 公用地址空间前缀而花钱。
4.4 IPv6 能恢复端对端通信
在IPv6 中，已经无需为节约公用地址空间而使用NAT，对应用程序和网关的开发者来说，映射地址和端口所带来的问题也随之消失。更重要的是，包中的地址在传送时不会改变，这使得互联网上主机间的端对端通信恢复了。
恢复了全球寻址和端对端连接，IPv6 就不会给基于ad hoc 连接和基于点的通信的应用程序带来障碍，而且也无需在Internet 上部署回送服务器。另外，软件开发者对基于点的应用程序更易开发，可以给其带来可观的商业利益。
4.5 IPv6 使用限域地址和地址选择
IPv4 节点无法区分地址类型，会把来自内部地址的通信流发送到公用地址。而IPv6 地址有“作用域”（一个限定的网络区域，在其内部保持唯一性和相关性），发送节点能够区分它们的类别，并在初始化通信时，选用作用域中匹配的最合适的源地址和目标地址。
4.6 IPv6 有更高的发送效率
IPv6 报头是固定大小的（40 字节），这使得路由器能更快地处理IPv6 包。IPv6 全球地址的地址结构是分等级可汇总的，这意味着在组织和互联网的路由器的路由表中只需较少的路线分析，未来使用多数据类型的高宽带程序能更高效的运行。
4.7 IPv6 有安全性和移动性支持
IPv6 是专为支持安全性（IPsec）和移动性（移动IPv6）而设计的。使用唯一的全球地址空间，IPv6 能够保护数据包穿越整个IPv6 互联网全程的安全。
5 结束语
虽然中国在IPv6 技术研究的起步晚于日本和韩国等国，但是中国Internet 和通信市场的巨大空间和前景都使中国的IPv6 技术研究能够有机会、有潜力成为未来IPv6 产业化进程中举足轻重的一部分。
【参考文献】
[1] （美）戴维斯（Joseph Davies）. 深入解析IPv6 [M]. 北京: 人民邮电出版社，2009
[2] 王相林.IPv6 核心技术[M]. 北京: 科学出版社，2009
[3] （加）戴斯廖勒斯（Régis Desmeules）. Cisco IPv6 网络实现技术[M]. 北京: 人民邮电出版社，2013