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IPv6網絡技術發展現狀與策略

2019-11-03 09:06:29
字體:
來源:轉載
供稿:網友
鐵通公司 陳 琦


  ipv6作為下一代互聯網的必行標準,1994年被IETF(互聯網工程任務組)最先提出來的,并同時由它負責制定和完善。中國被公認為IPv6最有發展需求和環境的國家。目前國內從科技管理部門、相關研究實體和部分企業團體已經開展了有關IPv6較為廣泛的研究。2002年,全球IPv6高峰論壇在中國北京召開。這都很大程度上促進了中國在新一代互聯網的進展。然而,現實的商業和技術利益使理論上的趨勢和現實發展的步伐存在很大的距離。IPv6如何真正從技術界走向產業化、實用化,真正在業務的驅動下取得螺旋式發展,中國如何能在發展IPv6的進程中獲得最大的經濟社會效益,是關系IPv6發展前景和中國網絡信息產業繁榮的重要問題。我們認為作為互聯網發展的趨勢IPv6取代IPv4在理論上是時間的問題,但在實踐上,卻受許多因素的影響,尤其是保護已有投資、拓展新業務、形成新的利益成就點是設備開發商、網絡運營商、業務提供商十分關心的問題。從某種程度上講,這些問題的有效解決是IPv6真正成為現實網絡的策略基礎。

一、IPv6的特點

  IPv6針對IPv4的缺點不是簡單的升級,而是具有全新技術性能和應用概念的新設計。

  1.地址空間的擴展

  IPv6協議將IP地址數位從32位擴大到128位,形成了一個巨大的地址空間。在一段可以預見的時間內,能夠為所有可以想象出的網絡設備提供一個全球唯一的地址,徹底解決了IPv4地址不足的問題。同時IPv6采用了分級地址模式,地址層次豐富,采用了增強可聚合性的地址分配策略。IPv6的這種分層結構地址使得路由表可以使用多個可聚類的短路由表,每個路由表中存放適量數目的記錄,通過合適的查找算法就可以減少處理的延時。而且IPv6的40字節固定報頭也方便硬件查找路由。IPv6支持更多的層次結構還支持一些新業務,如:優化的IP層移動或廣播服務。在IPv6互聯網網絡上,這些服務一開始就可以在全球范圍內實現。而IPv4就幾乎沒有這種靈活性。

  2. 地址的自動配置

  IPv6另一個基本的特征就是支持無狀態和有狀態兩種地址自動配置方式。無狀態地址自動配置方式是獲得地址的關鍵。在這種方式下,需要配置地址的節點使用一種鄰居發現機制來獲得一個局部連接地址(前綴為fe80::0/64)。一旦得到這個地址之后,它使用另一種即插即用的機制,在沒有任何人工干預的情況下,獲得一個全球唯一的路由地址(路由網絡前綴+MAC地址)。有狀態配置,如DHCP(動態主機配置協議),需要一個額外的服務器,因此也需要很多額外的操作和維護。

  3.內置的安全性

  IPv6協議內置安全機制,并已經標準化為IPsec。它支持對企業網的無縫遠程訪問,例如公司虛擬專用網絡的連接。即使終端用戶使用“總是在線”接入企業網,這種安全機制也是可行的。這種“總是在線”的服務類型在IPv4中是無法實現的。IPsec提供認證和加密兩種服務。認證(AH)用于保證數據的一致性,而封裝的安全附載報頭(ESP)用于保證數據的保密性和數據一致性。在IPv6包中,AH和ESP都是擴展報頭,可以同時使用,也可以單獨使用其中一個。

  4.服務質量

  服務質量(QoS)包含幾個方面的內容。從協議的角度看,IPv6與目前的IPv4提供相同的QoS,但是IPv6的優點體現在能提供不同的服務。這些優點來自于IPv6報頭中新增加的字段“流標志”。有了這個20位長的字段,在傳輸過程中,中間的各節點就可以識別和分開處理任何IP地址流。盡管對這個流標志的準確引用還沒有制定出有關標準,但將來它會用于基于服務級別的系統。在其它方面,IPv6也有助于改進服務質量。這主要表現在支持“總是在線”連接,防止服務中斷以及提高網絡性能方面。

  5.移動性

  IPv6定義了在IP層實現的移動支持協議,即移動IPv6。移動IPv6在新功能和新服務方面可提供更大的靈活性。每個移動設備都可以分配到一個家鄉地址(home address)和一個轉交地址(care-of address),通過家鄉地址和轉交地址之間的匹配轉換能使IPv6包透明地路由給移動節點,具有比IPv4下移動協議更高的路由效率。此外,移動IPv6能夠通過簡單的擴展,滿足大規模移動用戶的需求。這樣,它就能在全球范圍內解決有關網絡和訪問技術之間的移動性問題。

  6.分組頭的簡化

  IPv6同時改進和提高了IP包的基本報頭格式。這種簡化的包結構是對IPv4的一個主要改進之處,它有助于彌補IPv6長地址占用的帶寬,減少網絡開銷。IPv6的16字節長度是IPv4地址字段長度4倍,但IPv6報頭的總長度只有IPv4總長度的2倍。IPv6報頭所含字段少,而且報頭長度固定。這些特點使路由器的硬件實現更加簡單。與IPv4不同,IPv6網絡中,在路由器過程中不對數據包進行分割,從而進一步減少了路由負載。IPv6的另一個優點就是,在需要的時候能夠在基本報頭的后面放置擴展報頭,提高了路由能力。IPv6及其報頭結構能夠在全球骨干網一級滿足更大規模的網絡結構需求,并且它提高了安全性和數據的完整性,支持自動配置,移動計算,數據組播和更有效的網絡路由聚類。

二、IPv6發展現狀

  在IPv6已確定為下一代互聯網IP層技術的情況下,世界各國對IPv6技術的研究十分重視。目前對IPv6的研究范圍主要涉及用于主機的單獨IPv6協議棧軟件、用于主機的支持IPv6的操作系統、獨立的路由協議軟件、用于路由器的支持IPv6的操作系統、應用程序實現以及硬件支持IPv6的路由器產品。國際上眾多機構的研究內容重點不同,各具優勢。世界上在IPv6的研究和應用方面比較領先的主要是美國、日本和歐洲等發達國家和地區。

  1.國外發展情況

  1996年,IETF建立了全球范圍的IPv6實驗床6Bone,一個重要的設計目標是實現IPv6與網絡中現行的IPv4協議兼容,現在6Bone已經擴展到全球54個國家和地區,共917個節點,成為IPv6研究者、開發者和實踐者的主要平臺。到1998年年初,IPv6協議的基本框架已經逐步成熟,在越來越廣泛的范圍內得到實踐。1998年,面向實用的全球性IPv6研究和教育網(6REN)啟動,建立了物理的以ATM為中心的IPv6洲際網。1999年以后,IPv6協議基本確定。2000年5月,3G標準化組織3GPP采納IPv6為多媒體服務的必選協議,這意味著3GPP移動網絡中IP多媒體領域將全部基于IPv6,IPv6將在未來全蜂窩網絡中發揮核心的作用。

  美國由于是IPv4的發源地,因此無論在地址資源和商業應用方面都占據了先天的優勢。 1992年美國政府主導的“下一代互聯網計劃”研究和1996年美國國家科學基金會設立的“下一代因特網”研究計劃(NGI)中均包括IPv6研究計劃。研究和開發IPv6的主要組織如IETF、6Bone等都在美國。但是,由于全世界74%的IP地址為美國所占有,在地址資源的分配與管理上美國也擁有一套更為完善的制度,因此目前既沒有地址短缺的憂慮,又很不愿意改動花費億萬美金構建的IPv4商業網絡體系,所以目前主要是以世界IPv6研究、協調中心的面目出現的,在IPv6的商業化推廣方面的力度卻沒有歐洲和日本大。

  歐洲國家政府在推廣IPv6方面發揮著重要的作用,歐盟國家制定統一政策,對支持IPv6的產品實行減稅和市場資訊方面的扶持。歐洲移動通信事業相當的發達,因此他們在IPv6的研究和商業化應用方面更注重在通訊領域的拓展。制訂下一代移動通信系統"IMT-2000"標準的3GPP(third generation partnership PRoject),已經在2000年5月份決定在下一代移動技術的基本協議中采用IPv6,使IPv6成為必須遵循的標準。諾基亞、愛立信、法國電信、英國BT Wireless等歐洲公司一直是IPv6研究方向的主要引導者。2001年4月,諾基亞在第二屆中國IPv6高級研討會上展示了其移動IPv6演示系統。2001年5月,諾基亞宣布該公司所有產品都將支持IPv6,它的3G Mobile Packet Core 也將從提供商用服務的第一天起對應IPv6。2002年4月,在中國舉行的IPv6全球峰會上,諾基亞展示了其最新的移動IPv6成果。法國電信的研究部門與芬蘭諾基亞公司于2001年11月28日宣布,將共同制訂法國電信集團向下一代IP協議IPv6過渡的戰略與日程表。合作分為IPv6路由、轉發、供應之間的相互運用、向IPv4/ IPv6過渡機制、諾基亞IP網絡安全產品測試等階段。

日本是Internet的后起國家,由于電子設備、信息家電產業的高度發達,因此產生了對IP地址的迫切需求,所以它在IPv6研究和應用方面,步伐大,速度快,而且在IPv6商業化推廣方面幾乎走在世界前列。日本政府制定的IT基本戰略提出在5年內使日本成為全球最先進的IT國家的目標。為此日本政府專門成立了“官產學研組織”,致力于IPv6產業化的各項工作,其中以日立公司的IPv6路由器產品為代表。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的高速大型日本本國IPv6網絡正式啟動。2000年10月,日本IIJ(Internet Initiative)公司和NTT通訊(NTT COM)、NEC、KDDI和 JENS等公司都宣布開始提供IPv6服務。在2002年北京國際通信展上,NEC和日立公司分別展示了IPv6的多播和GR2000路由器。

  目前 FreeBSD、Solaris、linux、Unix上都已經有了IPv6協議棧的實現,在去年的IPv6全球論壇上,思科和微軟幾乎同時宣布把對IPv6的支持作為今后的戰略重點。Cisco于2001年4月宣布提供支持“IPv6”的路由器產品用固件“IOS 12.2T”。微軟在去年下半年完成了IE瀏覽器對IPv6的支持后,也提供了Windows NT和Windows 2000平臺的IPv6協議棧,并且在今年進一步推出了支持IPv6和IPsec的Windows xp操作系統。業界人士認為:思科和微軟的支持真正將IPv6技術帶到了商用化的邊緣,圍繞IPv6的產品和技術競爭將會比去年激烈數十倍,這對IPv6的全面推廣極為有利。

為了推動IPv6在全世界的發展,由Cisco、 Nortel、Microsoft、Lucent、Nokia、3Com等公司聯合發起成立了IPv6論壇,并從1999年開始,每年舉行2~3屆IPv6全球峰會。到目前為止,IPv6論壇分別在法國、美國、西班牙、日本、加拿大、中國召開了IPv6全球峰會,并與3GPP以及歐洲通信標準委員會建立了合作關系,這對普及IPv6產生了巨大推動作用。

  2. 國內發展情況

  IPv6協議的一系列標準都是新頒布不久,并且還存在大量需要完善的內容,這為我國開展此領域的研究和產業化工作提供了很好的發展環境。初期國內主要由教育研究機構推動IPv6的研究,并逐步形成了規模的政府推動。1998年6月我國國家教育科研網CERNET加入了6Bone,并于同年12月成為其骨干成員。CERNET建立了IPv6試驗床并在IPv6領域開展了許多開拓性的研究;1999年亞太地區先進網絡APAN與中國建立了連接;從1999年底,中國教育和科研網與諾基亞合作,啟動了Internet 6計劃,在中國的若干高校搭建IPv6網絡,形成一個大規模的IPv6研究和試驗網絡;2000年11月,貝爾實驗室與中國科學院軟件研究所簽署了合作協議,聯合成立實驗室,初期啟動合作項目為IPv6協議的研究。

  2001年以來,國家計委、科技部、自然基金委、信息產業部相繼啟動關于IPv6的研究項目。如2002年863高性能IPv6路由器重大研究項目分為硬件、協議棧軟件以及測試三個子課題完成了招標工作,其它有關IPv6網絡安全和服務質量的重大課題也相繼公布。

三、過渡技術及演進策略

  中國是公認的迫切需要發展IPv6的國家,需要從技術和經濟上給予IPv6高度重視。由IPv4向IPv6的過渡技術和演進策略是設備制造商、網絡運營商及業務提供商關注的重點。向IPv6過渡在技術上包括雙協議棧、地址翻譯、隧道三種。它們對于不同組網和通信需求具有各自的特點:雙協議棧是保護現有投資,為客戶提供新協議體現的有效方式;地址翻譯可以幫助IPv6和IPv4節點間的通信;隧道方式則能解決借助IPv4網絡連接分散的IPv6節點,或利用IPv6網絡連接分散的IPv4節點。

  為保護現有投資,必須制定合理的網絡演進策略。我認為在制定這一策略時應立足長遠發展目標,從信息戰略高度重視中國對IPv6機遇的把握,通過政策扶植和產業調整推動其發展。向IPv6網絡過渡在策略上應當分為三個階段:即投資型示范網絡階段,初步商業階段(首批領域業務),大規模發展贏利階段。初期需要政府在IPv6發展上給予引導和政策支持,創造良好的研究和產業推動環境,形成具有核心自主知識產權的技術資本,并有選擇的通過開發新業務建立純IPv6投資型示范網絡,探索贏利模型;第二步使用過渡技術在保證現有業務應用和經營體制正常運轉的前提下,減少純IPv4網絡建設和業務開發,轉而推動雙協議棧的混合模型,啟動初步商業階段,積累新協議網絡運營經驗;第三步,將示范網的成功模型引入雙協議棧網絡,通過多次反饋調整技術和贏利模型,并予以推廣,最后在取得經驗的成果上,迅速擴大示范網規模為商業IPv6網絡,聯合雙協議棧網絡逐步取代純IPv4網絡,最終完成IPv6的商業過渡。在整個過程中,基于IPv6的新應用和業務模型是吸引資本投資,加速完成商業演進的關鍵。

  IPv6從趨勢變成現實,不能夠等待IPv4因自身發展受限的讓位,在技術上得以保障的前提下,業務和市場是真正使IPv6得以廣泛應用的條件。我認為能對IPv6產生巨大需求的應用至少要滿足以下兩個特征:大量的IP地址消耗和對端到端的支持。這是我們在建設純IPv6示范網絡時,為選擇業務開發和商業經營模型而必須要考慮的。基于移動IPv6的多媒體業務網絡滿足了這兩個特征,綜合體現了IPv6的新特性,將可以成為一個具有巨大發展潛力的新業務增長點。


----《通信世界》

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