隨著互聯網的高速發(fā)展，現有IPv4(互聯網協議版本4)已經無法滿足互聯網的需求。IPv6(互聯網協議版本4)成為未來主流IP技術。Google，Facebook，Bing等各大網站均表態(tài)將永久支持IPv6。借用一下6月6日“下一代互聯網發(fā)展建設峰會”上中國工程院鄔賀銓院士的發(fā)言，“我國應當推動IPv6的普及，我國的IPv6發(fā)展決不退回?！?/p>
IPV4:5億中國網民用3億地址
IPv6是IP(互聯網協議)的一個新版本。我們首先介紹IP協議。IP協議是為了在互聯網的主機之間傳輸數據而設計的，為了將數據從源送到目的地，每個主機都需要一個地址。就像在現實生活中人們之間傳遞信件，每個人都需要有一個郵寄地址一樣。
在最初，每個主機的地址格式是由IPv4協議規(guī)定的，每一個IP地址都是由32個二進制位串組成，由某些互聯網組織(如IANA，互聯網號碼分配機構等)負責分配，每個組織像維護一個蓄水池一樣維護著一個地址池。地址一般從高層組織往低層組織，以地址塊，即地址集合的形式分配，例如，IP地址首先由IANA分配到亞太地區(qū)，再分配到中國電信，再由中國電信分配到每一臺管轄的主機。
IPv4地址被設計為32位，是因為在互聯網的初始階段，并沒有很多主機，全世界也只有美國的幾所大學、科研院所及美國軍方使用IP網絡，而32位的IP地址集合擁有232=4,294,967,296個IP地址。但互聯網的爆炸式增長超出了任何人的想像。隨著互聯網進入千家萬戶，IPv4地址被迅速分配消耗，各大維護IPv4地址的組織發(fā)現自己地址池里的地址所剩無幾。在2009年5月12日，全球大約只有494,196,000個地址未被分配，到了2011年2月3日，IANA宣布它的地址池里最后一個地址塊已被分配。
IPv4地址的短缺讓互聯網面臨危機，新加入的主機無法獲得地址，就無法成為互聯網世界的一員。這個危機在中國尤其明顯，因為中國互聯網雖然發(fā)展迅速，但起步比較晚，這使得在中國互聯網急需大量IPv4地址的時候，IPv4地址已大量被歐美等發(fā)達國家占有。盡管中國在盡量爭取，但還是只能獲得有限量的IPv4地址。到2012年3月，中國只占有3億余個IPv4地址，而同時期中國的網民數目卻已超過5億。IPv4地址的短缺勢必影響到廣大網民的上網體驗和我國互聯網發(fā)展。
IPV6:每一粒沙子都有地址
為了解決IPv4地址短缺的問題，研究人員做了各種各樣的改進。在IPv4協議開始使用的時候，將IPv4地址塊分成A,B,C,D類，一個A類地址能提供16,777,216個IPv4地址，一個B類地址能提供65,536個IPv4地址，一個C類地址能提供256個IPv4地址。如果某個機構有70,000臺主機，那么它最少需要申請兩個B類地址，那么將有大約2×65,536-70,000=61,072個IPv4地址被浪費。為了提高IPv4地址的使用效率，互聯網標準化組織IETF(互聯網工程任務組)改進了地址分配策略，IPv4地址的分配不必服從A,B,C,D這種地址格式。
另外一個例子是，最開始的時候每一臺主機都固定有一個IPv4地址，但是接下來人們發(fā)現，通常一臺主機并不是任何時候都需要使用IPv4地址，例如有的主機通常只在白天需要連接互聯網，有的主機只需要晚上連接，所以為了進一步提高IPv4地址的使用效率，人們又設計了IPv4地址的動態(tài)分配方案。當主機需要使用IPv4地址的時候，就將一個IPv4地址分配給這臺主機;當不需要的時候，就會將這個IPv4地址回收，繼而可以分配給另外一個主機。
但即使是做了改進，也無法從根本上解決IPv4地址短缺的問題。雖然IPv4地址的分配不必服從A,B,C,D這樣的地址格式，IPv4地址仍然不夠分配。即使使用了動態(tài)分配方案，但在同一個時段，特別是互聯網使用高峰時段，連接到互聯網的主機數量也非常巨大。
為了從根本上解決IPv4地址短缺的問題，IETF在1994年成立了若干IPng(下一代IP協議)工作組，1996年IPv6協議標準發(fā)布，IPv6協議正式得到確立。與IPv4協議相比，IPv6最大的優(yōu)勢在于其地址長度達到了128位，這使得IP地址的數目達到了3.4×1038。人們做過估計，如果IPv6地址被充分利用的話，地球上的每一粒沙子都可以擁有一個IPv6地址。這說明，未來不僅只有計算機能夠上網，冰箱、洗衣機等家用電器也有足夠的地址可用。
過渡方案有兩套
IP地址數目的問題得到了解決，但IPv6的誕生又產生了新的問題。人們正在使用IPv4協議，即現有的主機都使用IPv4地址，這些主機的數量巨大，不可能在一夜之內全部變?yōu)槭褂肐Pv6協議，只能一部分一部分地改變。那怎么讓一部分人使用IPv6協議的時候，使用IPv6協議的主機能和使用IPv4協議的主機透明通信，即人們感覺不到協議的變化。這個問題被稱為IPv4/IPv6過渡問題。
我們可以做一個類比。在物流系統(tǒng)中，集裝箱有不同的規(guī)格標準，假設有大集裝箱，有小集裝箱，但為了有效利用空間，規(guī)定同一條船只能有一種規(guī)格的集裝箱。這里我們可以將使用大集裝箱的船看成IPv6網絡，使用小集裝箱的船看成IPv4網絡，那么問題就是當一條使用一種規(guī)格集裝箱的船要將貨物裝載到使用另一種規(guī)格集裝箱的船時，應該怎么辦?
對于物流系統(tǒng)來說，有兩種辦法：一種是將貨物從集裝箱里卸載出來，然后接著裝填到另外一種規(guī)格的集裝箱里去;另外一種是將小集裝箱直接放進大集裝箱里去。
對于IPv4/IPv6過渡來說，同樣也存在類似的兩種方法。一種是翻譯方案，即將數據從IPv4(或IPv6)分組中提取出來，然后放到IPv6(或IPv4)分組中去;另外一種是隧道方案，即將IPv4(或IPv6)分組，作為用戶數據重新封裝，放到IPv6(或IPv4)分組中去。
目前我國在IPv6網絡的研究、開發(fā)和建設上取得了巨大的成就，組織實施了下一代互聯網示范工程(CNGI)，并通過國家科技重大專項和其他相關科技計劃，在基于IPv6的下一代互聯網理論研究和標準制訂、網絡基礎設施建設、關鍵設備研發(fā)、技術試驗與應用示范等方面取得了一系列成果。2003年，第二代中國教育和科研計算機網CERNET2建成，是目前世界上規(guī)模最大的采用純IPv6技術的下一代互聯網主干網。2005年由清華大學提出的IPv4/IPv6過渡標準(RFC4925)成為我國第一個非中文相關的信息類互聯網RFC標準。
作者：徐明偉 清華大學計算機系教授、博士生導師
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