IPv6：讓每一粒沙子都擁有IP地址

2017年11月26日，中共中央辦公廳、國務(wù)院辦公廳印發(fā)《推進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議第六版（IPv6）規(guī)模部署行動(dòng)計(jì)劃》，指出了互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議第六版（IPv6）部署的重要意義，總體要求，重要任務(wù)，實(shí)施步驟以及保障措施，將IPv6的規(guī)模部署上升到了國家層面。

2018年05月03日，工業(yè)和信息化部印發(fā)了工業(yè)和信息化部關(guān)于貫徹落實(shí)《推進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議第六版（IPv6）規(guī)模部署行動(dòng)計(jì)劃》的通知，通知主要內(nèi)容就是：IPv6的規(guī)模部署得到了國家的大力支持；IPv6的時(shí)間節(jié)點(diǎn)：2018年末和2020年末，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)端到端的IPv6改造，固定網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施IPv6改造，應(yīng)用基礎(chǔ)設(shè)施IPv6改造，政府網(wǎng)站IPv6改造與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)IPv6應(yīng)用；另外針對(duì)IPv6的規(guī)模部署的保障措施。

IP協(xié)議是什么

互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新演進(jìn)歷程

因特網(wǎng)是當(dāng)前全球最大的、開放的、并且有眾多網(wǎng)絡(luò)相互連接而成的特定計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，它采用了TCP/IP協(xié)議族作為通信協(xié)議。（注：互聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)通用名詞，泛指由多個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互連而成的網(wǎng)絡(luò)，這些網(wǎng)絡(luò)之間的通信協(xié)議是可以任意的。而因特網(wǎng)是采用TCP/IP協(xié)議族作為通信協(xié)議。）協(xié)議是網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)使用的規(guī)則，如下圖為各層所采用的協(xié)議。IP（IPv4）或IPv6是網(wǎng)絡(luò)層主要的協(xié)議，也是TCP/IP協(xié)議族中的重要組成部分之一。IP協(xié)議用于源地址和目的地址之間傳送數(shù)據(jù)包。

協(xié)議地圖

IPv4，是互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（InternetProtocol Version 4）的第四版，目前應(yīng)用廣泛的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。

IPv6，是互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（InternetProtocol Version 6）的第六版，IETF（互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組，Internet Engineering Task Force）設(shè)計(jì)的用于替代現(xiàn)行版本IP協(xié)議（IPv4）的下一代IP協(xié)議。

細(xì)心的讀者可能會(huì)發(fā)現(xiàn)，IPv6作為替代現(xiàn)行版本IP協(xié)議（IPv4）的下一代IP協(xié)議，按照命名規(guī)則來講，IPv4的下一個(gè)版本應(yīng)該為IPv5，編寫組是略過了IPv5嗎？事實(shí)上，因特網(wǎng)流協(xié)議（IPv5）是一個(gè)資源預(yù)留協(xié)議，目的是提供服務(wù)質(zhì)量（QoS），支持多媒體（語音\視頻和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流量），在因特網(wǎng)上實(shí)時(shí)傳輸。它被設(shè)計(jì)與IPv4一起運(yùn)行的，所以IPv5與IPv6毫無關(guān)系。

為什么要過渡到IPv6

IPv4從1981年誕生到現(xiàn)在已有37年之久，隨著互聯(lián)網(wǎng)用戶指數(shù)級(jí)的增長，Internet規(guī)模的擴(kuò)大，根據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)的統(tǒng)計(jì)，全世界網(wǎng)民總數(shù)已經(jīng)達(dá)到了40多億。而IPv4有多少地址呢？如果是通信工程師或者網(wǎng)絡(luò)工程師的讀者，都會(huì)知道IPv4地址有32位，那么IPv4地址的總個(gè)數(shù)為2的32次方即為40多億個(gè)地址，IPv4的地址池空間已經(jīng)接近枯竭。

IPv4地址的分配機(jī)構(gòu)ICANN 在2011年2月3日在官方網(wǎng)站發(fā)布了《One for the History Books: Last IPv4 Addresses Allocated Today》的新聞，稱最后所剩的5組IPv4地址已分配給了全球五大區(qū)域互聯(lián)網(wǎng)地址管理機(jī)構(gòu)，以后沒有IPv4地址可以進(jìn)行再分配了，預(yù)示IPv4地址已經(jīng)“枯竭”，但同時(shí)也是互聯(lián)網(wǎng)繼續(xù)發(fā)展的一個(gè)重大轉(zhuǎn)折點(diǎn)。

針對(duì)IPv4的地址嚴(yán)重短缺的問題，曾先后出現(xiàn)過CIDR和NAT等臨時(shí)性解決方案。但是CIDR和NAT都有各自的弊端，并不能作為IPv4地址短缺問題的徹底解決方案。

NAT（NetworkAddress Translation，網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換）是將 IP數(shù)據(jù)報(bào)文頭中的 IP 地址轉(zhuǎn)換為另一個(gè) IP 地址的過程。弊端主要是內(nèi)網(wǎng)發(fā)布的一些需要在公網(wǎng)進(jìn)行訪問的時(shí)候比較困難，需要通過如nat server等技術(shù)進(jìn)行配置（NAT Server技術(shù)可以參考：NAT Server的典型應(yīng)用）來實(shí)現(xiàn)。

劃分子網(wǎng)和構(gòu)成超網(wǎng)（CIDR）在一定程度上緩解了IPv4地址日益枯竭的現(xiàn)狀，但也只是權(quán)宜之計(jì)。

另外，安全性、QoS（服務(wù)質(zhì)量）、簡便配置等要求也表明需要一個(gè)新的協(xié)議來根本解決目前IPv4面臨的問題。

IPv4與IPv6

IPv4的地址空間為2的32次方，約為40多億。而IPv6的地址空間為2的128次方（43億×43億×43億×43億），以近乎無限的地址容量，讓每一粒沙子都可以擁有IP地址。

此外，IPv6還有很多優(yōu)點(diǎn)

全新的報(bào)文結(jié)構(gòu)：IPv6使用了新的協(xié)議頭格式，報(bào)文頭包括固定頭部和擴(kuò)展頭部，一些非根本性的和可選擇的字段被移到了IPv6協(xié)議頭之后的擴(kuò)展協(xié)議頭中。

可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)配置和重新編址：IPv6協(xié)議內(nèi)置支持通過地址自動(dòng)配置方式使主機(jī)自動(dòng)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)并獲取IPv6地址，大大提高了內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的可管理性。

支持層次化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：層次化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以方便的進(jìn)行路由聚合，提高了路由轉(zhuǎn)發(fā)效率。

更高的安全性：可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密并對(duì)IP報(bào)文進(jìn)行校驗(yàn)，極大的增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的安全性。

更好的支持QoS：IPv6在頭部新定義了一個(gè)FlowLabel的特殊字段。IPv6的流標(biāo)簽字段使路由器可以對(duì)屬于一個(gè)流的數(shù)據(jù)包進(jìn)行識(shí)別并提供特殊處理。用這個(gè)標(biāo)簽，路由器可以不打開內(nèi)層數(shù)據(jù)包就可以識(shí)別流，這就使得即使數(shù)據(jù)包加密了有效載荷，仍然可以實(shí)現(xiàn)對(duì)QoS的支持。

IPv6的重要意義

IPv4的網(wǎng)絡(luò)體系下，美國依靠技術(shù)優(yōu)勢已主導(dǎo)根服務(wù)器近30年，美國控制了全球絕大部分的根服務(wù)器，也掌握了絕大部分的域名控制權(quán)。目前全球一共有13臺(tái)根服務(wù)器，美國10臺(tái)，其他英國、瑞典、日本各一臺(tái)輔助服務(wù)器，而中國卻連一臺(tái)根服務(wù)器都沒有。

IPv6的出現(xiàn)，一定程度上為中國未來網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展提供了機(jī)遇。2017年11月27日，下一代互聯(lián)網(wǎng)國家工程中心宣布，“雪人計(jì)劃”在美國、日本、印度、俄羅斯、德國、法國等全球16個(gè)國家完成25臺(tái)IPv6根服務(wù)器架設(shè)，中國部署了其中的4臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了中國過去零根服務(wù)器的突破。搶先IPv6的規(guī)模部署，對(duì)中國未來的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，社會(huì)進(jìn)步，國家網(wǎng)絡(luò)主權(quán)等各方面都會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

推進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議第六版（IPv6）規(guī)模部署行動(dòng)計(jì)劃指出：

互聯(lián)網(wǎng)是關(guān)系國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施，深刻影響著全球經(jīng)濟(jì)格局、利益格局和安全格局。我國是世界上較早開展IPv6試驗(yàn)和應(yīng)用的國家，在技術(shù)研發(fā)、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、應(yīng)用創(chuàng)新方面取得了重要階段性成果，已具備大規(guī)模部署的基礎(chǔ)和條件。抓住全球網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)加速創(chuàng)新變革、信息基礎(chǔ)設(shè)施快速演進(jìn)升級(jí)的歷史機(jī)遇，加強(qiáng)統(tǒng)籌謀劃，加快推進(jìn)IPv6規(guī)模部署，構(gòu)建高速率、廣普及、全覆蓋、智能化的下一代互聯(lián)網(wǎng)，是加快網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國建設(shè)、加速國家信息化進(jìn)程、助力經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、贏得未來國際競爭新優(yōu)勢的緊迫要求。

IPv6的整體介紹就到這里，后續(xù)我們的文章將會(huì)從技術(shù)層面進(jìn)行IPv6的解讀。