互聯(lián)網(wǎng)的“硬核”版本：從IPv4到IPv6

IPv4

  無論你是使用智能手機(jī)上網(wǎng)還是使用PC機(jī)上網(wǎng)，你的手機(jī)或PC機(jī)都會被分配一個IP地址，手機(jī)或PC機(jī)使用這個IP地址與互聯(lián)網(wǎng)上的其它網(wǎng)絡(luò)通信并進(jìn)行信息交換。IP地址有IPv4和IPv6兩大類，目前使用的絕大多數(shù)都是IPv4地址。

  IPv4全稱是互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（Internet Protocol，IP）第四版，是第一個在世界范圍內(nèi)廣泛使用的互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)協(xié)議，或者說是為了形成全球統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)體系，確立的一套統(tǒng)一的互聯(lián)網(wǎng)世界“語言”。1981年Jon Postel在IETF發(fā)布的RFC791中定義了IP協(xié)議，該協(xié)議規(guī)定了IPv4運行在各種各樣的底層網(wǎng)絡(luò)上，比如端對端的串行數(shù)據(jù)鏈路(PPP協(xié)議和SLIP協(xié)議) ，衛(wèi)星鏈路等等。而所有的數(shù)據(jù)IP包從發(fā)送方出發(fā)，到接收方收到，要穿過路由器連接的許許多多不同網(wǎng)絡(luò)。每個路由器都擁有如何傳遞IP包的知識，這些知識記錄在路由表中。

  路由表記錄了不同網(wǎng)絡(luò)的路徑，每個網(wǎng)絡(luò)都被看成一個目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)，可以靜態(tài)的記錄，也可以由路由協(xié)議動態(tài)獲取。IPv4并不區(qū)分作為網(wǎng)絡(luò)終端的主機(jī)(host) 和網(wǎng)絡(luò)中的中間設(shè)備，如路由器的差別。每臺電腦可以既做主機(jī)又做路由器,所有用路由器聯(lián)系起來的網(wǎng)絡(luò)的總和就是互聯(lián)網(wǎng)。

  當(dāng)IPv4協(xié)議在1981年問世的時候，工程師們總共設(shè)計了43億個IP地址，這一數(shù)量在當(dāng)時看來是完全可以滿足用戶需求的。但是時代限制了想象力，今天，僅中國一個國家就有近8億互聯(lián)網(wǎng)用戶，按照一個中國人有三個聯(lián)網(wǎng)終端（筆記本、手機(jī)、PAD）計算，世界一半的IPv4地址都不夠用。實際上中國僅有3.38億IPv4地址，人均還不到0.45個。目前，全球IPv4地址均已耗盡，這個問題不解決，地址危機(jī)將直接影響到全球互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。

  IPv6

  很明顯，我們需要更多的IP地址，以滿足今天爆炸式增長的互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備訪問網(wǎng)絡(luò)的需求。IPv6是互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的第六版，將IPv4的32位地址格式擴(kuò)大到128位，相應(yīng)的IPv6有2的128次方個地址，已經(jīng)相當(dāng)于地球上每一個平方米可以獲得10的26次方個地址，也就是人們常說的，地球上每一粒灰塵都可以獲得一個IP地址。

  相較于IPv4，IPv6最主要的變化包括：一、包頭簡化。IP包頭由13個域減少為7個域，大幅提高了路由器處理的速度。二是可變包長改為固定包長。IPv4的數(shù)據(jù)包長度是可變的，可變包長比較靈活，但會造成計算機(jī)資源分配的很大浪費。IPv6全部簡化為固定包長，可以使速度大大提升。

  當(dāng)前，互聯(lián)網(wǎng)從IPv4向IPv6的演進(jìn)正在發(fā)生。

  2016年11月7日，IAB發(fā)表關(guān)于支持IPv6發(fā)展的重要聲明：IAB希望IETF能夠在新RFC標(biāo)準(zhǔn)中，停止要求新設(shè)備和新的擴(kuò)展協(xié)議兼容IPv4，未來的新協(xié)議全部在IPv6基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化。中國工程院院士、清華大學(xué)教授吳建平指出，這個公告的發(fā)布，表明IETF正式確立未來互聯(lián)網(wǎng)建立在IPv6的基礎(chǔ)上。這是互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展過程中一個非常重要的里程碑，IPv6成為互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)無可爭議的發(fā)展趨勢和方向。而對于以“萬物互聯(lián)”為目標(biāo)的物聯(lián)網(wǎng)，IPv6同樣是下一代人類智能生活的樞紐工程。

  中國下一代互聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)研究早在2003年就已正式啟動。1997年清華大學(xué)李星教授領(lǐng)銜的研究組建立了中國第一個IPv6試驗網(wǎng)，并于1998年代表CERNET-6Bone（3ffe:3200::/24）接入到全球IPv6試驗網(wǎng)6Bone。2000年在國家自然基金委支持下，立項投資2500萬，在北京建設(shè)了國家項目資助的IPv4/IPv6雙棧試驗網(wǎng)。

  2003年，在57位院士建議下經(jīng)國務(wù)院批復(fù)，8個部委正式聯(lián)合啟動中國下一代互聯(lián)網(wǎng)示范工程CNGI。經(jīng)過五年的建設(shè)，2008年完成CNGI-CERNET2第一階段基礎(chǔ)工程建設(shè)，并被評為2008年中國十大科技進(jìn)展。CNGI-CERNET2是全球大的純IPv6網(wǎng)絡(luò)，攻克了一批關(guān)鍵技術(shù)，開發(fā)了一批重大應(yīng)用，實現(xiàn)了中國在下一代互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的重大技術(shù)突破。

  當(dāng)國際上對IPv6還沒有充分重視的時候，中國已經(jīng)走在前面。2008年，IPv6成為科技奧運的重要組成部分，建立了歷史上第一個IPv6的奧運會官方網(wǎng)站，在美國引起很大震動。目前我國CNGI項目建設(shè)取得了四個方面的創(chuàng)新成果：

  第一，建成全球大的純IPv6示范網(wǎng)絡(luò)。中國早于美國率先建成了純IPv6網(wǎng)絡(luò)。國外下一代互聯(lián)網(wǎng)研究普遍是采用雙棧模式，網(wǎng)絡(luò)既支持IPv4，又支持IPv6。但中國建立的是純IPv6的網(wǎng)絡(luò)。清華大學(xué)教授李星指出，雙棧網(wǎng)絡(luò)實際上仍將矛盾轉(zhuǎn)化到IPv4上，要完成互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)本質(zhì)的創(chuàng)新，就需要在純IPv6的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下進(jìn)行研究。

  第二，主要采用國產(chǎn)IPv6核心路由器組建大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)。為了能夠使中國在與全世界互聯(lián)互通的基礎(chǔ)上實現(xiàn)國產(chǎn)設(shè)備創(chuàng)新，CNGI-CERNET2采用了三分之一的國外設(shè)備和三分之二的國產(chǎn)設(shè)備來完成網(wǎng)絡(luò)搭建。

  第三，創(chuàng)新地解決了IPv4向IPv6過渡的問題。清華大學(xué)成功自主研發(fā)了4over6和IVI/MAP系列技術(shù)、IPv4/IPv6過渡技術(shù)，并進(jìn)行了規(guī)模應(yīng)用，形成了一批IETF的RFC國際標(biāo)準(zhǔn)。支持IPv6用戶訪問IPv4網(wǎng)絡(luò)資源，同時IPv4用戶如果暫時不能升級到IPv6網(wǎng)絡(luò)，也可以訪問IPv6的應(yīng)用，實現(xiàn)了IPv4和IPv6在網(wǎng)絡(luò)層的全功能互通。目前已經(jīng)得到蘋果iOS和安卓系統(tǒng)的支持。

  第四，真實IPv6源地址驗證技術(shù)及其規(guī)模應(yīng)用。IETF成立了由中國牽頭的工作組，專門針對IPv4網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸不能對源地址進(jìn)行檢查驗證的問題，制定了對IPv6真實源地址進(jìn)行驗證的國際技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

  中共中央辦公廳、國務(wù)院辦公廳2017年印發(fā)了《推進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議第六版（IPv6）規(guī)模部署行動計劃》，提出要用5到10年時間，形成下一代互聯(lián)網(wǎng)自主技術(shù)體系和產(chǎn)業(yè)生態(tài)，建成全球大規(guī)模的IPv6商業(yè)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)，到2018年末，中國IPv6活躍用戶數(shù)達(dá)到2億，在互聯(lián)網(wǎng)用戶中的占比不低于20%，國內(nèi)用戶量排名前50位的商業(yè)網(wǎng)站全面支持IPv6；到2020年末，IPv6活躍用戶數(shù)超過5億；到2025年末，網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用、終端全面支持IPv6。實現(xiàn)下一代互聯(lián)網(wǎng)在經(jīng)濟(jì)社會各領(lǐng)域深度融合應(yīng)用，并成為全球下一代互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的重要主導(dǎo)力量。

  IPv6研究使中國實現(xiàn)了在參與國際互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)新和標(biāo)準(zhǔn)化方面的重大突破，為下一代互聯(lián)網(wǎng)研究樹立了自信心。這讓我們深刻認(rèn)識到，只有參與解決互聯(lián)網(wǎng)的現(xiàn)實問題，才能真正掌握主動權(quán)和話語權(quán)。

名稱欄目：互聯(lián)網(wǎng)的“硬核”版本：從IPv4到IPv6
文章轉(zhuǎn)載：http://www.muchs.cn/news32/45882.html

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