■IPv4 20世紀的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議隨著(zhù)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、語(yǔ)音/數據的集成以及嵌入式互連設備的快速發(fā)展，以互聯(lián)網(wǎng)為核心的未來(lái)通信模式正在形成。到目前為止，互聯(lián)網(wǎng)取得了巨大的成功，而這很大程度上歸功于其核心通信協(xié)議IPv4的高度可伸縮性。IPv4的設計思想成功地造就了目前的國際互聯(lián)網(wǎng)，并容納了過(guò)去十年中網(wǎng)絡(luò )規模的幾何級數增長(cháng)，其核心價(jià)值體現在以下方面：簡(jiǎn)單、靈活和開(kāi)放性。
但是，新應用的不斷涌現使互聯(lián)網(wǎng)呈現出新的特征，傳統的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議版本，即IPv4,已經(jīng)難以支持互聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)一步擴張和新業(yè)務(wù)的特性，比如實(shí)時(shí)應用和服務(wù)質(zhì)量保證。IPv4的不足體現在以下方面：
1.有限的地址空間IPv4協(xié)議中每一個(gè)網(wǎng)絡(luò )接口由長(cháng)度為32位IP地址標識，這決定了IPv4的地址空間為232,大約理論上可以容納43億個(gè)主機，這一地址空間難以滿(mǎn)足未來(lái)移動(dòng)設備和消費類(lèi)電子設備對IP地址的巨大需求量。加之存在地址分配的大量浪費，有預測表明，以目前Internet發(fā)展速度計算，所有IPv4地址將在2005～2010年間分配完。
在二十世紀九十年代的研究人員已經(jīng)意識到了IP地址空間以及分配存在的問(wèn)題，并開(kāi)發(fā)了一些新技術(shù)來(lái)改善地址分配和減緩IP地址的需求量，比如CIDR和NAT。這些技術(shù)一定程度上緩解了地址空間被耗盡的危機，但為基于IP的網(wǎng)絡(luò )增加了復雜性，并且破壞了一些IP協(xié)議的核心特性，比如端到端原則，因此不能從根本上解決IPv4面對的困難。
2.路由選擇效率不高IPv4的地址由網(wǎng)絡(luò )和主機地址兩部分構成，以支持層次型的路由結構。子網(wǎng)和CIDR的引入提高了路由層次結構的靈活性。但由于歷史的原因，IPv4地址的層次結構缺乏統一的分配和管理，并且多數IP地址空間的拓撲結構只有兩層或者三層，這導致主干路由器中存在大量的路由表項。龐大的路由表增加了路由查找和存儲的開(kāi)銷(xiāo)，成為目前影響提高互聯(lián)網(wǎng)效率的一個(gè)瓶頸。同時(shí)，IPv4數據包的報頭長(cháng)度不固定，因此難以利用硬件對提取、分析路由信息，這對進(jìn)一步提高路由器的數據吞吐率也是不利的。
3.缺乏服務(wù)質(zhì)量保證IPv4遵循Best Effort原則，這一方面是一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，因為它使IPv4簡(jiǎn)單高效；另一方面它對互聯(lián)網(wǎng)上涌現的新的業(yè)務(wù)類(lèi)型缺乏有效的支持，比如實(shí)時(shí)和多媒體應用，這些應用要求提供一定的服務(wù)質(zhì)量保證，比如帶寬、延遲和抖動(dòng)。研究人員提出了新的協(xié)議在IPv4網(wǎng)絡(luò )中支持以上應用，如執行資源預留的RSVP協(xié)議和支持實(shí)時(shí)傳輸的RTP/RTCP協(xié)議。這些協(xié)議同樣提高了規劃、構造IP網(wǎng)絡(luò )的成本和復雜性。
■IPv6下一代的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議為了克服IPv4的以上不足，IETF從九十年代初開(kāi)始制定IPv6協(xié)議，1998年IPng工作組正式公布RFC2460標準。IPv6繼承了IPv4的端到端和盡力而為的基本思想，其設計目標就是要解決IPv4存在的問(wèn)題，并取代IPv4成為下一代互聯(lián)網(wǎng)的主導協(xié)議。為實(shí)現這一目標，IPv6具有了以下特征：
1.128位地址空間IPv6的地址長(cháng)度由IPv4的32位擴展到128位，據預測，這樣龐大的地址空間可以在2020年之前滿(mǎn)足互聯(lián)網(wǎng)的增長(cháng)，即使所有的移動(dòng)電話(huà)和手表都分配一個(gè)IP地址并聯(lián)入國際互聯(lián)網(wǎng)。另一個(gè)值得考慮的因素是地址分配。IPv4時(shí)代互聯(lián)網(wǎng)地址分配的教訓使人們意識到即使有128位的地址空間，一個(gè)良好的分配方案仍然非常關(guān)鍵。因此，有理由相信在IPv6時(shí)代IP地址可能會(huì )得到更充分的利用。
2.改進(jìn)的路由結構IPv6采用類(lèi)似CIDR的地址聚類(lèi)機制層次的地址結構。為支持更多的地址層次，網(wǎng)絡(luò )前綴可以分成多個(gè)層次的網(wǎng)絡(luò )，其中包括13比特的TLA-ID、24比特的NLA-ID和16比特的SLA-ID。一般來(lái)說(shuō)，IPv6的管理機構對TLA的分配進(jìn)行嚴格管理，只將其分配給大型骨干網(wǎng)的ISP，然后骨干網(wǎng)ISP再可以靈活地為各個(gè)地區/中小ISP分配N(xiāo)LA，而用戶(hù)從中小ISP獲得地址。這樣不僅可以定義非常靈活的地址層次結構，同時(shí)，同一層次上的多個(gè)網(wǎng)絡(luò )在上層路由器中表示為一個(gè)統一的網(wǎng)絡(luò )前綴，這樣可以顯著(zhù)減少路由器必須維護的路由表項。按照13比特的TLA計算，理想情況下一個(gè)核心主干網(wǎng)路由器只須維護不超過(guò)8192個(gè)表項。這大大降低了路由器的尋路和存儲開(kāi)銷(xiāo)。
同時(shí)，IPv6采用固定長(cháng)度的基本報頭，簡(jiǎn)化了路由器的操作，降低了路由器處理分組的開(kāi)銷(xiāo)。在基本報頭之后還可以附加不同類(lèi)型的擴展報頭，為定義可選項以及新功能提供了靈活性。
■IPv6高效的互聯(lián)網(wǎng)引擎引人注目的是，IPv6增加了許多新的特性，其中包括：服務(wù)質(zhì)量保證、自動(dòng)配置、支持移動(dòng)性、多點(diǎn)尋址（Multicast）、安全性。
基于以上改進(jìn)和新的特征，IPv6為互聯(lián)網(wǎng)換上一個(gè)簡(jiǎn)捷、高效的引擎，不僅可以解決IPv4目前的地址短缺難題，而且可以使國際互聯(lián)網(wǎng)擺脫日益復雜、難以管理和控制的局面，變得更加穩定、可靠、高效和安全。
IPv6協(xié)議的以上特性同時(shí)為3G網(wǎng)絡(luò )提供了廣闊的前景。目前移動(dòng)通信正在試圖從基于電路交換提供語(yǔ)音服務(wù)向基于IP提供數據、語(yǔ)音、視頻等多種服務(wù)轉變，IPv4很難對此提供有效的支持：移動(dòng)設備入網(wǎng)需要大量的IP地址，移動(dòng)設備的全球漫游問(wèn)題也必須由附加的移動(dòng)IPv4協(xié)議加以支持。IPv6的地址空間、移動(dòng)性的支持、服務(wù)質(zhì)量保證機制、安全性和其他靈活性很好地滿(mǎn)足了3G網(wǎng)絡(luò )的需求。目前3GPP也已經(jīng)決定以IPv6為基礎構筑下一代移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )，很多通信廠(chǎng)商正致力于構建基于IPv6的全IP的3G核心網(wǎng)（All-IP Core）。據預測在移動(dòng)通信領(lǐng)域IPv6最有可能首先得到廣泛應用，實(shí)現移動(dòng)互聯(lián)。
■IPv6中國的機會(huì )中國在IPv4時(shí)代，分到的IPv4正式地址數一共才約900萬(wàn)，而美國斯坦福大學(xué)是1700萬(wàn)，IBM公司則達到3300萬(wàn)。同樣由于歷史的原因，在技術(shù)研究、標準制訂、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)等諸多方面中國也遠遠落后于美國。而IPv6為中國的互聯(lián)網(wǎng)事業(yè)提供了一個(gè)縮小差距的良機：
更多的地址：IPv6的地址長(cháng)度和分配方案以一個(gè)世界性的網(wǎng)絡(luò )為出發(fā)點(diǎn)，中國將會(huì )分配到足夠的IPv6地址。
研究和開(kāi)發(fā)：過(guò)去的十幾年中中國在互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的研究和開(kāi)發(fā)實(shí)力正在加強，逐步縮小了與美國的差距。IPv6使中國可以和世界重新站在同一起跑線(xiàn)上，參與世界范圍的競爭。
后發(fā)優(yōu)勢：IPv4地址缺乏、龐大的人口基數和互聯(lián)網(wǎng)的迅速擴張使中國更容易首先接受IPv6，這將轉化為一種優(yōu)勢：IPv6將首先在中國廣泛應用，從而推動(dòng)IPv6研究、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和應用的全面進(jìn)步，使中國在下一代國際互聯(lián)網(wǎng)的競爭中處于有利位置。
IPv6對于和我們境遇類(lèi)似的其他亞洲國家如日本和韓國也是一個(gè)巨大的機遇，他們對IPv6傾注了極大熱情IPv6全球峰會(huì )分別在日本和韓國召開(kāi)，而日本更是已經(jīng)開(kāi)始分配正式IPv6，若干企業(yè)已經(jīng)開(kāi)始在內部以雙協(xié)議棧的方式全面部署IPv6協(xié)議。而目前IPv6在中國仍然停留于試驗床階段，這給我們一個(gè)警示：IPv6的機會(huì )中國不可錯!
