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IPv6的部署

2019-11-03 09:07:34
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供稿：網友
西安電子科技大學 趙力 肖征榮 崔丙鋒


　　ipv4已經使用25年了，它已經過了最有效的時期，已不能跟上Internet的發展。IPv6是IPv4的自然演進，它克服了舊協議的許多缺點，并且能適應Internet的發展。IETF的IPng工作組已經制定了關于IPv6的標準，NGtrans工作組則正在研究如何從IPv4平滑地過渡到IPv6。

IPv6的優點

　　從90年代起，IPv4就面臨著地址空間的耗盡問題。負責全球IP地址分配的機構（RIPE-NCC、ARIN、APNIC）已經采用了相應的機制來緩解這個問題。但是，由于Internet還在呈指數規律地增長，網絡管理者必須依靠NAT技術來部署網絡；管理這些NAT設備是一個復雜而耗時的工作，某些應用，如IPsec,不能穿過NAT設備工作。其他的應用，如VOIP需要在NAT增加特殊的編碼才能工作。

　　隨著DSL、Modem和第三代無線設備的廣泛使用，Internet正在發生著變化。用戶不再僅僅與計算機相連，而是與所有需要全球IP地址的設備相連。

　　而IPv6巨大的地址空間可滿足這一需求。例如，當前的IPv6地址分配機制，是給Internet上的每個站點（無論是家用、小辦公室還是大型企業站點）分配48比特的前綴，允許每個站點設置65000個子網，每個站點能夠容納大量的主機。

　　IPv6還有如下優點：如無狀態的自動配置，更高的移動性管理和綜合IPsec等。

IPv6部署中的障礙

　　IPv4是相當成功的，它在全世界已擁有2億多用戶。這樣的網絡基礎不可能一下子全部都轉到IPv6。這就決定了IPv6的部署只能是緩慢的，而且要避免影響IPv4的業務流。

　　在Internet中有這樣一個概念，即Robert Metcalfe準則：一個網絡的價值與它的節點數目的平方成正比。如果一個網絡的應用和服務不夠好，就不能吸引用戶，因此就不如一個成熟的、建設好了的網絡有吸引力。根據Metcalfe準則，IPv6現在的價值就不高，因為IPv4有很多用戶，而IPv6的用戶較少。網絡管理員很自然就會碰到這樣一個問題，當別人都還不支持IPv6時，為什么我要轉到一個支持IPv6的網絡上。

　　另外一個阻礙IPv6廣泛部署的因素是，沒有所需協議部署的基礎設施。硬件、操作系統、中間軟件和管理工具的支持，以及合格的技術人員等，都是不可缺少的。IPv6每一個缺少的部分都代表了在時間、資源方面的巨大的投資。例如，高速路由器要求某些硬件升級，以便可以像處理IPv4分組一樣來對IPv6分組進行高速處理。現在商家都希望能夠在升級前收回他們的投資。如果軟件商的投資不能得到明確的回報，他們也不愿意增強對IPv6的支持。

　　盡管從IPv4到IPv6是一個直接向前的過程，但是的確有很多潛在的問題。例如，第三方的應用軟件就很少在目標操作系統的最新版本上編譯。而其早期的版本，可能都已被用戶廣泛使用。操作系統一般是向下兼容的，因此，將新的應用軟件在操作系統的最新版本上運行一般沒有問題。但是，為了能夠在IPv6上運行，一個應用軟件必須在支持IPv6的操作系統版本上編譯。今天，這意味著，在OS的最新版本上編寫應用軟件，常常不只一個版本。因此，第三方應用軟件的業務提供商，如果想提供可容納IPv6的業務，就得作出選擇，要么迫使其用戶升級其操作系統到支持IPv6的版本，要么支持兩種版本的應用軟件：一種在新的OS上運行IPv4和IPv6，一種僅在舊版本上運行IPv4。

從IPv4到IPv6

　　IETF的NGtrans工作組已經設計了一套從IPv4過渡到IPv6的工具，以滿足不同網絡的需要。其中兩個最重要的技術就是：混合協議機制和隧道技術。

　　一個混合協議主機在同一個堆棧中執行IPv4和IPv6，這兩種協議共享大多數代碼。對IPv4的對等層使用IPv4，IPv6的對等層使用IPv6。當兩種選擇均可時，主機通常會選擇IPv6的路徑，這樣，將增加IPv6的價值和力量，吸引更多的用戶。

　　隧道技術為IPv6子網提供了一個便利的方法，使它可以穿過IPv4網絡而到達另一個IPv6子網。一個IPv6分組可以封裝在IPv4的分組中。

　　除了這兩種方法外，NGtrans工作組還開發了其他過渡工具，這些工具分為兩類：

* 能夠穿過IPv4的Internet，自動配置孤立的IPv6網絡之間隧道連接的工具。

* 使得IPv6節點和IPv4節點之間能夠通信的工具。

　　迄今為止，第一類有兩種工具：隧道"broker"（連接單個主機和小型網絡到IPv6的Internet骨干網中）和6-to-4機制。

　　在6-to-4機制中，全球IPv4的地址前面自動加上了一個48比特的前綴，然后，跨越無狀態的隧道，穿過IPv4的網絡，連接到別的6-to-4域中。這種機制的優點是：一個單個的全球IPv4地址能夠產生到達整個站點的IPv6連接。增加對IPv6的支持和6-to-4功能到IPv4的NAT中，提供了一個很有吸引力的過渡機制。在一個有多個子公司的企業中，每個子公司使用專用的IPv4地址和NAT技術，6-to-4策略能夠創建一個虛擬的IPv6 企業外部網，它也能夠重新建立端到端的IP連接，允許企業在不同地點的所有服務器上使用IPsec。

　　第二類的NGtrans工具包括“translation”。這種簡單、自然的方法能夠在IP層、傳輸或應用層執行。

* 在IP層，基本的過渡工具是SIIT(Simple IP/ICMP Translator),在此之上是網絡地址轉換協議（NAT-PT）。

* 在傳輸層，SOCK機制已經升級了，允許IPv6/IPv4轉接。TCP建議在IPv6的邊界上終止TCP或UDP連接，再轉接到IPv6網絡。

* 在應用層，代理能在雙重堆棧設備上運行。

　　另一種在IPv6和IPv4節點之間進行通信的方法是：雙重堆棧轉換機制（DSTM），暫時為IPv6節點分配一IPv4地址。

　　在所有這些機制中，6-to-4機制在過渡的初期階段將起到很重要的作用，DTSM機制將在后期起作用。關于這些工具更多的信息和NGtrans的信息可查閱網站：http://www.6bone.net/ngtrans。

IPv6在移動通信中的應用

　　在第三代移動通信系統中，就將采用IPv6。移動無線Internet論壇已經在其基礎設施中加入了對IPv6的支持，3GPP已經在多媒體領域的體系結構中采用了IPv6,而且3GPP2正在考慮在所有的IP體系結構中采用IPv6。如果在移動通信中采用IPv6,那么將有好幾億手機用戶成為IPv6用戶。從這個意義上說，移動通信的IPv6能否順利發展，決定了IPv6的未來，也推動了IPv6相關標準的發展。

　　移動IPv6由IPv4發展而來，它有許多新的特點，包括足夠大的地址空間、更高的安全性等。移動IPv6在協議中定義了移動節點、通信節點和本地代理三種操作實體。當移動節點離開本地鏈路時，可利用IPv6的增強功能（如地址自動配置）得到轉交地址。轉交地址是在移動節點訪問外地鏈路時獲得的IP地址，它的子網前綴就是所訪問的外地鏈路的子網前綴。移動節點的本地代理得到轉交地址后，使用IPv6的“鄰居發現”機制獲得發往移動節點的數據包。它在本地鏈路上廣播鄰居信息，接收到這個信息的其他節點就要修改自己的鄰居緩存，使移動節點的轉交地址與本地代理的鏈路層地址相關聯，發往移動節點的數據包可直接被轉移到移動節點上，不再發往移動節點的本地代理，因此，可以減輕網絡的負擔，也解決了IPv4協議中存在的路由迂回問題。

　　2000年11月，諾基亞推出了第一個支持IPv6的GPRS網絡。該網絡的推出是邁向新一代IP移動網絡重要的一步，支持IPv6的GPRS網絡將使網絡運營商從基于IPv4的業務向基于IPv6的業務平滑過渡。在過渡期間，基于IPv4和IPv6的業務可以在同一網絡中共存，僅需要通過軟件對現有的網絡設備進行升級就可以使GPRS網絡支持IPv6。移動IPv6為消費者帶來更多的互動性和個性，IPv6還可以使網絡的服務質量得到提高。

IPv6的部署狀況及前景

　　隨著支持IPv6的操作系統和路由器越來越多，ISP已開始提供IPv6業務。亞洲地區可能最先部署IPv6（最近在日本的Usaka舉行了一個IPv6會議）。現在，一系列的過渡工具已經被開發出來，并且得到實施。在3G無線領域中，將會很快部署IPv6，在計算機游戲和用戶嵌入控制領域也將很快部署IPv6。

　　目前，許多主要的商家都發布或引入了兼容IPv6的產品，主要是在主機和路由器中支持IPv6 ，在主機的實施情況如下：

* Apple Computer公司發布了在Mac OS X上的IPv6和IPsec 開發工具。

* COMPAQ Computer Corporation 在Alpha Tru64 UNIX 和Alpha OpenVMS 上實施了IPv6，Tru64 UNIX v5.1和OpenVMS的TCP/IP業務v5.1都包括對傳輸控制協議、用戶數據報協議和SOCK的IPv6支持。

* linux 2.1.8 和更高版本的內核都包括對IPv6 的支持。以NRL代碼為基礎的基本網絡工具都是可以得到的。

* Microsoft 正在制作IPv6的技術預覽，在其MSDN站點上提供Windows2000開發的免費下載軟件。

* Novell 公司正在開發完整的IPv6設施。包括自動配置、移動性、安全性、組播路由選擇、OSPF、DHCP、PPP和IPX的綜合。發布版也支持SOCKET和TLI編程接口。

* Sun Microsystems Inc已經為Solaris 8 開發了IPv6實施工具。這些工具將在SPARC和X86機器上運行。開發工具包括，IPv6 Socket Scrubber和Porting Guide。

* Nokia 正計劃在其生產線上支持IPv6。有關Nokia的IPv6計劃的信息可在其網站上查到。

* 美國海軍研究實驗室（NRL）正在其Internet安全技術研究項目中，為4.4BSD-Lite系統構建IPv6和IP Security實施。

在路由器中的實施情況如下：

* 3Com公司已經為它的NETBuilderII和PathBuilder S500路由器提供了IPv6的支持。

* Nokia的IP路由選擇工作組正在使用IPv6作為它的IPSO 3.3的一部分，運行在Nokia的IP/100/IP/300/400/600生產線上。

* Telebit Communications A/S正在持續開發其商用IPv6路由器，現在已經在UNI-C的Denmark IPv6學術研究網絡中使用。

* 日立在2000年4月為它的GR2000吉比特系列路由器發布了IPv6的測試版軟件。該軟件除了支持IPv4分組的轉發外，還能夠轉發IPv6分組。現在日本市場已經出售該軟件了，在其他國家也將很快出售。

　　這些軟件，有些是測試版，有些是正式版。另外一些完全支持IPv6，有成熟產品，這些軟件的互通性都在Internet Labs上得到了驗證。

　　在全球的ISP中，日本的ISP（NTT、IIJ等）以隧道模式和在自身鏈路上提供了IPv6的試驗性業務。他們正準備提供全方位的IPv6業務支持。一個新的美國公司——Zama，正在一個IPv6的骨干網上構建商業計劃。而且，美國、亞太地區和歐洲的幾個大的ISP也在逐漸提供IPv6的業務。


----《通訊世界》

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