IPv6应用发展分析.docx

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IPv6应用发展分析

1IPv6简介

目前我们正在使用的互联网是建立在IPv4协议（互联网协议版本4）基础之上的，IPv4采用32位地址长度，只有大约43亿个地址。

•历史的原因

–互联网发展初期地址分配策略不合理

–全球互联网起步时间不同，区域性地址分配不均（中国全部地址量约318B，美国仅MIT就有256B）

随着互联网的迅速发展，IPv4定义的有限地址空间消耗速度正在逐年加快，虽然采取了许多节约地址的方法（这些方法同时也带来了安全等其他方面的问题），但据IETF（Internet工程任务组）估计，按照互联网现在的发展速度，IPv4地址仍将会在2005-2010年间被分配完毕。

IPv6（互联网协议版本6）就是在这种情况下应运而生的。

IPv6将把地址长度扩展至128位，共计约3.4×1038个地址，是IPv4地址空间（232）的近1600亿倍（296）。

与IPv4相比，IPv6具有地址空间更大、网络整体吞吐量更高、服务质量和多播功能更好、安全性更强、即插即用和移动应用更易等诸多优点，尤其是IPv6大大扩展了地址空间，恢复了原来因地址受限而失去的端到端连接功能，保证了端到端的服务质量和安全性，为互联网的进一步发展和缩小数字鸿沟提供了基本条件。

因此，自IPv6诞生以来，已经越来越引人注目，各国政府也越来越重视IPv6的发展，甚至纷纷将IPv6提升为国家发展战略的高度，并制定了有关的发展策略。

1.1IPv6的地址格式

1.1.1IPv6地址表示方法

为了使用户能快捷地记住IPv6地址，IPv6地址的设计者们设计了下面4种IPv6速记方法。

（1）将128位的IPv6地址则被分割成8个16位段来表示，其中每个16位段书写为大小在0x0000~0xFFFF之间的十六进制的数字表示，并且每个16位段之间使用英文符号冒号“:

”来分开。

例如：

3FFE:

1944:

0100:

000A:

0000:

00BC:

2500:

0D0B。

（2）压缩表示法，即任何由全0组成的1个或多个16位段的单个连续的字符串多可以用一个双冒号“:

:

”来表示。

例如：

1080:

0:

0:

0:

8:

800:

200C:

417A＝1080:

:

8:

800:

200C:

417A

FF01:

0:

0:

0:

0:

0:

0:

101＝FF01:

:

101

0:

0:

0:

0:

0:

0:

0:

1＝:

:

1

0:

0:

0:

0:

0:

0:

0:

0＝:

:

（3）嵌入在IPv6中的IPv4数据的表示方法，此种方法用在将IPv4地址的网络转换成IPv6地址的技术，或者要求IPv4地址在IPv6地址环境中进行通信的技术中。

例如：

FEC0:

0:

0:

1:

:

10.23.1.5

（4）地址前缀的表示方法，即通过在IPv6地址后面加一个斜线“/”，随后在用一个十进制的数字来标示一个IPv6地址的起始位有多少位是前缀位。

例如：

3FFE:

1944:

100:

A:

:

/64，:

:

/0和:

:

/128

1.1.2IPv6的地址类型

IPv6前缀分配情况如表2-1所示。

表2-1IPv6前缀分配情况

前缀（二进制）

地址类型

占地址空间的份额

00000000

IETF保留

1/256

00000001

IETF保留

1/256

0000001

IETF保留

1/128

000001

IETF保留

1/64

00001

IETF保留

1/32

0001

IETF保留

1/16

001

全球单播地址

1/8

010

IETF保留

1/8

011

IETF保留

1/8

100

IETF保留

1/8

101

IETF保留

1/8

110

IETF保留

1/8

1110

IETF保留

1/16

11110

IETF保留

1/32

111110

IETF保留

1/64

1111110

唯一本地单播地址

1/128

111111100

IETF保留

1/512

1111111010

本地链路单播地址

1/1024

1111111011

IETF保留

1/1024

11111111

多播地址

1/256

1.1.2.1单播地址（UnicastAddress）

单播地址包括全球单播地址和链路本地单播地址，单播地址用来表示单台设备的地址，一个全球单播地址是指这个单播地址是全球惟一的，并且能够在全球范围内被路由而无需进行更改。

目前所有的全球单播地址的前三位是001，因此，所有的全球单播地址都是以2或3开头的，即，001（2xxx:

:

/4或3xxx:

:

/4）。

链路本地单播地址是适用范围限定在单条链路上的地址，它的惟一性是仅仅限于所在的链路并且相同的地址也可能存在于另一条链路上，因此这样的地址离开所在的链路是不可路由的，链路本地单播地址的起始10位永远是1111111010（FE80:

:

/10）。

1.1.2.2任意播地址（AnycastAddress）

一个任意播地址表示的更像一种服务，而不是一台设备，并且相同的地址可以驻留在提供相同服务的一台或多台设备中。

任意播地址仅是根据它们提供的服务功能而定义的，而不是根据它们的格式，而且理论上来说可能是任何范围内的任何一个IPv6单播地址。

但是，在RFC2526中定义了一个保留的任意播地址的格式。

任意播地址在IPv4协议的网络中已经使用了一段时间，但是在协议中它们的定义才被正式化。

1.1.2.3多播地址（MulticastAddress）

多播地址标识的不是一台设备，而是一组设备——一个多播组（multicastgroup），发送给一个多播组的数据包可以由单台设备发起。

因此，一个多播数据包通常包括一个单播地址作为它的源地址，一个多播地址作为它的目的地址。

在一个数据包中，多播地址不会作为源地址出现。

多播地址起始的8位总是全1，表2-2中显示了几个保留的公认的IPv6多播地址，所有这些地址都属于链路本地的范围。

表2-2公认的IPv6多播地址举例

多播地址

用途

FF02:

:

1

所有的节点

FF02:

:

2

所有的路由器

FF02:

:

5

OSPFv3路由器

FF02:

:

6

OSPFv3指定路由器

FF02:

:

9

RIPng路由器

FF02:

:

A

EIGRP路由器

FF02:

:

B

移动代理（MobileAgents）

FF02:

:

C

DHCP服务器/中继代理

FF02:

:

D

所有的PIM（独立组播协议）路由器

1.1.2.4嵌入的IPv4地址

该类地址用在将IPv4地址的网络转换成IPv6地址的技术，或另外一种让两者共存的技术——要求IPv4地址在IPv6地址环境中进行通信中。

1.1.2.5未指定地址

0:

0:

0:

0:

0:

0:

0:

0表示缺省地址，它不能应用于任何一个节点。

它的用途是当一个刚初始化的主机不知道自身的IP地址，则在发送的数据包的源地址可以使用此未指定地址。

该地址不能被用作目的地址。

源地址是该地址的报文也不会被路由器所转发。

1.1.2.6环回地址

单播地址0:

0:

0:

0:

0:

0:

0:

1被称为环回地址。

不应该被指定到任何一个物理接口。

用于节点向自身发送报文。

环回地址不能被用作离开节点的报文的源地址。

该地址作为目的地址的报文也不能离开本节点以及被路由器转发。

接口收到目的的地址是环回地址的报文必须被丢弃。

1.2IPv6的数据报格式

1.2.1IPv6数据报的首部格式

相比IPv4的首部，IPv6的头部更简洁、更灵活，而且在使用可选项时也更有效。

IPv6头部删除了IPv4头部中的部分字段，并对其它字段进行了重新命名，其地址长度是IPv4的4倍，但其头部仅是IPv4头部的2倍。

IPv6包头的格式如图2-1所示[4]。

图2-1IPv6的首部

（1）版本（Version）：

指示IP版本号。

（2）净荷长度（PayloadLength）：

除头部之外的IP包长度（以8位组单位），扩展首部属于净荷的一部分。

（3）下一首部（NextHeader）：

标识紧随IPv6基本头部之后的首部类型的值，下一个首部即可以是上层首部（如ICMP、TCP或UDP），也可能是一个IPv6扩展首部。

（4）跳数限制（HopLimit）：

被数据包所经过的每个节点所递减，跳数限制字段值为0时该数据包就要被丢弃。

（5）源地址/目的地址（SourceAddress/DestinationAddress）：

该字段的长度均为128bit，其内容分别是128的IPv6源地址和目的地址。

1.2.2IPv6扩展首部

IPv6基本头部中不含可选的网络层信息，这些可选信息被放置在IPv6基本头部与上层协议首部之间的独立首部中。

在数据包的传送路径上，并不是每个节点都会处理扩展首部，只有IPv6基本头部中目的地址字段所标识的节点才处理这些扩展首部。

由于不再需要每台IP路由器处理这些可能仅针对目的的节点的头部信息，因而可以大大提高选项的处理效率。

（1）扩展首部次序。

通过检查前一个头部中的相关信息，节点就可以确定其是否要检查扩展首部，因而在处理扩展首部时，需要安装它们在数据包中出现的次序依次处理。

图2-2解释了扩展首部的使用方式。

IPv6首部

下一首部＝TCP

TCP首部＋数据

IPv6首部

下一首部=路由

路由首部

下一首部＝TCP

TCP首部+数据

IPv6首部

下一首部=路由

路由首部

下一首部=分段

分段首部

下一首部＝TCP

TCP分段首部+数据

图2-2扩展首部的使用

（2）选项。

目前已定义的两个扩展首部（逐跳选项头和目的选项头）包含一个或多个TLV（Type-Length-Value，类型-长度-值）选项。

（3）逐跳选项首部。

在数据包向目的地分发的路径上，所有的路由器都必须处理逐跳选项首部。

逐选项首部必须紧随IPv6基本首部之后，这就使得分发路径上的路由只要处理该首部即可，而无需处理其它扩展首部。

（4）路由首部。

列在路由首部中的地址的作用是标识数据包在分发到目的地的路由中所必须经过的节点。

（5）分段首部。

当IPv6源节点希望发送的数据包大于去往目的地所经路径的MTU时，就需要使用分段首部。

（6）目的选项首部。

对目的选项首部所包含的选项来说，IPv6的目的地都必须加以检查。

（7）认证首部。

IPv6中增加了AH（AuthenticationHeader，认证首部），其目的是为IPv6包提供完整性检查和身份验证。

（8）封装安全净荷首部。

ESP（EncapsulatingSecurityPayload，封装安全净荷）可以提供完整性和机密性机制，可以结合使用AH和ESP来提供认证机制。

2国际IPv6技术发展现状

1.日本

日本是发展IPv6最早的国家之一，也是发展IPv6速度最快的国家。

由于错过了上世纪互联网与移动通信的发展机会，因此日本政府决心利用3G和IPv6的发展契机急起直追，使日本重新回到在通信、电子领域全球最先进国家行列。

日本政府对IPv6的发展极为重视，甚至把IPv6技术的发展作为政府“超高速网络建设和竞争”的一项基本政策，并在2001年3月的“e-Japan重点计划”中确定了于2005年完成互联网向IPv6过渡的目标。

日本政府自1992年起就开始进行IPv6的研发和标准化工作，并且取得了相当大的成果，在研发和应用方面都属于世界前列。

日本IPv6的组织有许多。

其中，因特网及广域IP网的产学研联合研究开发组织WIDE（WidelyIntegrated&DistributedEnvironment）是世界上最早的IPv6研究机构，该组织于1988年由政府组织成立。

起初，WIDE的目的只是建立大规模广域分散网络环境，后来开展IPv6的研究，进行IPv6协议的开发和标准的制定工作，并逐步变成一个国际性的研究组织。

现在，WIDE研究成员已经达到100多个国际公司、40多个教育科研组织。

另外，IPv6推进会（IPv6PromotionCouncilofJapan）也是一个非常重要的官产学研相结合的组织，该组织于2001年成立，目的在于推动IPv6的产业化。

日本的运营商第一个开始向国内提供IPv6商业服务。

NTT一直是IPv6应用的领航者，在1999年9月正式成为第一个商用业务提供商，并于2002年4月首次在日本推出付费的商用IPv6网关业务。

到目前为止，NTTCom、JapanTelecom和KDDI等日本的主要运营商和ISP几乎都已经提供IPv6商业化接入服务。

日本的运营商还努力向国际上推广其IPv6业务。

NTTEurope在2003年2月向欧洲推出了IPv6网关业务。

NTT还与Verio联合建立了跨越日本、欧洲和美国的全球IPv6商用骨干网，2003年下半年在美国首次推出商用的IPv6业务。

截至目前为止，除日本本土之外，NTT/Verio已经成功地推出IPv6商用服务的国家、地区已经达到10个，包括澳大利亚、马来西亚、香港、台湾、英国、法国、西班牙、美国、德国、韩国等。

在政府的大力支持下，日本企业对IPv6产品的研发与生产也开展得热火朝天，日立、NEC、富士通等等是世界上最早实现IPv6硬件支持的网络设备厂商。

此外，日本的IPv6终端设备研制速度也相当快，索尼、东芝、日立、松下等主要信息终端厂商的产品都已经开始支持IPv6协议。

2.韩国

韩国政府对IPv6技术的发展也相当重视。

韩国还专门制定了IPv6的演进进程，共分四个阶段。

第一阶段（2001年以前）建立IPv6试验网，开展验证、运行和宣传工作；第二阶段（2002～2005）建立了IPv6岛，与现有IPv4大网互通，在IMT2000上提供IPv6服务；第三阶段（2006～2010年）建立IPv6大网，原IPv4大网退化为IPv4岛，与IPv6大网互通，提供有线和无线的IPv6商用服务；第四阶段（2011年后）演进成一个单纯完整的IPv6网。

最近，韩国信息通信部提出了实现人均每年2万美元GDP的IT839计划，其中IPv6是需要建设的三个基础设施之一，通过支持引导性项目和开发设备来推动IPv6在韩国的发展，目标是在2004年扩展IPv6试验网络，2005年开始商业应用，2010年提供全IPv6业务。

韩国预期IPv6将从根本上解决地址短缺的问题，并将为新兴主导项目的成功作出贡献，通过IPv6项目的成功推进，将在2004年实现产值2.6万亿美元和创造53000个新职位，到2007年将达到10万亿美元的收入，并进而使整个IT行业实现出口1100亿美元。

为此，韩国将会采取一系列的策略，包括：

Ø通过IPv6的实验项目，提前对设备和业务进行检验，IPv6政策委员会将在行业、学院、研究机构和政府之间建立合作关系；

Ø加紧开发适合互联网环境的IPv6技术，并将其用于发掘早期的市场需求；

Ø在一些新的项目中应用IPv6技术，包括BcN（宽带综合网）、WiBro（无线宽带）、家庭网络业务以及RFID（无线电频率辨别）和3G移动通信业务的连接等。

3.美国

由于美国是互联网的发源地，所拥有IPv4地址数量达到每人约10个IP地址，占全世界说拥有地址数的70%，基本上不存在缺乏的问题，而且基于IPv4的互联网还正在源源不断地为美国带来巨大的财富，也不愿意改动花费亿万美金构建的IPv4商业网络体系，所以很长一段时间以来，美国政府对IPv6的发展的态度基本上是不温不火，主要是几个民间组织在跟踪研究。

美国的Internet2组织负责促进包括IPv6在内的下一代互联网的部署和采用，它是一个由180多所大学领导的集团，与业界及政府合作开发和部署先进的网络应用与技术。

其主要目标是：

为美国研究机构创建一个前沿网络；开创新的互联网应用；保证新的网络服务与应用迅速转移到广泛的互联网社团。

能源科学网（ESnet）是美国国家级的一个研究教育网，其主要工作是帮助世界上的研究教育网推出IPv6服务，旨在提供商用IPv6过渡服务。

不过，自2003年开始，出于对国家网络安全保护的需要，美国政府也开始对IPv6的给予了极大的关注。

究其原因，主要是911事件以后，恐怖分子的袭击模式已经没有定式可言，美国非常担心恐怖分子对其网络进行致命性的攻击。

2003年2月，白宫发布网络安全计划，商务部将负责推动下一代网络协议标准（IPv6）的研发。

2003年6月，美国国防部发布了一份题为“IPv6”的备忘录，宣布将不再购买不支持IPv6的网络硬件设备。

在这份备忘录中，美国国防部宣称要在美国军方规划实施的“全球信息网格（GIG）”中全面部署IPv6，并提出了具体的目标：

到2008财政年，在整个国防部的网络之间和内部网络中完成向IPv6的过渡。

2004年3月，美国国防部最大的IPv6试验网络Moonv6完成第二阶段测试，并已经发布了测试结果。

4.欧洲

欧洲由于在IPv4地址方面没有亚洲那样非常大的压力，所以起初对于发展IPv6并没有太大的积极性。

然而，他们也不甘心在互联网发展方面一直落后于美国，IPv6让欧洲看到了赶超美国的机会。

另外，欧洲也担心在今后的互联网设备与应用方面落后于日本等国家，唯恐过时再追赶又会来不及，又会因为再次落后而付出更大的代价，所以他们也不敢掉以轻心而冒险等待。

欧洲自2000年开始进行IPv6的研究。

在发展IPv6时，欧洲采用了一种与其他国家完全不同的模式，其基本策略是“先移动，后固定”。

这是因为，欧洲的移动通信事业相当发达，第3代移动通信（3G）网络基本建成，首先在3G网络中引入IPv6是水到渠成的事情。

制定3G标准的3GPP组织于2000年5月已经决定以IPv6为基础构筑下一代移动网。

IPv6能提供无数的地址空间，可以为无线应用的新用户提供巨大容量，是3G必须遵循的标准和发展3G所必需的工具之一。

因此，欧洲也期待着能够利用IPv6使3G迎来明媚的春天。

欧洲在发展IPv6方面投入了很大的力量，先后推出了大大小小近20个IPv6相关项目，包括6INIT、6WINIT、WINE、Euro6IX、6NET等。

6INIT项目从2000开始，总投资42万欧元，该项目的目的在于，通过建立基于IPv6的运行网和提高有关IPv6部署问题在各公司间的认知度，推进IPv6多媒体和安全服务在欧洲的使用。

该项目在2001年底结束后，其中的大多数参与者都留在6WINIT（IPv6无线互联网行动计划）项目中继续工作。

6WINIT项目的目的是有效地推进基于IPv6与GPRS及UMTS/3GPP结合的新型移动无线互联网在欧洲的应用。

另外，为了加快IPv6在欧洲的引入和发展，欧洲还投资155万欧元建立了Euro6IX试验床。

到目前为止，欧盟已经投资1亿多欧元用于IPv6的研究和开发项目。

尽管欧洲的领导层都对IPv6给予了厚望，但起初欧洲的各大运营商基本上都是处于左右为难、举棋不定的状态，他们主要是考虑到IPv6还有许多的问题需要完善，加上要向IPv6过渡，就必须要对原来部署的大量设备和软件等进行更新换代。

现在，也有少数运营商做出了一定程度的回应。

虽然运营商的积极性不是很高，但欧洲的设备厂商在IPv6的研发上可是不甘落后，诺基亚、爱立信等为代表的多数网络设备商都相继推出了各自的IPv6产品和解决方案。

5.6Bone

6Bone是世界上成立最早也是迄今规模最大的全球范围的IPv6示范网，1996年8月由IETF组织创建。

到目前为止，6Bone的规模已经扩展到包括中国在内的近60个国家和地区，连接了近千个站点，成为IPv6研究者、开发者和实践者的主要平台。

6Bone是一个全球性层次化的IPv6网络，但它在物理上并不是一个纯粹的IPv6网络，它只是各个国家和地区组织维护的IPv6网络孤岛通过在基于IPv4的互联网上利用隧道技术连接起来的一个虚拟IPv6网络。

6Bone起先的主要工作是对IPv6协议及应用标准与实施进行测试。

2000年2月，6Bone实验网试验完成了6Bone骨干路由规则（6BoneBackboneRoutingGuidelines），该规则最终被IETF接受为RFC2772标准文稿，取代了RFC2546。

6Bone实验网还于2000年4月发布了关于BGP4+的路由稳定性报告。

目前，6Bone正致力于向实现非隧道的IPv6本地化移植，其工作重点也转向了IPv4向IPv6的过渡和运营模式等方面的研究与测试。

3国内IPv6技术发展现状

1.国内IPv6发展历程

我国是IPv6研究工作启动较早的国家之一，我国政府对IPv6在我国的发展也高度重视。

中国教育科研网（CERNET）于1998年建立了国内第一个IPv6试验床CERNETv6，标志着我国IPv6研究工作进入了实质阶段。

随后，我国政府又开展了一系列IPv6研究项目和相关工作。

1999年，国家自然科学基金联合项目“中国高速互联研究试验网NSFCNET”启动；2002年，信息产业部“下一代IP电信实验网（6TNet）”项目启动，科技部863信息领域专项“高性能宽带信息网（3Tnet）”启动；2003年，信息产业部颁发首张IPv6核心路由器入网试用批文；由邬贺铨院士出任专家组组长的中国下一代互联网示范项目（CNGI）全面启动，协和医院等SARS定点医院采用“IPv6新一代网络远程医疗、探视系统”标志着我国IPv6已经开始进入商业试用阶段。

虽然我国电信运营业改革起步较晚，但运营商们对IPv6业务的研究工作也都开展得有条不紊。

首先是2001年中国电信启动《IPv6总体技术方案》项目的研究工作；接下来2002年，中国电信在北京、上海、广州和湖南进行IPv6试验与测试工作，重庆网通信息港IPv6城域示范网项目；今年，各大运营商已经全面启动IPv6核心网络建设。

我国在IPv6国际交流与合作研究方面也做出了很大的贡献。

全球IPv6高峰论坛已经连续3年在中国举办。

“下一代互联网中日IPv6合作项目”也已经于2002年启动。

2.CERNETv6项目

中国教育和科研计算机网CERNET（ChinaEducationandResearchNetwork）始建于1994年，主要面向教育和科研单位，由国家投资建设，教育部负责管理，清华大学等高等学校承担建设和管理运行的全国性学术计算机互联网络。

1998年，CERNET开始IPv6研究，其网络中心于1998年6月加入6Bone，同年11月成为其骨干网成员。

1999年，CERNET与诺基亚合作在国内教育网范围内组建了IPv6试验床CERNETv6。

CERNETv6试验床主要目标为有三个。

第一是研究同下一代互联网有关的网络技术，特别是安全、服务质量和移动计算；第二是开发新型的网络应用，这些应用在传统的互联网上是几乎不可能或不易实现的；第三是示范上述技术和应用，以及从传统的互联网向下一代网络过渡的方法。

CERNETv6试验床为我国IPv6的技术应用积累了非常丰硕的成果。

在此基础上，2004年3月，在中国国际教育科技博览会暨中国教育信息化论坛开幕仪式上，中国第一个下一代互联网主干网——CERNET2试验网正式宣布开通并提供服务，实现了全国200余所高校、全国其它科研院所和研发机构的下一代互联网IPv6高速接入，并实现了与国际下一代互联网的IPv6连接。

目前，CERNET2试验网以2.5G-10Gbps传输速率连接北京、上海、广州等20个主要城市的CERNET2核心节点，开始为清华大学、北京大学、上海交通大学等一批高校提供高速IPv6服务，是我国下一代互联网示范工程CNGI中最大的核心网和唯一学术网，也是目前世界上规模最大的采用纯IPv6技术的下一代互联网主干网。

3.6TNet项目

6TNet（IPv6