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、國務院辦公廳印發《推進互聯網協議第六版（IPv6）規模部署行動計劃》，指出了互聯網協議第六版（IPv6）部署的重要意義，總體要求，重要任務，實施步驟以及保障措施，將IPv6的規模部署上升到了國家層面。

2018年05月03日，工業和信息化部印發了工業和信息化部關于貫徹落實《推進互聯網協議第六版（IPv6）規模部署行動計劃》的通知，通知主要內容就是：IPv6的規模部署得到了國家的大力支持；IPv6的時間節點：2018年末和2020年末，實現網絡端到端的IPv6改造，固定網絡基礎設施IPv6改造，應用基礎設施IPv6改造，政府網站IPv6改造與工業互聯網IPv6應用；另外針對IPv6的規模部署的保障措施。

IP協議是什么

互聯網體系結構的創新演進歷程

因特網是當前全球最大的、開放的、并且有眾多網絡相互連接而成的特定計算機網絡，它采用了TCP/IP協議族作為通信協議。（注：互聯網是一個通用名詞，泛指由多個計算機網絡互連而成的網絡，這些網絡之間的通信協議是可以任意的。而因特網是采用TCP/IP協議族作為通信協議。）協議是網絡中進行數據交換時使用的規則，如下圖為各層所采用的協議。IP（IPv4）或IPv6是網絡層主要的協議，也是TCP/IP協議族中的重要組成部分之一。IP協議用于源地址和目的地址之間傳送數據包。

協議地圖

IPv4，是互聯網協議（InternetProtocol Version 4）的第四版，目前應用廣泛的網絡層協議。

IPv6，是互聯網協議（InternetProtocol Version 6）的第六版，IETF（互聯網工程任務組，Internet Engineering Task Force）設計的用于替代現行版本IP協議（IPv4）的下一代IP協議。

細心的讀者可能會發現，IPv6作為替代現行版本IP協議（IPv4）的下一代IP協議，按照命名規則來講，IPv4的下一個版本應該為IPv5，編寫組是略過了IPv5嗎？事實上，因特網流協議（IPv5）是一個資源預留協議，目的是提供服務質量（QoS），支持多媒體（語音\視頻和實時數據流量），在因特網上實時傳輸。它被設計與IPv4一起運行的，所以IPv5與IPv6毫無關系。

為什么要過渡到IPv6

IPv4從1981年誕生到現在已有37年之久，隨著互聯網用戶指數級的增長，Internet規模的擴大，根據相關機構的統計，全世界網民總數已經達到了40多億。而IPv4有多少地址呢？如果是通信工程師或者網絡工程師的讀者，都會知道IPv4地址有32位，那么IPv4地址的總個數為2的32次方即為40多億個地址，IPv4的地址池空間已經接近枯竭。

IPv4地址的分配機構ICANN 在2011年2月3日在官方網站發布了《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域互聯網地址管理機構，以后沒有IPv4地址可以進行再分配了，預示IPv4地址已經“枯竭”，但同時也是互聯網繼續發展的一個重大轉折點。

針對IPv4的地址嚴重短缺的問題，曾先后出現過CIDR和NAT等臨時性解決方案。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，網絡地址轉換）是將 IP數據報文頭中的 IP 地址轉換為另一個 IP 地址的過程。弊端主要是內網發布的一些需要在公網進行訪問的時候比較困難，需要通過如nat server等技術進行配置（NAT Server技術可以參考：NAT Server的典型應用）來實現。

劃分子網和構成超網（CIDR）在一定程度上緩解了IPv4地址日益枯竭的現狀，但也只是權宜之計。

另外，安全性、QoS（服務質量）、簡便配置等要求也表明需要一個新的協議來根本解決目前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還有很多優點

全新的報文結構：IPv6使用了新的協議頭格式，報文頭包括固定頭部和擴展頭部，一些非根本性的和可選擇的字段被移到了IPv6協議頭之后的擴展協議頭中。

可以實現自動配置和重新編址：IPv6協議內置支持通過地址自動配置方式使主機自動發現網絡并獲取IPv6地址，大大提高了內部網絡的可管理性。

支持層次化網絡結構：層次化的網絡結構可以方便的進行路由聚合，提高了路由轉發效率。

更高的安全性：可以對網絡層的數據進行加密并對IP報文進行校驗，極大的增強了網絡的安全性。

更好的支持QoS：IPv6在頭部新定義了一個FlowLabel的特殊字段。IPv6的流標簽字段使路由器可以對屬于一個流的數據包進行識別并提供特殊處理。用這個標簽，路由器可以不打開內層數據包就可以識別流，這就使得即使數據包加密了有效載荷，仍然可以實現對QoS的支持。

IPv6的重要意義

IPv4的網絡體系下，美國依靠技術優勢已主導根服務器近30年，美國控制了全球絕大部分的根服務器，也掌握了絕大部分的域名控制權。目前全球一共有13臺根服務器，美國10臺，其他英國、瑞典、日本各一臺輔助服務器，而中國卻連一臺根服務器都沒有。

IPv6的出現，一定程度上為中國未來網絡的發展提供了機遇。2017年11月27日，下一代互聯網國家工程中心宣布，“雪人計劃”在美國、日本、印度、俄羅斯、德國、法國等全球16個國家完成25臺IPv6根服務器架設，中國部署了其中的4臺，實現了中國過去零根服務器的突破。搶先IPv6的規模部署，對中國未來的經濟發展，社會進步，國家網絡主權等各方面都會產生深遠的影響。

推進互聯網協議第六版（IPv6）規模部署行動計劃指出：

互聯網是關系國民經濟和社會發展的重要基礎設施，深刻影響著全球經濟格局、利益格局和安全格局。我國是世界上較早開展IPv6試驗和應用的國家，在技術研發、網絡建設、應用創新方面取得了重要階段性成果，已具備大規模部署的基礎和條件。抓住全球網絡信息技術加速創新變革、信息基礎設施快速演進升級的歷史機遇，加強統籌謀劃，加快推進IPv6規模部署，構建高速率、廣普及、全覆蓋、智能化的下一代互聯網，是加快網絡強國建設、加速國家信息化進程、助力經濟社會發展、贏得未來國際競爭新優勢的緊迫要求。

IPv6的整體介紹就到這里，后續我們的文章將會從技術層面進行IPv6的解讀。