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摘 要：随着因特网基础设施与因特网应用服务的发展，IPv4在因特网目前规模与复杂性面前已暴露其不足之处。要综合解决IPv4存在的诸多问题，IETF设计的下一代互联网协议IPv6已经成为目前唯一可行的解决方案。
关键词：IP地址 IPv6 CNGI
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1673-8454（2008）09-0016-02
一、IPv6出现的必然性
IPv6是互联网协议第六版，是由IETF设计的下一代互联网协议，用以取代现有的互联网协议第四版（IPv4）。
IPv4是全球通用因特网协议的当前版本。事实证明，IPv4简单、灵活和开放，稳固耐用，便于实施，且能够和多种上下层协议良好协同工作。然而，随着因特网基础设施与因特网应用服务的发展，IPv4在因特网目前规模与复杂性面前已暴露其不足之处。
根据APNIC互联网研究科学家Geoff Huston在2007年3月最新预测，IANA的IPv4地址池将在2011年耗尽，而全球五个地区注册机构（RIR）的IPv4地址池也将在2012年耗尽。
IPv6是专为弥补这些不足而开发出来的，以便让因特网能够进一步发展壮大。IPv6所解决的最重要问题就是增加IP地址的数量。IPv4地址已近枯竭，而因特网用户的数量却不断以几何级数增长。人们早就开始着手解决 IPv4 地址紧缺的问题，采用各种技术延长现有IPv4基础架构的寿命，其中包括网络地址转换（Network Address Translation，简称NAT）和无类别域间路由（Classless Inter-Domain Routing，简称 CIDR）等技术。
虽然CIDR、NAT和私有编址的组合暂时缓解了IPv4 地址空间紧缺的问题，但是NAT技术破坏了IP设计初衷的端到端模型，使作为网络中间节点的路由设备必须保持每个连接的状态，大大增加了网络延迟，降低了网络性能。而且网络数据包地址的变换阻碍了端到端的网络安全性检查，如IPSec认证报头（ＡＨ）就是一个例子。
因此，要综合解决IPv4存在的诸多问题，IETF设计的下一代互联网协议IPv6已经成为目前唯一可行的解决方案。
二、IPv6的特点
首先，IPv6协议128比特的编址方案能确保在时间和空间范围内为全球IP网络节点提供足够的全球唯一的IP地址。除了增加地址空间以外，IPv6还对IPv4的其它许多关键设计进行了改进。
层次化编址方案有助于路由聚合，有效减少路由器的路由表项，提高路由选择与数据包处理的效率与可扩展性。
IPv6的包头设计相比IPv4更有效率，数据字段更少，去掉了包头校验和，加快了基本IPv6包头的处理速度。在IPv6包头中，分片字段作为可选扩展字段出现，路由器转发过程中不用再对数据包做分片处理，通过路径MTU发现机制协同数据包源点工作，提高路由器处理效率。
支持地址自动配置与即插即用。IPv6的地址自动配置功能使大量IP主机能够轻松发现网络路由器，并自动获得全球唯一的IPv6地址，这使利用IPv6因特网的设备具备即插即用特性。自动地址配置功能还对现有网络的重新编址变得更加简单便捷，使网络运营商更加方便地管理从一个提供商到另一个提供商的转换。
支持IPSec。IPSec在IPv4中为可选项，而在IPv6协议中则是必须实现的。IPv6提供安全扩展包头，能够提供诸如访问控制、机密性与数据完整性等端到端的安全服务，使加密、验证和虚拟专用网络（ＶＰＮ）的实施变得更加容易。
增强对移动 IP（Ｍｏｂｉｌｅ ＩＰ）与移动计算设备的支持。IETF 标准中定义的移动IP协议使移动设备不必脱离其现有连接即可自由移动，这是一种日益重要的网络功能。与 IPv4不同的是，IPv6的移动性是使用内置自动配置获取转交地址（Ｃａｒｅ－Ｏｆ－Ａｄｄｒｅｓｓ），无需外地代理（Ｆｏｒｅｉｇｎ Ａｇｅｎｔ）。这种联编过程使通信节点 （Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｅｎｔ Ｎｏｄｅ）能够与移动节点（Ｍｏｂｉｌｅ Ｎｏｄｅ）直接通信，避免了 IPv4所要求的三角路由选择的额外系统开销。结果是，在IPv6中，移动IP的处理效率大大提高。
避免网络地址转换（ＮＡＴ）的使用。NAT机制的引入是为了在不同的网络区段之间共享和重新使用相同的地址空间。这种机制在暂时缓解 IPv4地址紧缺问题的同时，却为网络设备与应用程序增加处理地址转换的负担。由于 IPv6 地址空间的增加，也就无需再进行地址转换，NAT 部署带来的问题与系统开销也随之解决。
支持广泛部署的路由选择协议。IPv6保持并扩展了对现有内部网关协议（Interior Gateway Protocols，简称 IGP）与外部网关协议（Exterior Gateway Protocols，简称 EGP）的支持。
组播地址数量增加，对组播的支持有所提高。IPv6组播通过处理诸如路由器发现与路由器请求等 IPv4广播功能，从而在功能上完全取代IPv4广播。组播不仅节省了网络带宽，而且提高了网络效率。
三、IPv6的发展现状
IPv6与下一代网络的发展密切相关。随着电信技术和Internet的发展，下一代网络（NGN/NGI）已初具端倪，并将进一步演进和发展。ITU-T的NGN计划（NGN 2004 Project）将下一代网络看作是全球信息基础设施（GII）的具体实现。在Internet成功商业化的同时，下一代互联网的研究与开发工作在各国政府的支持下逐渐展开。
在中国的IPv6产业化进程中，政府对IPv6技术及产业发展给予了极大的关注与支持，并在标准制订、技术研发、国家立项与资金支持、政府间交流与合作等方面发挥了主导与积极的推动作用。其中CNGI（中国下一代互联网工程）是一个重要项目，CNGI计划由中国政府牵头， 2003年8月获得国家批复。中国五大电信运营商和学术科研网CERNET2将构筑6个全国性的IPv6骨干网络（覆盖全国39个重要节点）和至少2个交换中心，以实现各IPv6骨干网络的互连互通。
在政府的大力支持和推动下，截至2006年6月30日，中国大陆已申请获得IPv6地址21块，其中一块是/29，其它都是默认/32的分配。
下一代网络时代已经渐渐向我们走来，以IPv6为基础的CNGI下一代互联网工程成为中国市场关注焦点。随着互联网应用的深入和网络融合的发展，以及一些新的应用如P2P、视频监控、数字家庭等新应用的兴起，IPv6试验网走向规模化，商用应用服务开始运营。即将来临的数字家庭应用是IPv6发展的一个重要契机。伴随全球3G普遍应用和中国即将启动的3G，众多移动终端和设备的无线联网要求，推动IPv6走入现实应用。
关键词：IP地址 IPv6 CNGI
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1673-8454（2008）09-0016-02
一、IPv6出现的必然性
IPv6是互联网协议第六版，是由IETF设计的下一代互联网协议，用以取代现有的互联网协议第四版（IPv4）。
IPv4是全球通用因特网协议的当前版本。事实证明，IPv4简单、灵活和开放，稳固耐用，便于实施，且能够和多种上下层协议良好协同工作。然而，随着因特网基础设施与因特网应用服务的发展，IPv4在因特网目前规模与复杂性面前已暴露其不足之处。
根据APNIC互联网研究科学家Geoff Huston在2007年3月最新预测，IANA的IPv4地址池将在2011年耗尽，而全球五个地区注册机构（RIR）的IPv4地址池也将在2012年耗尽。
IPv6是专为弥补这些不足而开发出来的，以便让因特网能够进一步发展壮大。IPv6所解决的最重要问题就是增加IP地址的数量。IPv4地址已近枯竭，而因特网用户的数量却不断以几何级数增长。人们早就开始着手解决 IPv4 地址紧缺的问题，采用各种技术延长现有IPv4基础架构的寿命，其中包括网络地址转换（Network Address Translation，简称NAT）和无类别域间路由（Classless Inter-Domain Routing，简称 CIDR）等技术。
虽然CIDR、NAT和私有编址的组合暂时缓解了IPv4 地址空间紧缺的问题，但是NAT技术破坏了IP设计初衷的端到端模型，使作为网络中间节点的路由设备必须保持每个连接的状态，大大增加了网络延迟，降低了网络性能。而且网络数据包地址的变换阻碍了端到端的网络安全性检查，如IPSec认证报头（ＡＨ）就是一个例子。
因此，要综合解决IPv4存在的诸多问题，IETF设计的下一代互联网协议IPv6已经成为目前唯一可行的解决方案。
二、IPv6的特点
首先，IPv6协议128比特的编址方案能确保在时间和空间范围内为全球IP网络节点提供足够的全球唯一的IP地址。除了增加地址空间以外，IPv6还对IPv4的其它许多关键设计进行了改进。
层次化编址方案有助于路由聚合，有效减少路由器的路由表项，提高路由选择与数据包处理的效率与可扩展性。
IPv6的包头设计相比IPv4更有效率，数据字段更少，去掉了包头校验和，加快了基本IPv6包头的处理速度。在IPv6包头中，分片字段作为可选扩展字段出现，路由器转发过程中不用再对数据包做分片处理，通过路径MTU发现机制协同数据包源点工作，提高路由器处理效率。
支持地址自动配置与即插即用。IPv6的地址自动配置功能使大量IP主机能够轻松发现网络路由器，并自动获得全球唯一的IPv6地址，这使利用IPv6因特网的设备具备即插即用特性。自动地址配置功能还对现有网络的重新编址变得更加简单便捷，使网络运营商更加方便地管理从一个提供商到另一个提供商的转换。
支持IPSec。IPSec在IPv4中为可选项，而在IPv6协议中则是必须实现的。IPv6提供安全扩展包头，能够提供诸如访问控制、机密性与数据完整性等端到端的安全服务，使加密、验证和虚拟专用网络（ＶＰＮ）的实施变得更加容易。
增强对移动 IP（Ｍｏｂｉｌｅ ＩＰ）与移动计算设备的支持。IETF 标准中定义的移动IP协议使移动设备不必脱离其现有连接即可自由移动，这是一种日益重要的网络功能。与 IPv4不同的是，IPv6的移动性是使用内置自动配置获取转交地址（Ｃａｒｅ－Ｏｆ－Ａｄｄｒｅｓｓ），无需外地代理（Ｆｏｒｅｉｇｎ Ａｇｅｎｔ）。这种联编过程使通信节点 （Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｅｎｔ Ｎｏｄｅ）能够与移动节点（Ｍｏｂｉｌｅ Ｎｏｄｅ）直接通信，避免了 IPv4所要求的三角路由选择的额外系统开销。结果是，在IPv6中，移动IP的处理效率大大提高。
避免网络地址转换（ＮＡＴ）的使用。NAT机制的引入是为了在不同的网络区段之间共享和重新使用相同的地址空间。这种机制在暂时缓解 IPv4地址紧缺问题的同时，却为网络设备与应用程序增加处理地址转换的负担。由于 IPv6 地址空间的增加，也就无需再进行地址转换，NAT 部署带来的问题与系统开销也随之解决。
支持广泛部署的路由选择协议。IPv6保持并扩展了对现有内部网关协议（Interior Gateway Protocols，简称 IGP）与外部网关协议（Exterior Gateway Protocols，简称 EGP）的支持。
组播地址数量增加，对组播的支持有所提高。IPv6组播通过处理诸如路由器发现与路由器请求等 IPv4广播功能，从而在功能上完全取代IPv4广播。组播不仅节省了网络带宽，而且提高了网络效率。
三、IPv6的发展现状
IPv6与下一代网络的发展密切相关。随着电信技术和Internet的发展，下一代网络（NGN/NGI）已初具端倪，并将进一步演进和发展。ITU-T的NGN计划（NGN 2004 Project）将下一代网络看作是全球信息基础设施（GII）的具体实现。在Internet成功商业化的同时，下一代互联网的研究与开发工作在各国政府的支持下逐渐展开。
在中国的IPv6产业化进程中，政府对IPv6技术及产业发展给予了极大的关注与支持，并在标准制订、技术研发、国家立项与资金支持、政府间交流与合作等方面发挥了主导与积极的推动作用。其中CNGI（中国下一代互联网工程）是一个重要项目，CNGI计划由中国政府牵头， 2003年8月获得国家批复。中国五大电信运营商和学术科研网CERNET2将构筑6个全国性的IPv6骨干网络（覆盖全国39个重要节点）和至少2个交换中心，以实现各IPv6骨干网络的互连互通。
在政府的大力支持和推动下，截至2006年6月30日，中国大陆已申请获得IPv6地址21块，其中一块是/29，其它都是默认/32的分配。
下一代网络时代已经渐渐向我们走来，以IPv6为基础的CNGI下一代互联网工程成为中国市场关注焦点。随着互联网应用的深入和网络融合的发展，以及一些新的应用如P2P、视频监控、数字家庭等新应用的兴起，IPv6试验网走向规模化，商用应用服务开始运营。即将来临的数字家庭应用是IPv6发展的一个重要契机。伴随全球3G普遍应用和中国即将启动的3G，众多移动终端和设备的无线联网要求，推动IPv6走入现实应用。