通俗告訴你連中辦、國辦都重視的IPv6到底是啥？為啥說中國起了個(gè)大早卻趕了個(gè)晚集？
2017-11-28 14:22:42 來源：物聯(lián)網(wǎng)智庫 熱度:
近日，中共中央辦公廳、國務(wù)院辦公廳印發(fā)了《推進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議第六版（IPv6）規(guī)模部署行動(dòng)計(jì)劃》，并發(fā)出通知，要求各地區(qū)各部門結(jié)合實(shí)際認(rèn)真貫徹落實(shí)。
行動(dòng)計(jì)劃的主要目標(biāo)為：
到2018年末，市場驅(qū)動(dòng)的良性發(fā)展環(huán)境基本形成，IPv6活躍用戶數(shù)達(dá)到2億，在互聯(lián)網(wǎng)用戶中的占比不低于20%
到2020年末，市場驅(qū)動(dòng)的良性發(fā)展環(huán)境日臻完善，IPv6活躍用戶數(shù)超過5億，在互聯(lián)網(wǎng)用戶中的占比超過50%，新增網(wǎng)絡(luò)地址不再使用私有IPv4地址
到2025年末，我國IPv6網(wǎng)絡(luò)規(guī)模、用戶規(guī)模、流量規(guī)模位居世界第一位，網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用、終端全面支持IPv6，全面完成向下一代互聯(lián)網(wǎng)的平滑演進(jìn)升級
基于互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議第四版（IPv4）的全球互聯(lián)網(wǎng)面臨網(wǎng)絡(luò)地址消耗殆盡、服務(wù)質(zhì)量難以保證等制約性問題，IPv6能夠提供充足的網(wǎng)絡(luò)地址，號稱能讓地球上的每一粒沙子都擁有一個(gè)IP地址，是全球公認(rèn)的應(yīng)對下一波互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)浪潮的商業(yè)應(yīng)用解決方案。
于是，問題來了，對一個(gè)連IP地址都不知為何物的“小白”來說，IPv6到底是什么？
從TCP/IP協(xié)議說起
在計(jì)算機(jī)誕生之初，大部分計(jì)算機(jī)之間是互不兼容的。
也就是說，在一臺電腦上完成的工作，很難拿到另一臺電腦上去用；想讓兩臺硬件和軟件都不一樣的電腦互相之間傳個(gè)文件發(fā)個(gè)消息什么的，也存在很多困難。
當(dāng)時(shí)美國的狀況是，陸軍用的電腦是DEC系列產(chǎn)品，海軍用的電腦是Honeywell中標(biāo)的機(jī)器，空軍用的是IBM公司中標(biāo)的電腦，每一個(gè)軍種的電腦在各自系里都運(yùn)行良好，但卻不能共享資源。
于是，科學(xué)家們提出這樣一個(gè)理念：“所有電腦生來都是平等的。”
為了讓這些“生來平等”的電腦能夠“溝通交流”，并實(shí)現(xiàn)“資源共享”，就得在這些系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)之上，建立一種大家都必須共同遵守的規(guī)則。
這就好比兩個(gè)人要正常溝通就必須使用共同的語言一樣。一個(gè)只懂英語的人，和一個(gè)只懂中文的人由于沒有共同的語言（規(guī)則）就沒辦法溝通。
同理，兩臺電腦之間進(jìn)行通訊所共同遵守的規(guī)則，就是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。
要想制定通訊規(guī)則，需要考慮很多內(nèi)容，比如A電腦如何找到B電腦？A電腦在發(fā)送信息給B電腦時(shí)是否需要B電腦進(jìn)行反饋？A電腦傳送給B電腦的數(shù)據(jù)格式又是怎樣的？兩者通訊是否安全……
因?yàn)樯婕暗膬?nèi)容太多太雜，人們就想啊，得把所有涉及到的問題歸類整理一下吧。
這時(shí)，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)就跳出來了，它把通訊過程涉及到的問題按照層次進(jìn)行了劃分，每一層次解決一個(gè)類別的問題，這樣就使得標(biāo)準(zhǔn)的制定沒那么復(fù)雜了，對癥下藥，有啥問題定啥標(biāo)準(zhǔn)。
這種劃分出來的基本框架，被稱為OSI模型。
圖：OSI模型
這是一個(gè)七層標(biāo)準(zhǔn)模型，分別是：應(yīng)用層，表示層，會話層，傳輸層，網(wǎng)絡(luò)層，數(shù)據(jù)鏈路層，物理層。
物理層：解決最基礎(chǔ)的傳送通道問題
數(shù)據(jù)鏈路層：將物理層提供的比特流組成幀，要提供一定的糾錯(cuò)和檢驗(yàn)機(jī)制，以太網(wǎng)就屬于這一層
網(wǎng)絡(luò)層：進(jìn)行路由選擇，擁塞控制和網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，還有統(tǒng)計(jì)與控制
傳輸層：向用戶提供可靠的，透明的端到端的數(shù)據(jù)傳輸，以及差錯(cuò)控制和流量控制機(jī)制，TCP UDP屬于傳輸層
會話層：在不同的機(jī)器之間提供會話進(jìn)程通信
表示層：處理通信進(jìn)程之間交換數(shù)據(jù)的表示方法，包括語法轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換加壓與減壓，壓縮與解壓縮等
應(yīng)用層：負(fù)責(zé)管理應(yīng)用程序之間的通信
什么？看不懂，沒關(guān)系，我們用寄信的過程來表示一下，就一目了然了。
物理層：高速公路，城鄉(xiāng)公路
數(shù)據(jù)鏈路層：相當(dāng)于貨物核對單，表明里面有些什么東西，接受的時(shí)候確認(rèn)一下是否正確（CRC檢驗(yàn)）
網(wǎng)絡(luò)層：相當(dāng)于郵政局和收件人地址（IP地址），確保信件能正確到達(dá)對方
傳輸層：信封（TCP協(xié)議是掛號信，是可靠的；UDP協(xié)議是平信，盡力送到對方，不保證一定送到收信人手里）
會話層：相當(dāng)于郵票，優(yōu)質(zhì)郵票寄一封信，相當(dāng)于一個(gè)會話。
表示層：你用普通話還是用方言？或者是英語？
應(yīng)用層：信件里的具體內(nèi)容
雖然國際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定了這樣一個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的模型，但這只是一個(gè)參考模型，實(shí)際上互聯(lián)網(wǎng)通訊使用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。
換言之，TCP/IP協(xié)議參考了OSI模型，但是并沒有嚴(yán)格按照OSI規(guī)定的七層去劃分標(biāo)準(zhǔn)，而只劃分了四層：應(yīng)用層，傳輸層，網(wǎng)絡(luò)層，數(shù)據(jù)鏈路層。
這樣會更簡單點(diǎn)。但無論是四層劃分還是七層劃分，其實(shí)都差不多，只是叫法不一樣，實(shí)質(zhì)的東西一點(diǎn)沒有變化。
TCP/IP中有兩個(gè)重要的協(xié)議，傳輸層的TCP協(xié)議（傳輸控制協(xié)議）和網(wǎng)絡(luò)層的IP協(xié)議（Internet協(xié)議）——TCP描述如何在網(wǎng)絡(luò)上建立可靠的，主機(jī)對主機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，IP描述如何在互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)之間實(shí)現(xiàn)尋址的標(biāo)準(zhǔn)以及如何進(jìn)行數(shù)據(jù)包路由。
因此就拿這兩個(gè)協(xié)議做代表，來命名整個(gè)協(xié)議族了，在說TCP/IP協(xié)議時(shí)，是指整個(gè)協(xié)議族。
從IPv4到IPv6
前文說了，IP描述的是如何在互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)之間實(shí)現(xiàn)尋址的標(biāo)準(zhǔn)以及如何進(jìn)行數(shù)據(jù)包路由。這是什么意思？
原來，在互聯(lián)網(wǎng)上連接的所有計(jì)算機(jī)，從大型機(jī)到微型計(jì)算機(jī)都是以獨(dú)立的身份出現(xiàn)，我們稱它為主機(jī)。為了實(shí)現(xiàn)各主機(jī)間的通信，每臺主機(jī)都必須有一個(gè)唯一的網(wǎng)絡(luò)地址。
就好像每一個(gè)住宅都有唯一的門牌一樣，才不至于在傳輸資料時(shí)出現(xiàn)混亂。
互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)地址是指連入互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)的地址編號，互聯(lián)網(wǎng)是由幾千萬臺計(jì)算機(jī)互相連接而成的。而我們要確認(rèn)網(wǎng)絡(luò)上的每一臺計(jì)算機(jī)，靠的就是能唯一標(biāo)識該計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)地址，這個(gè)地址就叫做IP（Internet Protocol的簡寫）地址，即用Internet協(xié)議語言表示的地址。
目前IP協(xié)議的版本號是4，v4就是 Version 4，第四版本，簡稱為IPv4，就像5G是指第五代通信技術(shù)，一個(gè)道理。
IPv4也是第一個(gè)被廣泛使用，構(gòu)成現(xiàn)今互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基石的協(xié)議。
IPv4的地址是一個(gè)32位的二進(jìn)制地址，就是一個(gè)32位的0/1序列，比如1100000000000000000000000000011。
不過這樣表示的話也太長了，為了方便人類記錄和閱讀，我們通常將32位0/1分成4段8位序列，并用10進(jìn)制來表示每一段(這樣，一段的范圍就是0到255)，段與段之間以.分隔。比如上面的地址可以表示成為192.0.0.3，這種書寫方法叫做點(diǎn)數(shù)表示法。
講到這里我們就可以拿筆算一下了，由于IPv4協(xié)議的地址為32位，所以它可以提供的地址數(shù)為：
2^32-1個(gè)（大約43億個(gè)）
但并不是所有的地址都會被分配，一些地址被預(yù)留，用于廣播、測試、私有網(wǎng)絡(luò)使用等。這些地址被稱為專用地址(special-useaddress)。所以真正可供分配的地址也就大約40億個(gè)。
與之相比，目前世界總?cè)丝跀?shù)已達(dá)75億了，就算地球人每人只給一個(gè)IP地址，IPv4地址也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，何況在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代來臨時(shí)，每人擁有的智能設(shè)備可不止一個(gè)（手環(huán)、可穿戴設(shè)備、智能家居等）......
IP地址不夠會有什么問題呢？很重要的一點(diǎn)就是難以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)實(shí)名制——因?yàn)镮P資源不夠，所以不同的人在不同的時(shí)間段共用一個(gè)IP，IP和上網(wǎng)用戶無法實(shí)現(xiàn)一一對應(yīng)。
在IPv4下，根據(jù)IP查人也比較麻煩，電信局要保留一段時(shí)間的上網(wǎng)日志才行，通常因?yàn)閿?shù)據(jù)量很大，運(yùn)營商只保留三個(gè)月左右的上網(wǎng)日志，比如查前年某個(gè)IP發(fā)帖子的用戶就不能實(shí)現(xiàn)。
更令人憋屈的是，因?yàn)镮Pv4的核心技術(shù)源于美國，因此北美現(xiàn)在占有3/4的IP地址，約30億個(gè)，而人口最多的亞洲只有不到4億個(gè)。沒有IP地址，互聯(lián)網(wǎng)怎么發(fā)展？
盡管一些技術(shù)措施，比如NAT技術(shù)（一種通過使用少量的公有IP 地址代表較多的私有IP 地址的方式，有助于減緩可用的IP地址空間的枯竭）減緩了情況的緊急程度，但I(xiàn)Pv4地址耗盡的一天終究還是會很快到來。
很明顯，我們需要更多的IP地址，以滿足爆炸式增長的互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備對IP地址的需求！于是，IPv6應(yīng)運(yùn)而生！
較之IPv4使用的32位地址，IPv6使用128位地址，按照上文的計(jì)算方法，我們可以計(jì)算出IPv6能夠提供的地址數(shù)為：
2^128-1個(gè)（大約340萬億個(gè)）
340萬億是什么概念？即使地球上每個(gè)人都有幾十個(gè)聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，分配的話也綽綽有余。難怪會說，IPv6要給地球上的每一粒沙子都分配一個(gè)IP地址！
總結(jié)一下，與IPV4相比，IPV6具有以下幾個(gè)優(yōu)勢：
1、IPv6具有更大的地址空間。IPv4中規(guī)定IP地址長度為32，其地址空間增加了2^128-2^32個(gè)。
2、IPv6使用更小的路由表。IPv6的地址分配一開始就遵循聚類（Aggregation）的原則，這使得路由器能在路由表中用一條記錄（Entry）表示一片子網(wǎng)，大大減小了路由器中路由表的長度，提高了路由器轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的速度。
3、IPv6增加了增強(qiáng)的組播（Multicast）支持以及對流的控制（Flow Control），這使得網(wǎng)絡(luò)上的多媒體應(yīng)用有了長足發(fā)展的機(jī)會，為服務(wù)質(zhì)量（QoS，Quality of Service）控制提供了良好的網(wǎng)絡(luò)平臺。
4、IPv6加入了對自動(dòng)配置（Auto Configuration）的支持。這是對DHCP協(xié)議的改進(jìn)和擴(kuò)展，使得網(wǎng)絡(luò)（尤其是局域網(wǎng)）的管理更加方便和快捷。
5、IPv6具有更高的安全性。在使用IPv6網(wǎng)絡(luò)中用戶可以對網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密并對IP報(bào)文進(jìn)行校驗(yàn)，在IPV6中的加密與鑒別選項(xiàng)提供了分組的保密性與完整性。極大的增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的安全性。
6、允許擴(kuò)充。如果新的技術(shù)或應(yīng)用需要時(shí)，IPV6允許協(xié)議進(jìn)行擴(kuò)充。
7、更好的頭部格式。IPV6使用新的頭部格式，其選項(xiàng)與基本頭部分開，如果需要，可將選項(xiàng)插入到基本頭部與上層數(shù)據(jù)之間。這就簡化和加速了路由選擇過程，因?yàn)榇蠖鄶?shù)的選項(xiàng)不需要由路由選擇。
8、新的選項(xiàng)。IPV6有一些新的選項(xiàng)來實(shí)現(xiàn)附加的功能。
當(dāng)然，上面這些都不用記，作為普通人，我們只需要知道：IP地址數(shù)量多了，可以不通過NAT上網(wǎng)了，由此帶來的便利是每個(gè)人都能有自己獨(dú)立的IP了，可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)實(shí)名制下的互聯(lián)網(wǎng)身份證/VIeID了，可以搭建網(wǎng)站了等等......
我國IPv6的發(fā)展
IPv6從1998年由CERNET首次引進(jìn)中國，到今年2017年，也將滿20年了。
現(xiàn)在教育網(wǎng)的IPv6網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)覆蓋了800多所高校，已經(jīng)有600萬IPv6網(wǎng)絡(luò)用戶。電信、聯(lián)通、移動(dòng)的IPv6試點(diǎn)城市里面，合計(jì)也有超過1500萬的IPv6用戶。粗略算一算，國內(nèi)IPv6的用戶數(shù)量大約有2000萬了。
不過，中國目前與美國、歐洲國家，乃至于印度之間的差距，不僅沒有縮小，反而顯著加大，中國在IPv6發(fā)展上嚴(yán)重落后。
2016年12月7日舉行的“2016全球網(wǎng)絡(luò)技術(shù)大會（GNTC）”上，中國工程院院士、清華大學(xué)教授吳建平在演講中表示，我國的IPv6發(fā)展“起了個(gè)大早，趕了個(gè)晚集。”
吳建平認(rèn)為，國家在2003年就將IPv6的發(fā)展提上了日程，這是非常正確非常及時(shí)的戰(zhàn)略決策，當(dāng)時(shí)經(jīng)過五年的發(fā)展，第一期取得了預(yù)定的戰(zhàn)略目標(biāo)。但從2008年以后，我國IPv6的發(fā)展速度開始放緩，開始落后于國際水平。
在吳建平看來，造成今天局面的主要原因有幾個(gè)。
首先，我國在互聯(lián)技術(shù)使用上還是比較落后的，而且起步比較晚，這就導(dǎo)致了地址短缺，地址短缺造成的應(yīng)用就是用私有地址出口轉(zhuǎn)換成公有地址。“產(chǎn)業(yè)鏈對IPv6無動(dòng)于衷，國外一個(gè)用戶要拿到運(yùn)營商的服務(wù)必須有公有地址，否則不選擇你的服務(wù)，在中國不一定這樣，大家有時(shí)候選擇少，另外也沒有這個(gè)意識非要選擇一個(gè)公有地址。”
第二，互聯(lián)網(wǎng)缺乏應(yīng)有的國際競爭，諸如谷歌、Facebook等大型ISP已經(jīng)將大量應(yīng)用遷移到IPv6上，我國部分ISP其實(shí)也做了部分應(yīng)用遷移，但深層次服務(wù)就不提供了，國內(nèi)的部分ISP也不在國際大的競爭環(huán)境下。另外，運(yùn)營商和信息提供商互相之間還有抱怨，運(yùn)營商抱怨ISP不做應(yīng)用遷移，用戶沒有訪問資源，ISP抱怨運(yùn)營商不發(fā)展用戶，我資源沒人用，其實(shí)都沒有戰(zhàn)略眼光。
另外，我國互聯(lián)網(wǎng)安全監(jiān)管措施成本和代價(jià)很高，在IPv6上面，整個(gè)遷移以后需要重新構(gòu)建。
推廣遷移的代價(jià)有多大呢？知乎上的網(wǎng)絡(luò)研發(fā)工程師時(shí)國懷對這一點(diǎn)進(jìn)行了補(bǔ)充：要想完全推廣v6，需要從骨干網(wǎng)到終端用戶的所有設(shè)備都進(jìn)行一次升級，這里的骨干網(wǎng)不僅僅是電信、聯(lián)通的網(wǎng)絡(luò)，還包括銀行、鐵路、軍隊(duì)等等的內(nèi)部網(wǎng)路，還包括移動(dòng)、聯(lián)通的移動(dòng)通信的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，不管是哪一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的改造，都需要付出巨大的成本。
骨干網(wǎng)改造完了就沒事了嗎？不是的，還有各種末端設(shè)備，家里的網(wǎng)卡、路由器、計(jì)算機(jī)軟件都需要升級。好在主流的操作系統(tǒng)都已經(jīng)支持了v6，其它方面，只能走一步算一步了。
《推進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議第六版（IPv6）規(guī)模部署行動(dòng)計(jì)劃》的發(fā)布，將推進(jìn)IPv6規(guī)模部署。大力發(fā)展基于IPv6的下一代互聯(lián)網(wǎng)，有助于提升我國網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)自主創(chuàng)新能力和產(chǎn)業(yè)高端發(fā)展水平，高效支撐移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新興領(lǐng)域快速發(fā)展，不斷催生新技術(shù)新業(yè)態(tài)，促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用進(jìn)一步繁榮，打造先進(jìn)開放的下一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)產(chǎn)業(yè)生態(tài)。
這一次，中國不能再受制于人！
責(zé)任編輯：靳玉鳳
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