摘要：本文詳細(xì)地闡述了下一代互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議IPv6產(chǎn)生的背景和過程，對IPv6協(xié)議的特點(diǎn)及現(xiàn)狀也做了簡要的介紹。文中對下一代互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議IPng的設(shè)計(jì)目標(biāo)以及各種提案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了比較分析。以使廣大讀者對IPv6協(xié)議的產(chǎn)生過程有個較為清晰的認(rèn)識。

關(guān)鍵字：Internet、IPv4、IPng、IPv6

近十年來，互聯(lián)網(wǎng)得到了飛速的發(fā)展，其發(fā)展速度正如尼爾·巴雷特在《信息國的狀態(tài)》一書的序言中所寫的那樣，“要想預(yù)言互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，簡直就像企圖用弓箭追趕飛行的子彈一樣。哪怕在你每一次用指尖敲擊鍵盤的同時，互聯(lián)網(wǎng)就已經(jīng)發(fā)生變化了”。這種發(fā)展不僅表現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)上的主機(jī)數(shù)量以幾何級數(shù)增加，而且新的業(yè)務(wù)也在不斷的涌現(xiàn)，這一切使得互聯(lián)網(wǎng)呈現(xiàn)出新的特性。但也正是這種高速的增長，使得當(dāng)前的互聯(lián)網(wǎng)陷入了前所未有的困境。

IPv6協(xié)議產(chǎn)生的背景

1.1 互聯(lián)網(wǎng)的起源和發(fā)展

因特網(wǎng)源于美國國防部的ARPANET。在上世紀(jì)60年代中期，正是冷戰(zhàn)的高峰，美國國防部希望有一個命令和控制網(wǎng)絡(luò)能夠在核戰(zhàn)爭的條件下幸免于難，而傳統(tǒng)的電路交換的電話網(wǎng)絡(luò)則顯得太脆弱。國防部指定其下屬的高級研究計(jì)劃局（ARPA）解決這個問題，此后誕生的一個新型網(wǎng)絡(luò)便稱為ARPANET。1983年，TCP/IP協(xié)議成為ARPANET上唯一的正式協(xié)議以后，ARPANET上連接的網(wǎng)絡(luò)、機(jī)器和用戶得到了快速的增長。當(dāng)ARPANET與美國國家科學(xué)基金會（NSF）建成的NSFNET互聯(lián)以后，其上的用戶數(shù)以指數(shù)增長，并且開始與加拿大、歐洲和太平洋地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)連接。到了80年代中期，人們開始把互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)稱為互聯(lián)網(wǎng)。互聯(lián)網(wǎng)在1994年進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用后得到了飛速的發(fā)展，1998年，因特網(wǎng)全球用戶人數(shù)已激增到1.47億。

70年代中期，ARPA為了實(shí)現(xiàn)異種網(wǎng)之間的互聯(lián)與互通，開始制定TCP/IP體系結(jié)構(gòu)和協(xié)議規(guī)范。時至今日，TCP/IP協(xié)議也成為最流行的網(wǎng)際互聯(lián)協(xié)議。它不是國際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定的，卻已成為網(wǎng)際互聯(lián)事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)，并由單純的TCP/IP協(xié)議發(fā)展成為一系列以IP為基礎(chǔ)的TCP/IP協(xié)議簇。TCP／IP協(xié)議簇為互聯(lián)網(wǎng)提供了基本的通信機(jī)制。隨著互聯(lián)網(wǎng)的指數(shù)增長，其體系結(jié)構(gòu)也由ARPANET基于集中控制模型的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)演變?yōu)橛蒊SP運(yùn)營的分散的基于自治系統(tǒng)（Autonomous systems,AS）模型的體系結(jié)構(gòu)。互聯(lián)網(wǎng)目前幾乎覆蓋了全球的每一個角落，其飛速發(fā)展充分說明了TCP/IP協(xié)議取得了巨大的成功。

1.2 網(wǎng)絡(luò)泰坦尼克危機(jī)

但是互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的速度和規(guī)模，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)出乎于二十多年前互聯(lián)網(wǎng)的先驅(qū)們制定TCP/IP協(xié)議時的意料之外，他們從未想過互聯(lián)網(wǎng)會發(fā)展到如此的規(guī)模，并且仍在飛速增長。隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及，網(wǎng)絡(luò)同人們的生活和工作已經(jīng)密切相關(guān)。同時伴隨互聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)膨脹所出現(xiàn)的問題也越來越嚴(yán)重。據(jù)預(yù)測，現(xiàn)有的IP地址將在2005至2012年左右消耗殆盡，這個問題被稱為“網(wǎng)絡(luò)泰坦尼克危機(jī)”。

目前互聯(lián)網(wǎng)使用的是Internet協(xié)議第4版本即IPv4。IPv4協(xié)議規(guī)定，每個互聯(lián)網(wǎng)上的主機(jī)和路由器都有一個32位的IP地址，它包括網(wǎng)絡(luò)號和主機(jī)號，這一編碼組合是唯一的。把IP地址分成兩部分的優(yōu)點(diǎn)是使路由器中的路由表不會太大。路由器不必為每個目的主機(jī)維持一個路由選擇表項(xiàng)，而為每個網(wǎng)絡(luò)維護(hù)一個路由選擇表項(xiàng)，當(dāng)進(jìn)行路由時，只檢查目的地址的網(wǎng)絡(luò)部分。

IPv4地址結(jié)構(gòu)分為A、B和C三類。A類地址可用作126個網(wǎng)絡(luò)，每個網(wǎng)絡(luò)可容納1600萬個主機(jī)節(jié)點(diǎn)。B類地址可用作16000個網(wǎng)絡(luò)，每個網(wǎng)絡(luò)可容納65000個主機(jī)節(jié)點(diǎn)。C類地址可用作2百萬左右的網(wǎng)絡(luò)，每個網(wǎng)絡(luò)可容納254個主機(jī)節(jié)點(diǎn)。為何當(dāng)前的IP 地址不足，ROAD小組研究后認(rèn)為主要原因是IPv4 B類地址空間耗盡和地址分配的非分級結(jié)構(gòu)導(dǎo)致平面的路由空間。

當(dāng)1981年9月TCP/IP協(xié)議開始發(fā)布時，當(dāng)時互聯(lián)網(wǎng)上大約只有1000臺主機(jī)，并且?guī)缀跛械闹鳈C(jī)都是基于時分系統(tǒng)的大型機(jī)，為單個用戶設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)幾乎不存在。因此在當(dāng)時IPv4所擁有的40億個地址簡直就是天文數(shù)字，在分配IP地址時也就沒必要太保守，從而導(dǎo)致早期的地址分配方案不盡合理，浪費(fèi)比較嚴(yán)重。例如，申請到一個B類地址的用戶單位，理論上可以用約65000個IP地址，但實(shí)際上接入的沒有這么多主機(jī)。這也就意味著相當(dāng)一部分IP地址被閑置，并且不能被再分配。另外由于歷史的原因，美國一些大學(xué)和公司占用了大量的IP地址，例如MIT、IBM和AT&T分別占用了1600多萬，1700多萬和1900多萬個IP地址，而分配給象中國這么大國家所用的地址量還不如美國一個大學(xué)。由此導(dǎo)致一方面大量的IP地址被浪費(fèi)，另一方面在互聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展的國家如歐洲、日本和中國得不到足夠的IP地址。最后導(dǎo)致互聯(lián)網(wǎng)地址耗盡和路由表爆炸。到目前為止，A類和B類地址已經(jīng)用完，只有C類地址還有余量。

另外，目前占有互聯(lián)網(wǎng)地址的主要設(shè)備早已由20年前的大型機(jī)變?yōu)镻C機(jī)，并且在將來，越來越多的其他設(shè)備也會連接到互聯(lián)網(wǎng)上，包括PDA、汽車、手記、各種家用電器等。特別是手機(jī)，為了向第三代移動通信標(biāo)準(zhǔn)靠攏，幾乎所有的手記廠商都在向國際因特網(wǎng)地址管理機(jī)構(gòu)ICANN申請，要給他們生產(chǎn)的每一臺手機(jī)都分配一個IP地址。而競爭激烈的家電企業(yè)也要給每一臺帶有聯(lián)網(wǎng)功能的電視、空調(diào)、微波爐等設(shè)置一個IP地址。IPv4顯然已經(jīng)無法滿足這些要求。

1.3 IPv4地址匱乏暫時的解決方案－CIDR和NAT及其缺陷

為了緩解地址危機(jī)的發(fā)生，相應(yīng)地產(chǎn)生了兩種新的技術(shù)無類型網(wǎng)絡(luò)區(qū)域路由技術(shù)CIDR和網(wǎng)絡(luò)地址翻譯技術(shù)NAT。

采用無類型網(wǎng)絡(luò)區(qū)域路由（Classless Inter Domain Routing, CIDR）的目的是為了節(jié)省B類地址。我們知道目前B類地址嚴(yán)重缺乏，因此那些擁有數(shù)千個網(wǎng)絡(luò)主機(jī)的企業(yè)只能采用多個C類網(wǎng)絡(luò)號，而不采用單個B類網(wǎng)絡(luò)號。盡管分配這些C類地址解決了B類地址的匱乏的問題，但它卻帶來了另一個問題：每個C類網(wǎng)絡(luò)都需要一個路由表表項(xiàng)。CIDR是一個防止Internet路由表膨脹的方法。CIDR的基本觀點(diǎn)是采用一種分配多個IP地址的方式，使其能夠?qū)⒙酚杀碇械谋眄?xiàng)總和（summarization）成更少的數(shù)目。CIDR為那些擁有數(shù)千個網(wǎng)絡(luò)主機(jī)的企業(yè)分配一個由一系列連續(xù)的C類地址組成的地址塊，而不采用單個B類網(wǎng)絡(luò)號。例如，假設(shè)某個企業(yè)網(wǎng)絡(luò)有15 00個主機(jī)，那么可能為該企業(yè)分配8個連續(xù)的C類地址，如：192.56.0.0至192.56.7.0，并將子網(wǎng)掩碼定為255.255.248.0，即地址的前21位標(biāo)識網(wǎng)絡(luò)，剩余的11位標(biāo)識主機(jī)。這樣，所有這8個C類地址可以參照Internet上的單個路由表表項(xiàng)。但是，要使用這種總和，必須滿足以下三種特性：

●為進(jìn)行路由要對多個IP地址進(jìn)行總和時，這些IP地址必須具有相同的高地址位。