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IPv6在我国的发展展望 信息产业部电信研究院传输所总工 蒋 林 涛 摘 要 分析了IP网的现状、IP电信网和IPv6的特点，其中包括IPv6的地址资源、移动IP、IP网的QoS及其安全问题，展望了我国IPv6的发展前景，对我国IPv6的发展提出了若干建议。 一、我国IP网的现状 IP网是以计算机互联网的形式发展起来的，世界著名的Internet就是计算机互联网。提出IP网的初衷，是想用一个统一的协议（TCP/IP）将异机种计算机连接起来，以便交换和共享信息。由于Web与IP网的特性极为适配，Internet才得以爆炸性发展。 我国IP网的发展极为迅速，目前正在进行商业运营的互联网运营商已有5家，即中国电信（CHINANET）、中国联通（UNINET）、中国吉通（CHINAGBN）、中国网通（CNCNET）和中国移动（CMNET）。最近，铁通公司也已被授权经营商业性互联网，成为第6家经营商业性互联网的运营商。此外，还有三家非经营性互联网：中国教学网（CERNET）、中国科技网（CSTNET）和中国经贸网（CIETNET）。 根据CNNIC 2001年1月17日公布的统计数据，我国互联网的国际出口总带宽为2799Mbit/s，其中CHINANET为1953Mbit/s，CNCNET为377Mbit/s，CHINAGBN为148Mbit/s，UNINET为55Mbit/s，CERNET为117Mbit/s，CSTNET为55Mbit/s，CMNET为90Mbit/s，CIETNET为4Mbit/s。全国互联网的用户数为2250万户，其中专线用户为364万户，拨号用户为1543万户，专线、拨号混合用户为343万户，其它用户为92万户，Web的站点数约为265405个。国内用户的信息来源已经从以国外信息为主，转变为以国内站点信息为主。我国的互联网已进入了良性循环的轨道。 二、IP电信网的特点 电信网在经历了100多年的发展历程后，目前正在发生有史以来最重大的变革，电信网正从电路交换向分组交换演进。10多年前发展起来的以ATM技术为基础的B-ISDN跨出了重要的一步，尽管它最终未能实现预期的目标，但其卓越的性能和良好的业务综合能力，为电信网的演进奠定了一定的基础。 Internet 的成功促进了IP网的大发展。目前，越来越多的人相信，未来的电信网将是基于IP技术的网络。这个结论不仅计算机界的专家认同，电信网的专家也同样认同。当然，电信级IP网不是简单地将现有的Internet使用的IP技术照搬过来，在网络节点设备做一些冗余备份，以增加网元设备的稳定性就万事大吉了，而必须对IP网进行彻底的变革。这是因为，电信网和Internet 网的理念不同：电信网是提供商业服务的，它所提供的电信服务是一种商品，因而它要保证服务质量，要有足够的安全性、可靠性和确保售后服务的能力。它还必须有很强的可管理性和可维护性。Internet 则不同。Internet 是计算机互联网，其主要任务是实现计算机互联，用户在此基础上可以获得一些服务（注意：这种服务不是网络运营商提供的），网络是"尽力而为"地提供传输服务，无服务质量保证，亦无售后服务保证，安全问题由用户自行解决。由于理念上存在巨大的差距，因而电信级IP网决不可能简单地照搬过来。正因为如此，IP电信网将会有许多独特之点。特点之一，是IP电信网必须具有服务质量保证，它应保证向用户提供与原来的电信网完全相同的服务质量。对于电信运营商来说，用户对某种特定电信业务（如电话业务）的服务质量是不能因其承载网的变化而发生变化的。这种要求与原来的Internet网有着极大的差别。IP电信网对IP网，特别是对IP网络协议提出了新的要求。特点之二，是IP电信网必须具有提供端到端服务的安全性。众所周知，电信网是安全的，无论是基于电路交换的网络（PSTN，ISDN，DDN），亦或是基于分组交换的网络（ATM，FR，X.25），都是安全的网络，它们均能保证用户之间端到端的信息通信的安全，而且这种安全是由网络提供的。IP网则不同。IP网是不安全的，网络不承担安全的责任，甚至不去检查用户接入的合法性，也不去检查源地址和接入实际地址的一致性，网络运营者将安全问题交给了用户自己。这种做法与电信网是大相径庭的。在安全方面，IP电信网对IP协议也要提出要求。特点之三，是电信网在地址规划方面下了很大功夫。首先，它的地址分配是非常有序的，这就使得其核心网设备能保持高效的路由表，并可进行高速转发。另外，电信网的地址规划是有充分余地的，不会因为业务的发展而造成地址短缺，从而影响业务的发展。在这方面，Internet完全不同。由于IP协议的设计者绝对没有料到Internet会发展到如此规模，更料不到Internet的发展会导致一场电信革命，因而他们在设计IP地址时仅用了32位，地址分配采用"挤牙?quot;的方式，即用一点挤一点的分配方案，这种做法与电信网地址的统一规划、有序分配有巨大差别。增大IP地址空间，重新确定地址分配原则，也是IP电信网的要求。特点之四，是电信网是将电信服务作为商品出售的，因而它应该提供十分良好的售后服务体系。对于电信服务来说，它应能跟踪电信服务的全过程，在电信服务的全过程中无论哪一个环节出了问题，它都能及时发现，及时予以改进。从电信网的观点来看，电信级IP网应有十分优良的可管理性和可维护性。Internet网上的服务全部是免费的，无所谓售后服务问题。Internet的网络管理是最为薄弱的环节，至于可维护性更不在考虑之列。所以，IP一旦进入电信领域，这个问题将成为大问题。 三、宽带接入网 近年来，宽带接入网在国内的发展势头很猛。宽带接入有多种方式，诸如基于目前已经大量铺设的金属双绞线的DSL（如ADSL，HDSL，VDSL Home-PNA等）、基于有线电视光纤同轴电缆的HFC及有宽带无线接入的LMDS等。不过，目前国内正在大量发展且发展势头很猛的则是LAN接入。LAN接入是用以太网技术，用光纤＋5号线向用户延伸。这种接入方式在新建的住宅小区特别流行。住宅开发商以宽带信息接入的名义可提高住房的档次，并进一步提高房产的价格。电信运营商（特别是新型电信运营商）利用新建住宅小区的这种优良的宽带接入网，快速推售其宽带业务，从而形成了国内各地正在热火朝天地建设宽带接入网的局面。 宽带接入网遇到的最大难题是IP地址问题。由于业务特征的不同，窄带业务与宽带业务具有很大的差别。窄带业务一般以不对称和非实时方式工作，典型的业务是信息检索和电子信箱，用户无需永远在线，使用时在线，不使用时则离线。宽带业务一般以对称和实时方式工作，典型的业务是电话、会议电视、信息点播等，业务的对称性决定了宽带用户必须永远在线，如果不是永远在线，其它用户就将找不到，对称业务将无法开展。永远在线意味着用户必须至少拥有一个IP地址。众所周知，由于历史的原因，IP地址分配极为不均，拥有13亿人口的我国，地址总数不足200个（B类地址），且这些地址资源还要分配给若干个运营公司。由于历史的原因，国内的地址分配也很不均匀，个别电信运营商只有不到2个B类地址，地址资源如此之少，很难开展业务。目前的办法是采用网络地址转换（NAT）技术，或利用端口复用技术，或使用私有IP地址，来扩大公开IP地址的使用率。这是一个不得已而为之的技术，存在诸多弊病，问题很大。地址问题的解决，迫在眉睫。当然，可以通过合法的程序向APNIC申请更多的IP地址，但目前的IP地址毕竟有限，不可能满足长期发展的需要，必须寻找根本的解决办法，IP网目前处于重要的转折关头，正从计算机互联网领域进入电信领域，设备将融合全部电信业务。研究表明，IP技术是拥有这样的能力的。IP技术必将发生革命性的变化。 四、IPv6的特点 IPv4标准是70年代末期制定完成的。IPv4标准的制定者因时代的局限性，当时并没有想到，原本只是用于异机种计算机互联的标准，竟然导致通信信息业的革命性变化。IPv4设计32位IP地址就是这种设计思想的反映。90年代初期，Web 的应用导致Internet的爆炸性发展。IP技术专家羧竦馗芯醯剑琁Pv4将不能满足IP网长期发展的需要，必须立即开始下一代IP网络协议的研究。研究的进程如下： ●1992年，IETF成立了IPNG工作组； ●1992~1994年，IPNG工作组收到了若干提案； ●1994年夏，IPNG工作组提出了下一代IP网络协议（IPv6）的推荐版本； ●1995年夏，IPNG工作组完成了IPv6的协议文本； ●1995~1999年完成了IETF要求的协议审定和测试； ●1999年成立了IPv6论坛，开始正式分配IPv6地址，IPv6的协议文本成为标准草案。 针对IPv4存在的问题，IPv6标准中采取了一系列措施，为IP网的可持续发展奠定了良好的基础。 1．IPv6的地址资源 IPv6拥有十分丰富的地址资源。由于汲取了IPv4地址资源不足的教训，IPv6的设计者一下子将地址长度扩大了4倍，即从IPv4的32bit地址，扩展到了IPv6的128bit地址。如果这些地址平均分配，地球上的每一平方米即可获得几百万个IP地址。从人们的实际需求来看，很难将这样大的地址空间消费掉。IPv6具有足够宽广的地址空间，在Internet的爆炸性发展，IPv4地址资源紧缺的今天，无疑是极为重要的。 不过，从网络设计的角度来看，地址空间并非越大越好，因为地址空间大是要付出代价的，即在信息的传输和地址的处理等方面都将付出代价。正确的做法是，先对需求作出客观的估计，同时确定地址的分配原则，然后再来确定真正的地址空间大小。与IPv4地址的设计存在同样问题的是，IPv6地址的设计也没有严格遵照需求来规划，而是通过"拍脑袋"定下来的。想当年，如果IPv4不是定为32bit，而是与MAC地址一样定为48bit，IPv4将不会像现在这样成为"鸡肋"。而IPv6的设计者同样是以'想当然'来确定地址长度的，一下子将地址长度扩大了4倍，而在地址分配方面却只给出了一个极为粗略的原则。IPv6的地址肯定够用，但地址设计的合理性则是有疑问的。实际上，在6-bone上已经发现了不少问题。 目前，IPv6标准已经颁布，128bit地址也已确定。IPv6启用后，再也不会为地址而发愁了。但是，IPv6地址的规划仍然是大问题，需要下大力量去做。合理的地址规划将大大提高地址的寻址效率，大大减小路由表中的路由条目，从而极大地提高IP网络的性能。 2．移动IP 移动IP是一个十分热门的话题，它涉及IP网上对个人的移动性、终端的移动性和系统的移动性的支持。与目前无线移动通信不同的是，移动IP主要涉及IP协议对IP网中移动性的支持问题。由于目前广泛使用的IP网是IPv4网，因而移动IP必然是先从IPv4入手。 对于IP网的移动性来说，它涉及的业务有二类： ●非实时业务； ●实时业务。 这两类业务对协议的要求是不同的。对于非实时业务，传输时延不是关键参数，非实时业务在传输过程中采用迂回路由是可以接受的。传输非实时业务的要求是，在通信过程中，不论个人、终端或系统移动到何处，业务的通信连接（TCP连接）必须保持不断，对于非实时业务移动性的支持，IPv4协议已经可以做到。对实时业务而言，传输时延是一个极其重要的参数，它不能容忍采用三角迂回路由进行通信。在这方面，IPv4很难处理，IPv6的解决办法则有可取之处。因此，在移动IP方面，应将IPv6作为首选目标。 3．IP网的QoS问题 IP网的QoS问题是一个极大的问题，也是至今IP网中解决得最不理想的问题。IP网的QoS 问题已严重阻碍了它的发展，必须尽快解决。从协议来说，IPv4考虑到了QoS问题，它的TOS字段就是用于区分服务类型，并以此来提供不同的服务。遗憾的是，IP网的设计者将IP网定义为是一个"尽力而为"地提供传输服务的网，因而IP网不能提供对不同类型的业务提供分类服务的手段。在实际网络中，网络设备甚至不对TOS作任何处理。当然，由于TOS 字段是在IP报头之中，对TOS的处理亦是一个不小的开销。 关于IPv6对QoS的考虑，主要是设定了通信流类型（8bit）和数据流标号（20bit）。当然，这28 bit只是用来指示特定的数据流，真正QoS的实现还需要网络设备采用特定技术来实现。从本质上看，IPv6的28bit与IPv4的6bit的TOS的用途是类似的。对IP网来说，特别是在传输成本大大下降的今天，是否有必要引入数据流的标记，是一个十分值得商榷的问题，IPv6在QoS方面的改善尚有疑问。 4．IP网中的安全问题 安全问题是IP网中永远存在的问题。当然，它与IP网的网络协议有关，更重要的是与IP网的管理机制有关。从本质上讲，基于分组交换技术的网络的安全强度是相仿的。但大家一致认为，X.25网的安全性大大优于IP网，其真正的原因在于网络的管理机制而不是协议机制。举例来说，在X.25网中，网络设备要对源地址进行严格检查，凡是与源地址不符的分组将会被抛弃，源地址与接入端口是严格绑定的。这样一来，X.25网的安全性确实会好得多。IP网没有这些管理机制（源地址检查、源地址与接入端口绑定等），可能是造成IP网安全问题的原因。当然X.25网与IP网不能简单类比，IP网中的情况要复杂得多。 IPv6对安全性有周密的考虑。Ipsec最初是专门为IPv6设计的，有Ipsec的配合，IPv6的安全性的确大为改善，它已经有能力提供用户与用户之间端到端的安全性。从网络提供者来说，做到这一点已经足够了。但是，由于种种原因，IPv6迟迟不能推广使用。尽管Ipsec是伴随IPv6诞生的，但从目前来看，已无特色可言。当然，从使用方面看，由于在IPv6中有专用的安全报头，还是比IPv4方便。 五、IPv6的发展展望 IPv6从提出至今已有10余年的历史。但是，迄今为止，IPv6还是没有得到长足的发展。从国际上看，美国是IP网络大国，IP网技术主要出自美国，IP网络的设备供应商也主要在美国。在发展过程中，IP地址（IPv4）的分配是极为不均匀的，美国拥有绝大部分IP地址，每一个运营商拥有一个A类地址，甚至一个大学也拥有一个A类地址。由于IPv4地址对美国来说并不紧张，故美国的设备制造商并不热衷于开发IPv6产品。另外，从客观上说，Internet网络已经非常庞大，资金投入已经非常可观，并已进入大规模商用，对这样一个网络进行改造谈何容易。何况，实际上目前并没有找到从IPv4到IPv6的平稳过渡策略，导致IPv6很难有长足的发展和进步。 Internet在我国的发展也已近10年，网络规模已相当可观，要将一个商用网由IPv4改造为IPv6也是困难的。但是，IPv4地址的严重短缺问题在严重地威胁着我们，特别是严重影响IP网的持续发展。通过采取一系列技术性措施， IPv4地址目前有所缓解。但是，我国的人口基数甚大，经济增长的势头良好，固定通信网的规模和移动通信网的规模已居世界第二位，数据网，特别是IP网的发展势头喜人，预料在一二年内，IP网的规模也将达到世界第二位，甚至跃居世界第一位。由于固定通信网和移动通信网规划得好，号码资源问题不会影响到发展。但IP网的情况不同，IPv4地址本来就短缺，无论如何也无法满足我国高速发展的需求。从技术上讲，尽管采用私有地址，通过NAT转换可以解决部分地址问题，但大量的实践已表明，这并非是好办法。采取临时性措施将后患无穷，最好的办法是及时采用IPv6技术。 当然，在我国发展IPv6并非易事。一般来说，运营商只顾眼前利益，总是采用目前技术成熟的产品组网，以获取利益，而设备制造商则盯着运营商，运营商要什么，他们就生产什么，于是二者之间就形成一个"死结"，从而导致IPv6的发展受限。对我国来说，通信主管部门是负有引导国内通信业发展的责任的。一般来说，他们不直接与短期经济挂钩，因而便于从长远利益考虑问题，以发展的眼光指导产业的发展和进步。 IP网的高速发展已成为不可阻挡的趋势。从发展的眼光看，IPv6势在必行。在通信主管部门的积极引导和专业技术支撑单位的大力配合下，选择一两个大运营商进行IPv6网络的规模试验，取得经验后，再积极推广，力争在IP网的建设上创造出新局面；也可采用一两个有实力的投资商，特许其采用IPv6技术来组建IP电信网，从而推动IPv6的发展，为国内IP网络打下可持续高速发展的基础。 摘自《电信网技术》