隨著互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，現(xiàn)有IPv4(互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議版本4)已經(jīng)無(wú)法滿足互聯(lián)網(wǎng)的需求。IPv6(互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議版本4)成為未來(lái)主流IP技術(shù)。Google，F(xiàn)acebook，Bing等各大網(wǎng)站均表態(tài)將永久支持IPv6。借用一下6月6日“下一代互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展建設(shè)峰會(huì)”上中國(guó)工程院鄔賀銓院士的發(fā)言，“我國(guó)應(yīng)當(dāng)推動(dòng)IPv6的普及，我國(guó)的IPv6發(fā)展決不退回。”
IPv4：5億中國(guó)網(wǎng)民用3億地址
IPv6是IP(互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議)的一個(gè)新版本。我們首先介紹IP協(xié)議。IP協(xié)議是為了在互聯(lián)網(wǎng)的主機(jī)之間傳輸數(shù)據(jù)而設(shè)計(jì)的，為了將數(shù)據(jù)從源送到目的地，每個(gè)主機(jī)都需要一個(gè)地址。就像在現(xiàn)實(shí)生活中人們之間傳遞信件，每個(gè)人都需要有一個(gè)郵寄地址一樣。
在最初，每個(gè)主機(jī)的地址格式是由IPv4協(xié)議規(guī)定的，每一個(gè)IP地址都是由32個(gè)二進(jìn)制位串組成，由某些互聯(lián)網(wǎng)組織(如IANA，互聯(lián)網(wǎng)號(hào)碼分配機(jī)構(gòu)等)負(fù)責(zé)分配，每個(gè)組織像維護(hù)一個(gè)蓄水池一樣維護(hù)著一個(gè)地址池。地址一般從高層組織往低層組織，以地址塊，即地址集合的形式分配，例如，IP地址首先由IANA分配到亞太地區(qū)，再分配到中國(guó)電信，再由中國(guó)電信分配到每一臺(tái)管轄的主機(jī)。
IPv4地址被設(shè)計(jì)為32位，是因?yàn)樵诨ヂ?lián)網(wǎng)的初始階段，并沒(méi)有很多主機(jī)，全世界也只有美國(guó)的幾所大學(xué)、科研院所及美國(guó)軍方使用IP網(wǎng)絡(luò)，而32位的IP地址集合擁有232=4,294,967,296個(gè)IP地址。但互聯(lián)網(wǎng)的爆炸式增長(zhǎng)超出了任何人的想像。隨著互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入千家萬(wàn)戶，IPv4地址被迅速分配消耗，各大維護(hù)IPv4地址的組織發(fā)現(xiàn)自己地址池里的地址所剩無(wú)幾。在2009年5月12日，全球大約只有494,196,000個(gè)地址未被分配，到了2011年2月3日，IANA宣布它的地址池里最后一個(gè)地址塊已被分配。
IPv4地址的短缺讓互聯(lián)網(wǎng)面臨危機(jī)，新加入的主機(jī)無(wú)法獲得地址，就無(wú)法成為互聯(lián)網(wǎng)世界的一員。這個(gè)危機(jī)在中國(guó)尤其明顯，因?yàn)橹袊?guó)互聯(lián)網(wǎng)雖然發(fā)展迅速，但起步比較晚，這使得在中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)急需大量IPv4地址的時(shí)候，IPv4地址已大量被歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家占有。盡管中國(guó)在盡量爭(zhēng)取，但還是只能獲得有限量的IPv4地址。到2012年3月，中國(guó)只占有3億余個(gè)IPv4地址，而同時(shí)期中國(guó)的網(wǎng)民數(shù)目卻已超過(guò)5億。IPv4地址的短缺勢(shì)必影響到廣大網(wǎng)民的上網(wǎng)體驗(yàn)和我國(guó)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展。
IPv6:每一粒沙子都有地址
為了解決IPv4地址短缺的問(wèn)題，研究人員做了各種各樣的改進(jìn)。在IPv4協(xié)議開(kāi)始使用的時(shí)候，將IPv4地址塊分成A,B,C,D類，一個(gè)A類地址能提供16,777,216個(gè)IPv4地址，一個(gè)B類地址能提供65,536個(gè)IPv4地址，一個(gè)C類地址能提供256個(gè)IPv4地址。如果某個(gè)機(jī)構(gòu)有70,000臺(tái)主機(jī)，那么它最少需要申請(qǐng)兩個(gè)B類地址，那么將有大約2×65,536-70,000=61,072個(gè)IPv4地址被浪費(fèi)。為了提高IPv4地址的使用效率，互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化組織IETF(互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組)改進(jìn)了地址分配策略，IPv4地址的分配不必服從A,B,C,D這種地址格式。
另外一個(gè)例子是，最開(kāi)始的時(shí)候每一臺(tái)主機(jī)都固定有一個(gè)IPv4地址，但是接下來(lái)人們發(fā)現(xiàn)，通常一臺(tái)主機(jī)并不是任何時(shí)候都需要使用IPv4地址，例如有的主機(jī)通常只在白天需要連接互聯(lián)網(wǎng)，有的主機(jī)只需要晚上連接，所以為了進(jìn)一步提高IPv4地址的使用效率，人們又設(shè)計(jì)了IPv4地址的動(dòng)態(tài)分配方案。當(dāng)主機(jī)需要使用IPv4地址的時(shí)候，就將一個(gè)IPv4地址分配給這臺(tái)主機(jī)；當(dāng)不需要的時(shí)候，就會(huì)將這個(gè)IPv4地址回收，繼而可以分配給另外一個(gè)主機(jī)。
但即使是做了改進(jìn)，也無(wú)法從根本上解決IPv4地址短缺的問(wèn)題。雖然IPv4地址的分配不必服從A,B,C,D這樣的地址格式，IPv4地址仍然不夠分配。即使使用了動(dòng)態(tài)分配方案，但在同一個(gè)時(shí)段，特別是互聯(lián)網(wǎng)使用高峰時(shí)段，連接到互聯(lián)網(wǎng)的主機(jī)數(shù)量也非常巨大。
為了從根本上解決IPv4地址短缺的問(wèn)題，IETF在1994年成立了若干IPng(下一代IP協(xié)議)工作組，1996年IPv6協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布，IPv6協(xié)議正式得到確立。與IPv4協(xié)議相比，IPv6最大的優(yōu)勢(shì)在于其地址長(zhǎng)度達(dá)到了128位，這使得IP地址的數(shù)目達(dá)到了3.4x1038。人們做過(guò)估計(jì)，如果IPv6地址被充分利用的話，地球上的每一粒沙子都可以擁有一個(gè)IPv6地址。這說(shuō)明，未來(lái)不僅只有計(jì)算機(jī)能夠上網(wǎng)，冰箱、洗衣機(jī)等家用電器也有足夠的地址可用。
過(guò)渡方案有兩套
IP地址數(shù)目的問(wèn)題得到了解決，但I(xiàn)Pv6的誕生又產(chǎn)生了新的問(wèn)題。人們正在使用IPv4協(xié)議，即現(xiàn)有的主機(jī)都使用IPv4地址，這些主機(jī)的數(shù)量巨大，不可能在一夜之內(nèi)全部變?yōu)槭褂肐Pv6協(xié)議，只能一部分一部分地改變。那怎么讓一部分人使用IPv6協(xié)議的時(shí)候，使用IPv6協(xié)議的主機(jī)能和使用IPv4協(xié)議的主機(jī)透明通信，即人們感覺(jué)不到協(xié)議的變化。這個(gè)問(wèn)題被稱為IPv4/IPv6過(guò)渡問(wèn)題。
我們可以做一個(gè)類比。在物流系統(tǒng)中，集裝箱有不同的規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)，假設(shè)有大集裝箱，有小集裝箱，但為了有效利用空間，規(guī)定同一條船只能有一種規(guī)格的集裝箱。這里我們可以將使用大集裝箱的船看成IPv6網(wǎng)絡(luò)，使用小集裝箱的船看成IPv4網(wǎng)絡(luò)，那么問(wèn)題就是當(dāng)一條使用一種規(guī)格集裝箱的船要將貨物裝載到使用另一種規(guī)格集裝箱的船時(shí)，應(yīng)該怎么辦？
對(duì)于物流系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，有兩種辦法：一種是將貨物從集裝箱里卸載出來(lái)，然后接著裝填到另外一種規(guī)格的集裝箱里去；另外一種是將小集裝箱直接放進(jìn)大集裝箱里去。
對(duì)于IPv4/IPv6過(guò)渡來(lái)說(shuō)，同樣也存在類似的兩種方法。一種是翻譯方案，即將數(shù)據(jù)從IPv4(或IPv6)分組中提取出來(lái)，然后放到IPv6(或IPv4)分組中去；另外一種是隧道方案，即將IPv4(或IPv6)分組，作為用戶數(shù)據(jù)重新封裝，放到IPv6(或IPv4)分組中去。
目前我國(guó)在IPv6網(wǎng)絡(luò)的研究、開(kāi)發(fā)和建設(shè)上取得了巨大的成就，組織實(shí)施了下一代互聯(lián)網(wǎng)示范工程(CNGI)，并通過(guò)國(guó)家科技重大專項(xiàng)和其他相關(guān)科技計(jì)劃，在基于IPv6的下一代互聯(lián)網(wǎng)理論研究和標(biāo)準(zhǔn)制訂、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、關(guān)鍵設(shè)備研發(fā)、技術(shù)試驗(yàn)與應(yīng)用示范等方面取得了一系列成果。2003年，第二代中國(guó)教育和科研計(jì)算機(jī)網(wǎng)CERNET2建成，是目前世界上規(guī)模最大的采用純IPv6技術(shù)的下一代互聯(lián)網(wǎng)主干網(wǎng)。2005年由清華大學(xué)提出的IPv4/IPv6過(guò)渡標(biāo)準(zhǔn)(RFC4925)成為我國(guó)第一個(gè)非中文相關(guān)的信息類互聯(lián)網(wǎng)RFC標(biāo)準(zhǔn)。
