IPv6：让每一粒沙子都拥有IP地址

2017年11月26日，中共中央办公厅、国务院办公厅印发《推进互联网协议第六版（IPv6）规模部署行动计划》，指出了互联网协议第六版（IPv6）部署的重要意义，总体要求，重要任务，实施步骤以及保障措施，将IPv6的规模部署上升到了国家层面。

2018年05月03日，工业和信息化部印发了工业和信息化部关于贯彻落实《推进互联网协议第六版（IPv6）规模部署行动计划》的通知，通知主要内容就是：IPv6的规模部署得到了国家的大力支持；IPv6的时间节点：2018年末和2020年末，实现网络端到端的IPv6改造，固定网络基础设施IPv6改造，应用基础设施IPv6改造，政府网站IPv6改造与工业互联网IPv6应用；另外针对IPv6的规模部署的保障措施。

IP协议是什么

互联网体系结构的创新演进历程

因特网是当前全球最大的、开放的、并且有众多网络相互连接而成的特定计算机网络，它采用了TCP/IP协议族作为通信协议。（注：互联网是一个通用名词，泛指由多个计算机网络互连而成的网络，这些网络之间的通信协议是可以任意的。而因特网是采用TCP/IP协议族作为通信协议。）协议是网络中进行数据交换时使用的规则，如下图为各层所采用的协议。IP（IPv4）或IPv6是网络层主要的协议，也是TCP/IP协议族中的重要组成部分之一。IP协议用于源地址和目的地址之间传送数据包。

协议地图

IPv4，是互联网协议（InternetProtocol Version 4）的第四版，目前应用广泛的网络层协议。

IPv6，是互联网协议（InternetProtocol Version 6）的第六版，IETF（互联网工程任务组，Internet Engineering Task Force）设计的用于替代现行版本IP协议（IPv4）的下一代IP协议。

细心的读者可能会发现，IPv6作为替代现行版本IP协议（IPv4）的下一代IP协议，按照命名规则来讲，IPv4的下一个版本应该为IPv5，编写组是略过了IPv5吗？事实上，因特网流协议（IPv5）是一个资源预留协议，目的是提供服务质量（QoS），支持多媒体（语音\视频和实时数据流量），在因特网上实时传输。它被设计与IPv4一起运行的，所以IPv5与IPv6毫无关系。

为什么要过渡到IPv6

IPv4从1981年诞生到现在已有37年之久，随着互联网用户指数级的增长，Internet规模的扩大，根据相关机构的统计，全世界网民总数已经达到了40多亿。而IPv4有多少地址呢？如果是通信工程师或者网络工程师的读者，都会知道IPv4地址有32位，那么IPv4地址的总个数为2的32次方即为40多亿个地址，IPv4的地址池空间已经接近枯竭。

IPv4地址的分配机构ICANN 在2011年2月3日在官方网站发布了《One for the History Books: Last IPv4 Addresses Allocated Today》的新闻，称最后所剩的5组IPv4地址已分配给了全球五大区域互联网地址管理机构，以后没有IPv4地址可以进行再分配了，预示IPv4地址已经“枯竭”，但同时也是互联网继续发展的一个重大转折点。

针对IPv4的地址严重短缺的问题，曾先后出现过CIDR和NAT等临时性解决方案。但是CIDR和NAT都有各自的弊端，并不能作为IPv4地址短缺问题的彻底解决方案。

NAT（NetworkAddress Translation，网络地址转换）是将 IP数据报文头中的 IP 地址转换为另一个 IP 地址的过程。弊端主要是内网发布的一些需要在公网进行访问的时候比较困难，需要通过如nat server等技术进行配置（NAT Server技术可以参考：NAT Server的典型应用）来实现。

划分子网和构成超网（CIDR）在一定程度上缓解了IPv4地址日益枯竭的现状，但也只是权宜之计。

另外，安全性、QoS（服务质量）、简便配置等要求也表明需要一个新的协议来根本解决目前IPv4面临的问题。

IPv4与IPv6

IPv4的地址空间为2的32次方，约为40多亿。而IPv6的地址空间为2的128次方（43亿×43亿×43亿×43亿），以近乎无限的地址容量，让每一粒沙子都可以拥有IP地址。

此外，IPv6还有很多优点

全新的报文结构：IPv6使用了新的协议头格式，报文头包括固定头部和扩展头部，一些非根本性的和可选择的字段被移到了IPv6协议头之后的扩展协议头中。

可以实现自动配置和重新编址：IPv6协议内置支持通过地址自动配置方式使主机自动发现网络并获取IPv6地址，大大提高了内部网络的可管理性。

支持层次化网络结构：层次化的网络结构可以方便的进行路由聚合，提高了路由转发效率。

更高的安全性：可以对网络层的数据进行加密并对IP报文进行校验，极大的增强了网络的安全性。

更好的支持QoS：IPv6在头部新定义了一个FlowLabel的特殊字段。IPv6的流标签字段使路由器可以对属于一个流的数据包进行识别并提供特殊处理。用这个标签，路由器可以不打开内层数据包就可以识别流，这就使得即使数据包加密了有效载荷，仍然可以实现对QoS的支持。

IPv6的重要意义

IPv4的网络体系下，美国依靠技术优势已主导根服务器近30年，美国控制了全球绝大部分的根服务器，也掌握了绝大部分的域名控制权。目前全球一共有13台根服务器，美国10台，其他英国、瑞典、日本各一台辅助服务器，而中国却连一台根服务器都没有。

IPv6的出现，一定程度上为中国未来网络的发展提供了机遇。2017年11月27日，下一代互联网国家工程中心宣布，“雪人计划”在美国、日本、印度、俄罗斯、德国、法国等全球16个国家完成25台IPv6根服务器架设，中国部署了其中的4台，实现了中国过去零根服务器的突破。抢先IPv6的规模部署，对中国未来的经济发展，社会进步，国家网络主权等各方面都会产生深远的影响。

推进互联网协议第六版（IPv6）规模部署行动计划指出：

互联网是关系国民经济和社会发展的重要基础设施，深刻影响着全球经济格局、利益格局和安全格局。我国是世界上较早开展IPv6试验和应用的国家，在技术研发、网络建设、应用创新方面取得了重要阶段性成果，已具备大规模部署的基础和条件。抓住全球网络信息技术加速创新变革、信息基础设施快速演进升级的历史机遇，加强统筹谋划，加快推进IPv6规模部署，构建高速率、广普及、全覆盖、智能化的下一代互联网，是加快网络强国建设、加速国家信息化进程、助力经济社会发展、赢得未来国际竞争新优势的紧迫要求。

IPv6的整体介绍就到这里，后续我们的文章将会从技术层面进行IPv6的解读。