從幾種典型業(yè)務(wù)看IPv6的技術(shù)優(yōu)勢

IPv6協(xié)議及其相關(guān)技術(shù)無(wú)疑已成為下一代網(wǎng)絡(luò )發(fā)展的熱點(diǎn)之一。近年來(lái)已有大量文章介紹了IPv6協(xié)議的特點(diǎn)以及其與IPv4協(xié)議相比較的優(yōu)越性，關(guān)于IPv4向IPv6轉移的技術(shù)性方案研究也得到了極大關(guān)注。然而，就目前來(lái)看，盡管對于IPv6替代IPv4協(xié)議這一大趨勢已得到了業(yè)界的廣泛認同，但是除了地址空間的擴展這一點(diǎn)之外，對于什么樣的應用才真正需要IPv6協(xié)議的大規模部署卻沒(méi)有一個(gè)非常明確的結論。與IPv4相比較，IPv6在可用IP地址空間，改善端到端的安全性，對于移動(dòng)通信的內在支持，提高服務(wù)質(zhì)量（QoS）以及減輕系統管理負擔等方面都有著(zhù)顯著(zhù)的優(yōu)勢。但是，考慮到IPv4已在全世界得到了極為廣泛的應用，為了盡快推動(dòng)IPv4到IPv6的升級，就需要業(yè)界，尤其是網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商，清楚地認識到IPv6能帶來(lái)什么IPv4沒(méi)有的功能，并能為他們帶來(lái)什么樣的新業(yè)務(wù)和新的利潤來(lái)源。筆者認為，那些過(guò)去由于受到IPv4協(xié)議的技術(shù)限制而未能得到大規模開(kāi)展、商業(yè)應用模式比較成熟的業(yè)務(wù)將是一個(gè)重要的突破點(diǎn)。以下將以幾種典型業(yè)務(wù)為例分析IPv6的技術(shù)優(yōu)勢。
　　移動(dòng)IP將迎來(lái)新契機
　　近年來(lái)，隨著(zhù)筆記本電腦、個(gè)人數字助理以及手機等移動(dòng)手持設備功能的增強以及應用的普及，移動(dòng)計算已經(jīng)得到了業(yè)界越來(lái)越多的關(guān)注。人們已不再滿(mǎn)足于只在家里或辦公室里打電話(huà)、收發(fā)傳真和電子郵件，而更多地依賴(lài)于隨時(shí)隨地的通信和信息獲取，這就要求移動(dòng)手持設備也具有隨時(shí)隨地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )訪(fǎng)問(wèn)的能力。雖然射頻技術(shù)和無(wú)線(xiàn)連接技術(shù)為此提供了物理上的實(shí)現基礎，但是完整的業(yè)務(wù)提供仍舊需要網(wǎng)絡(luò )協(xié)議方面的支持。長(cháng)期以來(lái)，一個(gè)關(guān)鍵性的問(wèn)題在于，IP協(xié)議體系并不是針對移動(dòng)設備而設計的，對于總是處于漫游狀態(tài)中通信設備的IP地址分配，連接維護以及用戶(hù)標識等問(wèn)題沒(méi)有一個(gè)現成的解決方案。為此，許多標準化組織和設備廠(chǎng)商紛紛投入了移動(dòng)IP（Mobile IP）標準的研究和制訂工作。移動(dòng)IP協(xié)議的工作原理，其中的主要概念包括了本地代理（Home Agent-HA）和外地代理（Foreign Agent-FA）等。具體的工作流程為，每一個(gè)移動(dòng)設備（稱(chēng)為移動(dòng)節點(diǎn)，Mobile Node）都事先按照其原始位置向一個(gè)本地代理進(jìn)行注冊，并建立所屬關(guān)系。當移動(dòng)節點(diǎn)漫游到一個(gè)新的位置時(shí)，它需要向當前位置的代理設備，即外地代理進(jìn)行注冊，并提供其本地代理的相關(guān)信息。外地代理則負責與移動(dòng)節點(diǎn)的本地代理進(jìn)行聯(lián)系，并建立起一個(gè)數據轉發(fā)隧道（Tunnel），以確定與該移動(dòng)節點(diǎn)相關(guān)的通信數據的轉發(fā)路由。這樣，當其它設備需要與已經(jīng)漫游到新位置的移動(dòng)節點(diǎn)進(jìn)行通信時(shí)，只需將數據包發(fā)送到移動(dòng)節點(diǎn)的本地代理處，而由本地代理通過(guò)建立好的隧道將數據包轉發(fā)到外地代理處并最終由外地代理傳送給移動(dòng)節點(diǎn)。這就相當于一個(gè)人在外出到異地時(shí)，可以要求其家庭所在的郵局將發(fā)來(lái)的郵件轉寄到異地的新地址（有關(guān)移動(dòng)節點(diǎn)與代理之間的注冊過(guò)程以及相應的隧道建立過(guò)程等細節內容，有興趣的讀者可以參考IETF的技術(shù)文檔RFC2002）。早期的移動(dòng)IP研究一直是基于IPv4協(xié)議體系，它雖然可以解決節點(diǎn)漫游的問(wèn)題，但是其應用必將引發(fā)為大量的手持設備分配IP地址的需求。IPv4協(xié)議有限的地址空間顯然無(wú)法滿(mǎn)足這一需求，而相對的，IPv6的128位地址編碼使其具備了提供2的128次方個(gè)IP地址的能力，完全可以適應移動(dòng)IP的推廣。而同時(shí)，IPv6協(xié)議中內置的鄰接節點(diǎn)自動(dòng)發(fā)現機制更是可以大大加速和簡(jiǎn)化移動(dòng)節點(diǎn)向代理的注冊過(guò)程，因此可以說(shuō)，IPv6協(xié)議的應用將極大地推動(dòng)移動(dòng)IP協(xié)議以及手持設備的大規模使用。
　　VoIP將突破應用瓶頸
　　自上世紀90年代中以來(lái)，網(wǎng)絡(luò )設備公司和運營(yíng)商們在IP電話(huà)和VoIP業(yè)務(wù)推廣上投入的精力不可謂不多，然而，盡管網(wǎng)絡(luò )設備公司和運營(yíng)商們一直在大力鼓吹IP電話(huà)和VoIP業(yè)務(wù)的低成本優(yōu)勢，并在個(gè)人用戶(hù)市場(chǎng)取得了不錯的成績(jì)，但大多數企業(yè)用戶(hù)仍舊對此持一種猶豫觀(guān)望的態(tài)度。VoIP業(yè)務(wù)在企業(yè)用戶(hù)市場(chǎng)普及受阻的原因可能是多方面的，但其中之一的問(wèn)題在于，傳統電話(huà)的用戶(hù)早已習慣了PSTN網(wǎng)絡(luò )的高可靠性和可用性以及話(huà)音質(zhì)量的保證。但是，目前的VoIP業(yè)務(wù)主要還是建立在IPv4協(xié)議基礎之上的，而由于IPv4逐跳路由和“盡力而為”轉發(fā)等的限制，使得基于IPv4的Internet在服務(wù)質(zhì)量保證和擁塞/延遲控制等方面難以滿(mǎn)足語(yǔ)音通信的需要。
　　相對而言，IPv6的一個(gè)革新之處在于它增強了對于服務(wù)質(zhì)量（QoS）的考慮。 首先，IPv6的包頭結構有所變化，采用了業(yè)務(wù)流類(lèi)型字段（8bit）和流標簽字段（20bit），業(yè)務(wù)流字段擴大到1個(gè)字節，這就可以定義256個(gè)級別的優(yōu)先級，對各種多媒體信息根據緊急性確定數據包的優(yōu)先級，從而保證每一項服務(wù)都能達到用戶(hù)滿(mǎn)意的質(zhì)量，這與IPv4中的TOS字段相比已經(jīng)有了很大提高。IPv4是一個(gè)無(wú)連接的協(xié)議，為了讓每一個(gè)包找到自己的路徑以到達目的地址，同一數據流的包和包之間并沒(méi)有相關(guān)性，所以中間路由器對于每一個(gè)包都是單獨處理的，結果是同一個(gè)業(yè)務(wù)流的前后兩個(gè)數據包可能是通過(guò)不同的路徑到達目的地址的。對每一個(gè)包的獨立處理，就會(huì )略微增加每一個(gè)包的處理時(shí)間，對于文件傳輸等應用可能影響不大，但是對于視頻廣播或者點(diǎn)播來(lái)說(shuō)，延時(shí)的增加和不確定性會(huì )造成收看質(zhì)量的嚴重下降。為此，在IPv6中，同一個(gè)業(yè)務(wù)流的所有數據包采用相同的流標簽，這樣當路由器檢測到相同的流標簽的時(shí)候就采用相同的路徑發(fā)出去，而不需要為每一個(gè)數據包重新選擇路由，從而大大提高了數據包轉發(fā)的效率，降低了端到端的延遲。
　　因此，我們可以認為，隨著(zhù)IPv6協(xié)議得到廣泛采用，VoIP也才有可能隨之在企業(yè)用戶(hù)市場(chǎng)得到普遍接受，并推動(dòng)軟交換技術(shù)在通信網(wǎng)絡(luò )中的深入發(fā)展。同時(shí)，我們也可以預測，進(jìn)一步的諸如視頻點(diǎn)播、視頻會(huì )議等關(guān)聯(lián)應用也將得到長(cháng)足的發(fā)展?！　?br />家庭網(wǎng)絡(luò )安全將得以保障
　　隨著(zhù)諸如IEEE 1394和藍牙（BLUETOOTH）等新標準的提出和完善，越來(lái)越多的家電設備也將會(huì )具備網(wǎng)絡(luò )連接和數據通信的能力。通過(guò)內置在新一代家電產(chǎn)品中的嵌入式設備（包含了各種芯片和處理器），用戶(hù)將可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò )來(lái)遠程訪(fǎng)問(wèn)家中電器設備并向其發(fā)送指令。用戶(hù)家里的各類(lèi)電器如電視、DVD、冰箱等，數碼設備如數字相機、攝像機以及家庭局域網(wǎng)等將可以通過(guò)一個(gè)被稱(chēng)為家庭網(wǎng)關(guān)（Home Gateway）的設備連接到外界的Internet和無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )上。
　　在基于IPv4的網(wǎng)絡(luò )環(huán)境里，上述構想的最終實(shí)現還面臨著(zhù)一些困難。首先，由于IPv4所支持的地址空間有限，還無(wú)法為大量的家用電器設備都分配一個(gè)唯一的IP地址，盡管可以利用諸如NAT、私有地址空間等技術(shù)來(lái)繞過(guò)這一限制。但是，大多數家庭用戶(hù)對于IP網(wǎng)絡(luò )的原理和配置并不是十分熟悉，復雜的設置和管理將嚴重阻礙用戶(hù)對于新技術(shù)的接受程度。另外，安全性的問(wèn)題也是值得考慮的，用戶(hù)當然不希望其他人可以輕易侵入自己的家庭網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行惡做劇或破壞，而IPv4協(xié)議在這方面也存在著(zhù)不足。
　　IPv6的推出首先有效地解決了地址空間的問(wèn)題，可以充分保證新出廠(chǎng)的家電設備、數碼設備等都預置一個(gè)唯一的IP地址，并且可以在簡(jiǎn)單的設置后進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )接入。同時(shí)，IPv6中設計有專(zhuān)用的安全報頭，可以用于網(wǎng)絡(luò )設備對用戶(hù)接入的合法性進(jìn)行檢查，也可以用于檢查源地址和接入實(shí)際地址的一致性。而當一旦有任何盜竊事件發(fā)生后，警方還可以通過(guò)設備內帶的IP地址對其進(jìn)行追蹤。另外，Ipsec是專(zhuān)門(mén)為IPv6設計的安全性協(xié)議，用于在IPv6網(wǎng)絡(luò )中提供用戶(hù)與用戶(hù)之間端到端的安全性，從而保證只有可信賴(lài)的用戶(hù)可以向家庭網(wǎng)絡(luò )中的設備傳輸數據或發(fā)送指令。
　　在線(xiàn)游戲將揮灑自如
　　與通常的網(wǎng)絡(luò )游戲不同，這里所指的在線(xiàn)游戲指的是用戶(hù)通過(guò)諸如索尼公司的PLAY STATION或微軟公司的XBOX等家庭游戲機設備連接到網(wǎng)絡(luò )上，和其它用戶(hù)一同參與游戲的業(yè)務(wù)模式。隨著(zhù)以PLAY STATION和XBOX為代表的新一代家庭游戲機的普及，已在全球范圍內形成了一個(gè)巨大的市場(chǎng)。但是，當前的家庭游戲機應用仍是以家庭用戶(hù)購買(mǎi)游戲軟件并獨立玩游戲或最多兩人對戰的模式為主。 其實(shí)，目前的許多游戲機上都已經(jīng)內置了網(wǎng)絡(luò )接入的物理端口，比如，PLAY STATION 2就帶有PC卡插槽、IEEE 1394端口和USB端口；而世嘉公司的Dreamcast則帶有內置的調制解調器和電話(huà)線(xiàn)接口。因此，可以想見(jiàn)，如果用戶(hù)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò )與其它地方的用戶(hù)一起參與游戲，則必將掀起又一次的熱潮。類(lèi)似的過(guò)程在PC游戲上早已有了先例：隨著(zhù)用戶(hù)可以通過(guò)PC連接到網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行游戲，單機版的游戲幾乎已經(jīng)退出了市場(chǎng)，而聯(lián)網(wǎng)游戲的市場(chǎng)則得到了迅速增長(cháng)。
　　然而，當前的在線(xiàn)游戲主要仍舊是基于IPv4協(xié)議的，這在很大程度上限制了在線(xiàn)游戲產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。究其原因主要表現在，由于受到IPv4地址空間的限制，目前的在線(xiàn)游戲運營(yíng)模式仍以客戶(hù)-服務(wù)器模式為主，這就要求游戲玩家通過(guò)網(wǎng)絡(luò )接入到游戲服務(wù)器上參與游戲的進(jìn)行。對于許多游戲而言，這一模式并不是非常適合的。由于受限于不同地域網(wǎng)絡(luò )接入的速度以及服務(wù)器的規模，可以同時(shí)參加游戲的人數也因此而受到了限制。同時(shí)，由于IPv4協(xié)議在網(wǎng)絡(luò )連接的可靠性與安全性方面的缺陷，玩家經(jīng)?？赡軙?huì )遭遇到游戲進(jìn)行中因為掉線(xiàn)而被迫退出，參與游戲的積分或虛擬物品被盜用等問(wèn)題。另外，因為玩家可能只是希望和住在臨近街區的其它一個(gè)或幾個(gè)玩家進(jìn)行游戲對戰，接入服務(wù)器的模式就顯得有些舍近求遠了。對于這些問(wèn)題，IPv6的出現則給出了很好的解決辦法。首先，IPv6中支持了完全的對等模式的TCP/IP協(xié)議，完全適用于網(wǎng)絡(luò )游戲對戰。其次，IPv6巨大的可用地址空間和良好的穩定性與可擴展性等特點(diǎn)可以極大地簡(jiǎn)化用戶(hù)參與網(wǎng)絡(luò )游戲的配置過(guò)程并可以大大提高游戲參與人數的支持能力。第三，IPv6的安全性考慮也可以保證用戶(hù)在參與游戲過(guò)程中的隱私性、連接可靠性和在線(xiàn)物品的安全性。最后，IPv6中對于移動(dòng)IP的支持能力也可以使得用戶(hù)將能夠隨時(shí)隨地參與游戲而不再受位置限制（如只能在家中玩），推動(dòng)手持式游戲設備的迅速普及?？梢灶A見(jiàn)，在IPv6協(xié)議的支持下，在線(xiàn)游戲業(yè)務(wù)將從當前的客戶(hù)-服務(wù)器模式遷移到客戶(hù)-服務(wù)器加對等模式?！　?br />結論
　　雖然，業(yè)界目前對于什么可能是IPv6的殺手級應用還沒(méi)有一個(gè)明確統一的認識，但仍舊可以說(shuō)，IPv6必將成為下一代網(wǎng)絡(luò )發(fā)展的基礎并在推動(dòng)新型業(yè)務(wù)的發(fā)展上具有十分重要的戰略地位。中國的電信運營(yíng)商和設備制造商都非常關(guān)注IPv6技術(shù)的發(fā)展，并已經(jīng)在積極參與建設IPv6商用試驗網(wǎng)，希望能夠充分抓住這一機遇，不僅要在下一代互聯(lián)網(wǎng)標準和資源分配中力爭更大的發(fā)言權，而且還要利用基于IPv6的互聯(lián)網(wǎng)在我國從基礎設施、服務(wù)與應用、媒體與內容、設備制造等層面形成新的巨大產(chǎn)業(yè)，拉動(dòng)經(jīng)濟的發(fā)展。從全局觀(guān)點(diǎn)看，IPv6也許是比3G更為重要的一次機遇。