從幾種典型業務看IPv6的技術優勢

IPv6協議及其相關技術無疑已成為下一代網絡發展的熱點之一。近年來已有大量文章介紹了IPv6協議的特點以及其與IPv4協議相比較的優越性，關于IPv4向IPv6轉移的技術性方案研究也得到了極大關注。然而，就目前來看，盡管對于IPv6替代IPv4協議這一大趨勢已得到了業界的廣泛認同，但是除了地址空間的擴展這一點之外，對于什么樣的應用才真正需要IPv6協議的大規模部署卻沒有一個非常明確的結論。與IPv4相比較，IPv6在可用IP地址空間，改善端到端的安全性，對于移動通信的內在支持，提高服務質量（QoS）以及減輕系統管理負擔等方面都有著顯著的優勢。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IPv4到IPv6的升級，就需要業界，尤其是網絡運營商，清楚地認識到IPv6能帶來什么IPv4沒有的功能，并能為他們帶來什么樣的新業務和新的利潤來源。筆者認為，那些過去由于受到IPv4協議的技術限制而未能得到大規模開展、商業應用模式比較成熟的業務將是一個重要的突破點。以下將以幾種典型業務為例分析IPv6的技術優勢。
　　移動IP將迎來新契機
　　近年來，隨著筆記本電腦、個人數字助理以及手機等移動手持設備功能的增強以及應用的普及，移動計算已經得到了業界越來越多的關注。人們已不再滿足于只在家里或辦公室里打電話、收發傳真和電子郵件，而更多地依賴于隨時隨地的通信和信息獲取，這就要求移動手持設備也具有隨時隨地進行網絡訪問的能力。雖然射頻技術和無線連接技術為此提供了物理上的實現基礎，但是完整的業務提供仍舊需要網絡協議方面的支持。長期以來，一個關鍵性的問題在于，IP協議體系并不是針對移動設備而設計的，對于總是處于漫游狀態中通信設備的IP地址分配，連接維護以及用戶標識等問題沒有一個現成的解決方案。為此，許多標準化組織和設備廠商紛紛投入了移動IP（Mobile IP）標準的研究和制訂工作。移動IP協議的工作原理，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，每一個移動設備（稱為移動節點，Mobile Node）都事先按照其原始位置向一個本地代理進行注冊，并建立所屬關系。當移動節點漫游到一個新的位置時，它需要向當前位置的代理設備，即外地代理進行注冊，并提供其本地代理的相關信息。外地代理則負責與移動節點的本地代理進行聯系，并建立起一個數據轉發隧道（Tunnel），以確定與該移動節點相關的通信數據的轉發路由。這樣，當其它設備需要與已經漫游到新位置的移動節點進行通信時，只需將數據包發送到移動節點的本地代理處，而由本地代理通過建立好的隧道將數據包轉發到外地代理處并最終由外地代理傳送給移動節點。這就相當于一個人在外出到異地時，可以要求其家庭所在的郵局將發來的郵件轉寄到異地的新地址（有關移動節點與代理之間的注冊過程以及相應的隧道建立過程等細節內容，有興趣的讀者可以參考IETF的技術文檔RFC2002）。早期的移動IP研究一直是基于IPv4協議體系，它雖然可以解決節點漫游的問題，但是其應用必將引發為大量的手持設備分配IP地址的需求。IPv4協議有限的地址空間顯然無法滿足這一需求，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IP地址的能力，完全可以適應移動IP的推廣。而同時，IPv6協議中內置的鄰接節點自動發現機制更是可以大大加速和簡化移動節點向代理的注冊過程，因此可以說，IPv6協議的應用將極大地推動移動IP協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，網絡設備公司和運營商們在IP電話和VoIP業務推廣上投入的精力不可謂不多，然而，盡管網絡設備公司和運營商們一直在大力鼓吹IP電話和VoIP業務的低成本優勢，并在個人用戶市場取得了不錯的成績，但大多數企業用戶仍舊對此持一種猶豫觀望的態度。VoIP業務在企業用戶市場普及受阻的原因可能是多方面的，但其中之一的問題在于，傳統電話的用戶早已習慣了PSTN網絡的高可靠性和可用性以及話音質量的保證。但是，目前的VoIP業務主要還是建立在IPv4協議基礎之上的，而由于IPv4逐跳路由和“盡力而為”轉發等的限制，使得基于IPv4的Internet在服務質量保證和擁塞/延遲控制等方面難以滿足語音通信的需要。
　　相對而言，IPv6的一個革新之處在于它增強了對于服務質量（QoS）的考慮。 首先，IPv6的包頭結構有所變化，采用了業務流類型字段（8bit）和流標簽字段（20bit），業務流字段擴大到1個字節，這就可以定義256個級別的優先級，對各種多媒體信息根據緊急性確定數據包的優先級，從而保證每一項服務都能達到用戶滿意的質量，這與IPv4中的TOS字段相比已經有了很大提高。IPv4是一個無連接的協議，為了讓每一個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有相關性，所以中間路由器對于每一個包都是單獨處理的，結果是同一個業務流的前后兩個數據包可能是通過不同的路徑到達目的地址的。對每一個包的獨立處理，就會略微增加每一個包的處理時間，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播來說，延時的增加和不確定性會造成收看質量的嚴重下降。為此，在IPv6中，同一個業務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候就采用相同的路徑發出去，而不需要為每一個數據包重新選擇路由，從而大大提高了數據包轉發的效率，降低了端到端的延遲。
　　因此，我們可以認為，隨著IPv6協議得到廣泛采用，VoIP也才有可能隨之在企業用戶市場得到普遍接受，并推動軟交換技術在通信網絡中的深入發展。同時，我們也可以預測，進一步的諸如視頻點播、視頻會議等關聯應用也將得到長足的發展。　　
家庭網絡安全將得以保障
　　隨著諸如IEEE 1394和藍牙（BLUETOOTH）等新標準的提出和完善，越來越多的家電設備也將會具備網絡連接和數據通信的能力。通過內置在新一代家電產品中的嵌入式設備（包含了各種芯片和處理器），用戶將可以通過網絡來遠程訪問家中電器設備并向其發送指令。用戶家里的各類電器如電視、DVD、冰箱等，數碼設備如數字相機、攝像機以及家庭局域網等將可以通過一個被稱為家庭網關（Home Gateway）的設備連接到外界的Internet和無線通信網絡上。
　　在基于IPv4的網絡環境里，上述構想的最終實現還面臨著一些困難。首先，由于IPv4所支持的地址空間有限，還無法為大量的家用電器設備都分配一個唯一的IP地址，盡管可以利用諸如NAT、私有地址空間等技術來繞過這一限制。但是，大多數家庭用戶對于IP網絡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對于新技術的接受程度。另外，安全性的問題也是值得考慮的，用戶當然不希望其他人可以輕易侵入自己的家庭網絡進行惡做劇或破壞，而IPv4協議在這方面也存在著不足。
　　IPv6的推出首先有效地解決了地址空間的問題，可以充分保證新出廠的家電設備、數碼設備等都預置一個唯一的IP地址，并且可以在簡單的設置后進行網絡接入。同時，IPv6中設計有專用的安全報頭，可以用于網絡設備對用戶接入的合法性進行檢查，也可以用于檢查源地址和接入實際地址的一致性。而當一旦有任何盜竊事件發生后，警方還可以通過設備內帶的IP地址對其進行追蹤。另外，Ipsec是專門為IPv6設計的安全性協議，用于在IPv6網絡中提供用戶與用戶之間端到端的安全性，從而保證只有可信賴的用戶可以向家庭網絡中的設備傳輸數據或發送指令。
　　在線游戲將揮灑自如
　　與通常的網絡游戲不同，這里所指的在線游戲指的是用戶通過諸如索尼公司的PLAY STATION或微軟公司的XBOX等家庭游戲機設備連接到網絡上，和其它用戶一同參與游戲的業務模式。隨著以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巨大的市場。但是，當前的家庭游戲機應用仍是以家庭用戶購買游戲軟件并獨立玩游戲或最多兩人對戰的模式為主。 其實，目前的許多游戲機上都已經內置了網絡接入的物理端口，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線接口。因此，可以想見，如果用戶可以通過網絡與其它地方的用戶一起參與游戲，則必將掀起又一次的熱潮。類似的過程在PC游戲上早已有了先例：隨著用戶可以通過PC連接到網絡進行游戲，單機版的游戲幾乎已經退出了市場，而聯網游戲的市場則得到了迅速增長。
　　然而，當前的在線游戲主要仍舊是基于IPv4協議的，這在很大程度上限制了在線游戲產業的進一步發展。究其原因主要表現在，由于受到IPv4地址空間的限制，目前的在線游戲運營模式仍以客戶-服務器模式為主，這就要求游戲玩家通過網絡接入到游戲服務器上參與游戲的進行。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絡接入的速度以及服務器的規模，可以同時參加游戲的人數也因此而受到了限制。同時，由于IPv4協議在網絡連接的可靠性與安全性方面的缺陷，玩家經常可能會遭遇到游戲進行中因為掉線而被迫退出，參與游戲的積分或虛擬物品被盜用等問題。另外，因為玩家可能只是希望和住在臨近街區的其它一個或幾個玩家進行游戲對戰，接入服務器的模式就顯得有些舍近求遠了。對于這些問題，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協議，完全適用于網絡游戲對戰。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可以極大地簡化用戶參與網絡游戲的配置過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在參與游戲過程中的隱私性、連接可靠性和在線物品的安全性。最后，IPv6中對于移動IP的支持能力也可以使得用戶將能夠隨時隨地參與游戲而不再受位置限制（如只能在家中玩），推動手持式游戲設備的迅速普及。可以預見，在IPv6協議的支持下，在線游戲業務將從當前的客戶-服務器模式遷移到客戶-服務器加對等模式。　　
結論
　　雖然，業界目前對于什么可能是IPv6的殺手級應用還沒有一個明確統一的認識，但仍舊可以說，IPv6必將成為下一代網絡發展的基礎并在推動新型業務的發展上具有十分重要的戰略地位。中國的電信運營商和設備制造商都非常關注IPv6技術的發展，并已經在積極參與建設IPv6商用試驗網，希望能夠充分抓住這一機遇，不僅要在下一代互聯網標準和資源分配中力爭更大的發言權，而且還要利用基于IPv6的互聯網在我國從基礎設施、服務與應用、媒體與內容、設備制造等層面形成新的巨大產業，拉動經濟的發展。從全局觀點看，IPv6也許是比3G更為重要的一次機遇。