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)無疑已成為下一代網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的熱點之一。近年來已有大量文章介紹了IPv6協(xié)議的特點以及其與IPv4協(xié)議相比較的優(yōu)越性，關(guān)于IPv4向IPv6轉(zhuǎn)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(rèn)同，但是除了地址空間的擴(kuò)展這一點之外，對于什么樣的應(yīng)用才真正需要IPv6協(xié)議的大規(guī)模部署卻沒有一個非常明確的結(jié)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(nèi)在支持，提高服務(wù)質(zhì)量（QoS）以及減輕系統(tǒng)管理負(fù)擔(dān)等方面都有著顯著的優(yōu)勢。但是，考慮到IPv4已在全世界得到了極為廣泛的應(yīng)用，為了盡快推動IPv4到IPv6的升級，就需要業(yè)界，尤其是網(wǎng)絡(luò)運營商，清楚地認(rèn)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(yè)務(wù)和新的利潤來源。筆者認(rèn)為，那些過去由于受到IPv4協(xié)議的技術(shù)限制而未能得到大規(guī)模開展、商業(yè)應(yīng)用模式比較成熟的業(yè)務(wù)將是一個重要的突破點。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IP將迎來新契機
　　近年來，隨著筆記本電腦、個人數(shù)字助理以及手機等移動手持設(shè)備功能的增強以及應(yīng)用的普及，移動計算已經(jīng)得到了業(yè)界越來越多的關(guān)注。人們已不再滿足于只在家里或辦公室里打電話、收發(fā)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(shè)備也具有隨時隨地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)訪問的能力。雖然射頻技術(shù)和無線連接技術(shù)為此提供了物理上的實現(xiàn)基礎(chǔ)，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。長期以來，一個關(guān)鍵性的問題在于，IP協(xié)議體系并不是針對移動設(shè)備而設(shè)計的，對于總是處于漫游狀態(tài)中通信設(shè)備的IP地址分配，連接維護(hù)以及用戶標(biāo)識等問題沒有一個現(xiàn)成的解決方案。為此，許多標(biāo)準(zhǔn)化組織和設(shè)備廠商紛紛投入了移動IP（Mobile IP）標(biāo)準(zhǔn)的研究和制訂工作。移動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，每一個移動設(shè)備（稱為移動節(jié)點，Mobile Node）都事先按照其原始位置向一個本地代理進(jìn)行注冊，并建立所屬關(guān)系。當(dāng)移動節(jié)點漫游到一個新的位置時，它需要向當(dāng)前位置的代理設(shè)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(fù)責(zé)與移動節(jié)點的本地代理進(jìn)行聯(lián)系，并建立起一個數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)隧道（Tunnel），以確定與該移動節(jié)點相關(guān)的通信數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)路由。這樣，當(dāng)其它設(shè)備需要與已經(jīng)漫游到新位置的移動節(jié)點進(jìn)行通信時，只需將數(shù)據(jù)包發(fā)送到移動節(jié)點的本地代理處，而由本地代理通過建立好的隧道將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到外地代理處并最終由外地代理傳送給移動節(jié)點。這就相當(dāng)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(fā)來的郵件轉(zhuǎn)寄到異地的新地址（有關(guān)移動節(jié)點與代理之間的注冊過程以及相應(yīng)的隧道建立過程等細(xì)節(jié)內(nèi)容，有興趣的讀者可以參考IETF的技術(shù)文檔RFC2002）。早期的移動IP研究一直是基于IPv4協(xié)議體系，它雖然可以解決節(jié)點漫游的問題，但是其應(yīng)用必將引發(fā)為大量的手持設(shè)備分配IP地址的需求。IPv4協(xié)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(yīng)移動IP的推廣。而同時，IPv6協(xié)議中內(nèi)置的鄰接節(jié)點自動發(fā)現(xiàn)機制更是可以大大加速和簡化移動節(jié)點向代理的注冊過程，因此可以說，IPv6協(xié)議的應(yīng)用將極大地推動移動IP協(xié)議以及手持設(shè)備的大規(guī)模使用。
　　VoIP將突破應(yīng)用瓶頸
　　自上世紀(jì)90年代中以來，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備公司和運營商們在IP電話和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(shè)備公司和運營商們一直在大力鼓吹IP電話和VoIP業(yè)務(wù)的低成本優(yōu)勢，并在個人用戶市場取得了不錯的成績，但大多數(shù)企業(yè)用戶仍舊對此持一種猶豫觀望的態(tài)度。VoIP業(yè)務(wù)在企業(yè)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(tǒng)電話的用戶早已習(xí)慣了PSTN網(wǎng)絡(luò)的高可靠性和可用性以及話音質(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(chǔ)之上的，而由于IPv4逐跳路由和“盡力而為”轉(zhuǎn)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(wù)質(zhì)量（QoS）的考慮。 首先，IPv6的包頭結(jié)構(gòu)有所變化，采用了業(yè)務(wù)流類型字段（8bit）和流標(biāo)簽字段（20bit），業(yè)務(wù)流字段擴(kuò)大到1個字節(jié)，這就可以定義256個級別的優(yōu)先級，對各種多媒體信息根據(jù)緊急性確定數(shù)據(jù)包的優(yōu)先級，從而保證每一項服務(wù)都能達(dá)到用戶滿意的質(zhì)量，這與IPv4中的TOS字段相比已經(jīng)有了很大提高。IPv4是一個無連接的協(xié)議，為了讓每一個包找到自己的路徑以到達(dá)目的地址，同一數(shù)據(jù)流的包和包之間并沒有相關(guān)性，所以中間路由器對于每一個包都是單獨處理的，結(jié)果是同一個業(yè)務(wù)流的前后兩個數(shù)據(jù)包可能是通過不同的路徑到達(dá)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?shù)葢?yīng)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(zhì)量的嚴(yán)重下降。為此，在IPv6中，同一個業(yè)務(wù)流的所有數(shù)據(jù)包采用相同的流標(biāo)簽，這樣當(dāng)路由器檢測到相同的流標(biāo)簽的時候就采用相同的路徑發(fā)出去，而不需要為每一個數(shù)據(jù)包重新選擇路由，從而大大提高了數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)的效率，降低了端到端的延遲。
　　因此，我們可以認(rèn)為，隨著IPv6協(xié)議得到廣泛采用，VoIP也才有可能隨之在企業(yè)用戶市場得到普遍接受，并推動軟交換技術(shù)在通信網(wǎng)絡(luò)中的深入發(fā)展。同時，我們也可以預(yù)測，進(jìn)一步的諸如視頻點播、視頻會議等關(guān)聯(lián)應(yīng)用也將得到長足的發(fā)展。　　
家庭網(wǎng)絡(luò)安全將得以保障
　　隨著諸如IEEE 1394和藍(lán)牙（BLUETOOTH）等新標(biāo)準(zhǔn)的提出和完善，越來越多的家電設(shè)備也將會具備網(wǎng)絡(luò)連接和數(shù)據(jù)通信的能力。通過內(nèi)置在新一代家電產(chǎn)品中的嵌入式設(shè)備（包含了各種芯片和處理器），用戶將可以通過網(wǎng)絡(luò)來遠(yuǎn)程訪問家中電器設(shè)備并向其發(fā)送指令。用戶家里的各類電器如電視、DVD、冰箱等，數(shù)碼設(shè)備如數(shù)字相機、攝像機以及家庭局域網(wǎng)等將可以通過一個被稱為家庭網(wǎng)關(guān)（Home Gateway）的設(shè)備連接到外界的Internet和無線通信網(wǎng)絡(luò)上。
　　在基于IPv4的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境里，上述構(gòu)想的最終實現(xiàn)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(shè)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(shù)來繞過這一限制。但是，大多數(shù)家庭用戶對于IP網(wǎng)絡(luò)的原理和配置并不是十分熟悉，復(fù)雜的設(shè)置和管理將嚴(yán)重阻礙用戶對于新技術(shù)的接受程度。另外，安全性的問題也是值得考慮的，用戶當(dāng)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(shè)備、數(shù)碼設(shè)備等都預(yù)置一個唯一的IP地址，并且可以在簡單的設(shè)置后進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)接入。同時，IPv6中設(shè)計有專用的安全報頭，可以用于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備對用戶接入的合法性進(jìn)行檢查，也可以用于檢查源地址和接入實際地址的一致性。而當(dāng)一旦有任何盜竊事件發(fā)生后，警方還可以通過設(shè)備內(nèi)帶的IP地址對其進(jìn)行追蹤。另外，Ipsec是專門為IPv6設(shè)計的安全性協(xié)議，用于在IPv6網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)或發(fā)送指令。
　　在線游戲?qū)]灑自如
　　與通常的網(wǎng)絡(luò)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(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò)上，和其它用戶一同參與游戲的業(yè)務(wù)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(nèi)形成了一個巨大的市場。但是，當(dāng)前的家庭游戲機應(yīng)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(zhàn)的模式為主。 其實，目前的許多游戲機上都已經(jīng)內(nèi)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(nèi)置的調(diào)制解調(diào)器和電話線接口。因此，可以想見，如果用戶可以通過網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)進(jìn)行游戲，單機版的游戲幾乎已經(jīng)退出了市場，而聯(lián)網(wǎng)游戲的市場則得到了迅速增長。
　　然而，當(dāng)前的在線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游戲產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。究其原因主要表現(xiàn)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(wù)器模式為主，這就要求游戲玩家通過網(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(guī)模，可以同時參加游戲的人數(shù)也因此而受到了限制。同時，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)常可能會遭遇到游戲進(jìn)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(qū)的其它一個或幾個玩家進(jìn)行游戲?qū)?zhàn)，接入服務(wù)器的模式就顯得有些舍近求遠(yuǎn)了。對于這些問題，IPv6的出現(xiàn)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?qū)?zhàn)。其次，IPv6巨大的可用地址空間和良好的穩(wěn)定性與可擴(kuò)展性等特點可以極大地簡化用戶參與網(wǎng)絡(luò)游戲的配置過程并可以大大提高游戲參與人數(shù)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(shè)備的迅速普及。可以預(yù)見，在IPv6協(xié)議的支持下，在線游戲業(yè)務(wù)將從當(dāng)前的客戶-服務(wù)器模式遷移到客戶-服務(wù)器加對等模式。　　
結(jié)論
　　雖然，業(yè)界目前對于什么可能是IPv6的殺手級應(yīng)用還沒有一個明確統(tǒng)一的認(rèn)識，但仍舊可以說，IPv6必將成為下一代網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的基礎(chǔ)并在推動新型業(yè)務(wù)的發(fā)展上具有十分重要的戰(zhàn)略地位。中國的電信運營商和設(shè)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(shè)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(biāo)準(zhǔn)和資源分配中力爭更大的發(fā)言權(quán)，而且還要利用基于IPv6的互聯(lián)網(wǎng)在我國從基礎(chǔ)設(shè)施、服務(wù)與應(yīng)用、媒體與內(nèi)容、設(shè)備制造等層面形成新的巨大產(chǎn)業(yè)，拉動經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。從全局觀點看，IPv6也許是比3G更為重要的一次機遇。