从几种典型业务看IPv6的技术优势

IPv6协议及其相关技术无疑已成为下一代网络发展的热点之一。近年来已有大量文章介绍了IPv6协议的特点以及其与IPv4协议相比较的优越性，关于IPv4向IPv6转移的技术性方案研究也得到了极大关注。然而，就目前来看，尽管对于IPv6替代IPv4协议这一大趋势已得到了业界的广泛认同，但是除了地址空间的扩展这一点之外，对于什么样的应用才真正需要IPv6协议的大规模部署却没有一个非常明确的结论。与IPv4相比较，IPv6在可用IP地址空间，改善端到端的安全性，对于移动通信的内在支持，提高服务质量（QoS）以及减轻系统管理负担等方面都有着显著的优势。但是，考虑到IPv4已在全世界得到了极为广泛的应用，为了尽快推动IPv4到IPv6的升级，就需要业界，尤其是网络运营商，清楚地认识到IPv6能带来什么IPv4没有的功能，并能为他们带来什么样的新业务和新的利润来源。笔者认为，那些过去由于受到IPv4协议的技术限制而未能得到大规模开展、商业应用模式比较成熟的业务将是一个重要的突破点。以下将以几种典型业务为例分析IPv6的技术优势。
　　移动IP将迎来新契机
　　近年来，随着笔记本电脑、个人数字助理以及手机等移动手持设备功能的增强以及应用的普及，移动计算已经得到了业界越来越多的关注。人们已不再满足于只在家里或办公室里打电话、收发传真和电子邮件，而更多地依赖于随时随地的通信和信息获取，这就要求移动手持设备也具有随时随地进行网络访问的能力。虽然射频技术和无线连接技术为此提供了物理上的实现基础，但是完整的业务提供仍旧需要网络协议方面的支持。长期以来，一个关键性的问题在于，IP协议体系并不是针对移动设备而设计的，对于总是处于漫游状态中通信设备的IP地址分配，连接维护以及用户标识等问题没有一个现成的解决方案。为此，许多标准化组织和设备厂商纷纷投入了移动IP（Mobile IP）标准的研究和制订工作。移动IP协议的工作原理，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。具体的工作流程为，每一个移动设备（称为移动节点，Mobile Node）都事先按照其原始位置向一个本地代理进行注册，并建立所属关系。当移动节点漫游到一个新的位置时，它需要向当前位置的代理设备，即外地代理进行注册，并提供其本地代理的相关信息。外地代理则负责与移动节点的本地代理进行联系，并建立起一个数据转发隧道（Tunnel），以确定与该移动节点相关的通信数据的转发路由。这样，当其它设备需要与已经漫游到新位置的移动节点进行通信时，只需将数据包发送到移动节点的本地代理处，而由本地代理通过建立好的隧道将数据包转发到外地代理处并最终由外地代理传送给移动节点。这就相当于一个人在外出到异地时，可以要求其家庭所在的邮局将发来的邮件转寄到异地的新地址（有关移动节点与代理之间的注册过程以及相应的隧道建立过程等细节内容，有兴趣的读者可以参考IETF的技术文档RFC2002）。早期的移动IP研究一直是基于IPv4协议体系，它虽然可以解决节点漫游的问题，但是其应用必将引发为大量的手持设备分配IP地址的需求。IPv4协议有限的地址空间显然无法满足这一需求，而相对的，IPv6的128位地址编码使其具备了提供2的128次方个IP地址的能力，完全可以适应移动IP的推广。而同时，IPv6协议中内置的邻接节点自动发现机制更是可以大大加速和简化移动节点向代理的注册过程，因此可以说，IPv6协议的应用将极大地推动移动IP协议以及手持设备的大规模使用。
　　VoIP将突破应用瓶颈
　　自上世纪90年代中以来，网络设备公司和运营商们在IP电话和VoIP业务推广上投入的精力不可谓不多，然而，尽管网络设备公司和运营商们一直在大力鼓吹IP电话和VoIP业务的低成本优势，并在个人用户市场取得了不错的成绩，但大多数企业用户仍旧对此持一种犹豫观望的态度。VoIP业务在企业用户市场普及受阻的原因可能是多方面的，但其中之一的问题在于，传统电话的用户早已习惯了PSTN网络的高可靠性和可用性以及话音质量的保证。但是，目前的VoIP业务主要还是建立在IPv4协议基础之上的，而由于IPv4逐跳路由和“尽力而为”转发等的限制，使得基于IPv4的Internet在服务质量保证和拥塞/延迟控制等方面难以满足语音通信的需要。
　　相对而言，IPv6的一个革新之处在于它增强了对于服务质量（QoS）的考虑。 首先，IPv6的包头结构有所变化，采用了业务流类型字段（8bit）和流标签字段（20bit），业务流字段扩大到1个字节，这就可以定义256个级别的优先级，对各种多媒体信息根据紧急性确定数据包的优先级，从而保证每一项服务都能达到用户满意的质量，这与IPv4中的TOS字段相比已经有了很大提高。IPv4是一个无连接的协议，为了让每一个包找到自己的路径以到达目的地址，同一数据流的包和包之间并没有相关性，所以中间路由器对于每一个包都是单独处理的，结果是同一个业务流的前后两个数据包可能是通过不同的路径到达目的地址的。对每一个包的独立处理，就会略微增加每一个包的处理时间，对于文件传输等应用可能影响不大，但是对于视频广播或者点播来说，延时的增加和不确定性会造成收看质量的严重下降。为此，在IPv6中，同一个业务流的所有数据包采用相同的流标签，这样当路由器检测到相同的流标签的时候就采用相同的路径发出去，而不需要为每一个数据包重新选择路由，从而大大提高了数据包转发的效率，降低了端到端的延迟。
　　因此，我们可以认为，随着IPv6协议得到广泛采用，VoIP也才有可能随之在企业用户市场得到普遍接受，并推动软交换技术在通信网络中的深入发展。同时，我们也可以预测，进一步的诸如视频点播、视频会议等关联应用也将得到长足的发展。　　
家庭网络安全将得以保障
　　随着诸如IEEE 1394和蓝牙（BLUETOOTH）等新标准的提出和完善，越来越多的家电设备也将会具备网络连接和数据通信的能力。通过内置在新一代家电产品中的嵌入式设备（包含了各种芯片和处理器），用户将可以通过网络来远程访问家中电器设备并向其发送指令。用户家里的各类电器如电视、DVD、冰箱等，数码设备如数字相机、摄像机以及家庭局域网等将可以通过一个被称为家庭网关（Home Gateway）的设备连接到外界的Internet和无线通信网络上。
　　在基于IPv4的网络环境里，上述构想的最终实现还面临着一些困难。首先，由于IPv4所支持的地址空间有限，还无法为大量的家用电器设备都分配一个唯一的IP地址，尽管可以利用诸如NAT、私有地址空间等技术来绕过这一限制。但是，大多数家庭用户对于IP网络的原理和配置并不是十分熟悉，复杂的设置和管理将严重阻碍用户对于新技术的接受程度。另外，安全性的问题也是值得考虑的，用户当然不希望其他人可以轻易侵入自己的家庭网络进行恶做剧或破坏，而IPv4协议在这方面也存在着不足。
　　IPv6的推出首先有效地解决了地址空间的问题，可以充分保证新出厂的家电设备、数码设备等都预置一个唯一的IP地址，并且可以在简单的设置后进行网络接入。同时，IPv6中设计有专用的安全报头，可以用于网络设备对用户接入的合法性进行检查，也可以用于检查源地址和接入实际地址的一致性。而当一旦有任何盗窃事件发生后，警方还可以通过设备内带的IP地址对其进行追踪。另外，Ipsec是专门为IPv6设计的安全性协议，用于在IPv6网络中提供用户与用户之间端到端的安全性，从而保证只有可信赖的用户可以向家庭网络中的设备传输数据或发送指令。
　　在线游戏将挥洒自如
　　与通常的网络游戏不同，这里所指的在线游戏指的是用户通过诸如索尼公司的PLAY STATION或微软公司的XBOX等家庭游戏机设备连接到网络上，和其它用户一同参与游戏的业务模式。随着以PLAY STATION和XBOX为代表的新一代家庭游戏机的普及，已在全球范围内形成了一个巨大的市场。但是，当前的家庭游戏机应用仍是以家庭用户购买游戏软件并独立玩游戏或最多两人对战的模式为主。 其实，目前的许多游戏机上都已经内置了网络接入的物理端口，比如，PLAY STATION 2就带有PC卡插槽、IEEE 1394端口和USB端口；而世嘉公司的Dreamcast则带有内置的调制解调器和电话线接口。因此，可以想见，如果用户可以通过网络与其它地方的用户一起参与游戏，则必将掀起又一次的热潮。类似的过程在PC游戏上早已有了先例：随着用户可以通过PC连接到网络进行游戏，单机版的游戏几乎已经退出了市场，而联网游戏的市场则得到了迅速增长。
　　然而，当前的在线游戏主要仍旧是基于IPv4协议的，这在很大程度上限制了在线游戏产业的进一步发展。究其原因主要表现在，由于受到IPv4地址空间的限制，目前的在线游戏运营模式仍以客户-服务器模式为主，这就要求游戏玩家通过网络接入到游戏服务器上参与游戏的进行。对于许多游戏而言，这一模式并不是非常适合的。由于受限于不同地域网络接入的速度以及服务器的规模，可以同时参加游戏的人数也因此而受到了限制。同时，由于IPv4协议在网络连接的可靠性与安全性方面的缺陷，玩家经常可能会遭遇到游戏进行中因为掉线而被迫退出，参与游戏的积分或虚拟物品被盗用等问题。另外，因为玩家可能只是希望和住在临近街区的其它一个或几个玩家进行游戏对战，接入服务器的模式就显得有些舍近求远了。对于这些问题，IPv6的出现则给出了很好的解决办法。首先，IPv6中支持了完全的对等模式的TCP/IP协议，完全适用于网络游戏对战。其次，IPv6巨大的可用地址空间和良好的稳定性与可扩展性等特点可以极大地简化用户参与网络游戏的配置过程并可以大大提高游戏参与人数的支持能力。第三，IPv6的安全性考虑也可以保证用户在参与游戏过程中的隐私性、连接可靠性和在线物品的安全性。最后，IPv6中对于移动IP的支持能力也可以使得用户将能够随时随地参与游戏而不再受位置限制（如只能在家中玩），推动手持式游戏设备的迅速普及。可以预见，在IPv6协议的支持下，在线游戏业务将从当前的客户-服务器模式迁移到客户-服务器加对等模式。　　
结论
　　虽然，业界目前对于什么可能是IPv6的杀手级应用还没有一个明确统一的认识，但仍旧可以说，IPv6必将成为下一代网络发展的基础并在推动新型业务的发展上具有十分重要的战略地位。中国的电信运营商和设备制造商都非常关注IPv6技术的发展，并已经在积极参与建设IPv6商用试验网，希望能够充分抓住这一机遇，不仅要在下一代互联网标准和资源分配中力争更大的发言权，而且还要利用基于IPv6的互联网在我国从基础设施、服务与应用、媒体与内容、设备制造等层面形成新的巨大产业，拉动经济的发展。从全局观点看，IPv6也许是比3G更为重要的一次机遇。