2017年下半年以來，國內IPv6熱不斷升溫，這個對於不少人來說顯得還很陌生的名詞，越來越吸引大家的關注。
2017年11月，中共中央辦公廳、國務院辦公廳聯合發文，由網信辦牽頭推動IPv6規模部署行動計劃，這表明IPv6規模部署工作已經上升為國家戰略要求，吹響了快速發展的號角聲。而後工信部、國資委等相關部委又出臺措施，推動IPv6規模部署工作。
IPv6是什麼？它為什麼如此重要？為此，記者近日採訪了上海電信的技術專家，幫助大夥釋疑解惑，揭開IPv6的面紗。
01
IP地址如同門牌號，互聯網離不開它
IPv6是什麼呢？學術解釋是，IPv6是“Internet Protocol Version 6”的縮寫，是由國際互聯網標準化組織IETF設計的用於替代現行版本IPv4的下一代IP協議。就是說，IPv6是IPv4的下一代版本。但這樣的學術解釋，對於非專業人士來說，很難理解。
那麼我們就從IP協議開始講起。
在以前的書信時代，人們寫信時要在信封上寫明收信地址和寄信地址，“××市××路××號××室”，這樣信件才會按照收信地址送到對方的手中，對方也會知道是誰、從哪裡郵寄過來的。
互聯網時代也是這樣，有了“門牌號”才能知道信息從哪裡來、要到哪裡去，這個“門牌號”就是IP協議的地址，根據它，互聯網才會在源地址和目標地址之間傳送數據包。每個網站、設備都有自己的“門牌號”，即具體地址信息（IP地址），這樣就方便了信息傳遞，不至於產生混亂。
以人們訪問網站時的場景為例，在瀏覽器中輸入相應的域名，比如baidu.com、qq.com等等，然後就可登錄瀏覽網頁。而這背後，是IP地址這個“門牌號”在發揮作用。這些域名都有對應的IP地址，在人們輸入baidu.com之後，瀏覽器會把網站域名發往“域名的黃頁”（DNS服務器）做地址查詢，查找相對應的IP地址。瀏覽器得到IP地址後，會再次發送自己的請求，這樣人們就可以登錄到相應的網站了。
可見，在互聯網世界中，地址也非常重要，每個網站、每個聯網的設備都應有IP地址，有自己的“門牌號”，這樣信息才能準確、快速傳遞，否則一切都是虛幻。
02
資源耗盡地址枯竭，IPv4真的“老”了
有了IP協議，整個互聯網才能正常運轉。而IPv4則是第一個被廣泛使用的IP協議，構成了現今互聯網技術的基礎，對推動全世界互聯網的發展功不可沒。
但是隨著時代的發展，應用層出不窮，移動互聯網、物聯網等應用都需要海量的IP地址。IPv4地址數量有限，越來越跟不上步伐，各種地址轉換方法也降低了網絡轉發的效率。 很明顯IPv4現在已經落伍。它提供不了更多的“門牌號”，成為抑制互聯網進一步發展的瓶頸。
IPv4大約能提供43億個左右IP地址！這一數字看起來非常多，的確在IPv4使用之初，大家都覺得這麼多的地址肯定能滿足需求。但是現實發展得太快，人們不久之後就發現當初看起來很大的“蛋糕”實際上很小。2012年底時，43億個IPv4地址耗盡，IANA(互聯網地址分配機構)宣佈IPv4的地址分配工作已經結束。
本來“蛋糕”就不大，中間還存在分配不均的情況。
因為IPv4的核心技術源於美國，因此北美擁有全球四分之三的IPv4地址，大約有30億個，而人口最多的亞洲只有不到4億個IPv4地址，常常一個美國大公司擁有的IPv4地址要比一個亞洲國家擁有的IPv4地址更多。具體到我國，現有IPv4地址約2億個，人均擁有量0.15個，對比之下美國的IPv4地址人均擁有量有4個。2億個IPv4地址本就不多，而且隨著傳統電信業務規模擴大化、移動互聯網和物聯網業務的迅速發展，我國對於IP地址的需求急劇增加，矛盾因此越來越突出。
僅從目前的情況來看，我國的固網寬帶用戶有3.7億戶，移動寬帶用戶（3G和4G）達到13.7億戶，僅這兩項加在一起就有17.4億戶，2億個IPv4地址遠遠不能滿足需求。而且隨著物聯網的快速發展，連接入網的設備更加龐大，因此對於IP地址的需求更多，IPv4根本無法滿足。
如果說IPv4是互聯網的“油田”，那麼曾經“產油”的它現在資源基本耗盡，已經很難繼續“開採”。
03
過渡技術無法治本，“副作用”凸顯
看到上文，大家心裡也許會有疑問：
既然多年前就碰到了IPv4地址耗盡的狀況，為何這些年我國的互聯網還能快速發展呢？這是因為，業界採用了NAT穿越等技術，緩解了IPv4地址不足的情況。但是這些方法並不能從根本上解決問題，同時也衍生了不少問題。或者說，這付藥現在的“副作用”越來越明顯。因為IPv4公網地址不夠用，所以人們想出了辦法，使用私網地址，用一個公網地址對應一個私網地址，或者一個公網地址對應多個私網地址，後一種情況比較普遍。
這就如同門牌號不夠用了，不能滿足所有住戶的需求，怎麼辦呢？原先是每個住戶都有門牌號（公網地址），現在則是幾個住戶使用同一個門牌號，而這幾位住戶之間又私底下分配了自己的序號（私網地址），從而進行彼此區分。
但是在互聯網的世界中，公網地址才是其他人認識的門牌號，所以私網地址終端在傳遞信息時，需要“翻譯”成所對應的公網地址，這就是NAT。
這種做法產生了多個方面的“副作用”。首先，網絡溯源變得困難，比如說某位住戶收到一份恐嚇信，如果大家使用的都是公網地址，那麼很容易查到是誰郵寄過來的，但是如果使用了私網地址，而且私網地址和公網地址是動態映射，也就是說並非固定對應，那麼就比較難查到是誰寄出了這封信。其次，NAT使得網絡結構變得複雜，原先只是一層的關係，現在變成了兩層甚至更多層，這也導致轉發時延增加、轉發效率降低、運營成本上升，通常報文轉發時延將會增加一個數量級，某些應用無法正常實施。
04
每粒沙子都有地址，IPv6徹底解決問題
NAT等辦法並不能真正解決IP地址荒的問題，它只能緩解，同時又產生了很多新問題。真正能解決IP地址荒問題的只有“一個人”，那就是IPv6，它能提供接近無限的IP地址。
IPv4採用的是32位地址長度，全球可用的IPv4地址大約43億個，IPv6採用128位地址長度，其地址容量達2的128次方個，約3.4×10^30億個IP地址，極大擴展了IP地址空間。
業界人士常說這樣一句話：IPv6能為地球上每個沙子都提供一個IP地址。
在IPv6時代，設備連接到網絡中，系統就會自動分配地址，即插即用，這樣讓網絡管理變得簡單，不需要進行復雜的設置。
IPv6還有其他優勢，比如地址溯源能力得到增強，避免了IPv4時期動態IP技術和NAT技術帶來的地址溯源困難。而且IPv6自帶了IPSec協議選項，能端到端對報文加密，只有通信雙方知道所傳遞的信息內容，其他人不知道。在IPv4時代也是這樣做，但是需要增加專門的軟硬件設備。
引入MIPv6（移動IPv6），移動性支持好，提升了高速移動場景下的應用不中斷能力，比如高鐵、飛機等非常高速的場景下，應用可以不斷，使得永遠在線成為可能。
IPv6包頭格式簡化，40字節包頭固定，具備可選擴展項，預留了流標籤的功能。也就是說，在IPv6階段，應用自己可以告訴網絡，自己是什麼類型的應用、對網絡有什麼樣的訴求，然後網絡就可以作出相應的動作來進行處理。
從技術作用來看，IPv6是下一代互聯網的核心、物聯網的基礎。IPv6技術本身及其廣闊的應用前景，都是未來創新的起點和平臺。
相關閱讀：“起大早趕晚集”之後，中國加速IPv6部署
從1998年CERNET（中國教育和科研計算機網）首次將IPv6引進國內算起，IPv6在中國出現已有20年時間。這也看出，我國在IPv6上的起步很早。但是從之後的情況來看，雖然起步早，但是我國IPv6發展並不盡如人意。
來自APNIC（亞太互聯網絡信息中心）的數據顯示，2017年以來，亞太地區IPv6發展非常快，IPv6接入能力從之前的6%大幅增加到20%。
來自Google的信息則顯示，截至2017年7月22日，IPv6的用戶訪問率達到了20.14%。按照Google的預計，到2019年全球範圍內IPv6用戶數量將超過50%。
那麼我國的IPv6發展情況如何呢？
在今年7月份舉行的中國互聯網大會期間，中國工程院院士、中國互聯網協會理事長鄔賀銓表示，到2017年底時我國IPv6用戶佔全國互聯網用戶的比例僅為0.3%，在全世界排名很低，遠遠落後於印度、越南這些發展中國家。鄔賀銓介紹，印度現在使用IPv6地址的網民佔比已經超過50%，美國IPv6用戶佔比也要到40%。
為了推動我國IPv6水平快速提升，促進互聯網演進升級和健康創新發展，去年11月，中共中央辦公廳、國務院辦公廳印發了《推進互聯網協議第六版（IPv6）規模部署行動計劃》，計劃用5到10年時間，形成下一代互聯網自主技術體系和產業生態，建成全球最大規模的IPv6商業應用網絡，實現下一代互聯網在經濟社會各領域深度融合應用，成為全球下一代互聯網發展的重要主導力量。
2018年是推進我國IPv6規模部署工作的開局之年，目前來看，已經形成了網絡、應用和終端協同推進、齊頭並進的良好發展局面。目前，我國的IPv6用戶佔比已經從去年底的0.3%提升至5%，而全年的目標是20%。
往期回顧
閱讀更多 IT時報 的文章
