一、IPv4地址的加速消耗和不均衡分佈

IPv4地址將在未來１０年甚至更短時間內耗盡!這並非聳言聽聞，而是美國科學家經過嚴肅研究作出的預測。隨著電信和Internet的加速發展，IPv4地址的消耗速度逐年遞增，根據過去歷年的實際資料和對於未來數年的預測，可以看出，這種遞增是非常快的，基本呈現指數曲線形式。如圖１所示。

基於這個數學模型，美國學者指出，從2005年算起，在１０年甚至更短的時間內IPv4地址降面臨耗盡。而且，遠在IPv4地址沒有徹底耗盡之前，IPv4就會出現嚴重的麻煩，根據有些學者的研究結果，這樣的麻煩最早可能在2008年就開始出現。另外，眾所周知，

圖２　全球IPv4地址的不均衡分佈

這兩個問題是IPv4所面臨的致命問題，同時也是IPv6崛起的最大驅動力和機會。

二、IPv6相對於IPv4的優勢

IPv4存在很多突出的問題，比如地址空間非常有限等。這些問題雖然可以通過NAT和CIDR等機制的引入暫時得到有限的解決，但是侷限性很大。舉NAT為例，因為需要經過地址翻譯，需要為支援各種千差萬別的應用層協議的穿越開發大量的技術和佈署相應的裝置，因此

1.大大擴充套件了地址空間，增強了通訊的私密性

IPv6 128位元的地址大大擴充套件了地址空間，從而使得人們對於未來的全IP網路有著更強的憧憬和更大的信心。“給地球上的每粒沙子分配一個IP地址”而因此成為了一種可能。IP技術的應用空間大大延伸，除了電信和Internet外，軍事，感測器網路，工業控制等都成為大量應用IP

2.IP包頭大大簡化

通過刪除了IPv4包頭中無用的資訊，IPv6的包頭大大簡化。從而提高了包處理和轉發的效率，因而降低了額外的頻寬開銷。

3.對於擴充套件和可選功能的支援能力大大增強

通過支援擴充套件，可以提高對於資料包進行處理的效率，減少對於包長度的嚴格限制，從而使得網路中間節點能夠更加容易地獲取相關的擴充套件資訊。

4.具有流標識能力

通過對於不同的資料流進行標識(labelling)，可以更好地支援對於不同屬性資料流的不同處理方式，允許非預設的處理模式並且簡化包處理的過程。

5.更加靈活多樣的QoS支援機制

在IPv4中，最主要和廣泛使用的兩種QoS支援機制是IntServ和DiffServ。而在IPv6中，因為增加了流標識機制，包處理和轉發的效率更高，從而增大了裝置的吞吐能力，這是提升QoS的一個方面。另外，允許源把特定的流和一組特定的引數進行關聯，從而可以實現對於流的過濾和分類。因為有了流標識欄位，路由器可以通過該欄位直接定位到這組引數，而不必象在IPv4種那樣去在每個資料包中尋找該組引數。

6.增強的鑑權能力和安全性

全域性性永久地址對於提高鑑權能力是一個很大的幫助。同時因為不需要NAT，很多端到端的安全機制如IPsec等就可以無障礙地使用。

7．對於組播的支援更好

沒有NAT，使得組播更加容易實現；因為採用了更好的地址分配方式，從而可以避免不同會話使用同一個組播組的問題；絕大多數IPv6路由器不需要特殊配置即可支援組播。

正是因為這些優勢，使得IPv6成為未來更有前途的IP技術。而世界各國從增加本國在資訊時代競爭力的戰略考慮出發，紛紛利用國家力量通過政府投資和制定鼓勵政策來支援和推動IPv6的佈署和應用。下一節將介紹世界主要國家和地區的情況。_

三、世界主要國家和地區的IPv6的發展戰略和應用情況介紹

圖　３　目前世界各個地區IPv6地址字首分配數量分佈情況

從圖３（圖中各種顏色扇形代表的意思和圖２相同）可以看出，雖然各個地區和國家都制定了發展IPv6的計劃，也在採用國家力量來推行，但是發展也是不均衡的。顯然在IPv6佈署方面走在最前面的是歐盟和亞太地區。美國因為IPv4地址資源非常豐富，並且現有網路規模非常巨大，因此發展IPv6動力不足，而阻力反而較大。

1.美國

因為美國擁有大量的IPv4地址，其發展IPv6的動機相對於其它國家是較弱的。雖然國家從戰略層面充分認識到IPv6的長遠意義和價值，但是發展的步伐目前還是緩慢的。發展IPv6要投入大量的資金，而不能立即產生明顯的回報，因此經濟考慮是重要的制約因素。雖然在2003年前，大多數美國公司從軟體開發商到服務提供商再到系統整合商都很少關注IPv6問題，但是這種情況目前已經大有改善。主要的ICT裝置製造商因為在國外市場面臨這樣的市場需求，開始積極推動IPv6的發展。例如微軟公司的依賴於Peer-to-peer應用的長期發展戰略只能在IPv6 Internet上才能獲得足夠的地址資源。Windows Vista作為最新的Windows作業系統，同時支援IPv4和IPv6，而對於後者的支援更好。CISCO的產品年已經為大規模的IPv6佈署做好準備。美國國防部宣告計劃將在2011年其網路將全部升級到IPv6，從而構建一個網路為中心的戰場指揮系統，支援大量佈署的電子裝置和感測器獲取，傳輸資訊。國防部已經在其採購中要求所有IP裝置必須支援IPv6。但是在國家干預方面，通過商務部等政府機構的研究論證，美國政府決策是暫時不需通過確立國家戰略來推進IPv6的發展，這符合美國的一貫思路和做法。但是在這個方面持有不同意的派別之間還在爭論。在IPv6領域兩個重要的研究專案是Moonv6和Internet2。前者主要關注對於裝置廠商的裝置就其支援IPv6的能力進行評估；而後者研究如何通過發展IPv6來支援對於如網格等新應用的開發和評估。

2．歐盟

因為其成員國在IT技術創新方面和美國還有著較大的差距，因此大力鼓勵在Internet方面的技術發展。其中對於IPv6的定位很高，在2001年制定的e-Europe計劃中提出了全面發展IPv6的戰略，其中一個重點是將IPv6和3G行動網路以及其它寬頻無線技術結合。撥款數億歐元資助的重點專案包括6NET, GEANT, Euro6IX, 6INIT等。歐洲的大學和研究機構積極參與IPv6的技術研究，並且注重和世界各國夥伴的合作。

3．日本

在IT領域的技術創新方面居於世界前列。日本非常重視IPv6的發展。其中一個重要原因是日本的電子工業非常發達，在生活和工業生產中各種電子裝置，自動化裝置比如機器人等大量被應用。通過IPv6可以將這些裝置進行互聯通訊。實際上日本著名的自動控制系統生產廠商橫河(Yokokawa)公司已經在進行這方面的研究，並且在IETF提出了相應的課題。Sony公司也制定了一個計劃要在不久將來在其所有消費電子產品上支援IP通訊功能。這些事實顯然都對於IPv6提出了較為迫切的需求。2000年u-Japan(u表示ubiquitous)和e-Japan計劃的提出使得日本成為世界上第一個制定IPv6發展國家戰略的國家。日本國內主要的ISP如IIJ, NTT Communications等都開始提供IPv6服務。比如IIJ開始提供支援IPv6的Web和DNS服務，而NTT Communications對於ADSL使用者提供同時支援IPv4和IPv6的雙重服務。不但如此，甚至鄉村地區的小ISP也開始提供這樣的服務。主要的路由器廠商都達到了所謂v6-ready狀態。日本特別重視在移動環境比如車船，地鐵，飛機等中提供IPv6的服務。

4.韓國

資訊產業在韓國經濟中的地位舉足輕重。80%以上的韓國家庭是寬頻使用者。政府充分認識到升級到IPv6對於國家的重要戰略意義。2001年正式由其資訊和通訊部提出國家發展IPv6的計劃。國家資助的研究專案有KOREN, KREONET2, 6NGIX和TEIN等。2004年又啟動了全國性的IPv6試驗計劃KOREAv6。

5．中國臺灣

臺灣非常重視IPv6，希望能夠通過發展IPv6來振興臺灣的IT實力。通過所謂e-Taiwan計劃來進行推動，2002年成立了IPv6督導委員會來促進e-Taiwan計劃的實施。政府和工業界都參與了IPv6的推動工作。2002年制定的所謂“2008:6年“國家”發展計劃”也把IPv6作為一項重要的內容進行了規劃。e-Taiwan計劃的5個重要方面分別是：e-Infrastructure, EZ Life, e-Industry, e-Government和e-Transportation，其中e- Infrastructure的主要目標之一是：Broadband networks will be fully installed with implementation of IPv6 and wireless LAN environment。

四、IMS和IPv6的相互促進

IMS是目前電信的熱點，通過IMS的佈署，運營商可以很方便地支援3G行動通訊，同時也可以很方便地提供多種多媒體業務的融合，理論上能夠避免過去為每一種不同業務單獨開發一套垂直系統的所謂“煙囪效應”。而IPTV等新興殺手業務將來也很有可能基於IMS來提供(傳統非IMS IPTV當然也將在相當長時間和一定範圍記憶體在)。IMS和IPv6之間存在著一種相互促進的關係，我們簡要分析如下：

首先，精確的計費將是運營商收益的重要保證手段之一。對於IMS來說，多種業務的融合，對於統一計費提出了新的需求。IMS的計費機制要求能夠通過同時分析傳送會話(transport sessions)和應用層會話的資訊來精確進行計費。而永久性IP地址將為精確計費提供良好的支援，IPv6無疑是可以提供這種便利的。

其次，IPv6提供的接入無關性，會話連續性將為業務的移動性提供支援。這種特性對於很多業務，特別是IPTV和手機電視這樣的業務特別重要。MIPv6也是支援未來全IP網路上業務移動的重要技術手段之一。

還有，巨大的地址空間為很多新型和未來業務，比如PAN，M2M通訊等要求的永久線上能力提供了可能，同時IPv6永久性全域性地址對於複雜的全球漫遊問題無疑提供了很好的解決辦法。

IPv6在QoS和安全方面的內在優勢將為IMS提供端到端的安全和服務質量創造良好條件，可以促進IMS的普及應用。而承載效率的提高，以及IPv6的地址自配置功能，通過採用全域性可路由的地址字首，優化建網的成本，使得網路具有所謂Future-proof能力，延長投資生命期，所有這些都將有助於運營商降低CapEx和OpEx。

最後一點，也是很重要的一點是：對於移動終端，通過使用IPv6，可以在很大程度上降低功耗，延長電池使用壽命。其中一個原因是媒體資料主要通過UDP協議承載，而由於IPv4在很多情況下需要進行NAT/FW穿越，因此UDP需要週期性（如每45秒）傳送keep-alive訊息保持NAT/FW上特定埠的開放，從而消耗額外電力。而使用IPv6因為不再存在NAT/FW穿越，就可以免除這部分功耗。

以上分析了IPv6如何推動IMS的廣泛佈署和應用。而反過來，因為IMS支援多媒體業務的融合，在網路演進到全IP的時代，各類PDA，遊戲終端，媒體播放器等都將具有通訊終端的功能，因此對於IP地址提出更大規模的需求，從而對於IPv6的佈署和應用產生強大推動。

五、泛在網路—推動IPv6崛起的新興力量

泛在網路(Ubiquitous Network)是一種新興的技術，使得聯網、通訊和計算無處不在。通過泛在網路可以把任何具備IP通訊能力的元素比如汽車，機器人，武器裝備，安全監控裝置，以及大量分佈的各類感測器進行聯網，形成一個龐大的網路。因此對於IP地址將提出巨大的新需求。IPv4地址本來已經在加速消耗，是無力滿足這種新興巨大需求的。因此IPv6無疑提供了一種可行的解決方案。

泛在網路中對於IP地 址需求最大的應該是感測器網路，感測器廣泛應用在各領域中，數量極其龐大。雖然在一般意義上感測器指的是體積比較小，且具有感知測量某種物理，化學甚至生 物訊號能力的電子器件，但是從廣義上說，視訊安全監控採用的大量攝像頭也應該算作感測器，因為對於泛在聯網，攝像頭和感測器沒有什麼本質上的不同。而隨著 各國日益重視安全和反恐，視訊監控系統的佈署數量將大幅度上升。因此目前泛在感測器網路(Ubiquitous Sensor Network，簡稱USN)是泛在網路技術的一個重要研究熱點領域。發達國家都很重視，歐盟FP也有相關的研究專案，而國際電信聯盟ITU也已經開始重視USN的標準化問題。在2007年2月召開的ITU-T TSAG(技術總體部門)已經向ITU-T下屬的各個標準研究組發出建議，要求開始啟動對於USN的研究工作。

圖 4 泛在感測器網路支援多種應用和業務

當前的USN研究指出，和當前已經開始應用的無線感測器（WSN）網路不同，USN不僅僅提供一種將各類大量感測器互聯的基礎架構（Infrastructure）， 而且更加關注基於感測器網路提供各種特定領域的應用，比如家庭安全監控和報警，自然災害監測，遙感遙測，物流監控，建築，橋樑，大壩等狀態監控，地震監測 和預報，大氣汙染監測，森林火災監測，洪水監測，軍事偵察等。通過將感測器資料傳送到應用平臺系統，可以進行有效的資訊融合，從而驅動各種通訊業務。USN除了無線聯網方式外，還提供有線聯網方式，同時支援將各個無線/有線感測器網路和全IP的核心網相聯，提供各種業務和應用。而且當前的無線感測器網路，比如戰場網路，主要在一個區域性範圍內聯網，因此可能不需要全域性IP地址。而未來的USN，分佈範圍非常廣泛，對於全域性IP地址將提出更多需求。同時，研究還指出，USN和RFID在很多地方有相似之處，可以進行結合。USN還為多媒體業務的智慧化發展提供了支援，比如通過在人類生活空間中佈署各種感測器，感知人類的運動，姿勢，生理引數等，可以自動為人提供體貼入微的服務。比如通過自動體溫感知，如果發現體溫異常，就可以自動呼叫家庭醫生通話進行診斷和指導等。

六、影響IPv6普及應用和佈署的主要問題

雖然IPv6的發展有很多有利條件，但是也存在很多制約因素。對於這個問題，世界各國也在積極進行研究，其中歐盟的研究發表了系統的研究報告。本文也試圖從以下方面來進行分析：

1．經濟因素

IPv6的佈署需要對於現有IPv4網路進行升級，需要投入巨大經費，而回報不是立即可期待的，因此這是一個不利因素。發生轉變的條件是，當IPv4地址經過未來幾年的繼續消耗，高度稀缺，獲得新地址資源的經濟成本顯著提高，從經濟考慮出發，IPv6將成為人們的選擇。

2．社會的認知問題

社會認知和人們向IPv6的遷移的意願也是一個重要因素。目前在非IT行業，普遍的認知程度並不是很高。而且因為網路的升級，對於很多工程技術人員提出了再學習和再培訓的要求，這也是一種挑戰，並非讓人們能夠很快接受和認同。因此，提高全社會的認知水平，是一項相當艱鉅的長期的任務。

3．成功案例和優勢的量化分析

需要更多的成功案例來引導人們認知水平的提高。同時IPv6相對於IPv4的優勢分析主要停留在定性方面，缺乏深入的定量分析。這個方面也還需要大量的研究工作。

4．IPv4壽命的延長

人們在研究各種技術來延長IPv4的壽命，其中一項重要技術就是NAT/FW的穿越。通過開發多種，通用的穿越技術，對於NAT/FW穿越問題已經能夠提供較好的解決。但是各類應用能夠層協議曾出不窮，給NAT/FW不斷帶來新的問題，而且標準化也面臨較大挑戰。

5．標準

目前一些支援IPv6的標準，比如MIPv6還沒有最後明朗化，這些將成為延遲IPv6大規模佈署和應用的阻力。而且因為標準工作背後多方利益的博弈，將使得這個問題更加複雜，解決的時間可能會相當長。

6．DNS

DNS對於IPv6的全面支援目前還有很多問題需要解決，比如Interworking和DNSsec等。而且因為IPv4和IPv6將在過渡期內相當長時間共存，因此需要確保不會因為引入IPv6對於現有DNS機制造成影響，發生效能退化等問題，這也需要通過深入研究來給出解決方案。

7．終端零配置

這方面還有不少問題需要解決，以使得各種使用者終端在技術上真正能夠做到零配置，即插即用。

8．安全

雖然理論上說，IPv6可以很好支援IPsec，而且IPsec也是一個“完全的”IPv6協議棧的必要部件之一，但在實際中，當前很多商用的IPv6協議棧並沒有真正支援IPsec。同時如果沒有一個大範圍可用的PKI機制，那麼需要找到一種好的可用於金鑰自動分配的解決方案。

9．網管

支援IPv6的網管產品目前還不是很豐富，特別是在MIB和SNMP等方面。

10．使用者終端

支援IPv6的終端種類目前還相對較少，特別是在歐美地區，這個問題比較突出。使用者對於終端的選擇不會考慮IPv6是否內建，而是根據功能來做決定，IPv6真正有優勢的新業務和應用的普及將會刺激IPv6終端的發展。

11．計算機作業系統

很多作業系統對於IPv6的支援都是在一定程度上的，而全面支援的作業系統並不多。Windows Vista的問世，對於IPv6無疑是一個福音。

七、結束語

至此本文已經分析了IPv6發展的主要機會和問題，對於世界各國IPv6發展的狀況也進行了簡要回顧。IPv6發展的確有較好的機會，其自身和一些新興的技術如泛在網路等可能融合生長，相互促進。同時存