IPv6协议产生的背景过程和现状(一)

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       IPv6协议产生的背景

1.1 互联网的起源和发展

因特网源于美国国防部的ARPANET。在上世纪60年代中期，正是冷战的高峰，美国国防部希望有一个命令和控制网络能够在核战争的条件下幸免于难，而传统的电路交换的电话网络则显得太脆弱。国防部指定其下属的高级研究计划局（ARPA）解决这个问题，此后诞生的一个新型网络便称为ARPANET。1983年，TCP/IP协议成为ARPANET上唯一的正式协议以后，ARPANET上连接的网络、机器和用户得到了快速的增长。当ARPANET与美国国家科学基金会（NSF）建成的NSFNET互联以后，其上的用户数以指数增长，并且开始与加拿大、欧洲和太平洋地区的网络连接。到了80年代中期，人们开始把互联的网络称为互联网。互联网在1994年进入商业化应用后得到了飞速的发展，1998年，因特网全球用户人数已激增到1.47亿。

70年代中期，ARPA为了实现异种网之间的互联与互通，开始制定TCP/IP体系结构和协议规范。时至今日，TCP/IP协议也成为最流行的网际互联协议。它不是国际标准化组织制定的，却已成为网际互联事实上的标准，并由单纯的TCP/IP协议发展成为一系列以IP为基础的TCP/IP协议簇。TCP／IP协议簇为互联网提供了基本的通信机制。随着互联网的指数增长，其体系结构也由ARPANET基于集中控制模型的网络体系结构演变为由ISP运营的分散的基于自治系统（Autonomous systems,AS）模型的体系结构。互联网目前几乎覆盖了全球的每一个角落，其飞速发展充分说明了TCP/IP协议取得了巨大的成功。

1.2 网络泰坦尼克危机

但是互联网发展的速度和规模，也远远出乎于二十多年前互联网的先驱们制定TCP/IP协议时的意料之外，他们从未想过互联网会发展到如此的规模，并且仍在飞速增长。随着互联网的普及，网络同人们的生活和工作已经密切相关。同时伴随互联网用户数膨胀所出现的问题也越来越严重。据预测，现有的IP地址将在2005至2012年左右消耗殆尽，这个问题被称为“网络泰坦尼克危机”。

目前互联网使用的是Internet协议第4版本即IPv4。IPv4协议规定，每个互联网上的主机和路由器都有一个32位的IP地址，它包括网络号和主机号，这一编码组合是唯一的。把IP地址分成两部分的优点是使路由器中的路由表不会太大。路由器不必为每个目的主机维持一个路由选择表项，而为每个网络维护一个路由选择表项，当进行路由时，只检查目的地址的网络部分。

IPv4地址结构分为A、B和C三类。A类地址可用作126个网络，每个网络可容纳1600万个主机节点。B类地址可用作16000个网络，每个网络可容纳65000个主机节点。C类地址可用作2百万左右的网络，每个网络可容纳254个主机节点。为何当前的IP 地址不足，ROAD小组研究后认为主要原因是IPv4 B类地址空间耗尽和地址分配的非分级结构导致平面的路由空间。

当1981年9月TCP/IP协议开始发布时，当时互联网上大约只有1000台主机，并且几乎所有的主机都是基于时分系统的大型机，为单个用户设计的计算机几乎不存在。因此在当时IPv4所拥有的40亿个地址简直就是天文数字，在分配IP地址时也就没必要太保守，从而导致早期的地址分配方案不尽合理，浪费比较严重。例如，申请到一个B类地址的用户单位，理论上可以用约65000个IP地址，但实际上接入的没有这么多主机。这也就意味着相当一部分IP地址被闲置，并且不能被再分配。另外由于历史的原因，美国一些大学和公司占用了大量的IP地址，例如MIT、IBM和AT&T分别占用了1600多万，1700多万和1900多万个IP地址，而分配给象中国这么大国家所用的地址量还不如美国一个大学。由此导致一方面大量的IP地址被浪费，另一方面在互联网快速发展的国家如欧洲、日本和中国得不到足够的IP地址。最后导致互联网地址耗尽和路由表爆炸。到目前为止，A类和B类地址已经用完，只有C类地址还有余量。

另外，目前占有互联网地址的主要设备早已由20年前的大型机变为PC机，并且在将来，越来越多的其他设备也会连接到互联网上，包括PDA、汽车、手记、各种家用电器等。特别是手机，为了向第三代移动通信标准靠拢，几乎所有的手记厂商都在向国际因特网地址管理机构ICANN申请，要给他们生产的每一台手机都分配一个IP地址。而竞争激烈的家电企业也要给每一台带有联网功能的电视、空调、微波炉等设置一个IP地址。IPv4显然已经无法满足这些要求。

1.3 IPv4地址匮乏暂时的解决方案－CIDR和NAT及其缺陷

为了缓解地址危机的发生，相应地产生了两种新的技术无类型网络区域路由技术CIDR和网络地址翻译技术NAT。

采用无类型网络区域路由（Classless Inter Domain Routing, CIDR）的目的是为了节省B类地址。我们知道目前B类地址严重缺乏，因此那些拥有数千个网络主机的企业只能采用多个C类网络号，而不采用单个B类网络号。尽管分配这些C类地址解决了B类地址的匮乏的问题，但它却带来了另一个问题：每个C类网络都需要一个路由表表项。CIDR是一个防止Internet路由表膨胀的方法。CIDR的基本观点是采用一种分配多个IP地址的方式，使其能够将路由表中的表项总和（summarization）成更少的数目。CIDR为那些拥有数千个网络主机的企业分配一个由一系列连续的C类地址组成的地址块，而不采用单个B类网络号。例如，假设某个企业网络有15 00个主机，那么可能为该企业分配8个连续的C类地址，如：192.56.0.0至192.56.7.0，并将子网掩码定为255.255.248.0，即地址的前21位标识网络，剩余的11位标识主机。这样，所有这8个C类地址可以参照Internet上的单个路由表表项。但是，要使用这种总和，必须满足以下三种特性：

●为进行路由要对多个IP地址进行总和时，这些IP地址必须具有相同的高地址位。