IPV6 为下一代互联网而生,普及正在加速

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日前通过欧洲网络协调中心(RIPENCC)的邮件确认,截止11月25日,全球所有43亿个IPv4地址已全部分配完毕。


长期以来,全球IPv4地址耗尽令人担忧,这一时刻终于还是来临--所有43亿个IPv4地址已分配完毕,这就意味着将没有多余的IPv4地址可以分配给ISP(互联网服务提供商)和其他大型网络基础设施提供商。


事实上,IPv4顶级地址(top-level)在2012年就已耗尽。当时,所有IPv4地址空间已分配给全球五大区域互联网注册机构。很快,这五大区域互联网注册机构就用尽了其所拥有的IPv4地址。2011年4月15日,亚太区互联网注册机构分配了最后一个IPv4区块;2014年6月10日,拉丁美洲和加勒比海区分配了最后一个IPv4区块;2015年9月24日,北美区分配了最后一个IPv4区块。而现在,欧洲区也全部分配完毕。


网络地址是互联网上的节点在网络中具有的逻辑地址,是计算机进行识别、信息共享的依据,是互联网的存在发展不可或缺的资源。当前,物联网、车联网、智能城市、消费电子等多种建立在互联网通讯上的新兴产业正处于蓬勃发展中,随着IPv4地址接近耗尽,物联网、人工智能等产业对IP地址有强烈刚性需求,未来网络地址将会成为一项重要的资源。


全球IPV6发展概况

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为了应对IPv4地址段资源枯竭的情况,IPv6协议应运而生。IPv6是IETF设计的下一代IP(即IPng),是如今互联网技术基础协议IPv4的替代版本,理论上该协议能产生超乎想象数量的网络地址,学术界号称‘能使地球上每一粒沙子都分配到一个网络地址’,可以彻底解决IPv4的地址资源这一问题。IPv6 地址长度为128位,相比IPv4增大了地址空间。作为全新的协议,IPv6与IPv4相比,在地址及报文格式、地址配置方式上有较大改进,针对IPv6对路由协议及组播协议也进行了一些调整。


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IPv6的技术优势


截止到2016年9月底,全球共有超过220个国家和地区组织申请了IPv6地址,申请量已经达到当前互联网地址空间的18万多倍,其中25.4%的地址块已通告使用。全球13个根域名服务器中已有11个根域名服务器支持IPv6;1346个顶级域名服务器中已有1318个支持IPv6,占比达97.9%。域名服务器的升级改造为 IPv6 的全面商用部署奠定了坚实的基础。


目前,有超过248个运营商永久提供IPv6的接入服务,全球已注册的1.95亿多个网站域名,其中共有763万多个域名支持 IPv6“AAAA 记录”,占比达到3.90%。随着网络规模的不断扩大,用户规模也连续多年成倍增长。目前,全球已有94个国家发展IPv6用户,用户总量超过2.5亿。到2020年,全球34%的网络流量将由IPv6产生。


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各国国内IPv6流量的占比情况


由于中国参与互联网建设比其他国家较晚,大部分的IPv4地址已经被分配出去,导致我国可用网络地址十分有限;另外一个原因是互联网产业在国内发展迅速,需要联网的设备包括移动设备数量剧增,使 IPv4地址紧缺的问题更加严重。目前,国内企业主要通过在IPv4使用NAT技术来缓解IP地址不足的问题。但是NAT技术本身也有明显不足之处,直接影响到了未来的互联网应用。


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NAT技术的应用缺陷


不过,我国在IPv6的普及应用上同样也是“起个大早,赶个晚集”的状况。国家从2003年开始将IPv6的发展提上日程,经过五年的发展,第一期达到了预定的战略目标,但从2008年以后,IPv6的发展开始放慢。导致IPv6在国内发展缓慢的主要原因为:第一、在于IPv6和IPv4并不兼容,部署IPv6需要大范围的更新设备,国内企业没有太大动力去革新;第二,IPv6协议下的互联网安全监管措施成本和代价高,也阻碍了IPv6的发展。


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中国IPv6流量比率情况


如今,中国IPv6流量比率长期徘徊在2%以下、排在全球60名开外,这与全球发达国家的水平相比,差距非常明显。因此,国务院早在“十三五”规划纲要中明确提出,要超前部署下一代互联网,全面向互联网协议IPv6版过渡,2016年7月份发布的《国家信息化发展战略纲要》提出,加快下一步互联网大规模商用。


近期,随着国务院办公厅印发《推进互联网协议第六版(IPv6)规模部署行动计划》,确定未来三年的国内IPv6用户发展规模,到2018年末IPv6活跃用户数达到2亿、用户占比不低于20%,到2020年末IPv6活跃用户数超过5亿、用户中的占比超过50%。同时,国家还在规划中提出到2025年末我国IPv6网络规模、用户规模、流量规模位居世界第一位,这将对IPv6产业的成熟形成巨大的驱动,预计国内的IPv6产业将再一次进入高速发展的周期。


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国务院印发IPv6规划发展的要求


IPV6带来的下游超级应用场景

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显而易见,IPV6的大发展对应物联网大潮的必然到来。从数据上看,2016年全球物联网安装设备已达到148亿台,而根据Gartner的预测,2020年物联网设备安装量将超过270亿台,这些设备在全球经济环境中将引领一股令人瞠目结舌的1.8万亿美元的大潮。由于物联网的急速发展,各种物联终端将对地址空间提出海量的需求,同时考虑到安全性、移动性和服务质量等方面的要求,会进一步催化IPv6的加速部署。


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日常生活中将遍布各种物联网终端


发展物联网有以下的基础要求需要满足,首先,物联网需要有海量的独立IP地址。随着NB-IoT等LPWA物联网技术的进步、并切实地进入了人们的日常生活,物联终端预计将需要200亿个以上的IP地址来进行网络连接。而IPv4仅能提供的大约40亿左右网络地址,根本无法满足终端独立联网的需求。同时,NAT技术破坏了互联网对等网络的架构,使得NAT后面的私有地址用户在互联网上不可见,让多数端对端的业务无法顺利开展,不利于物联网的长期发展。


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LPWA物联网技术带来海量终端连接


其次,由于物联网涉及到人和物及物和物的链接,其发展更需要网络安全的保障。传统计算机设备如果被黑客入侵,所损失的是个人机密的资料,如信用卡、银行账号等;对企业而言,损失的则是企业的机密信息;然而在海量的物联网应用后,所有的设备都链接到网络上,因此当机密性、完整性或是可用性受到威胁时,所遭受到的损失将比以往更大。例如不法分子可以透过黑客技术骇进自动驾驶的智能汽车,制造人为的车辆故障,后果极其危险。


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海量物联网的网络安全问题日益受到关注


而IPv6支持即插即用,通讯协议支持自动组态功能,IPv6主机接上网络后可自动取得地址。这种“即插即用”的特色可以减轻网络管理者及用户设定及管理IPv6地址的负担。若配合DNS自动更新设定,更可立即随插连网上线使用,非常适合需要自动配置的物联网。IPv6还内建了个人计算机身份认证加密功能(IPsec)。IPSec是过去为了解决IPv4的安全性问题所产生的IP地址安全协议。IPv6将IPSec纳入其架构中,让IPSec直接可以镶嵌在IPv6的封包中,此特性将增加物联网的安全性。


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海量物联网的网络安全问题日益受到关注


当然,纯粹靠IPv6协议本身并不能彻底解决网络安全问题,同时还会伴随IPv6的推广而产生新的网络安全隐患,例如由于两种协议版本中安全设备协调不足,可能导致IPv6到IPv4的过渡过程中存在隐患;IPv6 中组播技术缺陷的隐患;无状态地址自动配置的隐患;邻居发现协议(NDP)的隐患;IPv6中PKI管理系统的隐患等等。可以说,随着IPv6的普及应用,也给现行的网络安全体系带来了新的挑战,需要不断进行技术升级来弥补。


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中国网络安全市场规模的预测


根据IDC数据,2017年中国各个行业用户在IT安全软件、硬件、服务方面的投入达到了209.9亿元人民币,预计到2020年将达到447.7亿元人民币,复合增长率将为20.6%。IPv6的应用普及将有效刺激相关企业及政府机构和事业单位对网络安全产品及服务的需求,加速行业发展。因此,IPv6与网络安全间的双方发展也将是相互促进的,针对其应用的不断地改进提高,才能是人们拥有一个高效安全的下一代互联网。


国内产业对IPV6的布局

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鉴于IPv6巨大的应用和产业前景,中国的网络运营者们早已开始了IPv6在国内的部署。其中,教育网已经拥有超过600万的IPv6用户,是全球最大的纯 IPv6网络。在中国的IPv6发展过程中,中国教育和科研计算机网 CERNET 扮演了先驱和拓荒者的角色,做出了很大贡献和努力。CNGI-CERNET2是中国最早最大的服务于教育和科研领域的IPv6网络实验床。它的特色包括拥有一个 IPv6-only 的核心网络,部署了前沿的IPv6过渡技术如IVI和4over6,大规模部署了源地址认证技术。现在CNGI-CERNET2连接了超过600所高校,覆盖了600万用户。它还将扩展连接到全国1200所高校。现在中国的对外可见的IPv6用户,网站和应用基本都是基于CNGI-CERNET2的网络和服务


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教育网CNGI-CERNET2的IPv6流量


同时,三大运营商已建成了大规模的IPv6商用网络,运营商的核心网络已经能够做到全部支持IPv6,并且在向IPv6演进的过程中,实现了上亿级用户的过渡运营体系。基于国内三大运营商分阶段实施的下一代互联网发展规划,全国30多个城市重点升级改造了公众互联网、专用业务承载网以及3G/4G移动分组域,并加快IDC数据中心以及自营业务平台的升级改造。


譬如:中国联通完成了对China169骨干网的IPv6改造,在骨干网所有核心层设备和北京、上海、广州、深圳、沈阳、大连、济南、青岛、郑州、武汉等十个试点城市骨干网设备开启了IPv4/IPv6双栈协议,完成了骨干网综合网管的升级改造。联通在试点城市城域网均采取了双栈模式,项目对试点城市的共计40个四星和五星级IDC机房进行了IPv6升级改造,将试点IDC的出口路由器、防火墙等进行IPv4/IPv6双栈升级改造。


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国内三大运营商已经为IPv6应用充分准备


另一方面,国内主要的商业网站,包括腾讯、百度、阿里等也都制定了分阶段的演进计划。腾讯对www.qq.com进行了IPv6改造,阿里使用了 ipv6.taobao.com 域名支持IPv6访问,百度使用了ipv6.baidu.com 域名支持IPv6访问。未来将分阶段逐步在国内的邮件服务、存储服务、社交、视频及网购等服务应用上实现开启IPv6的功能。


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腾讯QQ.COM上的IPv6流量比例


另一方面,国内主要的商业网站,包括腾讯、百度、阿里等也都制定了分阶段的演进计划。腾讯对www.qq.com进行了IPv6改造,阿里使用了 ipv6.taobao.com 域名支持IPv6访问,百度使用了ipv6.baidu.com 域名支持IPv6访问。未来将分阶段逐步在国内的邮件服务、存储服务、社交、视频及网购等服务应用上实现开启IPv6的功能。


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腾讯QQ.COM上的IPv6流量比例


因此,当国内运营商全面开启骨干网、核心网等所有层级网络的IPv6功能,同时互联网厂商开启IPv6应用内容,对应的用户侧应用客户端也将需要进行一次彻底的升级替换。国内的大型网络设备商亦纷纷做好了产业升级的准备,主力的路由交换产品已经做好IPv6的软硬件配置方案,可以随时向各家企业提供全面的IPv6设备改造升级。因此,随着IPv6的规模化应用普及,网络设备商们将迎来一波客户端硬件升级替换的浪潮,从而受益于全产业链的联动效应。

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