《深入解析IPv6（第3版）》——1.6 部署IPv6

本节书摘来自异步社区《深入解析IPv6（第3版）》一书中的第1章，第1.6节,作者： 【美】Joseph Davies 更多章节内容可以访问云栖社区“异步社区”公众号查看。

1.6　部署IPv6

尽管IPv6协议提供了许多技术进步和创新，但对它的应用仍然需要来自商业角度的考验，并由终端用户组织和ISP的IT职员进行部署。在网络架构中部署支持本地IPv61的环境需要规划并设计好（它与IPv4的）并存性和迁移策略，以及软硬件的安装和维护方式。综合考虑IT员工、软硬件资源、迁移所需时间等因素，特别是要考虑到其他更显而易见的或者在短期内更有利可图的新兴技术，这些对于评估是否在本地部署支持IPv6的网络意义重大。

还有一点必须加以考虑，那就是Internet这项技术，从一个用于连接教育机构和美国政府部门的近乎私有的网络发展到如今，成为了一个不可或缺的全局通信媒介、一个提升商业组织与个人的效率与产量的不可少的因素、一个全局经济动力的重要组成部分。它必须持续发展。

为了继续发展Internet和私有内部网，IPv4必将被取代。IPv4越早被取代，取而代之的协议就能越早发挥出它们的优势。在下一节中，我们将阐述部署IPv6的关键技术及其商业利益。

1.6.1　IPv6能解决地址耗尽问题

随着Internet爆炸性的普及，许多通过Internet从事的商业活动应运而生，而这些商业活动又需要不断添加新的设备。而IPv4能够为新设备提供的公有地址数量有限，并且还在不断减少。因此，IPv4已无力继续支撑未来10年内计划生产的网络设备数量。尽管这些设备可以设定内部地址，但地址和端口转换会增加那些充当服务器、监听设备或执行对等体功能设备的复杂性。而IPv6能够提供足够支撑21世纪使用的地址空间，因此它可以解决IPv4的公有地址枯竭的问题。

过渡到IPv6具有巨大的商业利益，手机、PDA、机动车、各类设备，甚至每个人，都能分配到多个全局可达的地址。由是，新增的网络设备及它们所运行的软件都能正常工作，既不存在在NAT之后运行的限制，也不存在由此衍生出来的复杂结构和额外的经济开销。

1.6.2　IPv6能解决地址空间不连续的问题
在IPv4中，针对家庭和企业网络，有两种不同的寻址规则。在家庭网络中，Internet网关设备（Internet Gateway Device, IGD）会分配到一个公用IPv4地址，然后它为家用网络中的所有主机分配内部地址。企业可能有多个公有IPv4地址或一个公有地址域，在企业内部网分配的地址则可以是公有地址、内部地址或兼而有之。

然而，公有IPv4地址和私有IPv4地址空间是不连续的；也就是说，在网络层，没有对称的可达性。只有当数据包既能向任意地址发送，又能从任意地址接收时，这个环境才具有对称可达性。而在IPv4中，没有一个寻址规则能同时应用于这两类网络以达到无缝连接。不连续网络需要借助中间设备进行连接，如NAT或代理服务器。在IPv6中，家用网络和企业网络都可以分配到全局性地址前缀，它们之间都能实现无缝连接并受到安全规则（如防火墙、认证技术）的保护。

1.6.3　IPv6能解决Internet地址分配问题
Internet起初只是为了满足美国教育机构和政府部门连接需求的一项发明而已。因此，在Internet的早期，美国那些相连的站点根本不需要考虑地址汇总或地址需求量就能分配到IPv4地址前缀。于是，历史上通过这种方式分配地址的结果是，美国这一个国家拥有了过于庞大的公有IPv4地址数量。

在IPv6中，公用地址前缀被分配到区域Internet注册机构，然后它再按正常需求为其他ISP和组织分配地址前缀。这种新的地址分配方式可以保证地址前缀能按照区域连接需求进行全局性的分配，因而可以消除因历史原因造成的分配不均。这使得Internet能够成为真正的全局资源，而不是“美国的Internet”。于是，全球所有组织都可以从中获取到商业利益——即它们能获得到充足的IPv6地址空间，而不必像现在这样为了从ISP或其他机构获得IPv4公用地址空间前缀而花钱。

1.6.4　IPv6能恢复端对端通信
对于那些依赖于监听技术的应用和那些基于对等体连接的应用来说，IPv4 NAT存在一个技术性的障碍，即通信对等体需要发现并通告自己的IPv4地址和端口。解决这个问题的临时手段是在Internet上部署回声服务器（echo server）或汇聚服务器（rendezvous server），以提供公有地址或端口的配置信息。

在IPv6中，由于人们已经无需再为节约公用地址空间而使用NAT，因此对应用程序和网关的开发者来说，映射地址和端口所带来的问题也随之消失。更重要的是，数据包中的地址不会在传输时发生改变，这使得Internet上主机间的端对端通信得以恢复。想象一下人们对点对点电话、视频和其他实时协作技术的迫切需要，以及下一波联网设备有多少种点对点设备（如移动电话），我们就可以发现恢复端到端的通信意义有多么巨大。

由于IPv6可以恢复全局寻址和端到端的连通性，因此基于ad hoc连接的应用和基于对等体连接的应用也不再存在任何障碍。此外，人们也无需再在Internet上部署回声服务器。这给软件开发商带来的商业利益是，基于对等体的应用程序开发起来更加容易了，这些程序可以共享信息、音乐和媒体，或在没有NAT转换的障碍下进行协作。全局寻址和端到端连接还有一个好处，那就是用户可以远程访问家用网络上的计算机，而无需再使用Internet上的中间设备进行远程访问。

1.6.5　IPv6使用了限域地址和地址选择
不同于IPv4地址，IPv6地址存在一个“作用域”，或者说是一个限定的网络区域，在其内部保持唯一性和相关性。例如，IPv6有一个相当于IPv4中公有地址的全局地址，以及一个唯一的类似于IPv4私有地址的本地地址。一般的IPv4路由器不会区分公有地址和私有地址，它会把一个私有地址寻址的数量包发送到Internet。而IPv6路由能区分IPv6地址的作用域，并且绝不会将作用域不正确的数量包发送给接口。

很多种IPv6地址拥有不同的作用域。因此，当DNS域名查询返回了多个IPv6地址时，发送方必须能区分它们的类别，并在发起通信时选用匹配的作用域中最合适的地址对（源地址和目标地址）。例如，对已分配了全局（公有）地址和本地链路地址的源和目的设备，发送方的IPv6主机绝不会把全局目的用在本地链路上。IPv6发送方主机包含地址选择逻辑，它可以判断出在通信时应该选用哪对地址。而且，地址选择规则是可以进行配置的。于是，一个组织中就可以配置多个编址机制。而无论编址机制有多少种，发送方主机总能选择最佳的一组地址。相对来说，IPv4节点无法区分地址类型，会把来自内部地址的流量量发送给公有地址。

作用域地址的好处是，通过选择作用域尽可能小的地址，用户的流量就不会游离到地址的作用域之外，因此用户的网络流量也就可以暴露给更少的恶意主机。标准化、为ISV内建地址选择算法的好处在于，人们无需开发和测试自己的地址选择算法，而且能够直接依靠划分好的地址列表，因而也可以降低软件开发的成本。

1.6.6　IPv6的发送效率更高
IPv6是IPv4的简化高效版。除了按照优先级发送的流量之外，发送IPv6包时处理的字段和需要作出的决定都相对更少。与IPv4不同的是，IPv6头部的大小是固定的（40字节），因此路由器就能更快地处理IPv6数据包。另外，IPv6全局地址的地址结构是分级可汇总的，因此，在组织机构和Internet路由器的路由表中需要分析的路由也比较少。于是，流量就能够以更高的数据传输率进行发送，这使得未来使用多类型数量的高宽带程序能够更高效地运行。

1.6.7　IPv6有安全性和移动性支持
IPv6是专为支持安全性（IPSec，需要支持AH和ESP头部）和移动性（移动IPv6，可选）而设计的。也许有人认为IPv4就具有这些属性，但是它们在IPv4中是作为扩展属性存在的，并不是IPv4设计之处就考量在内的，因此也就存在一些结构和连接上的局限性。设计者在IPv6中有意加入安全性和移动性标准使得安全性和移动性成为了IPv6中所定义的标准，因而它们的限制更少，在处理当前和未来Internet用户的通信需求时也更加可靠，同时具备更强大的可扩展性。

支持IPSec并使用全局唯一的地址空间，这样做的商业利益在于，IPv6在端到端传输的数据包穿越整个IPv6 Internet时都可以为数据提供安全性保护。这与IPv4 Internet中的IPSec不同，在IPv4环境中，如果端点位于NAT之后，就必须进行修改，很多功能也会收到限制。而IPv6 Internet中的IPSec则可以在任意两个端点之间发挥全部功能。