人工智能、大数据、云计算、物联网,其实都是和我们未来的生活息息相关,但是,这一切的基础设施都需要一个位置身份标识符:IPv4 或 IPv6

有了身份标识符 IPv4 或 IPv6,才能构建我们想象中的下一个时代。然而IPv6的中国之路却异常尴尬,近20的发展,IPv6被人们反复提及,但又不断地被淹没和遗忘。

近日,中共中央办公厅、国务院办公厅印发了《推进互联网协议第六版(IPv6)规模部署行动计划》正式终结了IPv6的尴尬。

20年的“原地踏步”到“全球领先”,中国的IPv6要想加速跑,必须拥有“魔鬼的步伐”,当然绝非“摩擦,摩擦”这么简单,而是一个循序渐进式的飞跃。

为了让“魔鬼的步伐”更有力,下一代互联网国家工程中心双剑出鞘,在中国首次架设IPv6根服务器,并面向公众免费提供DNS服务。

 

IPv6

地址长度:128位

地址数量:2^128(约3.4×10^38

2^128 = 2^10^12.8 = 1024^12.8 = 10^3^12.8 = 10^38.4 = 3.4×10^38

 

IPv4

地址长度:32位

地址数量:2^32(约4×10^9

2^32 = 2^2*2^30 = 4*2^10^3 = 4*1024^3 = 4*10^3^3 = 4*10^9

255.255.255.255 = 256 * 256 * 256 * 256 = 4,294,967,296

 

往事不堪:我国IPv6“起大早,赶晚集”

TCP/IP协议是互联网发展的基石,其中IP是网络层协议,规范互联网中分组信息的交换和选路。目前采用的IPV4协议地址长度为32位,总数约43亿个IPv4地址已分配殆尽

在当时,“40亿空间已经大得不得了。没想到互联网急剧发展,人们开始意识到,这个数量级并不能满足互联网飞速发展的需求”。中国工程院院士、清华大学教授吴建平说。

为了修正IPv4的不足,IPv6被寄予厚望。“IPv6的地址空间扩大到2的128次方(米扑博客注:3.4*10^38)。这个空间大到无法想象,也就是说,地球上每一平方米,都可以有10的26次方的地址,甚至可以分配地址到空中的尘埃”吴建平说。

对于以“万物互联”为目标的物联网建设来说,这意味着所有想要连上网的物体都能被分配到IP地址。可以说,IPv6将成为下一代人类智能生活的枢纽工程。

TCP/IP协议共同开发者、被誉为“互联网之父”之一的文顿·瑟夫博士表示:“IPv4是实验网络,IPv6网络是未来发展的必由之路。”

 

然而,IPv6这条通往未来的必由之路在中国竟是“起了大早,赶了晚集”!

数据显示,在IPv6用户比例上,美国是第三名,比利时是第一名,两者这一比例都达到了30%到50%,日本也有15%的用户,基础设施比较落后的印度也有11%的用户,而中国排第52名,只有7%的用户。

截至2017年6月底,我们固网的网民数是7.51亿,移动互联网用户7.24亿,但我国的IPv4地址只有3.3845亿,平均每个固网网民人均IPv4地址是0.45个,半个都不到。”中国工程院院士邬贺铨表示。

邬贺铨指出,“实际上,中国是最需要IPv6的国家,也是全球最早开展Ipv6及下一代互联网技术研究、标准制定、应用研发和规模商用的国家之一,首创以纯IPv6建成了当时全球最大的IPv6网络。但是截至今年7月数据显示,IPv6用户占网络用户之比到56%左右了,美国也到了30%多,中国是最需要IPv6的,但中国的IPv6占比还不到0.3%。”

谈到我国IPv6发展为何起了大早,赶了晚集,邬贺铨分析有5大原因:

1)落入了私有地址的陷阱难以自拔;

2)缺乏明确的市场导向和政府应用先行意识;

3)应用和网站向IPv6迁移严重滞后拖后腿;

4)一些误解和干扰影响了国家发展IPv6战略的执行;

5)将IPv6与网络安全对立,过分担心IPv6的内容过渡困难,举棋不定。

 

加速的现在:需要“魔鬼步伐”

1998年,CERNET(中国教育和科研计算机网)首次在中国引进IPv6。实际上,IPv6在中国的发展,已经接近20个年头。这期间,IPv6被人们反复提及,但是又不断地被淹没和遗忘。

近日,中共中央办公厅、国务院办公厅近日印发了《推进互联网协议第六版(IPv6)规模部署行动计划》(下称计划),政府的一纸公文正式终结了IPv6的尴尬状态。

计划提出要用5到10年时间,形成下一代互联网自主技术体系和产业生态,建成全球最大规模的IPv6商业应用网络,实现下一代互联网在经济社会各领域深度融合应用,并成为全球下一代互联网发展的重要主导力量。

同时,计划提出,到2018年末,中国IPv6活跃用户数将达到2亿,在互联网用户中的占比不低于20%,国内用户量排名前50位的商业网站全面支持IPv6;到2020年末,IPv6活跃用户数超过5亿;到2025年末,网络、应用、终端全面支持IPv6。

从“赶晚集”到“全面领跑”,中国的IPv6要想加速跑,必须拥有“魔鬼的步伐”,当然绝非“摩擦,摩擦”这么简单,而是一个循序渐进式的飞跃。

“明年年底,要形成良性的思想驱动环境,IPv6的活跃用户数要达到2个亿,在互联网用户的占比不低于20%;到2020年底,IPv6的活跃用户数要超过5个亿,占比要超过50%,新增的网络地址不允许再使用私有的IPv4地址。到2025年底,我们国家IPv6的网络规模、用户规模、流量规模位居世界第一位,网络应用终端全面支持IPv6,全面完成向下一代的互联网的平滑演进升级,形成全球领先的下一代互联网技术产业体系。”

下一代互联网国家工程中心主任刘东在接受采访时指出,国家政策对于IPv6的统筹部署已经明确,最关键的是产业各界要停止“观望”。“IPv6对于企业来说不是成本,而应该是投资,会带来效益,IPv6与大数据、物联网、云计算等的应用更是息息相关。企业如果现在还不顺势而为,很可能丧失发展先机。”

在2017年至2018年的重点工作中,计划明确提出要开展LTE网络端到端IPv6业务承载能力建设,推动LTE网络、业务及终端全面支持IPv6,移动互联网IPv6用户规模不少于5000万户。此外,还涉及骨干网IPv6互联互通、城域网和接入网改造、内容分发网络和云服务平台IPv6升级等方面。

针对IPv6发展的原则,邬贺铨提出了四点建议:

第一是统筹规划、重点突破,着力弥补IPv6应用的短板,实现技术产业网络应用的协同推进。

第二是政府引导、企业主导,加强政府的统筹协调、扶持和应用引领,优化发展环境,强调发挥企业在IPv6里的主体作用,激发市场需求和企业的内生动力。

第三是创新发展保障安全,把发展跟安全同时推动。

第四是注重市场、汇聚民生,让互联网发展汇集亿万人民。

 

未来已来:“双剑”已出鞘

人工智能、大数据、云计算、物联网,其实都是和我们未来的生活息息相关,但是,这一切的基础设施就是IPv6。

有了它,才能构建我们想象中的下一个时代,同样的,要想实现这些,我们必须成为共建者,而不是单纯的使用者。

IPv6的规模化部署首先需要网络设备和软件的支持,包括路由器、交换机、服务器等;

其次是基础设施改造,包括数据中心(IDC)、内容分发网络(CDN)等;

最后是互联网内容服务商包括APP等也需要支持IPv6。

其中,除了实力雄厚的BAT等互联网巨头外,一些中小互联网公司也需要第三方解决方案公司来提供IPv6转化的解决方案,蕴含大量的商机。

此前,在下一代互联网示范工程(CNGI)中,运营商、设备商、应用服务提供商大规模参与,对IPv4到IPv6的演进起到了比较好的验证作用。

为了促进IPv6的发展,下一代互联网国家工程中心双剑出鞘,在中国首次架设IPv6根服务器,并面向公众免费提供DNS服务

在互联网发展中,根服务器即根域名服务器地位重要,主要用来管理互联网的主目录,被称为互联网的“中枢神经”。

由下一代互联网国家工程中心牵头发起“雪人计划”,已在全球完成25台IPv6根服务器架设,其中1台主根服务器和3台辅根服务器设在中国,打破了我国过去没有根服务器的境况。

最新统计数据显示,截至2017年8月,25台IPv6根服务器在全球范围内已累计收到2391个递归服务器的查询,主要分布在欧洲、北美和亚太地区,一定程度上反映出全球IPv6网络部署和用户发展情况。从流量看,IPv6根服务器每日收到查询近1.2亿次。

作为网络基础设施的重要组成部分,域名系统(DNS)因其“特殊性”,在过去30年间频繁被攻击,顶级域故障、DNS劫持、大规模DNS攻击等事件时有发生,给全球互联网产业带来严重影响。而当前,提升用户体验、保障网络安全的大部分公共DNS均仅面向IPv4,这也是IPv6用户不断诟病的问题之一。

此外,为全面助力IPv6的发展,下一代互联网工程中心依托自主研发的高性能IPv6 DNS系统,面向公众免费提供DNS服务,首选DNS:240c::6666,备用DNS:240c::6644

本次推出的IPv6公共DNS以精准快速、安全稳定、DNS64三大特性来保障IPv6网络的高效和稳定。

据介绍,工程中心在北京、广州、兰州、武汉、芝加哥、弗里蒙特、伦敦、法兰克福等全球众多地区部署递归节点。基于IPv6 BGP Anycast方式部署,让用户可以实现就近访问,使得域名在解析到根服务器的访问时延明显缩小,在速度上可以得到重要保障。不仅如此,IPv6公共DNS将通过主动同步com/net域名、缓存热点域名等举措,减少递归过程,以最大程度实现快速应答。

在安全性方面,IPv6公共DNS支持单IP解析限速,通过安全限速可有效拦截恶意攻击等,用户的访问安全将受到实时保护。同时,IPv6公共DNS支持DNSSEC安全解析验证,用户在访问过程中无任何劫持,既不会出现恶意跳转,也不会有强制性广告出现。

同时为方便IPv6用户访问IPv4相关服务的切实需求,IPv6公共DNS特别推出DNS64解析服务,即通过该解析系统同样可以响应纯IPv6用户对纯IPv4网络资源的解析请求,这也在一定程度上避免了IPv4至IPv6过渡期所带来的内容尚未完全改造升级的困扰。

刘东表示,“早发展、快发展IPv6网络是我国争取全球互联网主动权的关键举措。而公共基础设施的建设和提升,是IPv6大规模部署的先决条件。本次IPv6公共DNS面向全球免费服务,不仅为全球IPv6用户提供了一个可以速度更快安全性更高的选择,也希望可以对我国全面推进IPv6下一代互联网部署起到促进作用。”

 

IPv6 头结构

 

版本号 表示协议版本.值为6
流量等级 主要用于QoS
流标签 用来标识同一个流里面的报文
载荷长度 表明该IPv6包头部后包含的字节数,包含扩展头部
下一报头 该字段用来指明报头后接的报文头部的类型,若存在扩展头,表示第一个扩展头的类型,否则表示其上层协议的类型,它是IPv6各种功能的核心实现方法
跳数限制 该字段类似于IPv4中的TTL,每次转发跳数减一,该字段达到0时包将会被丢弃
源地址 标识该报文的来源地址
目的地址 标识该报文的目的地址
 

IPv6 扩展头部

IPv6报文中不再有“选项”字段,而是通过“下一报头”字段配合IPv6扩展报头来实现选项的功能。

使用扩展头时,将在IPv6报文下一报头字段表明首个扩展报头的类型,再根据该类型对扩展报头进行读取与处理。

每个扩展报头同样包含下一报头字段,若接下来有其他扩展报头,即在该字段中继续标明接下来的扩展报头的类型,从而达到添加连续多个扩展报头的目的。

在最后一个扩展报头的下一报头字段中,则标明该报文上层协议的类型,用以读取上层协议数据

 

IPv6 表示方法

IPv6的地址长度为128bit,是IPv4地址长度的4倍。

于是IPv4点分十进制格式不再适用,采用十六进制表示。

IPv6有3种表示方法:

一、冒分十六进制表示法

格式为X:X:X:X:X:X:X:X,其中每个X表示地址中的16b,以十六进制表示,例如:

ABCD:EF01:2345:6789:ABCD:EF01:2345:6789

这种表示法中,每个X的前导0是可以省略的,例如:

2001:0DB8:0000:0023:0008:0800:200C:417A→ 2001:DB8:0:23:8:800:200C:417A

二、0位压缩表示法

在某些情况下,一个IPv6地址中问可能包含很长的一段0,可以把连续的一段0压缩为“::”

但为保证地址解析的唯一性,地址中”::”只能出现一次,例如:

FF01:0:0:0:0:0:0:1101 → FF01::1101

0:0:0:0:0:0:0:1 → ::1

0:0:0:0:0:0:0:0 → ::

三、内嵌IPv4地址表示法

为了实现IPv4-IPv6互通,IPv4地址会嵌入IPv6地址中,此时地址常表示为:

X:X:X:X:X:X:d.d.d.d

前96b采用冒分十六进制表示,而最后32b地址则使用IPv4的点分十进制表示,

例如

::192.168.0.1

::FFFF:192.168.0.1

就是两个典型的例子,注意在前96b中,压缩0位的方法依旧适用

 

 

IPv4

IPv4,IP地址分成了A类、B类、C类、C类、E类,如下图所示:

IPV4简单粗暴地把IP地址分为五类,分类方法如下图所示:

IP段分为以下几类:

A: 0.0.0.0-127.255.255,其中段0和127不可用

B: 128.0.0.0-191.255.255.255

C: 192.0.0.0-223.255.255.255

D: 224.0.0.0-239.255.255.255

E: 240.0.0.0-255.255.255.255,其中段255不可用

这其中除了段0和段127之外,还有一些IP地址因为有其他的用途,是不可以用作普通IP的,还有一部分被用作私有IP地址。

特殊用途的IP

将这些特殊的IP地址分为三类,特殊源地址、环回地址以及广播地址。如下表所示:

 

网络号

子网号

主机号

描述

特殊源

全0

全0

网络上所有主机

HostID

网络上特定的主机

环回

127

任何值

环回

广播

全1

全1

受限的广播地址(永远不被转发)

NetID

以网络的目的向NetID广播

SubNetID

以子网为目的向SubNetID广播

全1

以所有子网为目的向所有子网广播

私有IP

与私有IP地址对应的是公有地址(Public address),由Inter NIC(Internet Network Information Center 因特网信息中心)负责。这些IP地址分配给注册并向Inter NIC提出申请的组织机构。通过它直接访问因特网。  

私有IP的出现是为了解决公有IP地址不够用的情况。从A、B、C三类IP地址中拿出一部分作为私有IP地址,这些IP地址不能被路由到Internet骨干网上,Internet路由器也将丢弃该私有地址。如果私有IP地址想要连至Internet,需要将私有地址转换为公有地址。这个转换过程称为网络地址转换(Network Address Translation,NAT),通常使用路由器来执行NAT转换。

私密IP段的范围如下:

A段:10.0.0.0~10.255.255.255,即10.0.0.0/8

B段:172.16.0.0~172.31.255.255,即172.16.0.0/12

C段:192.168.0.0~192.168.255.255,即192.168.0.0/16

 

 

IP地址数量

截至2017年12月,我国IPv6地址数量为23430块/32,年增长10.6%

全球 IPv4 地址数已于2011年2月分配完毕,全球IPv4总地址 2^32 大约40亿个,

其中,需除去一些保留A、B、C段,如 10.0.0.0、172.16.0.0-172.31.0.0、172.168.0.0 、 192.168.0.0

A段: 10.0.0.0 到 10.255.255.255,合计 1658万个

255 * 255 * 255 = 16581375

256 * 256 * 256 = 16777216  (推荐)

 

B段: 172.16.0.0 到 172.31.255.255,合计 97.5万个

15 * 255 * 255 = 975375

15 * 256 * 256 = 983040

16 * 256 * 256 = 1048576  (推荐)

 

C段: 192.168.0.0 到 192.168.255.255,合计 6.5万个

255 * 255 = 65025

256 * 256 = 65536  (推荐)

 

公网IP地址段:

A类:保留IP段 10.0.0.0 到 10.255.255.255,公网IP段如下:

1.0.0.0----9.255.255.255,合计 1.5亿个

11.0.0.0-----126.255.255.255,合计 19.07亿个

合计:(9+116)* 256 * 256 * 256 = 20,9715,2000 = 20.97亿个

 

B类:保留IP段 172.16.0.0 到 172.31.255.255,公网IP段如下:

128.0.0.0-----172.15.255.255,合计 0.43亿个

172.32.0.0-----191.255.255.255,合计 2.9亿个

 

C类:保留IP段 192.168.0.0 到 192.168.255.255,公网IP段如下:

192.0.0.0-------192.167.255.255,合计 0.1亿个

192.169.0.0-----223.255.255.255,合计 1.68亿个

 

合计约25.68亿个可用公网IP地址、理论上是255*255*255*255约42亿多个IP

除去私有网段、网络ID、广播ID、保留网段、本地环回127.0.0.0网段、组播224.0.0.0网段、实际可用就是25.68亿。

私有IP地址段是为了不至于每个PC手机都占有一个公网IP专门预留的、可以被每个家庭每个企业重复使用的、不可以被路由出去的,除非哪个公司有超过1600万台设备。事实上全国人民有多少办公电脑和个人手机的IP地址都集中在192.168.1.0网段的254个IP地址上,公司私有IP段一般为10.xxx.xxx.xxx、172.xx.xxx.xxx、192.168.xxx.xxx

有许多小微型企业安装的是没有固定IP的宽带、家用宽带几乎全部是没有固定IP的、也就是说外网的固定IP是从运营商动态获取的、估计相当于3个宽带共用1个公网IP地址吧、中国没有固定IP的宽带不知道有没有5亿户、大概需要将近2亿个公网IP。再加上大中型企业有许多开通专线和带公网IP的宽带、比如百度阿里这样的企业每个需要100个公网IP、上市公司每个需要10个固定IP、中型企业需要2个、还有各个运营商的服务器、路由器也需要,全国加起来3亿个应该是足够的。

还有个原因是IANA机构分配IP并不是每个按每个国家人口平均的,美国的可能用不完、亚洲欧洲的可能不够用。

所以才有了IPV6、IPV6采用128位IP地址、IP总数为2的128次方个,IPV4总数为2的32次方个。

 

自2011年开始我国IPv4地址总数基本维持不变,截至2017年12月,共计有33870万个,全球占比 3.387/40 = 8.468%

数据来自于:2018年中国互联网络发展状况统计报告

IP个数查询:https://neo.quadranet.com/utilities/ip

IPv6测试:http://test-ipv6.com

米扑代理:https://proxy.mimvp.com

 

 

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