移動IPv6技術發展的現狀

　　摘要：本文首先對移動IPv6技術的由來做了介紹，描述了移動IPv6的優點，以及國內外的研發現狀。最后，對移動IPv6與我國3G發展的關系做了分析。

　　隨著數據應用的發展速度越來越快，IPv4協議逐漸暴露出了諸多弊端。具體表現為地址數量太少，路由表迅速膨脹，配置過于復雜，缺乏安全性保障，QoS和性能保障不足，對移動性支持不夠等。因此，IPv4基本已經不能再滿足人們對數據應用的需求。IPv6的出現給數據應用帶來了曙光，同時，也為IPv4所暴露出來的各種弊端提供了良好的解決方案。尤其是其地址數量幾乎無限，使得移動終端海量的地址需求得以滿足，并且其移動性也比IPv4增強了許多。

　　一、移動IPv6的由來

　　IPv4在設計之初并沒有考慮到終端設備的移動性，所以，連網設備移動時需要從因特網上斷開。而在另外一個地方重新連接時，還需要重新配置系統的新IP地址、正確的子網掩碼和新的默認路由器（網關）才能繼續通信。

　　導致這個問題的原因是IPv4的路由機制。今天因特網上的IPv4地址實際上是逐層處理的。在網絡的核心部分，路由器并不是針對個人用戶來進行處理，而只是查看IP地址的開頭幾位（網絡前綴），并將數據包轉發到特定的網絡上。該網絡上的路由器進一步查看地址的后幾位，然后，將數據包發送到子網。到了網絡邊緣的時候，接入路由器查看該地址的最后部分，并將數據包發送到特定的機器上。

　　這種IP地址按層解析的方式要求設備固定接入某個子網，并且不會在更大的網絡之間移動。如果切斷一臺計算機與某子網的連接，并連接到另一個子網上，該計算機的IP地址就必須更改。同樣，如果一個企業更換了ISP，其整個網絡都不得不更改地址。

　　許多客戶端的機器都沒有永久的IP地址，而是每次登錄某個網絡時獲得一個新的地址。例如，大多數需要上網的筆記本電腦都有兩個IP地址，一個是在辦公室的網絡上獲得的地址，一個是在家接入某個ISP網絡獲得的地址。

　　當用戶不是經常在網絡之間切換，并且不介意退出后重新登錄網絡時，這種方式沒有問題。但是，如果用戶需要在網絡之間移動時能夠保持連接，這種方式就會出現問題。因為高層協議（如TCP）是使用IP地址來識別用戶的，如果IP地址變了，用戶就無法維持一個TCP的連接。

　　為了支持因特網上的移動設備，IETF推出了移動IP的標準，使用戶保留不變的永久IP地址，而不管他們是否連接在網上。移動IP有兩種：一種是基于IPv4的移動IPv4，一種是基于IPv6的移動IPv6。最初的移動IP是為IPv4來定義的（IETFFRC2002）。那時的要求是：IPv4的移動性支持是附加的，絕大多數的IPv4節點都不支持移動IP。而今對IPv6移動性的要求是：移動性是IPv6的組成部分和重要特色之一，預計所有IPv6的部署都將至少包括最小的移動IP支持（即通信節點的功能）。

　　在移動IPv6中無論移動節點當前如何，在哪里接入因特網，始終都是通過其靜態的家鄉地址來識別該節點的。離開家鄉網絡時，每個移動節點都會獲取另一個臨時的地址來表示節點當前的位置。

　　這樣一來，到達其家鄉地址的基本信息被重定向（隧道封裝）到轉交地址。因此，雖然兩種IP協議的版本都支持移動性，但是，由于移動IPv6提高了性能，并且移動IPv6對移動性的支持更加有效，因此，目前移動IPv4的使用很少。另外，采用移動IPv4使得每個用戶需要至少兩個寶貴的IPv4的地址，在當今IPv4地址相當匱乏的情況下幾乎是不可能的。

　　隨著移動技術的發展，移動IP將變得與無線網絡同樣重要。因此，IPv6將成為不得不做出的選擇，移動IPv6還將成為能夠使3G網絡和熱點地區的藍牙或Wi-Fi（802.11b）之間實現無縫漫游的一種基本技術。

　　二、移動IPv6的優點

　　移動IPv6與移動IPv4協議的設計思路很類似，但是，它們的執行方式卻有所不同。IPv6的地址有128位，而IPv4的地址只有32位。雖然IPv6的地址長度是IPv4的四倍，但是，IPv6頭標長度僅為IPv4的兩倍。而且IPv6頭標的域較少，長度固定，這使得IPv6路由器的硬件實現起來比較簡單。另外，與IPv4不同的是，IPv6數據包在路由上時不被拆開，從而降低了選路的負擔。這些改進意味著IPv6能以更經濟有效的方式處理不斷增長的因特網數據量。

　　IPv6的另一個優點是需要時可在基本頭標后面加擴展頭標，從而改善路由性能。例如，IPSec頭可以實現端到端的安全。其它擴展頭標還有尋路頭標、報片頭標、認證頭標和信宿選項頭標等。IPv6及其頭標的結構更能滿足網絡結構可擴展性的要求，改善安全性、數據的完整性、自動配置、移動性、數據多點傳送，以及在全球骨干網上更有效的網絡路由聚合。

　　移動IPv6使得IPv6主機在離開其家鄉子網時仍能保持所有當前的連接，并始終能夠連接到因特網上。這是由于無論移動節點當前在因特網上的連接點如何，移動IPv6都通過靜態的家鄉地址來識別每個節點，移動節點離開家鄉子網時，向其家鄉鏈路上的家鄉代理發送其當前位置的信息，家鄉代理截獲發送到該移動節點地址的數據包，并用隧道將數據發送到移動節點的當前位置。

　　這一機制對于IP以上的所有網絡層（如TCP、UDP及其所有應用）都是完全透明的，因此，移動節點的DNS記錄指向是節點的家鄉地址。當移動節點改變其因特網的接入點時，不需要更改其DNS記錄。實際上，移動IPv6只是影響了數據包的選路，而獨立于路由協議本身（如RIP、OSPF等）。

　　移動IPv6還提出了轉交地址（care-of-address）。當某個節點改變了其網絡的接入點時，該節點的轉交地址有兩種生成方式：一種是通過接收路由器的通告獲取（無狀態地址自動配置），或者由DHCP服務器分配（全狀態地址自動配置）。從技術上看，移動IPv6的優勢主要體現在以下幾個方面。

　　●移動IPv6為每個移動節點分配了全球的IP地址，無論它們在何處連接到因特網上，為移動節點服務的鏈路要預留足夠多的IP地址，給移動節點分配一套（至少一個）轉交地址。

　　●使用IPv6的任播地址，使得某個節點能夠發送數據包給有該任播地址的幾個系統中的某一個。移動IPv6有效利用這一原理實現動態家鄉代理發現機制，通過發送綁定更新給家鄉代理的任播地址，從幾個家鄉代理中獲得最合適一個的響應。

　　●使用無狀態地址自動配置和鄰居發現機制之后，移動IPv6既不需要DHCP，也不需要外區鏈路上的外區代理來配置移動節點的轉交地址。移動IPv6可以為所有安全的要求使用IPSec，如授權、數據完整性保護和重發保護。

　　●為了避免由于三角路由造成的帶寬浪費，移動IPv6指定了路由優化的機制。路由優化是移動IPv4的一個附加功能，卻是移動IPv6的完整組成部分之一。

　　●在因特網中有個別路由器是對它們轉發的數據包實行入口過濾“ingress-filtering”的。檢查該源地址來的數據包是否應該送到接收該數據包的接口處，移動IPv6能夠與這種入口過濾方式毫無問題地并存。一個在外區鏈路上的移動節點使用其轉交地址作為數據包的源地址，并將其家鄉地址包含在其家鄉地址目標選項中。由于在外區鏈路中轉交地址是一個有效地址，所以，數據包將順利通過入口過濾。

　　總之，移動IPv6的目的是無論用戶如何接入網絡，都能使用戶保留永久的IP地址。移動IPv6將允許用戶從其手持設備上拔掉以太網的電纜之后，還能繼續下載文件或者進行IP電話的通話（VoIP）。在這一過程中，用戶的連接不斷轉移，從辦公室的無線局域網（WLAN），到外部環境的蜂窩網絡，最后到家里的DSL連線，但用戶的所有應用都不會中斷。

　　三、國外移動IPv6的研發狀況

　　IPv6技術在全球的發展是很不平衡的，這種不平衡最根本的原因是IPv4地址分配的不平衡。IPv4地址資源豐富的國家和地區，由于掌握著IPv4的核心技術，IPv4產品和業務給廠商和運營商帶來了豐厚的利潤。因此，對IPv6技術持觀望的態度；而那些IPv4地址資源匱乏的國家，則急于采用IPv6的標準來改變現狀，在這樣的國家和地區，從廠商、運營商到制定政策的政府部門都在積極地為新技術的部署做準備。

　　從全球的發展現狀看，IPv6活動的溫床是在歐洲和亞洲，而不是在美國，這充分表明地址空間的匱乏是最主要的推動力。

　　1.亞太地區

　　亞太地區獲得的IPv4地址很少，地址空間非常匱乏，而這一地區的通信發展卻非常迅猛，因此，大多數分析家認為這一地區采用IPv6標準的步伐將會很快。

　　目前亞太地區的各個國家中，對IPv6的研發、商用和應用推進最積極的是日本。原因是除了日本IPv4地址匱乏而通信發達之外，還因為日本希望通過掌握新技術來實現振興經濟的長遠目標。

　　日本IPv6的發展是在政府統一協調下分階段進行的。前期主要是標準和研發，之后是網絡部署，最后是應用開發和展開商用服務。目前，日本IPv6前期的標準、研究與開發工作的逐步成熟和取得成效。日本運營商對IPv6的態度很積極，一些運營商已經或正在推出IPv6業務，有的運營商推出的IPv6業務已經是正式的商用業務。

　　目前，日本和韓國的3G服務占據了全球3G市場的90%，韓國的寬帶用戶普及率位于全球之冠。韓國對IPv6的態度也比較積極，韓國的設備商如三星等都在積極進行研發，以生產支持IPv6的設備。

　　2.歐洲

　　歐盟一直非常關注支持下一代因特網演進的基礎技術的開發，其目標是加速發展高性能、高可靠性、安全、永遠在線、高移動性的通信基礎設施。歐盟希望到2010年歐洲能夠進入知識經濟時代，而這一目標實現的基礎是能夠在因特網的升級過程中取得領先地位，其中最關鍵的因素是維持歐洲在無線和移動通信領域的技術領先地位，以及完成向以IPv6為基礎的下一代因特網的有效過渡。

　　作為6WINIT計劃的一個組成部分，愛立信采用IPv6在GPRS、3G和無線局域網之間傳輸數據，實現不同接入網絡之間的無縫漫游。愛立信于2003年1月進行了救護車的演示，使用IPv6來顯示重要的醫學數據、話音和視頻，并且在2G、3G系統和無線局域網上無縫漫游。這標志著向使移動用戶實現“永遠最佳連接”的目標邁出了重要的一步。愛立信首次將三種關鍵技術（IPv6、3G和多種接入）結合在一起，顯示出移動業務的無縫使用。該醫學緊急系統稱為GuardianAngel，可以在各種不同的接入網絡之間無縫移動，在特定地點選擇最可用的接入網絡。醫生可以使用GSM/GPRS或者UMTS/WCDMA等移動網絡，從醫院的設備上觀察到救護車中的患者、檢查心率和血壓，一旦救護車到達醫院，系統可以自動轉換到使用醫院內部的無線局域網，數據流可以同時使用單獨的網絡接口，例如，如果無線局域網不夠可靠，重要數據的傳輸還可同時使用GSM/GPRS或UMTS/WCDMA信道。

　　四、移動IPv6與我國3G發展的關系

　　1.我國移動IP業務發展現狀

　　IP業務最早與移動通信的結合是在電路交換的移動通信網絡中引入IP電話業務，在我國，GSM移動網絡中早已經引入了IP電話。

　　之后，GSM網絡中的IP分組數據業務——GPRS業務也已經在我國開始商用，GPRS分組業務使得空中接口頻譜利用率與地面接入網帶寬利用效率都得到極大地提高，而且實現了更加合理的資費政策——“按流量計費”，用戶可以24小時在線，只有點擊的時候才計費。

　　未來的第三代移動通信網絡的發展方向將是一個全IP的分組網絡。目前，3G網絡在世界范圍內商用的數量不斷增加。從我國目前的情況看，雖然信息產業部還沒有正式頒發3G許可證，但是，從移動運營商到設備及終端制造商，從內容提供商到應用開發商，都在為我國3G的到來做著積極的準備。

　　2.移動IPv6將為中國3G的發展增添光彩

　　3G的發展方向將是一個全IP的分組網絡。3G業務將以數據和互聯網業務為主，在3G網絡上將承載著從實時話音、移動多媒體、移動電子商務等多種業務。因此，在計費、漫游、應用、終端等方面會更加復雜，IPv6將是實現這些服務的關鍵。如果說3G的發展推動了IPv6的發展和標準化，那么，IPv6協議的諸多優越特性則為3G網絡的發展奠定了堅實的基礎。

　　3.移動IPv6將有利于運營商多種接入方式的無縫互連

　　最近，WLAN在中國的熱點地區漸成亮點。

　　隨著網絡技術和業務的發展，人們將會提出多種接入方式無縫互連的要求，即忽略藍牙、無線局域網和廣域網（GSM/CDMA）之間的技術差異，使得在不同網絡環境下，用戶的連接和所使用的業務不會中斷，真正實現不間斷的連接。采用移動IPv6將使這一目標的實現更加容易。

　　五、結束語

　　隨著移動通信的發展，不僅僅是移動電話成為移動信息社會的核心，越來越多的其它設備也可以用來通信和獲取信息，但是，很多新的業務卻必須建立在每個終端都擁有全球獨一無二的公用IP地址的基礎上，這使得移動IPv6成為實現許多新業務的關鍵。

　　總之，無論是從移動通信未來的發展，還是人們對未來移動通信的技術要求，移動IPv6都將成為必然的選擇。