IPv6：明天我们怎样上网
特别策划
5月12日，谷歌悄然上线了具有划时代意义的新测试首页：ipv6.google.com。它强烈暗示着，作为现行国际互联网基础之一的IP协议的下一代版本——IPv6即将进入快车道，并代替已经服役近30年的当前版本IPv4而成为主流。“IPv6在互联网中全面应用的意义不亚于互联网出现的意义本身。”谷歌创始人、技术总裁Sergey Brin如是说。
IPv6：“救世”的协议
虽然我们每天都在上网，但是我们是否意识到这个看起来强大无比、坚不可摧的庞大网络已经快要走上它的末路了呢？
每一个接入互联网的计算机或网络设备，都必须获取一个独一无二的IP地址，才能在网络上被识别。然而，以IPv4协议为基础的国际互联网能够支持的理论地址数目是256的4次方，也就是4294967296。这是从大家熟悉的4段点分式的地址格式“A.B.C.D”中可以直接看出来的。实际上能不能达到这么多呢？其实是不可以的，例如以127打头的所有IP地址被保留为“环路地址”，也就是代表“设备本身”的地址，这样一下子就去掉了一千六百多万个地址。类似这样的保留地址还不少，再加上有些大的部门和机构会保留大量的IP地址供发展之需或测试之用。而互联网新接入的设备却是爆炸式地增加，难怪“IP之父”温顿·瑟夫（Vinton Cerf）会惊呼“互联网告急！到了2011年，IPv4将无法再满足对于新地址的需求。”
但是IPv6将彻底解决地址资源的限制问题：IPv6支持的地址数目高达2的128次方之多。2的128次方是一个怎样大的数目呢？它是一个具有38位的数字，如果每秒数1亿个数的话，要数清这个数目要393万亿亿亿年还要多。
有一个著名的说法，就是使用IPv6的互联网即使给地球上的每粒沙子都分配一个IP地址也绰绰有余。可以说，IPv6是为了拯救互联网而出现的新协议。那么，从另一个角度说，既然我们现在的世界是如此地依赖于互联网，IPv6甚至有救世的意义在内了。
小知识：为什么需要IP地址？
当你在网络中浏览信息时，需要你和信息提供方都有一个地址，这样才能够产生交互的行为。如同我们打电话一样，我们不仅仅需要知道对方的电话号码，而且我们也要有一个自己的号码，这就是IP地址的作用，它是我们网络中的电话号码或者说门牌地址号。
IPv6：快如闪电的互联网
互联网带宽的相当一部分被浪费在所谓的地址变换上了。由于IPv4不能提供足够数量的地址为每一个设备使用，人们想出了种种办法来解决这个问题。其中就包括所谓的网络地址变换（NAT）。其原理是一个局域网只使用一个“对外”的IP地址，在局域网内另外使用一套“内部”的IP地址，比如192.168.X.Y的地址，并使用某种方法（一般是路由转发或端口映射）从公众网上访问局域网内的某台计算机，这样的变换无疑增加了设备的负担和网络负载。
而IPv6使得NAT变得完全多余了，每台计算机或网络设备都可以使用一个和网卡设备绑定的、自己独享的公众IP。想想现在租用一个固定IP的费用高达每月几千元，在IPv6时代这个费用可以降为零。这对于想开办自己的个人网站的用户来说无疑是件大好事，因为再也不必使用动态域名等间接手段来实现互联网接入了。局域网和公众网的界限将变得非常模糊，而寻址的速度将大大增加。
并且，IPv6还引入了突破性的大载荷（payload）的新型包定义Jumbogram，它使得IP包携带的信息从目前IPv4限定的64KB增加到了4GB。这意味着对于某些应用来说，网络吞吐效率将在理论上达到原先的65536倍，这是真正令人激动的改进——互联网应用将快如闪电。当然，达到这一性能还需时日，但是限制的因素已经是网络硬件，而不再是基础协议。
小知识：IP包有什么用？
在网络中，无数台电脑在同时交换信息，无数台电脑在请求开启电脑报的网站，但是这些电脑之间怎么相互区分辨别彼此的信息呢？于是在信息传输中，网络设备会将需要请求和发送的信息分割成一个个的数据包，然后在每个“包裹”上都贴上写有交互双方IP地址信息的标签，然后进行分割传送，这样就不会发生数据错误投递的现象，而且即便丢失了某一个数据包，也可以通过补充传送实现信息的完整，这也就是IP包的作用。
IPv6：更灵活、更安全的互联网
IPv6中，网络服务质量（Quality of Service，QoS）不再是一个可选项，而是必须指定的。QoS选项提供了网络的关键信息，如负载情况。这样，使用IPv6的网络能够及时根据拥塞情况调整应用程序的请求速率，避免让拥塞雪上加霜。
同时，对于支持IPv6的集群服务（Cluster Service）和分布式服务（Distributed Service）来说，QoS是好的路由算法的关键，服务请求将被转发给最空闲的设备，使得用户总是能够获得当前最高质量的网络服务。比如域名系统（Domain Name System，DNS）就将是受益于IPv6的最大分布式基础应用之一，这使得从域名到IP地址的映射速度进一步提高，当然也改善了网络的整体访问性能。
另一项在IPv6中重要性大大提高的是IPSec（保护IP协议安全通信的标准），它将安全字段写入了基础的IP包信息内。换言之，每台计算机现在在IP层就已经得到了高安全级的保护，仿冒IP的包将无处遁形。
IPv6：现状和未来
IPv6还有多久能够普及？我们还要等待一段时间，因为全面的普及需要改造的是几乎所有的主干网络。但是我们完全可以在局域网的范围，在单位、家庭里通过安装IPv6协议栈软件，以及购买适当网络设备的方式，享受IPv6的好处。
目前，主流的操作系统如Windows XP/Vista、Mac OS X和新版本的Linux都已经内置了IPv6的软件，并默认打开了它。只要有相应的路由硬件和网卡的支持，我们就完全可以直接使用IPv6来访问局域网内的资源。
IPv4和IPv6注定将共存一段时间。在此期间，使用双栈并存的技术和隧道技术（tunnel）将是主流。双栈并存的技术比较简单，它的意思是说网关将自动侦测网络环境，如果发现可以使用IPv6就使用IPv6，否则就使用IPv4。
隧道技术是针对支持IPv6的设备进行一些配置，使得网络上的IPv4的包被转换成IPv6的格式在局域网内使用，并把局域网发向外部的包根据需要转换成IPv4的格式。这样，对于IPv6的子网来说，一切都是透明的，用户感觉不到IP包的格式转换，但这样的设备价格比较昂贵，配置也比较复杂。
中国最早启用IPv6大规模测试的是教育网，目前已经接近尾声，不久将开始公众网络的小范围测试。在一些国家如日本，IPv6已经有了一些成熟的应用。虽然今天能够顺利访问谷歌新页面的计算机寥寥无几，但是有了谷歌的强力驱动，相信在不远的将来实现与IPv6的亲密接触就会成为现实。到那时，我们上网的方式会发生根本性的革命。
延伸阅读：IPv6将成为厂商们的盛宴？
作为下一代互联网的核心技术，IPv6已经越来越多的成为一些著名厂商整日挂在嘴边的口头禅，“IPv4即将耗尽”是这些知名厂商现在传播给大众的威胁信息。似乎在不远的某一天，我们会突然因为IPv4不够用了，而无法浏览网站，无法正常收发邮件，无法进行以前一切在互联网中进行的工作。
但无论现实是否真的有这样耸人听闻，一个不能否认的事实就是，在这些由微软、思科、英特尔等组成的IPv6积极推动者中，依靠IPv6受益最大的也将是他们。
微软目前主推的Vista系统在市场几乎反应冷淡，大众并没有向当年追逐Windows XP那样去疯狂地追逐Vista。不过在微软的账本中，只要IPv4尽快地死亡，那么几乎不用微软动手，Vista就会自然成为新的主流操作系统，因为Windows Server 2008 和Windows Vista系统直接内置了IPv6的支持，无论企业用户还是个人用户，从Windows XP升级到Windows Vista操作系统已经是无可质疑的事情。这也就意味着，如果有一天电信运营商突然宣布使用IPv6之后，用户就不得不更换支持IPv6的操作系统，而新系统的候选名单中Vista肯定是排在最前面的。
当然希望IPv6能够带来财富的不仅仅只有微软，思科、华为等网络设备生产商也是能够在IPv4升级IPv6中分享一杯羹的利益共同者。以中国国内目前的网络设备更换总量而言，IPv6的升级至少能够创造几百亿美元的长久经济效益。对于这些厂商们而言，这无疑将是历史上最大的一次盛宴。