IPv6是因特网协议第六版（Internet Protocol version 6）的简称，也是下一代因特网协议（Next Generation Internet Protocol ;简称IPng）的正式名称。IPng发展于1990年代初期，是从因特网协议IPv4的一种自然演进，而IPv6则是1998年8 月IETF的初稿标准（Draft Standard）。

不敷使用的IP地址

IPv6的制订有几个重要的因素存在，第一个因素为因特网的用户因高速增加，进而导致IP地址不敷使用的问题，目前不只是有在线网的计算机需要IP地址，还有不计其数的无线个人通讯设备、网络化家电、网络视听娱乐设备、以及各种在线控制装置，例如电力、仪表、监控设备等。这广大的网络应用层面需要一个地址不虞匮乏、简单、稳当、好用而又容易实现的解决方案。面对这诸多因素加上过去ISDN与ATM不成功的例子，IETF必须慎重考虑当前之需求与未来衍生之市场，以期能够透过一个开放式的因特网协议，创造出一个全球通用、彼此互连的信息架构。

IPv4与IPv6转换的问题

第二个因素为从IPv4 转换到IPv6之过程所衍生出来的问题。由于因特网所牵涉到的用户与应用数量太大且极为广泛，并不是任何单一组织所能管控得住，因特网协议的任何演进也非短时间之内可以完成，因此IPv4与IPv6必须能共存一段相当长之时间，直到IPv4没有人使用而自然停止。所以IPv6之设计也必须考虑与IPv4彼此互通与共存的问题。

再者由于因特网之快速成长造成地址即将不足之隐忧，虽然无类别区际路由（Classless Inter-Domain Routing; CIDR）延长了IPv4地址用尽的时间，但仍会渐渐面临一些路由之效率与愈来愈繁重之路由管理问题。虽然也有人认为透过网址转换（Network Address Translation; NAT）就不需IPv6，但网址转换的过程中有不少缺点，包括缺乏通透性以至于造成远程管理上之困难、转换之迟滞对实时应用造成的质量影响，以及因转换处理而更动封包表头将使IPsec之安全机制失去作用等。因此新一代因特网协议是有其必要性，唯一不太确定的只是大规模使用的时程。

IPv6与IPv4的差异之处

《图一 IPv4的标头格式》

我们可以在(表一)中，很明显地可以看出IPv4与IPv6标头格式的区别，前者只有20 bytes而后者却需要40 bytes，而标头长度（Header Length）与封包长度（Total Length）两个字段改为承载长度（Payload Length）一个字段。服务类别（Type of Services）的字段改成讯务类别（Traffic Class），并将识别（Identification）字段和分割（Flags & Fragment Offset）字段移除。存活时间（Time to Live）的字段则改成前跃限制（Hop Limit），协议（Protocol）字段改为下一标头（Next Header），而检试（Checksum）字段则被移除。地址长度从32位增加到128位，并增加了数据流卷标（Flow Label）字段。

除了这些表面上可以看出的区别之外，IPv6提供了更多与更强化的功能，分别说明如下：

地址

IPv6的地址长度为128位，最多可提供3.4x10³⁸ 个固定地址，若以将来地球人口100亿来算，平均每个人可以分到3.4x10²⁸个IPv6固定地址，而目前IPv4顶多只有3.7x10⁹个固定地址，并且四分之三的固定地址都在美国，因此在IPv6实现后，不论是美国或其它国家的因特网地址不足之情形可望完全解决。关于地址架构，IPv4协议最初将网络分成A、B、C、D、E五种类别，后来因为子网地址无法充份利用而发展了CIDR之方式，因而无法形成完整规画之阶层架构，并造成管理与地址规划上的不便。IPv6具有阶层式地址的架构，所以有利于地址的整合而方便于管理。由(表二)所示IPv6单播地址（Unicast address）架构，可以了解每个用户将可以有48位的址首（Prefix）与16位的子网范围，并且IPv6提供了新的随播（Anycast）功能，将广播（broadcast）功能改为对所有点之群播（Multicast）。

《图二 IPv4与IPv6的标头格式》

路由

在IPv6的协议中，路由器不切割封包且具有路径汇集（route aggregation）的功能，路由阶层可以透过骨干路径的管制而加以简化，这种功能在IPv4中并不具备。一般人认为IPv6地址较长，处理过程应较费时等事，不过事实上这都是多虑。就字段数目而言，IPv4有12个而IPv6只有8个，原有IPv4中之部份字段在IPv6中变成延伸选项，如此可以简化标头而改进封包处理之速度。IPv6不需使用网络转址机制而优先权化的路由，可缩小路由表进而减小路由处理时间，必要时可以使用标准化之标头压缩机制。若将上述各种因素一并考虑，那么IPv6路由效能较IPv4为佳。

质量服务

TCP/IP是在1970年代后期，由史丹福大学发展出来。当初只考虑一般数据数据之传输，并没有数据流（Flow）或视讯语音等多媒体串流（Streaming）之考虑，因此IPv4协议中除了一个没有用到之服务类别（Type of Service）字段外，并无其它可以支持质量服务的功能。而IPv6中定义了讯务类别（Traffic Class）与数据流卷标字段，用以支持因特网上各种质量服务。依照IETF所规范的两种质量服务方法，Int-serv可提供微调与量化的保证，而Diffserv则提供粗调与质化之保证。IPv6之数据流卷标加上送端地址，可用以区分需要特定质量服务之个别数据流，而讯务类别字段则用以区分特定质量服务之某一类封包。

管理

在IPv6的协议中，地址管理方式的简化提供了无状态（Stateless）或有状态（Stateful）自动组态（auto-configuration）的功能。透过这些功能，路由器与终端节点皆可以动态地获取IP地址信息，如此可减少管理者之介入，在IPv4中并没有提供这些功能。

安全性

IPv6提供了更完整的网络安全防护功能，包括认证、数据之机密性与整合性。IPv6协议涵盖了IPsec，因此行动IP与安全之整合在IPv6上比较可以受到保护，并也不会造成互通（Interoperability）的问题。

行动性

两个版本都支持行动IP，不过行动IPv4存在着一些问题，以至于没有大规模的启用，不过在行动IPv6的规范中已有解决的方案了。行动IP必须利用到一个永久驻地地址（Home address）与一个或多个招呼地址（Care-of address）以便离开驻地时使用，但IPv4地址不足，因此大规模使用行动IP 很可能造成无法获得招呼地址而服务中断，而IPv6地址充裕，可以免掉这一方面的问题。另一方面，行动IPv4定义了外地代理（foreign agent），而透过驻地代理（home agent）将相关节点（corresponding node）传往行动主机（mobile host）的封包转送至其外地代理，因而造成一个三角路由的现象，同时也因为外地代理容许多个行动主机共享一个招呼地址，所以可能造成如前述之网络转址问题。

行动IPv6具有地址自动组态机制，不用外地代理，当行动主机移动至不同网域时，可以向所联机的子网求取招呼地址且提供联机更新（binding update）之机制，当行动主机移动至不同网域时可以向所联机的子网求取招呼地址。在IPv6的协议下，一个行动主机可以通知所有相关节点（corresponding nodes）有关于这个行动主机最新的招呼地址，同时透过优化功能将路由从相关节点直接连向行动主机而不经原来驻地代理之网络，也因此可以避免掉三角路由问题，不过IPv4则无这些功能。

《图三 IPv6接点图》

IPv6的市场动态与台湾发展的状况

在亚洲的国家当中，日本与韩国最为积极推展IPv6，在两国政府大笔经费的补助下，IPv6之发展已有可观之成效，而中国大陆也在不久前正式宣布发展IPv6。在欧洲方面，欧盟已成立IPv6工作小组，并正式建议欧洲各国发展IPv6，而各欧洲主要工业国也建有好几套IPv6 研究与教育网络，当然也包括商用IPv6网络。美国为信息网络产业的龙头，虽然在过去几年美国政府看起来对IPv6并不很积极，但美国国防部于今年六月间宣布，往后之作战与作业，将采用网络轴心并透过IPv6为核心工具，并宣布自今年十月份起，所采购之设备都必须支持IPv6。在产业界，网络设备的知名厂商早在两三年前的产品中就已支持IPv6，如今各路由器设备大厂，包括Cisco、Juniper、Nortel、3COM、Fujitsu、Hitachi、6Wind等都将其产品列入支持IPv6的功能。至于主要之操作系统，如微软Windows XP已提供了IPv6功能，同时Windows 2000与Window NT也可透过外加方式以支持IPv6，此外Apple Mac OS 10.2也具备了IPv6功能。在Unix方面，如Sun的Solaris 8、IBM AIX 4.3、Linux 2.2及往后的版本、FreeBSD 4.0、HP-UX 11i等都支持IPv6，除此之外，网络上有许多外挂软件可以用来支持各种IPv6应用。

在国内方面，网络设备厂如智邦、友讯、合勤、正文等也相继加入生产IPv6的产品行列，为了加速建置国内之IPv6因特网环境并发展相关软件技术与应用，行政院在2001年十月成立了IPv6工作推动小组，拟以六年时间分成三阶段进行IPv6之推动。在2002年四月时，台湾IPv6论坛（IPv6 Forum Taiwan）成立，而组织分为推广服务、专业技术与产业应用三个领域，其宗旨为积极推动我国IPv6技术与产品之发展并提升国际竞争力。

政府在2002年8月展开e-Taiwan 计划，预定于2007年因特网协议将由IPv4全部转换成IPv6。产、官、学、研各界包括教育部电算中心、中央研究院电算中心、国家高速计算机中心、台湾网络信息中心、工研院电通所、中华电信、电信研究所与不少大学都相继加入IPv6之研发与推展工作。

IPv6未来的趋势

目前IPv6之技术渐趋完备，市场的准备也已慢慢地成熟，虽然从技术上的考虑IPv4的地址将于十年之内用罄，但是绝大多数用户无法了解到这一点，他们的所谓因特网不外乎WWW、电子邮件或是电玩游戏，因此IPv6 对大多数的用户而言并没绝对的诱因。这种认知上的落差可能是IPv6推动上之障碍。另一方面，现今信息应用之趋势为无线化与行动化，随着3G与4G之即将到来，运算模式将会从传统之计算机化变成网络化，也就是说透过无线行动设备如笔记本电脑或个人数字助理（PDA），用户随时随地可以迅速地读取、处理、更新所需要的各种信息。譬如说，用户至外地出差时，只要打开笔记本电脑就可透过无线链接与行动IPv6接收到最实时的电子邮件、迅速连上公司之数据库、甚至拨接网络电话(VoIP)等。

除了先进的应用外，IPv6在传统生活的应用上也有很多的卖点。举凡个各种用户收费系统，如住宅之电表、水表、瓦斯表之数据读取、各种家电之网络远程操控、工厂理各种仪器设备之监控、马路上红绿灯号志之管制等都可以使用IPv6的技术。目前3G与4G的发展不如预期的迅速，原因之一可能是杀手应用（Killer Application）的欠缺，另一个原因则是IPv4的地址不足，无法大规模启用。因此，若能够将一些传统的应用服务上网或开发新一代的应用，以事实来改变一般用户的看法，将有助于加速IPv6之全面实现并催生无线化世代的到来。

（作者任职于交通大学信息工程系：ycchen@cise.nctu.edu.tw）

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