李星：“IPv6单栈”已成新阶段的关键词

　　IPv6的海量地址到底意味着什么？此次采访CERNET网络中心副主任、清华大学李星教授，获得了新的思路：如果将IPv4看作是IPv6的一个子集，通过无感知的翻译技术，本来互不兼容的IPv6与IPv4就可以根据需要互相转换，作为IPv6最显性的技术特征一“网络切片”也展现出更多的可能性。

　　在解读新出台的《关于加快推进互联网协议第六版（IPv6）规模部署和应用工作的通知》时，李星教授认为，全面、深入推动IPv6与经济社会深度融合已经成为坚定的国家意志，IPv6单栈部署是新文件的最大突破，具有很强的前瞻性。

李星 清华大学教授、CERNET网络中心副主任

推动IPv6发展已成坚定国家意志

　　《中国教育网络》：7月以来，我国连续发布《关于加快推进互联网协议第六版（IPv6）规模部署和应用工作的通知》（以下简称《通知》）、《IPv6流量提升三年专项行动计划》（以下简称《计划》）两个重磅文件，再次为自2017年底启动的《推进互联网协议第六版（IPv6）规模部署行动计划》添了把火，您认为在这个节点密集提出关于IPv6部署计划的大背景是什么？

　　李星：我个人认为：第一，2017年IPv6规模部署上升到国家战略层面，两办发布的《推进互联网协议第六版（IPv6）规模部署行动计划》对IPv6在中国的普及和发展起到了很大的作用，也取得了阶段性的成果，这使得有关部门、学界、产业界等各方面都更有信心，也为下一阶段IPv6的更加深入部署打下了坚实基础。

　　第二，IPv6的真正普及和广泛部署，难度可能比预期还要大一些。因此，在“十四五”这个新旧交替的关键时期，需要通过政策的形式进一步推进。

　　第三，IPv6规模部署经过前期社会各界的协同推进，取得了较大的成果，也进入了新的发展阶段，需要《通知》、《计划》进一步指明方向。

　　另外，新的部署规划可能也与全球纯IPv6部署趋势有关。比如，2020年，美国发布了IPv6部署和使用指南。指南明确提出，双栈模式未来将难以维护，要向纯IPv6网络迁移。如果从全球的视角来观察，全面部署IPv6的重要性和意义已经成为共识，这也让我们产生了更大的紧迫感，可谓时不我待。

　　《中国教育网络》：《计划》提出要用三年时间，推动我国IPv6规模部署从“通路”走向“通车”，从“能用”走向“好用”。您如何理解“通路”和“通车”这两种说法，您认为IPv6规模部署如何才能够从“能用”到“好用”？

　　李星：“通路”和“通车”这两个词用得非常形象。“通路”可以理解为基础设施建设期，2017年以来，是把IPv6网络层、应用层、终端等各个层面的“路”修通加宽；“通车”可以理解为应用能力检验期和提升期。“路”的好坏终究需要通车来检验，能引来多少车上路是一回事，能否承载这些车辆又是另一回事，两个词一字之差体现了IPv6规模部署新阶段发展重点的嬗变。

　　IPv6部署怎么才算是“好用”，我认为有两个台阶：第一步是用户层面的无感知。使用者在使用时不知道自己使用的是IPv6，即不能因为向IPv6升级而影响用户体验。IPv4环境下可以运行的应用在IPv6环境下照常运行，实现与IPv4的平滑交接。

　　第二步是用户层面的有感知。使用者感到使用IPv6比IPv4更好，从需求角度可以实现更多的功能。类比于移动通信，从1G到5G的迭代，后一代比前一代有明显的变化和提升。因此，推进IPv6网络及应用创新是我们需要深入思考的重大课题。

　　《中国教育网络》：向IPv6的过渡充满了挑战，您认为最难的部分是什么？

　　李星：IPv6的普及和推广之所以困难，需要从互联网的原理说起。互联网的基石是IP，IP是统一的，而且必须是统一的，这是一个全局性的技术体系。如果用铁轨来形容，想要跟全球互联互通，避免成为地球上的一个信息孤岛，它的规格必须是一样的。

　　这跟移动通信技术有很大的不同。相对而言，移动通信技术可以实现本地部署而不必追求全局部署。举个例子，我们国家的5G技术居于全球前列，即便全国都普及5G技术，也并不影响使用2G、3G技术国家的人们与我们的通讯联系。

　　但互联网从IPv4过渡到IPv6，则必须全局部署，保持与IPv4的互联互通，与全球互联网协同发展；还要从基础设施、应用层、软件系统、终端等方方面面进行系统升级，其范围之广、难度之大、影响之深是可以想象的。

单栈部署是IPv6新阶段的突破点

　　《中国教育网络》：您亲身经历了IPv6从诞生至今的几乎所有重大事件，能否结合IPv6发展史，简要勾勒一下这项技术在中国的历程？

　　李星：溯源IPv6的诞生，它是1992年前后提出，当年年底在IETF(互联网工程任务组)形成白皮书。从1996年开始，一系列用于定义IPv6的RFC发表出来。

　　毫无疑问，中国是发展下一代互联网IPv6的先头部队。1994年开始启动的CERNET国家工程在1997年就已经着手建设IPv6网络。当年清华大学建成了中国第一个IPv6试验网，并于1998年代表CERNET接入全球IPv6试验网6Bone，可以说非常超前。

　　之后，基于中国自然科学基金网的成功以及发展下一代互联网的呼声，在57位院士的建议下，2003年八部委联合启动中国下一代互联网示范工程CNGI，当时包括中国电信、中国联通、中国移动、中国铁通等运营商都参加了CNGI项目，并且基本上都采用双栈技术。

　　而由CERNET团队承担建设的核心网CNGI-CERNET2，则在国际上首次采用纯IPv6网络。回顾历史，当时建设的6个IPv6试验网，今天仍在大规模运行的只有CERNET2。

　　在2013年以后，由于政策上不够重视、技术上存在私有地址陷阱等原因，中国IPv6的发展陷入了长达十余年的静默期。在全球范围内，反倒是印度、比利时等国家加大节奏，纷纷加速IPv6大规模部署。当时我国的IPv6部署在全球排名非常低，很多人用“起了个大早，赶了个晚集”来形容这段时期我国的IPv6发展，还是很贴切的。

　　2017年底曙光重现，中共中央办公厅、国务院办公厅发布了《推进互联网协议第六版(IPv6)规模部署行动计划》，明确指出我国基于IPv6的下一代互联网发展的总体目标、路线图、时间表和重点任务，提出用5到10年的时间，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，吹响了我国IPv6高速发展的“集结号”。再到今年《通知》、《计划》的提出，可以说，全面推动IPv6全领域、深层次部署已经成为坚定的国家意志。

　　《中国教育网络》：您认为全球范围内IPv6规模部署的驱动力是什么？

　　李星：主要有三大驱动力。

　　一是互联网工程师。IETF在上个世纪90年代初就意识到互联网面临着扩展性的大问题，通俗地讲，就是40多亿个IPv4地址随着互联网的全球普及根本不够用。到1994年，IETF最终采纳了IPng模型，并形成几个IPng工作组，经过多方比较实践，最终诞生了IPv6。

　　二是国际互联网巨头，尤其是美国的互联网信息提供商。谷歌、脸书、微软等大型互联网公司对IPv6都非常积极，很早就进行了IPv6部署。由于他们是搜索、社交等领域的头部企业，又反过来带动了全球IPv6的流量提升。同时，美国一些运营商和设备生产商对IPv6也很感兴趣，进一步带动了整体的IPv6发展。

　　三是发展中国家，比如印度、巴西等国家。这些国家的互联网发展正好卡在IPv4地址行将耗尽的节点期，使得他们不得不大规模地申请IPv6地址，可以算是某种“后发优势”，而它们产生的巨大“鲶鱼效应”，也对当前的全球IPv6格局产生了重大影响。在这方面印度是比较有代表性的：2010年，印度的互联网用户仅2000万，而9年之后，印度的IPv6用户数已经突破3亿，占当时全球IPv6用户数的一半多。

　　《中国教育网络》：您认为新发布的政策文件与2017年发布的政策相比，最大的不同是什么？

　　李星：最大的不同在于首次从国家层面提出了IPv6单栈部署的目标，也就是我们经常说的纯IPv6部署。

　　《通知》围绕落实“十四五”目标指标，聚焦IPv6部署应用的关键环节，部署了10个方面30项重点任务。其中第一条就提到了“积极推进IPv6单栈网络部署”。

　　特别在定性目标方面，《通知》提出，到2025年末，全面建成领先的IPv6技术、产业、设施、应用和安全体系，我国IPv6网络规模、用户规模、流量规模位居世界第一位。

　　之后再用五年时间，完成向IPv6单栈的演进过渡，IPv6与经济社会各行业各部门全面深度融合应用，成为全球互联网技术创新、产业发展、设施建设、应用服务、安全保障、网络治理等领域的重要力量。

　　从这段描述中可以看出，IPv6单栈网络部署，也就是纯IPv6网络的部署已经成为阶段性重要目标，并成为IPv6与经济社会深度融合，实现全球技术创新、产业发展等领域重要力量的先决条件。

　　2018年，我曾经说过，2025年之后将成为纯IPv6时代。2020年我在广州南沙区做的IPv6峰会报告也提出：向纯IPv6演进，恰逢其时。现在看来，这种趋势已经愈加明显。

　　以美国为例，2020年初美国管理和预算办公室(OMB)发布了关于IPv6部署和使用指南的意见征求稿，当年年底OMB发布了该指南的终稿。与意见征求稿相比，终稿增加了对纯IPv6的强调力度和要求，并在表述中认可了纯IPv6对降低企业成本、增强安全能力的市场化作用。

　　这意味着中美两个大国都认识到纯IPv6是大势所趋，有望引领新一轮全球纯IPv6部署热潮。而向纯IPv6过渡就必然要用到翻译技术，翻译技术将成为构建纯IPv6新格局的核心技术。

翻译技术对构建IPv6新格局意义重大

　　《中国教育网络》：纯IPv6部署这一目标的确立，意外给多年来IPv4与IPv6互通的三种技术的争论划上了休止符。如何理解在过渡技术中翻译技术的胜出？

　　李星：IPv4与IPv6的关系从某种意义上说并非“升级”，而是“替代”。换言之，IPv6放弃了与IPv4的兼容，它们之间无法进行平滑的“升级换代”。原因在于开始构建IPv6技术模型的时候，IPv4的地址刚用了一半，按照IETF工程师们最初的构想，等到IPv4用完的时候，IPv6也就成熟了，然后完全取代IPv4。但是，这样的理想化推导却遭遇了IPv4与IPv6必将长期共存的残酷现实，给IPv6的全球普及带来了很大麻烦，于是IPv4向IPv6过渡技术应运而生。

　　这里不得不提到2006年IETF在加拿大蒙特利尔举行的IPv6过渡技术专题会议。当时IPv6部署已经提了若干年，但人们感受到IPv6普及比原来预料中的慢得多。这时大家开始反思，并开始确立关于IPv4向IPv6的过渡路线。在这次蒙特利尔召开的会议上，工程师们把向IPv6过渡的技术思路确立下来，成为IPv6发展史上的一个里程碑。

　　在由IPv4向IPv6过渡时，可以采用双栈技术、隧道技术和翻译技术。

　　传统网络是以双栈为主，隧道为辅，如果万不得已才使用翻译。双栈技术的问题在于没有看到人性中惰性的一面，缺乏有效的建设IPv6的激励机制。道理也很简单，理论上所有人都采用双栈技术，等于每个人都等待着别人去改造，IPv6的部署也就成了镜花水月。隧道技术本身不独立，必须和双栈技术同时使用。而从技术层面看，双栈和隧道都不能直接过渡到纯IPv6，必须通过翻译技术。

　　翻译技术能够以更低的成本率先建设纯IPv6网络，并通过翻译器与IPv4网络互联互通，是最好的选择。但由于IPv4协议和IPv6协议并不兼容，具有最大的技术难度。

　　从实践的角度看，1994年CERNET开始建设IPv4网络；1998年，开展IPv4 over IPv6技术实验；2000年尝试采用双栈技术，发现IPv6流量仍然有限；接着开始建设纯IPv6网络、研究开发IPv4 over IPv6技术并形成了IETF标准；随后开始研发翻译技术，之后发现有些应用并不支持IPv6，所以又开始进行464双重翻译技术研发，最后统一了IPv4 over IPv6技术和464双重翻译技术。上述技术我们统称为IVI技术(数字表示法“左减”“右加”，因此IV代表4，VI代表6，IVI代表IPv4和IPv6互联互通)。

　　因为IPv4和IPv6本身不兼容，不可能真的“互通”。翻译互通的基本原理是：通过翻译器将真实的IPv4计算机映射成虚拟的IPv6计算机，同时通过翻译器将真实的IPv6计算机映射成虚拟的IPv4计算机，使得在互相不兼容的IPv4和IPv6协议空间内，分别有真实的计算机和虚拟的计算机进行端对端的通信。

　　在IVI的研发中，如何实现IPv4对IPv6的翻译是关键。IPv6地址为128位，一个IPv6的子网就有64位，可以轻易地表示32位的IPv4地址，但如何用有限的IPv4地址表示IPv6是基于算法表示和解决的，这是IVI最大的突破点。

　　这项技术基本解决了IPv4和IPv6互通问题，当前IVI已成为互联网国际标准，获得9个IETF的RFC，被其他RFC标准引用170余次，成为IPv4和IPv6互联互通最重要的互联网标准之一，实现了我国下一代互联网关键核心技术的突破。

　　《中国教育网络》：当前翻译技术IVI的应用实践情况如何？

　　李星：当前我们的学术互联网CERNET和下一代互联网示范网CERNET2以及未来互联网试验设施FITI，通过这种无状态翻译技术，可以实现IPv4和IPv6网络的分布式互通。

　　我们还通过纯IPv6网络，采用双重翻译技术为神威太湖之光超级计算机提供专网服务。另外，由清华领衔研发的这项翻译技术，已经被集成到苹果和安卓的操作系统中。

　　因此两种操作系统都能支持纯IPv6接入网，即便网页中镶嵌了IPv4地址也可以工作。苹果的操作系统主要使用单次翻译技术，使用苹果特有的API接口，安卓使用双重翻译技术，效果都非常好。

　　《中国教育网络》：为什么说IVI技术是最适合纯IPv6部署的技术方案？

　　李星：哪怕全球仅剩下1%的IPv4用户，也要保障IPv6与其互联互通，否则就违背了互联网精神。那么翻译技术无疑将是今后很长一段时间内IPv4与IPv6最关键、最主流的过渡技术。

　　那么，未来是不是就没有IPv4了？也不是。IPv4在某些部分，可能在未来10年、20年、40年甚至100年都可能存在。但通过IVI技术，实际上二者已经没有区别。

　　在这种状况下，IPv4是IPv6的一个子集，做一个专网应用就可以直接在原来的IPv4上做。IPv6最重要的一个特点是切片，可以切出很多片。有的切片可能是基于IPv6的，有的可能就是基于IPv4的，甚至有的切片可以有别的变种，这些都没有关系，只要能达到支持应用的目的就可以。所以，未来实际上并不是IPv4消亡了，而是IPv4成为了IPv6的一个子集。

　　《中国教育网络》：您认为下一步推动IPv6发展，需要做哪些事？有哪些技术值得关注？

　　李星：新形势下如何推动IPv6发展，我将其概括为“三部曲”：一是平滑过渡，互联互通，逐步推进；二是发展与安全同步，充分利用IPv4安全能力；三是跨越式发展，构建切片和零信任体系结构。

　　在这个过程中，首先要关注的是翻译技术。平滑过渡是IPv6规模部署的基本要求，无感知才会有更好的用户体验，通过IVI翻译技术的“软着陆”，可以实现IPv4向IPv6的平滑过渡。

　　在我们的传统印象中，IPv4和IPv6好像是相互独立的两套系统，所以才会有所谓的“翻译”。而在我们的最新认知中，基于IPv6的近乎无限的IP地址，我们更倾向于将IPv6看成是一个整体，而IPv4不过是它的一个子集。不要小看这样一个认知角度上的转变，由于翻译技术是无状态的，也就意味着我们可以用不同的翻译器在不同的地点对于这对“包含”关系随时进行流量的调度。

　　从另一方面来说，IPv6与IPv4可以根据需要实现“转换”，这样很多所谓的IPv6的问题就可以转化到IPv4轨道上进行，按照这个思路，很多问题就不再是问题了，这在网络安全方面也是一个重要的体现。

　　其次要关注的是真实源地址验证体系结构SAVA。SAVA支持互联网真实源地址的精确定位和地址溯源，解决下一代互联网的可信安全问题，突破了下一代互联网体系结构的安全可信关键核心技术。

　　同时在网络安全方面，翻译技术同样可以起到非常重要的作用。我们知道IPv6网络安全的挑战性相对较大，但IPv4经过时间和实践的千锤百炼更加安全，通过虚拟的翻译技术，我们可以将IPv6的网络安全问题转化为更成熟的IPv4安全保护，大幅度降低了安全保障难度。

　　第三要关注的是“切片”技术。IPv6海量的地址意味着切片是IPv6最显性的技术特征之一，通俗来说就是可以在一个大的网络空间中切分出不同功能的小空间。

　　以高校为例，高校有教学、科研、管理等多方面的网络需求，采用“串联”的方式很难满足所有需求，并存在较大的网络安全隐患。而通过网络切片，我们可以将高校的需求分类，并进行功能定制和分区，满足校园网的多种需求，并由CERNET统一维护保障网络安全。

　　如果说到IPv6的未来，可以总结为一句话：洞悉IPv6的本质，用不同于IPv4的思路来做IPv6。

　　记者：王世新

　　责编：项阳