物联网的发展推动IPv6取代IPv4

 物联网的本质是网络间交互作用，但是，互联互通是物联网交互作用的前提条件。由于物理世界中物件数量难以计数，物的形态与性质又是千变万化、千差万别，如何通过网络把这些千奇百怪的物件不但能够联系起来，保持各自的性质与状态，而且将来能够在网络智能控制下交互作用，这就是物联网建设中必须考虑与建设的标准问题。

但是，随着近30年互联网的蓬勃发展，特别是物联网的发展开始受到网络IP地址的限制。

有资料显示全球IPv4地址可能在很短时问内即将消耗殆尽，地址空间的不足必将影响互联网的进一步发展。网络IP地址不足，严重地制约了我国及其他国家互联网的应用和发展。

基于这个背景，本文主要介绍企业在建设物联网过程中应该如何选择IP协议的相关问题。特别是IPv6对IPv4取代的必然性以及企业物联网建设中应用IPv6应该注意的问题。

一、因特网协议IP(InternetProtocol，IP)的发展历程

互联网建设的终极目标是：网络是中立和无控制的，任何人都没有决定权;网络的应用是无关的，网络的任务就是如何更好地传输数据报。因此，要建立一个可以无缝链接到其他网络的系统和如何设计一个面向未来的网络，就需要一个大家都接受的网络协议。这个协议就叫因特网协议，也叫IP协议产生的前提条件，也是IP协议的重要作用。

IP协议最早形成于美国国防部高级研究项目局资助的工程所开发的协议(叫1822协议)，在1970年为网络控制协议(NetworkControlProtocol，NCP)所取代，NCP协议的目的是通过接口消息处理机(InterfaceMessageProcessor，IMP)，现在也称为智能物件的路由器，把网络上的各个站点联起来。

VintCerf和RobertKahn后来设计网络传输控制协议TCP(TransporiControlProtocol，TCP)来取代网络控制协议NCP，由于两者没有分开，就统称TCP/IP。在因特网协议(也叫IP协议)里，使用最为广泛的两个协议是传输协议TCP和角户数据报协议UDP(UserDatagramProtocof，UDP)。传输协议位于IP协议之上，为应用提供一种无须直接与IP层交互的通信机制。应用程序并不直接使用IP，而是通过传输协议相互通信。

由于下层IP网络尽最大可能传递数据报，但无法保证数据报一定可以到达目的地，也无法保证数据报的交付顺序和发送时的顺序相同，因此，用户数据报协议UDP在IP层之上提供了一个附加层来解决前面的问题。IP使用地址标识因特网中的主机，UOP使用端口标识主机的每一个进程。端口是一个16bit的数值。用来区分每个端点不同的发送者和接收者。用户数据报协议UDP提供一种尽力而为的传送服务。

IPv4(TCP第4版)是在1982年设计。广泛并成功地部署到全世界大量公用网络和私有网络中的数以亿计的主机和路由器上。IPv6(TCP第6版)的发展是从1992年开始的，由IETF设计的下一代互联网协议，目的是取代现有的互联网协议第四版(IPV4)。经过了十几年的发展，IPv6的标准体系已经基本完善，在这个过程中，IPv6逐步优化了协议体系结构，为业务发展创造了机会。

随着物联网建设的发展，许多客观世界中的物要通过智能物件经过网络联系并能够交互起来。这就需要IP协议能够唯一识别并有效地把智能物件联系起来。因此，一下子扩充了的网络地址及其网络操作发展中互通性、可扩展性、架构的稳定性和普遍性受到人们的重视。

二、IPv6对IPv4取代：物联网发展的必然

IPv4协议已经使用了30多年，不可否认，IPv4在因特网的发展进程中起到了举足轻重的作用。甚至今天的因特网中绝大多数仍是使用1Pv4协议。但是，随着计算机及路由器的迅速发展，特别是随着物联网的快速发展。IPv4的弊端日益明显，IP6取代IP4成为物联网发展的必需，具体如下：

(一)IPv6对IPv4的取代能够解决物联网发展过程中网络地址的不足

当前，IPv4地址资源有限。从理论上讲，编址1600万个网络、大约43亿个电脑可以联到Internet上。但采用A、B、C三类编址方式后，可用的网络地址和主机地址的数目大打折扣，以致目前的IP地址近乎枯竭。

最近美国ARIN发布报告，A类地址已分配完;62%B类地址已分配;37%C类地址已分配，IPv4的地址空间将面临耗尽的危险。

IPv6产生的初衷主要是针对IPv4地址短缺问题，即从IPv4的32bit地址，扩展到了IPv6的128bit地址，充分解决了地址匮乏问题。同时，IPv6网络中一个接口可以有一个或多个IPv6地址(包括单传波地址、任播地址和多播地址)，这也进一步增加了地址应用的扩展性。

(二)IPv6对IPv4的取代能够解决物联网发展过程中互通性、可扩展性、架构的稳定性和普遍性的需要

1.IPv6取代IPv4，更能够适应物联网网络传输控制的发展。

网络能够互联互通是网络在任何数据改善之前，两个端口之间必须建立一个链接。链接由端点的IP地址和TCP端口之间唯一确定。TCP在尽力而为的IP层之上提供一个可靠的字节流来传输服务，它通过缓;中数据并结合主动确认和重传机制，实现传输可靠性;同时，TCP还提供包括建立和拆除链接的可靠方式。总之，TCP以更大的报头和更为复杂的传输层协议的逻辑为代价降低了应用的复杂程度。

在物联网环境下，智能物件有芯片内存低、信息吞吐量低等特点。同时，用于物联网环境下的UDP协议存在两个缺点：UDP不为传输过程中丢失的数据报提供任何恢复机制。丢失的数据报由应用来恢复;同时，UDP不为应用提供任何机制来将数据割成大小适合网络传输的数据块。

因此，必须计算出适合网络传送的分组数据大小，并相应地调整数据报。而这些功能TCP不但提供传输可靠性，还提供了一种自适应分组传送报文大小的机制。这些功能就要求TCP的地址能够把数量巨大的智能物件按唯一的身份联系起来。因此，IPv6取代IPv4，更能够适应物联网网络传输控制的发展。

2.IPv6取代IPv4更能够适应物联网发展过程中互通性、可扩展性、架构的稳定性和普遍性的需要

随着物联网等信息技术的发展，虽然智能物件具有一定的智能，但是，它们毕竟是没有智慧的物体，不能够像人那样熟悉直接操作网络。

因此，相对人来说，智能物件对物联网中的网络协议有更多的特殊要求，比如：可扩展性、互通性、架构稳定性和普遍性等。

智能物件对IP协议的可扩展性需求是指IP协议能够内在支持智能物件的发展而具有可持续开发的机制;智能物件对IP协议的互通性需求是指}P协议能够支持智能物件之间以及智能物件和网络基础设施之间可持续的互通性，这就要求IP协议提供网络、应用和协议在网络中不同链路层内和层间的互通性;

智能物件对IP协议的架构稳定性和普遍性的需求是指虽然IP协议的可扩展很重要，但是IP协议的架构稳定性和普遍性对智能物件在生命周期内具有重要意义。

总之，IPv4近20年的空前成功，已经证明了IPv4协议设计的基本思想、构架是值得肯定的。IPv6并不是一个全新的网络协议标准，没有完全推翻IPv4的所有思路和结构，它总结1Pv4近20年来运营所获得的丰富经验和教训，继承IPv4协议运行的主要优点。最后进行了大幅修改和功能扩充。例如：针对物联网的发展需要，除了具有庞大的地址空间外。

IPv6对IPv4功能上进行了发展，简易灵活的头部格式、网络资源可进行预分配、更高的安全性、支持即插即用和移动性。由于这些特性技术含量较高，这里不进行具体介绍。

智能物件由于自身的特殊性对物联网的IP协议具有特殊的要求，新一代的IPv6能够为物联网的应用和服务提供可横跨多种通信技术的互通、可扩展、稳定和普遍的网络架构协议，为互联网换上一个简捷、高效的引擎，这样不仅可以解决IPv4目前的地址短缺难题，而且可以使物联网摆脱日益复杂、难以管理和控制的局面，变得更加稳定、可靠、高效和安全。

三、企业应用IPv6应该注意的主要问题

随着3G通讯业务、智能手机等多种个人智能终端、超高速家庭网络的发展，针对网络地址不足等问题，我国已经起动IPv6取代IPv4的工程。这对物联网建设具有重要的现实意义。但是，正如每一个新生事物一样，IPv6也有其不足的地方，企业在物联网建设中应用IPv6除了进行详尽的规划与设计外，还应该主要注意过渡性问题与安全问题。

(一)过渡性问题

虽然IPv4有上述缺陷以及IPv6协议标准的成熟具有取代IPv4位置的必然趋势，但是，这种取代的过程必然会经历一个相对漫长的过程。同时，尽管IETF在设计IPv6的时候已经充分考虑了和IPv4的兼容性，但是这两个版本不是完全兼容的。因此，企业在物联网建设中必须考虑由IPv4向IPv6过渡的问题。

首先是处理好IPv4向IPv6迁移时应该考虑的地方：Ipv4与Ipv6的主机必须可互操作;Ipv6主机和路由器的使用必须简单，逐渐地分布普及到整个Internet，不能有太多的相互依赖性;网络管理员和最终用户毖须认为这种迁移容易理解和执行。

其次是注意过渡技术的选择，即双协议栈技术、隧道技术和网络地址转换技术。

(二)安全性问题

引入IPv6出现的安全问题主要来源于两方面：一方面是由于IPv6本身的缺陷所引发的安全问题;另一方面是由于IPv6的过渡技术引发的安全问题。

由IPv6本身的缺陷引发的安全问题有：IPv6现在遇到的安全威胁主要包括地址扫描、非法访问、分片、路由协议的认证、蠕虫攻击、对ICMPv6的攻击、对邻居发现的攻击以及对无状态地址自动配置的攻击等;过渡技术引发的问题有：双栈技术的安全问题、隧道技术的安全问题、地址翻译技术的安全问题等。

四、结论与启示

物联网建设需要把数以亿计的物件“互联互通”并且“相互作用”，企业在建设物联网过程中应该选择IPv6对IPv4取代的IP协议的标准是：不仅要有充足的地址资源，更需要IPv6能够在网络操作发展中有更好的互通性、可扩展性、架构的稳定性和普遍性。

IPv6对IPv4是一个不能够相互兼容的IP协议。物联网建设从IPv4向IPv6迁移产生不少的过渡困难。这给大家的启示便是能够有统一的标准，不仅是技术标准，也包括管理标准。

如果说IPv4向IPv6迁移中技术问题比重较大的话，那么，基于物联网会计云计算建设中就会克服更多的需要统一的管理标准。如：当前，由于没有统一的云计算标准，Google、Amazon、微软、IBM等公司纷纷推出自己的云计算平台和云计算的实务标准。这就导致了不同厂商的服务出现兼容性问题。如何通过沟通协作。把这些实务标准变成统一标准需要大家共同努力。