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蹚出来的互联网演进之路

2024-09-04 中国教育网络

　　2024年6月，中国科学出版社出版了《新一代IPv6过渡技术——IPv6单栈和IPv4即服务》一书。作为一名参与过配置3ffe地址的“老”网络工程师，笔者读完此书掩卷长思，草就如下文字。（注：3ffe::/16是IANA早期分配给6bone的地址块，后来被收回了。）

　　从1969年ARPANET诞生，到1995年互联网商业化，再到今天的谷歌、脸书、推特（X）、阿里、腾讯、抖音，从分组交换连接到应用层面的联接，互联网给我们生产生活方式带来的变化，已经深入到社会生产生活的每个角落。

　　互联网的成功，来自于当初富有远见的设计，以及其后持续有效的优化。简单和分布式带来了可靠性，一切设计都服从互连（Interconnection）这个目标，让网络提供尽可能精简的功能。作为细腰的IP层，给了其上和其下的协议栈充分发展的空间。无连接的分组交换模式下，IP层只管尽力而为，以及做编址和路由，把其他的复杂工作都交给其上下的协议层。

　　事物总是一分为二的。网络工作者们或多或少地都承认，处在枢纽位置的IP层很难做大型变革。换而言之，IPv4协议的成功，一定程度上束缚了IPv6的实施和演进。从IPv4到IPv6的演进是一个漫长的过程，技术和政策路线也一再变更，远远超出了科学家和工程师的设想。

　　从1995年IETF选择IPv6作为IPng协议标准算起，历经近三十年的演进过渡和变革，到现在产业界和各国政府终于基本达成共识，即互联网从IPv4将过渡到IPv6单栈，并承认早期的双栈过渡机制并没有在IPv4地址耗尽前实现目标。作为老网络工程师，笔者早期就曾参与IPv6试验床，并其后为骨干网路由设备码过代码，深知在这个复杂的全球性过渡中，有无数技术、政策、法规、商务等方面的挑战，也因此在读《新一代IPv6过渡技术——IPv6单栈和IPv4即服务》过程中有特别强烈的共鸣。这本书记录了作者作为中国互联网先驱者之一，在这个领域几十年的实践经验总结和思考结晶，是从理念到技术，从想法到代码，从实践到观点的典范。

　　互联网的一个设计原则是不考虑后向兼容。历史上也因如此，才有分组交换取代电路交换这样的重大变革得以出现。同样，IPv6设计之初并没有考虑兼容IPv4，在地址空间、协议语法、时序、分片等方面都不兼容。因此，过渡技术要解决的问题包括不对等地址空间的映射关系和其他关系、运行过程中的协议兼容性、部署IPv6的可管理可控制可维护性、支持IPv4应用和IPv6应用、考虑当前设备和网络在多样化条件下如何演进等等。

　　网络演进是大规模工程问题，而且是复杂的动态系统问题，没法在最优解上过多纠结，是松散的创新、工程实践、各方妥协和持续迭代的共同结果。过去几十年的IPv6过渡过程中，云和端的发展，强化了法国CYCLADES最初提出的互联网原则之一——“主机，而不是网络，应该负责可靠数据的传送”。而与此同时，演进问题另一端的IPv4也在不停地“自救”。无类域间路由（CIDR）的出现，减缓了IP地址消耗速度和路由表膨胀速度；NAT的出现，虽然在一定程度上破坏了“端到端”原则，但是从应用体验的角度来说，只要不影响发展用户、留存用户和产生盈利，没有“端到端”似乎并非原则问题。对很多互联网使用者来说，更吸引眼球的，看起来是日活、月活、用户留存和客单价这样的词汇，以及去纳斯达克敲钟的辉煌。

　　不过，网络工程师们总是有一些对设计理念的执着追求。叠床架屋固然能满足“用起来”的需求，但是回头看五十多年来让互联网成功的设计原则，网络科学家和工程师们希望从上帝的视角来让IPv6的演进继续贯彻当年的这些原则。笔者一直认为，人类社会之所以持续前进，是因为有一些人在“道”的层面持续考虑设计原则，有一些人在“术”的层面持续实践优化，相生相逐。本书作者就是从互联网体系结构的高度，系统性地讨论协议过渡的问题；从互联网设计原理出发，严谨地介绍了协议翻译和地址映射的技术细节，以及适用于不同场景的IPv6过渡技术实现方案。

　　IPv4到IPv6的演进过程和技术思路是不断进步的，我们经历了早期、中期和当下，还会有未来的演进策略。传统的思路是IPv6过渡技术以双栈为技术基础，如同精通双语的人在旅游中可以自由切换一样。时至今日，无论是Cisco、Juniper和华为路由器，还是终端的Windows PC、Mac以及安卓与iPhone手机，双栈都成为了标配。以双栈为基础，处理异种协议的隧道和封装技术机制也层出不穷。但是二十多年的时间过去，双栈机制还是没有让IPv6在IPv4地址池耗尽之前完成过渡。

　　No such thing as a free lunch.（天下没有免费的午餐。）本书作者在多年实践之后明确提出，新一代IPv6过渡技术的核心是翻译技术，让不兼容的IPv4和IPv6互联互通；这其中，无状态翻译技术又是核心。无状态符合互联网最本质的特性，对生存性和灵活性的支持度最好，并且对于复杂场景的大规模工程实现最友好。本书的观点和结论，是大量实践之后的共识。设计是一种原则、一种方法论、一种理念。而工程实现，特别是可扩展性（scalability）层面的大规模实现，则是验证和完善设计的最好手段。“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”，这种治学精神在网络演进和过渡中体现得淋漓尽致，魅力非凡。

　　笔者毫不怀疑，IPv6技术将为现在和未来的数字经济做出巨大贡献。许多经得起验证的设计理念，在IPv6-native环境下将为其上的数字经济构筑更坚实的基础。就在笔者读此书的过程中，2024年7月2日，我国工业和信息化部办公厅和中央网信办秘书局联合发出《两部门关于开展“网络去NAT”专项工作进一步深化IPv6部署应用的通知》，明确提出了淘汰IPv4到IPv4网络地址转换（NAT44）的目标和安排，拓宽IPv6通路。“端到端”再次在架构层面被提起。从国家陆续出台的各个政策和IPv6部署实施的进展来看，我们已经到了临门一脚的时候。

　　《新一代IPv6过渡技术——IPv6单栈和IPv4即服务》这本书体现的精神，同互联网诞生以来这个社区所坚持的一致——把代码跑起来验证想法，持续迭代，追求简单可靠和公开化，等等。这本书不仅讲述IPv6过渡，其带给技术领域的思考则更多。我们正面临很多意义深远的机遇，比如未来网络的协议，比如人工智能历经几个寒冬之后这一波以大模型为代表的兴起等。作为科技工作者来说，我们应该坚持“理论、实践、提升”，迎接下一个技术创新，迎接新一代科学家和工程师的年代。

　　作者：伍海桑（北京志翔科技高级副总裁）

　　责编：陈茜

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