自 2011年互聯(lián)網(wǎng)號碼分配局（IANA）宣布 IPv4 地址已經(jīng)全部分派完畢以來，人們便清楚 IPv6 取代 IPv4 已是大勢所趨。然而許多人可能不知道的是，從 IPv6 的第一個協(xié)議規(guī)范問世至今已經(jīng) 25 年之久。而為何直到今日，我們仍未完全過渡到 IPv6？
對此，來自亞太地區(qū)互聯(lián)網(wǎng)信息中心（APNIC）的首席科學家 Geoff Huston 在其個人博客最新發(fā)表了一篇《The IPv6 Transition》的文章，從技術、應用、以及外在因素等多個角度深度分析了 IPv6 的現(xiàn)狀。Huston 表示，數(shù)據(jù)預測直到 2045 年左右，IPv4 向 IPv6 的過渡才能徹底完成，也就是說，還需大約 20 年的時間，但是他個人認為，IPv4+IPv6 的雙棧模式將會是永久的。
作者 | Geoff Huston 責編 | 蘇宓以下為譯文：
還記得，我在 2022 年 5 月時曾寫過一篇文章，主題為《我們都用上 IPv6 了嗎？》（IPv6 是 IPv4 的下一代互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議）。當時，我樂觀地總結道：盡管還沒有完全完成過渡，但已經(jīng)快了。我認為我們不會在轉向 IPv6 的過程中大張旗鼓，而是會悄悄進行并完成過渡。然而，幾年后，我想對這些結論進行一些修正，談談我們當前向 IPv6 遷移的現(xiàn)狀以及進一步解釋其中的原因。
時下，公共互聯(lián)網(wǎng)向 IPv6 的過渡狀態(tài)仍然讓我們感到困惑。要知道，第一份完整的 IPv6 協(xié)議規(guī)范 RFC 2460（即互聯(lián)網(wǎng)工程任務組發(fā)布的 IPv6 協(xié)議規(guī)范）于 1998 年 12 月發(fā)布，距今已有 25 年了。IPv6 的目的是為了替代 IPv4，因為 IPv4 的地址資源即將耗荊然而，盡管 IPv4 地址在十多年前已經(jīng)用完，但互聯(lián)網(wǎng)還是主要依賴 IPv4 運行。這場向 IPv6 的過渡已經(jīng)進行了 25 年，如果 IPv4 地址耗盡曾經(jīng)讓大家感到緊迫感的話，那么我們已經(jīng)適應了這種“地址耗盡”的狀態(tài)。也許現(xiàn)在是時候再次提出這個問題了：這場向 IPv6 的過渡還需要多久才能完成？
在 APNIC Labs（亞太網(wǎng)絡信息中心實驗室），我們已經(jīng)監(jiān)測 IPv6 普及情況超過十年了。我們采用的方法是從互聯(lián)網(wǎng)用戶的角度來觀察網(wǎng)絡，測量能夠通過 IPv6 訪問特定服務的用戶比例。數(shù)據(jù)是通過一個嵌入在線廣告的腳本收集的，這些廣告投放到不同的用戶群體中，持續(xù)采樣。
圖1 展示了從 2014 年到現(xiàn)在，全球互聯(lián)網(wǎng)用戶中使用 IPv6 的比例，圖源：APNIC 實驗室數(shù)據(jù)
一方面，圖 1 顯示出經(jīng)典的“持續(xù)增長曲線”，意味著 IPv6 的采用率在不斷上升。但問題在于 Y 軸上的數(shù)值。到了 2024 年，只有略多于三分之一的互聯(lián)網(wǎng)用戶能夠訪問僅支持 IPv6 的服務。其他用戶仍然只能使用 IPv4 的網(wǎng)絡。
這似乎是一個非常反常的情況。十多年前，IPv4 地址就已經(jīng)分配完了，然而互聯(lián)網(wǎng)不僅在“無新地址”的情況下繼續(xù)運行，還能應對越來越多的聯(lián)網(wǎng)設備。到 2024 年底，估計全球有大約 200 億臺設備使用互聯(lián)網(wǎng)，但互聯(lián)網(wǎng)的 IPv4 路由表只包含大約 30.3 億個唯一的 IPv4 地址。互聯(lián)網(wǎng)的原始設計假設每個設備都有自己獨立的 IP 地址，但如今每個 IPv4 地址平均要被 7 臺設備共享，然而似乎一切運作正常！如果“端到端”（每臺設備都有獨立地址）是互聯(lián)網(wǎng)架構的核心原則，那么對于仍使用 IPv4 訪問和服務的用戶來說，這個原則已經(jīng)不再適用了。
IPv6 是為了應對 IPv4 面臨的問題設計的。IPv6 協(xié)議中的 128 位地址字段提供了足夠的地址空間，能夠讓每個聯(lián)網(wǎng)設備都擁有自己獨一無二的地址。IPv6 的設計非常保守，簡而言之，它就是“擁有更大地址空間的 IPv4”。雖然 IPv6 在一些地方做了調整，比如數(shù)據(jù)包分片控制（數(shù)據(jù)包分片是為了讓大的數(shù)據(jù)包可以在網(wǎng)絡上傳輸時被拆分）、地址獲取協(xié)議（IPv4 中的地址解析協(xié)議 ARP 在 IPv6 中被鄰居發(fā)現(xiàn)協(xié)議替代）以及 IP 選項字段的變化，但上層的傳輸協(xié)議（如 TCP 和 UDP）保持不變。IPv6 的設計目標是讓這個變化在網(wǎng)絡協(xié)議棧中的一層基本是“隱形”的，而不是帶來一個完全新的網(wǎng)絡模式。
從這個意義上說，IPv6 是對 IPv4 的一個小幅度改進，它確實達到了這一目標。但由于這個變化相對溫和，IPv6 在協(xié)議的使用和性能方面并沒有帶來明顯的提升。IPv6 并沒有比 IPv4 更快、更靈活或更安全。它的主要好處是防止 IPv4 地址用盡這一未來風險。從市場的角度看，許多市場（包括互聯(lián)網(wǎng)在內）通常對未來風險的預期給出較低的優(yōu)先級。因此，推動這場過渡的動力是多種多樣的，因為部署 IPv6 并不能立即帶來成本降低、收入增加或市場份額擴大的明顯好處。在網(wǎng)絡領域，市場行為是協(xié)調各方行動的關鍵，這種對 IPv6 價值的不同看法導致了個體參與者的猶豫不決，進而使得整個過渡進展緩慢，大家并沒有感受到共同的緊迫感。
為了說明這一點，我們可以看看圖 1 中的時間序列，問這樣一個問題：“如果 IPv6 的普及率繼續(xù)以當前的速度增長，還要多久所有設備都能支持 IPv6？”這是指在圖 1 的數(shù)據(jù)上加一條線性趨勢線，并找到趨勢線達到 100% 的日期。根據(jù)從 2020 年 1 月到現(xiàn)在的數(shù)據(jù)，使用最小二乘法擬合出一條線性趨勢線，我們可以得到圖 2。
這個預測表明，到 2045 年左右，這場過渡才能完成，距離現(xiàn)在還有大約 20 年。需要注意的是，這個預測并沒有深度考慮各類服務提供商、消費者和網(wǎng)絡實體的行為。唯一的假設是，未來的形勢將會與近期過去的情況保持一致。換句話說，這個預測假設“明天會和今天差不多”。
圖 2 IPv6 采用率預測，APNIC 實驗室數(shù)據(jù)
圖2 中預測的日期并不是最大的擔憂，令人關心的是這個模型預測 IPv6 的過渡還要持續(xù) 20 年。如果 IPv6 的設計初衷是為了讓所有連接互聯(lián)網(wǎng)的設備都能擁有一致的、唯一的地址，那么這個“唯一設備地址”的概念從 2015 年到 2045 年總共被擱置了約 30 年，這就讓人質疑這種唯一設備地址框架的作用和價值了！如果我們可以在沒有這種一致的設備地址架構下，仍然運行一個功能完善的互聯(lián)網(wǎng)長達三十年，那么未來為什么還需要恢復這種地址一致性呢？如果 IPv6 的意義不是為了實現(xiàn)地址一致性，那它的作用是什么？
IPv6 的過渡似乎出了很大的問題，這正是我在這篇文章中想要探討的。
一點歷史背景
到 1990 年，人們就已經(jīng)發(fā)現(xiàn) IP 協(xié)議（互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議）存在問題。那時互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模還很小，但增長模式呈指數(shù)級，每 12 個月就會翻一番。我們當時正面臨 IPv4 中的 B 類地址池即將用盡的問題，如果不采取措施，這個地址池將在 1994 年徹底枯竭（見圖 3）。
圖 3 IPv4 耗盡預測，F(xiàn)rank Solensky，第 18 屆 IETF 會議記錄，1990 年 8 月
當時我們還給路由系統(tǒng)帶來了壓力。1992 年部署的路由器只有足夠的內存來支持 12 到 18 個月的路由增長。這種路由和地址分配的壓力在當時通過 IETF（互聯(lián)網(wǎng)工程任務組）發(fā)起的 ROAD 項目（RFC 1380）一起解決。
IETF 提出了一系列短期、中期和長期的解決方案來應對這個問題。
短期內，IETF 放棄了基于固定類的 IPv4 地址計劃，轉而采用可變大小的地址前綴模型。路由協(xié)議（如 BGP，邊界網(wǎng)關協(xié)議）也迅速修改，以支持這種無類別地址前綴。
可變大小的地址前綴給地址分配過程帶來了額外的負擔，因此中期的解決方案是互聯(lián)網(wǎng)社區(qū)采用了區(qū)域互聯(lián)網(wǎng)注冊機構（RIR）的架構，每個地區(qū)的組織來負責各自區(qū)域的詳細地址分配和注冊功能。通過這些措施，地址分配的效率大幅提高，資源分配也變得更加精準。這使得更加保守的地址分配策略得以實施，提升了地址利用效率。此外，網(wǎng)絡地址轉換（NAT）技術的概念在互聯(lián)網(wǎng)服務提供商（ISP）中也逐漸流行。NAT 不僅簡化了 ISP 的地址管理，還在減少整體地址消耗壓力方面起到了重要作用。
這些措施的實施把本來兩年內就會爆發(fā)的危機推遲到了更容易管理的十年時間內。然而，這些措施并沒有被認為是長久之計。當時的觀點是，真正有效的長期解決方案需要擴展 IPv4 中 32 位的地址字段。當時計算機領域正在從大型機向筆記本過渡，未來設備體積進一步縮小并嵌入式設備大量部署的趨勢已經(jīng)顯而易見。而 40 億個 IPv4 地址空間遠不足以應對接下來計算機世界可能出現(xiàn)的情況。
然而，設計一個擁有更大地址空間的新網(wǎng)絡協(xié)議，并不可能與現(xiàn)有的 IPv4 系統(tǒng)向后兼容。因此，關于如何解決這個問題，有幾種不同的思路。一種方法是完全轉向使用 OSI 協(xié)議棧中的無連接傳輸模式，采用 OSI 的 NSAP 地址。另一種方法是盡可能少地修改 IP 協(xié)議，只改變地址字段的大校還有一些建議提出對 IP 模型進行重大修改。
到 1994 年，IETF 最終決定采用最小修改的方法，這就是 IPv6。IPv6 將地址字段擴展到 128 位，增加了一個流 ID 字段，改變了分片的行為，并將其推入了可選頭部，替換了 ARP（地址解析協(xié)議），改用組播方式。
最終，IPv6 并沒有提供 IPv4 沒有的任何新功能。它也沒有對 IP 的操作方式進行任何重大改動。它只是 IP 協(xié)議，但地址空間更大。
過渡
雖然當時 IPv6 的設計引起了很多關注，但對于網(wǎng)絡從 IPv4 向 IPv6 的過渡問題，卻沒有引起同樣的重視。
當時有一種天真的想法，認為既然 IPv4 被廣泛采用，IPv6 也會自然而然地流行起來，因此不需要過多考慮過渡過程。最初的設想是，網(wǎng)絡、設備和應用程序將同時支持 IPv4 和 IPv6，形成“雙棧”（dual stack）環(huán)境，然后逐步淘汰 IPv4 的支持。
然而，這個計劃中出現(xiàn)了很多問題，最嚴重的可能是資源分配問題�；ヂ�(lián)網(wǎng)當時發(fā)展非常迅速，大家大部分精力都花在應對日益增長的需求上。更多的用戶、更大的容量、更強的服務器、更多的內容和服務、更快的響應、更好的安全性和防御這些都與一個共同的主題相關：規(guī)�；�。我們要么集中資源滿足規(guī)�；男枨螅粗铝τ诓渴� IPv6。之前采取的短期和中期措施已經(jīng)緩解了地址枯竭的緊迫性，所以在優(yōu)先級上，擴展互聯(lián)網(wǎng)的規(guī)模比 IPv6 過渡更重要。在 1995 年到 2005 年這十年間，IPv6 幾乎被業(yè)界忽視了。IPv4 地址仍然可用，而無類別域間路由（CIDR）的采用以及更為保守的地址分配策略將 IPv4 地址耗盡的預期推遲了幾十年。當時有更多緊迫的操作和政策問題需要行業(yè)關注。
然而，這只是暫時的喘息。到 2000 年代中期，隨著 iPhone 等智能設備的推出，規(guī)模化問題以全新的方式加速。突然間，這不僅僅是數(shù)千萬或數(shù)億家庭和企業(yè)的問題，而是轉變?yōu)閿?shù)十億個人及其設備的規(guī)�；魬�(zhàn)，同時還加入了“移動性”的因素。智能設備的生產(chǎn)規(guī)模迅速攀升，每年的出貨量達到數(shù)億臺。這正是 IPv6 被視為必要的原因，但此時我們并沒有做好部署 IPv6 的準備。相反，我們加消耗剩余的 IPv4 地址，并用 IPv4 支持了首批大規(guī)模移動服務。當時在移動領域，“雙�！鄙踔炼疾皇且粋�可行的選擇。由于 3G 基礎設施的經(jīng)濟限制，在 3G 平臺上部署雙棧是不現(xiàn)實的，因此首批移動服務主要依賴 IPv4 和網(wǎng)絡地址轉換（NAT）。
與此同時，互聯(lián)網(wǎng)的去中心化特性阻礙了 IPv6 的過渡。如果沒有主機支持 IPv6，開發(fā)支持 IPv6 的應用程序又有何意義？如果沒有互聯(lián)網(wǎng)服務提供商（ISP）提供 IPv6 支持，主機添加 IPv6 功能又有何用？如果沒有主機和應用程序支持 IPv6，ISP 又為何要部署 IPv6？因此，在 IPv6 的過渡過程中，什么也沒發(fā)生。
打破這種互相依賴僵局的最早嘗試來自操作系統(tǒng)開發(fā)者，他們將全功能的 IPv6 網(wǎng)絡棧集成到不同版本的 Linux、Windows 和 Mac OS 中，iOS 和 Android 的移動網(wǎng)絡棧也加入了 IPv6 支持。
然而，即使這樣，也不足以推動 IPv6 過渡進入關鍵階段。有人認為，這種情況甚至使 IPv6 的過渡更加困難，延緩了數(shù)年。問題在于，支持 IPv6 的主機開始希望使用 IPv6，但這些主機就像“IPv6 孤島”，孤立在 IPv4的“海洋”中。于是，過渡的重點轉向了通過 IPv4 網(wǎng)絡隧道傳輸 IPv6 數(shù)據(jù)包（如圖 4 所示）。雖然當你在控制隧道兩端時可以手動進行隧道操作，但這種方法并不實用。我們真正需要的是一種自動的隧道機制，能夠處理所有這些細節(jié)。
圖 4 IPv6 過渡的第一階段
IPv6 過渡最早受到關注的一種方法叫做“6to4”。6to4 的問題之一是它需要使用公開的 IPv4 地址，這意味著它不能為通過 NAT（網(wǎng)絡地址轉換）設備連接到網(wǎng)絡的 IPv6 主機提供服務。更糟糕的是，防火墻通常不知道如何處理這些 6to4 數(shù)據(jù)包，出于安全考慮，默認會拒絕這些連接。因此，6to4 連接在公共互聯(lián)網(wǎng)上的失敗率達到了 20% 到 30%，這讓它幾乎無法作為一種可靠的主流服務使用。
此外，為了讓設備在 NAT 后面還能連接到外部網(wǎng)絡，人們開發(fā)了另一種自動隧道機制叫 Teredo，它可以檢測并穿透 NAT。然而，Teredo 的連接失敗率更高，達到了大約 40%。
這些早期的 IPv6 過渡工具表現(xiàn)非常差，極其不可靠。即使它們能工作，連接也很不穩(wěn)定，速度也比 IPv4 慢。結果可以預見，盡管有些不公平，這些過渡機制不僅被認為不好，就連 IPv6 本身也因此受到了負面評價。
一直到 2011 年左右，IPv6 在公共互聯(lián)網(wǎng)上基本上被忽視了。盡管有少數(shù)服務提供商嘗試部署 IPv6，但他們面臨著各種各樣的挑戰(zhàn)，需要自己和供應商共同努力來解決。而且，由于 IPv6 上缺乏內容和服務，過渡的價值顯得十分有限。因此，幾乎沒有實質性的進展。
終于有了進展！
2011 年初，負責管理全球 IPv4 地址池的 IANA（互聯(lián)網(wǎng)號碼分配局）耗盡了中央 IPv4 地址池，亞太地區(qū)的互聯(lián)網(wǎng)注冊機構 APNIC 也在當年 4 月用盡了其通用地址分配池。直到這時，ISP 行業(yè)才開始更加專注于IPv6的過渡。
與此同時，移動通信行業(yè)開始向 4G 服務過渡。3G 和 4G 之間的一個重要區(qū)別是，4G 移除了從網(wǎng)關到設備的無線接入網(wǎng)絡中的 PPP 隧道，取而代之的是 IP 環(huán)境。這使得 4G 移動運營商可以在沒有額外成本的情況下支持雙棧（即同時支持 IPv4 和 IPv6），這極大地促進了 IPv6 的推廣。與使用 NAT 將 IPv4 映射到 IPv6 或反過來相比，雙棧原生支持更加穩(wěn)定和高效。
從 2012 年到 2018 年初，IPv6 的部署水平從 0.5% 上升到了 17.4%。此時，許多網(wǎng)絡已經(jīng)開始支持原生 IPv6，而不再依賴隧道機制。
圖 5IPv6 過渡的第 2 階段
問題在于，我們在這個過渡階段行動得太晚。原本的目標是要在 IPv4 地址耗盡之前，讓每個網(wǎng)絡和主機都具備 IPv6 支持。
圖 6 IPv6 過渡計劃
然而，到 2012 年，我們面臨了一個更具挑戰(zhàn)性的局面。IPv4 地址池迅速枯竭，各個區(qū)域的地址政策社區(qū)采取了非常保守的分配策略，以盡量節(jié)省剩余的地址資源。同時，IPv6 的采用率仍然很低，IPv6 的過渡計劃幾乎已經(jīng)破裂。
圖 7 2012 年 IPv6 過渡計劃
NAT 與地址稀缺帶來的壓力
在這個階段，互聯(lián)網(wǎng)別無選擇。
為了在 IPv6 普及之前維持 IPv4 網(wǎng)絡的增長，我們轉向了網(wǎng)絡地址轉換（NAT）。NAT 對互聯(lián)網(wǎng)工程任務組（IETF）來說是個棘手的問題�；ヂ�(lián)網(wǎng)的核心理念是實現(xiàn)端到端的通信，而中間不進行干預。然而，NAT 在這個模型中打破了這種純粹的端到端通信，增加了網(wǎng)絡對特定設備的依賴。NAT 還削弱了網(wǎng)絡的靈活性，并限制了只能使用 TCP 和 UDP 這兩種傳輸協(xié)議。
IETF 一直抵制將 NAT 行為標準化的嘗試，可能是因為他們擔心一旦 NAT 的行為被標準化，會賦予 NAT 合法性，而這是許多 IETF 成員不愿看到的。但這種抵制并沒有阻止 NAT 的廣泛部署。IPv4 地址已經(jīng)耗盡，而 IPv6 還沒有普及，因此 NAT 成了最方便的解決方案。然而，不同廠商實現(xiàn)的 NAT 行為差異很大，特別是在處理 UDP（用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議）時。這給軟件增加了復雜性。如果某個應用程序要做復雜的事情，比如連接多個用戶，它就需要動態(tài)檢測網(wǎng)絡路徑中使用的 NAT 類型。
盡管存在這些問題，NAT 依然是應對 IPv4 地址枯竭的低摩擦解決方案，因為它們可以獨立部署，不需要依賴其他外部網(wǎng)絡。然而，IPv6 的部署則需要其他網(wǎng)絡和服務器也支持 IPv6。NAT 對地址的利用效率非常高，因為它不僅利用了 16 位的源端口字段，還可以通過時間共享的方式進一步提升地址使用效率。事實上，我們能夠在今天支撐數(shù)十億臺設備同時連接互聯(lián)網(wǎng)，很大程度上歸功于 NAT 的廣泛使用。
服務器架構也在發(fā)生變化。傳輸層安全協(xié)議（TLS）被引入到網(wǎng)頁服務器中，允許客戶端在建立 TLS 會話時告訴服務器它想要連接的服務名稱。這不僅讓 TLS 能夠驗證服務的真實性，還允許服務器在一個平臺上托管大量服務（僅使用一個 IP 地址），并通過這個 TLS 服務器名稱指示（SNI）來區(qū)分不同的服務。因此，服務器平臺可以通過名字（即 DNS 名稱）來選擇服務，這使得一個服務器平臺可以為大量不同的服務器提供服務。NAT 的廣泛使用和服務器資源共享的做法緩解了整個 IPv4 地址環(huán)境的壓力。
展示 IPv4 地址稀缺壓力變化的一個好辦法就是觀察過去十年間地址轉讓的市場價格。稀缺性通常會反映在市場價格中。圖 8 展示了 IPv4 地址交易價格的時間序列。
圖 8 IPv4 地址轉讓的市場價格（數(shù)據(jù)來自 Hilco Streambank）
在 COVID 疫情爆發(fā)期間（2021 年），IPv4 地址的價格急劇上升，但之后價格回落，目前每個 IPv4 地址的價格在 30 到 40 美元之間，雖然價格區(qū)間從 26 到 42 美元不等，但在 2024 年總體比較穩(wěn)定。這些價格數(shù)據(jù)表明，2024 年 IPv4 地址仍有需求，但供需之間已經(jīng)趨于平衡，市場上沒有表現(xiàn)出“稀缺溢價”，也就是說，地址市場上沒有因稀缺而大幅漲價。這表明 NAT（網(wǎng)絡地址轉換）在提升 IPv4 地址利用效率上起到了很大作用，因為它通過使用端口號的 16 位空間和共享地址池，大大延長了 IPv4 的使用壽命。
不過，不只是 NAT 幫助緩解了 IPv4 地址的稀缺。數(shù)據(jù)顯示，過去十年間， IPv6 的采用率上升，已經(jīng)覆蓋了大約 40% 的互聯(lián)網(wǎng)用戶。大多數(shù)應用程序（包括瀏覽器）支持“Happy Eyeballs”技術，這意味著如果 IPv6 和 IPv4 同時可用，應用程序會優(yōu)先使用 IPv6。隨著越來越多的網(wǎng)絡提供商推出 IPv6 服務，IPv6 的使用優(yōu)先級減輕了對 IPv4 地址池的壓力，NAT 的使用需求也相應減少。
過渡期還要持續(xù)多久？
現(xiàn)在我們處于 IPv6 過渡的中期階段，那么問題是：這次過渡還會持續(xù)多久？
這個問題看似簡單，但實際上需要進一步解釋。什么時候我們才能宣布 IPv6 過渡完成呢？是等到互聯(lián)網(wǎng)不再有任何基于 IPv4 的流量嗎？還是等到公共互聯(lián)網(wǎng)服務不再需要 IPv4？又或者是當 IPv6 唯一的服務就能順利運行的時候？還是等到 IPv4 地址價格完全崩潰時？
或許，我們可以采取一種更務實的態(tài)度，把“完成”定義為不再需要 IPv4 的時刻。這意味著當一個服務提供商能夠只用 IPv6 來運行互聯(lián)網(wǎng)服務，并且不再提供任何支持 IPv4 的訪問方式時，就可以認為過渡完成了。
這意味著 ISP 必須提供 IPv6 服務。同時，所有與互聯(lián)網(wǎng)連接的邊緣網(wǎng)絡和設備（如家庭網(wǎng)絡和用戶的電腦、手機）也都需要支持 IPv6。因為到了過渡完成的時刻，ISP 將不再提供 IPv4 服務。此外，所有用戶訪問的服務也必須支持 IPv6，包括主流的云服務平臺、流媒體服務、內容分發(fā)平臺，以及像 Slack、Xero、Atlassian 等專門的平臺。據(jù) Internet Society 的 Pulse 數(shù)據(jù)顯示，目前全球前 1000 個網(wǎng)站中，只有約 47% 的網(wǎng)站可以通過 IPv6 訪問，顯然還有很多服務平臺需要做出改進，而這將需要更多時間。
當我們觀察美國的 IPv6 普及數(shù)據(jù)時，還有一些有趣的現(xiàn)象（如圖 9 所示）。
圖 9 2014 年至今美國 IPv6 采用情況，APNIC 實驗室數(shù)據(jù)
數(shù)據(jù)顯示，自 2019 年中期以來，美國的 IPv6 使用率保持不變。為什么在這部分互聯(lián)網(wǎng)中，IPv6 的過渡沒有進一步推進呢？我認為，根本原因是互聯(lián)網(wǎng)架構發(fā)生了重大變化。
互聯(lián)網(wǎng)架構的變化
互聯(lián)網(wǎng)架構的一個主要變化是它不再完全依賴于 IP 地址。現(xiàn)在，用戶不再需要一個長期有效的、唯一的公共 IP 地址就能與服務器和服務進行通信。同樣，服務器也不需要依賴唯一的公共 IP 地址來向用戶提供服務或內容。當每個用戶和每個服務都不需要唯一的公共 IP 地址時，地址短缺的問題就變得不那么嚴重了。
有些跡象表明這種架構變化帶來的影響，例如，互聯(lián)網(wǎng)內部的經(jīng)濟模式也在發(fā)生變化。最初，IP 協(xié)議是為了讓連接設備之間相互通信。ISP（網(wǎng)絡服務提供商）為用戶提供連接內容和服務所需的資源。那時，網(wǎng)絡服務的成本占據(jù)了互聯(lián)網(wǎng)運營成本的大部分，而且距離是網(wǎng)絡中最主要的成本因素。那些提供遠距離通信服務的 ISP（所謂的“傳輸供應商”）占據(jù)主導地位。因此，我們花了大量時間處理網(wǎng)絡服務提供商之間的互聯(lián)、客戶/供應商關系以及各種對等連接和交換協(xié)議。ISP 實際上充當了調配稀缺遠距離通信能力的中介角色，這是經(jīng)典的網(wǎng)絡經(jīng)濟模式。
圖 10 經(jīng)典網(wǎng)絡經(jīng)濟
多年間，通信服務的需求遠超可用資源，價格成為平衡供需的調節(jié)工具。但隨著摩爾定律的持續(xù)影響，計算和通信成本不斷下降，一切都發(fā)生了變化。
最明顯的變化是單個集成電路中晶體管的數(shù)量大幅增加。圖 11 顯示了自 1970 年以來晶體管數(shù)量的變化。
2024 年最新的芯片是蘋果的 M3 芯片，采用 3nm 工藝，擁有高達 920 億個晶體管。除了為 AI 基礎設施提供動力之外，現(xiàn)代的處理能力已經(jīng)成為廉價且充足的資源。
集成電路生產(chǎn)技術的持續(xù)進步也影響了存儲的大小和單位成本。雖然存儲器的速度在過去十多年中基本保持不變，但單位存儲成本則一直呈指數(shù)級下降。存儲資源變得非常充足。
這種處理能力的提升同樣深刻影響了通信成本和容量。光纖通信系統(tǒng)的限制因素是數(shù)字信號處理器和調制器的能力，隨著硅芯片技術的進步，發(fā)射器和接收器的信號處理能力得到提升，光纖電路上的單波長容量也得以增加。
處理、存儲和傳輸容量從資源稀缺到資源充裕的變化，極大改變了互聯(lián)網(wǎng)的服務模式。如今，我們預先在靠近用戶的網(wǎng)絡邊緣位置部署內容和服務的副本，并盡可能從這些邊緣節(jié)點向附近的訪問網(wǎng)絡提供內容和服務。這一做法推動了內容分發(fā)網(wǎng)絡（CDN）的擴展，使其幾乎涵蓋了互聯(lián)網(wǎng)上的所有內容和服務。在這樣做的過程中，距離因素從網(wǎng)絡交易中被消除，大多數(shù)網(wǎng)絡交易都是在較短的距離內完成的。
結果是，消除了向用戶推送內容和服務的距離。我們能夠利用 5G 移動網(wǎng)絡的巨大潛力，避免了在高延遲連接上傳輸協(xié)議效率低下的問題。如今的接入網(wǎng)絡擁有更大的總容量，且服務平臺與用戶的物理距離較近，使得傳輸協(xié)議可以更好地利用這種容量，而低延遲連接的傳輸會更加高效。通過更短距離的高容量電路進行服務交互，互聯(lián)網(wǎng)速度大幅提升。
不僅僅是“更大”、“更快”，現(xiàn)在的通信、處理和存儲資源充裕，使得互聯(lián)網(wǎng)運營成本大幅下降。這種環(huán)境中的許多業(yè)務都依賴于廣告市場這個集體資產(chǎn)，而個人幾乎無法單獨資本化這一點。這一切的結果是，曾經(jīng)只有少數(shù)人才能享用的奢侈服務，如今已經(jīng)成為大眾可負擔的普及化服務。
除了更大、速度更快和成本更低，數(shù)字環(huán)境中基礎資源的充裕還改變了互聯(lián)網(wǎng)的經(jīng)濟模式。網(wǎng)絡作為稀缺通信能力仲裁者的角色已經(jīng)淡化，互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟的焦點也從基礎網(wǎng)絡層轉移到了應用和服務層。
圖 14 網(wǎng)絡經(jīng)濟的轉型
現(xiàn)在讓我們回到向 IPv6 過渡的情況。這需要網(wǎng)絡運營商進行投資，首先切換到雙棧平臺（即同時支持 IPv4 和 IPv6），最終則完全移除 IPv4 的支持。但是，如果 IPv4 加上網(wǎng)絡地址轉換（NATs）能夠充分滿足傳輸功能的話，那么就沒有動力讓內容和服務提供商支付額外費用來使用雙棧平臺。
那么，到了 2024 年，我們處于什么狀態(tài)呢？
今天的公共互聯(lián)網(wǎng)主要是通過 CDN 來盡可能接近用戶來推送內容和服務。多個服務共享同一個底層平臺，這主要依靠 TLS（傳輸層安全協(xié)議）來實現(xiàn)，并通過 TLS 握手過程中的 SNI 字段來選擇具體的服務。我們用 DNS 來找到離用戶最近的服務點。CDN 的目標是直接連接到用戶所在的網(wǎng)絡，這樣在 CDN 內部就會形成一個簡化的路由表，使得數(shù)據(jù)傳輸更高效。從這個角度看，DNS 已經(jīng)承擔了原本由路由完成的工作！雖然我們現(xiàn)在并沒有直接路由“名字”，但互聯(lián)網(wǎng)的實際工作方式卻很像一個基于名字的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡。
這一架構變化對互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生了一些額外的影響。雖然 TLS（傳輸層安全協(xié)議）存在不少爭議，但它確實是目前互聯(lián)網(wǎng)上驗證真實性的主要手段。DNSSEC（域名系統(tǒng)安全擴展）到現(xiàn)在也沒有得到廣泛的應用，因為它太復雜、不夠穩(wěn)定，而且對于很多服務和用戶來說太慢了。盡管有人認為 DNSSEC 的優(yōu)點足以容忍它的缺點，但大多數(shù)域名持有者和用戶并不這么認為，再多的推廣也無法改變這一現(xiàn)實。這表明，重要的是服務能夠證明自己是由名稱所有者運營的，而不只是名稱映射到 IP 地址。另外，RPKI（資源公鑰基礎設施）雖然用于保護 BGP 路由協(xié)議中的信息傳遞，但在不需要路由的服務網(wǎng)絡中，其實用處不大。
這些觀察結果表明，IPv6 過渡進展緩慢并不是因為行業(yè)愚蠢或短視，而是另有原因。事實上，IPv6 本身并不是許多最終用戶服務所必需的。我們已經(jīng)成功地將基于 1980 年代的地址架構擴展了超過十億倍，通過將核心依賴從地址轉向名稱。嘗試切換到另一個僅僅略有不同的 1980 年代地址架構（除了地址更長之外）并沒有帶來真正的長期好處。
從長遠來看，這一切將如何發(fā)展？我們將越來越多地把內容和服務從網(wǎng)絡推向應用程序。傳輸基礎設施正變得越來越普及和廉價。網(wǎng)絡共享技術（如復用）變得越來越不重要。由于我們擁有大量的網(wǎng)絡和計算資源，不再需要把用戶帶到服務所在地。相反，我們將服務送到用戶身邊，并利用內容框架來復制服務器和服務。隨著計算和存儲能力的增強，應用程序本身已經(jīng)成為服務的一部分，而不僅僅是遠程服務的一個窗口。
如果是這樣，網(wǎng)絡本身還會那么重要嗎？在過去幾十年里，我們逐漸減少了對網(wǎng)絡中心化功能的依賴，取而代之的是簡單且廉價的數(shù)據(jù)傳輸通道。雖然這種通道速度快、成本低，但應用程序需要在其上添加自己的功能。當我們將這些功能推向網(wǎng)絡邊緣，并最終脫離網(wǎng)絡時，剩下的就只是簡單的“傻管道”。
這時候，有必要問一下：到底是什么定義了互聯(lián)網(wǎng)？傳統(tǒng)的答案是：“一個共享的傳輸結構、一套通用的協(xié)議和一個通用的地址池�！钡F(xiàn)在這仍然適用嗎？或者今天的網(wǎng)絡更像是“一組通過共同命名空間來共享的不同服務”？
當我們考慮現(xiàn)在的互聯(lián)網(wǎng)時，端點協(xié)議地址的選擇真的重要嗎？普遍唯一的端點尋址可能是 1980 年代的概念，它現(xiàn)在是否已經(jīng)過時了？如果網(wǎng)絡活動都是本地化的，那么還需要全球唯一的端點地址嗎？如果我們找不到全球唯一地址的意義，為什么還要堅持使用它們？誰來決定何時放棄這一概念？這是否是一個市場行為，即使用本地地址的網(wǎng)絡可以通過降低成本獲得優(yōu)勢？還是說，傳輸服務已經(jīng)足夠便宜，以至于放棄全球唯一地址帶來的好處微乎其微，不值得考慮？
而在我們思考這些問題的同時，我們不妨問問自己：參考框架在網(wǎng)絡中的作用是什么呢？如果沒有一個共同的參考標準，我們如何有效地溝通？當我們想到參考框架時，“共同”意味著什么？我們如何將‘模糊’的人類語言空間與嚴格約束的確定性計算機符號空間結合起來？
當然，這里有很多值得思考的問題！
那么，這將 IPv6 的過渡置于何處？我認為我們將會長時間停留在雙棧世界里。似乎沒有人愿意去完成過渡，也沒有人想退回到僅使用 IPv4 的時代。這就是我們現(xiàn)在的情況，部分過渡到 IPv6 的狀態(tài)似乎變得越來越像是永久的了！
