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行動數據通信業務可以說是IPv4位址耗竭的元凶，2007年第一代iPhone問世時，雖然僅支援2G，卻帶動了智慧型手機的風潮，迅速地吞食了資源有限的IPv4位址，IPv6的建置與轉換也與迫在眉睫。以台灣來說，新的行動通信業者若是若是申請IPv4位址，僅能取得四個class C的IPv4位址，相當於210(1,024)個IP。若是申請IPv6位址，可取得/32的IPv6位址，至少可發給232(約43億)個用戶終端使用，可見IPv6在未來數據通信業務所扮演不可或缺的角色。 電信網路的核心功能是溝通，溝通的媒介從有線發展到無線、固定式演進到移動式，這些改變大大地提升了溝通的便利性。溝通的技術從電路交換 (Circuit Switched)模式逐漸轉換成為封包交換(Packet Switched)模式，讓網路從「專線專用」改變成「資源共享」，溝通成本的降低促成應用服務的普及，近年行動通信技術的全面IP化，更是造就了無窮無盡的可能性。 3G及4G與IP網路的關連及比較 自1997年發佈俗稱2.5G的GPRS (General Packet Radio Service)規範以來，行動通信網路正式邁入數據服務時代，IP技術充分應用在行動網路，其中最關鍵的就是GTP (GPRS Tunnelling Protocol)技術，利用基地台到通訊閘道Gateway之間可以動態改變的tunnel，讓用戶在移動時仍然能準確接收IP封包。
GTP tunnel示意圖 2001年Release 4的3G標準，將傳統電信網路使用的SS7 (Signalling System No. 7)建構在IP網路上，2002年Release 5發佈IMS (IP Multimedia Subsystem)標準，制定了VoIP在電信網路中的標準，將語音封包也封裝在tunnel中透過IP來傳送，企圖建構All-IP的網路架構。2008年Release 8發佈LTE標準，核心網路全面IP化，IMS這個當時不受電信業者青睞的構想，此次做為LTE語音服務的標準規範，有越來越多的電信業者採用。當初IMS就是以IPv6為基礎制定的規範，可望透過建置4G網路語音服務的同時佈建IPv6，讓IPv6的滲透率大幅提升。補充說明一點，4G網路的語音服務(VoLTE，Voice over LTE)不是非IMS不可，IMS也不是非IPv6不行，但遵循相同規範會降低網路互連的困難度，這意味著降低資金與技術門檻，電信業者會更積極主動佈建IPv6。 既然4G網路的封包是透過tunnel來傳送，IPv6在4G網路的應用也分成了tunnel內、tunnel外兩層來說明。Tunnel外層和傳統的IP網路相似，目的是維持基地台(eNodeB)和核心網路的閘道(SAE-GW)間的路由暢通，除了漫遊以外，各家業者基本上是一個封閉的IP網路，現今大部分導入IPv6的技術都可以應用，使用IPv6 做為4G的基礎建設。另一方面，Tunnel內層傳送的是信令和用戶資料，行動通信需要大量信令來維持用戶連線狀態，佔用相當的網路資源，用戶資料傳遞關係著應用服務的延續性，在tunnel內層導入IPv6時就需要格外審慎面對。 行動數據通信早在2.5G GPRS標準時就支援IPv6的tunnel技術，但是IPv4封包使用一個tunnel，IPv6封包使用另一個tunnel，3G也是如此，直到4G的標準中，終於制定了dual stack tunnel的規範，經由LTE基地台傳送的IPv4和IPv6的封包可以共用一個tunnel，而經由2G/3G基地台傳送的封包，則是要Release 9的規範中，才制定了dual stack tunnel的標準。
這好比從台北到宜蘭的雪山隧道，規定只能允許汽車通行，電動車要走必須繞遠路或是開通另一條電動車專用的隧道，這樣怎麼想都不是一個好主意，政府在資源有限的情況下，修改交通規則開放電動車通行雪山隧道，自然大大的增加了電動車的便利性。 下表簡述了3GPP規範技術演進與IP發展的關係，目前3G網路大多遵循Release 8以前的標準，Release 8以後的版本則規範了LTE相關標準。
國際上4G用IPv6佈建的的作法 北美最大的行動電信業者Verizon Wireless，擁有超過1.1億用戶，2010年Q4 LTE開商轉後開始導入IPv6，是目前最大的IPv6商用網路之一。Verizon針對Internet服務和IMS語音服務設計不同的網路架構，Internet等數據服務使用IPv6優先的dual stack tunnel技術，至2013年底，已經有超過40%網頁點擊率是經由IPv6所造訪，IPv4的部分則是核發private，再透過NAT44來解決IP位址分享的問題。另外，4G提供語音服務的IMS，則運行在IPv6-only的網路系統，一方面是因為IMS是基於IPv6設計的系統，沒有相容性的問題，另一方面也是在於語音網路交換互連的特性，除了可以透過IP網路互連外，也可以轉換成傳統交換機的電路交換網路對外界溝通，降低IPv6網路佈建時的難度。 北美另一家逾4千萬的用戶T-Mobile採用了不同的策略，在4G網路上同時配置了IPv6-only的網路來提供相容手機的數據服務，只要用戶端設備支援464XLAT功能，更改手機的存取點名稱 (APN，Access Point Name)設定後，可以透過IPv6-only的網路存取Internet網路。T-Mobile宣稱會這麼做的主要原因，是希望盡早將用戶導入IPv6網路，一方面避免NAT技術上的應用限制，另一方面也可以減緩CGNAT設備的投資。 亞洲大部分的4G業者，如日本DOCOMO、韓國SKT，在4G佈建時都採用了dual stack的技術來支援IPv6。 4G用IPv6佈建的問題 在4G網路佈建IPv6有些順勢而為的契機，IPv4到IPv6的轉換技術大多耳熟能詳，下面針對行動通訊網路特有的問題做一些探討。 首先，是技術演進、規範制定與設備研發的落差問題。移動數據通信技術採用3GPP相關協議為主，在嚴格的規範下提升了設備的相容性與互通性，但是手機規格、應用技術、網路架構緊密結合的結果，只要某些設備對IPv6的支援規範不完整，就可能造成IPv6使用上的阻礙。3GPP針對IPv6規範的發展相對緩慢，IPv4v6 dual stack tunnel在3G和4G支援的版本不一致，多數3G網路並沒有達到Release 9的標準，DHCPv6 prefix delegation在Release 10才制定相關規範，這些都增加IPv6在行動通信普及的難度，近年來電信業者在為頻寬不足焦頭爛額之際，很難花心思在不同版本的規範中整合IPv6。 4G在漫遊時處理IPv6也會面臨難題，有的業者支援IPv4、有的業者支援IPv6、有的業者支援IPv4v6 dual stack，電信業者讓自己用戶在出國時都可以正常使用的同時，也希望其他業者的用戶可以順利使用自己的網路，這些地方在4G佈建IPv6時都需要特別考量。 除了網路本身的問題外，尚有許多搭配的系統需要配合IPv6修改，例如通聯記錄(CDR，call detail record)的處理。CDR是電信業者計價收費的依據，也是犯罪偵查的工具之一，過去語音服務CDR紀錄的是電話號碼與通話時間，數據通訊則是紀錄用戶的IP位址和使用量，這些都牽扯到龐大的資料庫和程式邏輯的修改，絕對不是一蹴可及的工程，同時也需要政府相關單位積極配合。 4G用CGNAT的佈建及問題點 CGNAT (Carrier Grade Network Address Translation)在4G網路建置是一定要面對的課題，面對未來廣大的4G應用(例如M2M)，IPv6應該是最好且必要的選擇。 使用dual stack技術來佈建IPv6，需配合NAT44來處理private IP的問題；建置IPv6-only的網路需搭配NAT64作為過渡時期的解決方案。以上都使用NAPT (Network Address and Port Translation)的方式來實現。
CGNAT的問題大多圍繞在如何建立和維持NAT前後的對應關係，可採用Stateful或是Stateless的方式，集中式(Centralized)或分散式(Distributed)佈建和網路規模及架構密切相關；動態分配還是靜態分配port number，關係著IPv4位址共享的效率；如何減少log的產生(A+P)、如何處理安全性的問題等等，都會影響CGNAT的選擇方案。 最近有人宣揚Internet of everything不遺餘力，Internet的應用行為模式千變萬化，對CGNAT技術的需求也不一樣，許多應用在設計時已考慮到CGNAT，也有一些舊的軟體在NAT之後無法正常運作，甚至有些應用現在正常運作，但是隨著使用習慣改變、連線數量的增加都可能造成日後變成無法運作的情況。這些都顯示CGNAT其實是個不得不的過渡方案，業者應想辦法及早導引用戶到IPv6的網路上來避免CGNAT造成的問題。 面臨4G時代IPv4位址不足的問題，CGNAT是一個理想的過渡方案，若是及早佈建IPv6，藉4G發展的機會將用戶導入IPv6環境，搭配DNS64/NAT64來存取IPv4的網路服務，不僅可以減少設備的投資，也可以大幅提升IPv6網路的滲透率，促進IPv6網路環境的健全發展。過去IPv6的推廣一直聚焦在IPv6的內容或終端設備上，好像業者只要備妥IPv6骨幹就好，其他都是用戶終端和內容供應商的問題。此次藉由行動通信邁向4G建置一套全新的網路，順勢導入IPv6在許多方面應該都是水到渠成的一條路。
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