《電子技術(shù)應(yīng)用》
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運(yùn)營商互聯(lián)網(wǎng)IPv6網(wǎng)絡(luò)技術(shù)演進(jìn)探討
姜智峰
中國聯(lián)通研究院研發(fā)部
摘要:   隨著互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,,網(wǎng)民數(shù)量的不斷增加,,全球互聯(lián)網(wǎng)所使用的IPv4地址數(shù)量遇到了發(fā)展瓶頸,;同時(shí),由于互聯(lián)網(wǎng)在人們生活中的日益普及,,泛在網(wǎng),、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的興起,,可能使得我們身邊的每一樣?xùn)|西都需要連入互聯(lián)網(wǎng),更加速其日益走向耗盡的邊緣......
Abstract:
Key words :

  1 互聯(lián)網(wǎng)IPv6及過渡技術(shù)概述
  隨著互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,,網(wǎng)民數(shù)量的不斷增加,全球互聯(lián)網(wǎng)所使用的IPv4地址數(shù)量遇到了發(fā)展瓶頸,;同時(shí),,由于互聯(lián)網(wǎng)在人們生活中的日益普及,,泛在網(wǎng),、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的興起,可能使得我們身邊的每一樣?xùn)|西都需要連入互聯(lián)網(wǎng),,更加速其日益走向耗盡的邊緣,。根據(jù)IANA的報(bào)告顯示,到2012年左右基本沒有再可分配的IPv4地址塊資源,,互聯(lián)網(wǎng)將面臨著一個(gè)網(wǎng)絡(luò)IP地址基礎(chǔ)資源匱乏的危機(jī),。
  為應(yīng)對這一危機(jī),目前普遍認(rèn)為最有效的解決途徑,,便是在互聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用IPv6技術(shù),。IPv6是IETF設(shè)計(jì)的用于替代現(xiàn)行版本IP協(xié)議(IPv4)的下一代IP協(xié)議。與IPV4相比,,IPV6具有以下幾個(gè)優(yōu)勢:具有更大的地址空間,;使用更小的路由表;增加了增強(qiáng)的組播(Multicast)支持以及對流的支持(Flow Control),,這使得網(wǎng)絡(luò)上的多媒體應(yīng)用有了長足發(fā)展的機(jī)會(huì),,為服務(wù)質(zhì)量(QoS,Quality of Service)控制提供了良好的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái),;加入了對自動(dòng)配置(Auto Configuration)的支持,;具有更高的安全性。當(dāng)然,,IPv6并非十全十美,,不可能解決所有問題。如由于IP地址匱乏情況的緊迫,,造成IPv6 未完善地考慮向下兼容的問題,。目前,許多企業(yè)和用戶的日常工作越來越依賴于互聯(lián)網(wǎng),,人們無法容忍在協(xié)議過渡過程中出現(xiàn)的嚴(yán)重問題,;所以,IPv6技術(shù)的采用步驟關(guān)鍵是IPv4向IPv6技術(shù)的過渡演進(jìn)和兩者間的互通的問題,。
  在IPv4向IPv6過渡的初期,,基于IPv6的業(yè)務(wù)還帶有相當(dāng)程度的試驗(yàn)和探索性質(zhì),Internet上的絕大部分應(yīng)用仍然是基于IPv4 的,Internet的主體也仍然采用IPv4,,IPv6網(wǎng)絡(luò)僅在局部構(gòu)成中小型網(wǎng)絡(luò),。這一階段的問題首先是使各個(gè)相對孤立的IPv6網(wǎng)絡(luò)之間能夠相互通信;其次,,IPv6孤島需要訪問的資源大部分仍然處在基于IPv4的Internet主體網(wǎng)絡(luò)中,,需要解決IPv6網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)訪問IPv4網(wǎng)絡(luò)的問題;而且此時(shí)IPv6的地址分配還處在IPv4地址的陰影當(dāng)中,,大量IPv6特定網(wǎng)段的地址或者IPv4向IPv6的映射網(wǎng)段地址構(gòu)成IPv6路由表的重要組成部分,。
  當(dāng)基于IPv6的業(yè)務(wù)普遍實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用后,從IPv4到IPv6的過渡就進(jìn)入了IPv4與IPv6并存的中期階段,。在這一階段,,IPv6網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)形成規(guī)模,構(gòu)成了獨(dú)立于IPv4網(wǎng)絡(luò)的從接入網(wǎng),、駐地網(wǎng)到核心網(wǎng)的完整網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),。這一階段最重要的任務(wù)是如何解決IPv4和IPv6網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)和資源互訪過程中出現(xiàn)的種種問題,其次是如何將IPv4網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)升級(jí)到IPv6,,以及如何將IPv4中的網(wǎng)絡(luò)資源和業(yè)務(wù),、應(yīng)用遷移到IPv6網(wǎng)絡(luò)中去。
  最后,,當(dāng)IPv4網(wǎng)絡(luò)中的絕大部分業(yè)務(wù)和應(yīng)用都遷移到IPv6網(wǎng)絡(luò)以后,,IPv4到IPv6的過渡就進(jìn)入了后期階段。這一階段與初期階段相反,,網(wǎng)絡(luò)的狀況是“IPv4孤島,,IPv6海洋”。要解決的問題變成了如何連接互不連接的IPv4網(wǎng)絡(luò),,如何讓IPv4網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)能夠訪問IPv6網(wǎng)絡(luò)中的資源,。
  2 互聯(lián)網(wǎng)IPv6演進(jìn)方案簡析
  IPv4向IPv6演進(jìn)是一個(gè)長期復(fù)雜的過程,因此在短期內(nèi)不可能一蹴而就,。從實(shí)際情況出發(fā),,目前主要存在“純IP網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)方案”和“MPLS網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)方案”兩種方案。純IP網(wǎng)絡(luò)方案是指仍然在骨干,、城域,、接入層面使用IP網(wǎng)絡(luò)作為承載上層業(yè)務(wù)的基本手段;MPLS網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)方案是指采用MPLS作為承載上層業(yè)務(wù)的基本手段,。
  2.1 純IP網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)方案
  現(xiàn)有IP網(wǎng)絡(luò)向IPv6演進(jìn)時(shí),,可以采用雙棧方式對骨干網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行升級(jí)改造。采用雙棧方式可以保證原有IPv4業(yè)務(wù)和終端不受影響,,并逐步引入采用雙?;蚣僆Pv6
的業(yè)務(wù)和終端,。原有IPv4業(yè)務(wù)平臺(tái)和終端與IPv6業(yè)務(wù)平臺(tái)和終端之間可以通過地址轉(zhuǎn)換/
映射設(shè)備進(jìn)行互通。當(dāng)原有IPv4業(yè)務(wù)平臺(tái)和終端逐步向IPv6過渡時(shí),,仍然可以保持業(yè)務(wù)的正常開展和使用,,方案如圖1所示。

圖1 純IP網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)方案

  方案中IPv4終端與業(yè)務(wù)平臺(tái)之間可以直接采用IPv4通信,;IPv6終端,、業(yè)務(wù)平臺(tái)之間可以直接采用IPv6通信;IPv4終端,、業(yè)務(wù)平臺(tái)與IPv6終端,、業(yè)務(wù)平臺(tái)之間應(yīng)當(dāng)進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換/映射,并將轉(zhuǎn)換之后的地址信息通過路由控制層面在網(wǎng)絡(luò)中傳播,,然后才能實(shí)現(xiàn)互通,。
  2.2 MPLS網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)方案
  現(xiàn)有IP互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)也可以通過部署MPLS技術(shù)逐步向IPv6過渡。對于未部署MPLS的IP網(wǎng)絡(luò),,可以在全網(wǎng)開啟MPLS協(xié)議,并在網(wǎng)絡(luò)邊緣部署雙棧協(xié)議,,通過6PE,、6vPE實(shí)現(xiàn)IPv6協(xié)議的互通,原有IPv4仍然可以使用IPv4以Raw IP方式互通,。IPv6和IPv4的互通需要經(jīng)過地址轉(zhuǎn)換/映射,,并將相應(yīng)地址廣播至IPv4域或MPLS域中,該方案見圖2,。
 對于已經(jīng)部署MPLS的IP網(wǎng)絡(luò),,可以在網(wǎng)絡(luò)邊緣部署雙棧協(xié)議,并通過6PE,、6vPE實(shí)現(xiàn)IPv4和IPv6分別互通,。在網(wǎng)絡(luò)邊緣部署地址轉(zhuǎn)換/映射,并將相應(yīng)地址分別廣播到對方域中,。
  在此方案中,,IPv6分組被封裝在MPLS LSP中進(jìn)行傳送實(shí)現(xiàn)IPv6組網(wǎng),同時(shí)也保證了原IPv4業(yè)務(wù)的正常使用,。
  圖2 MPLS網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)方案

  但由于MPLS技術(shù)較為復(fù)雜,,寬帶互聯(lián)網(wǎng)中用戶與資源數(shù)量龐大,訪問關(guān)系比較復(fù)雜而且不確定,,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和設(shè)備情況復(fù)雜,,因此目前運(yùn)營商多選擇“雙棧骨干網(wǎng)絡(luò)”方案作為演進(jìn)目標(biāo)。
  3 互聯(lián)網(wǎng)IPv6技術(shù)演進(jìn)步驟探討
  中國寬帶互聯(lián)網(wǎng)主要由骨干網(wǎng),、省網(wǎng)/城域網(wǎng),、接入網(wǎng)構(gòu)成,。用戶直接通過接入網(wǎng)、城域網(wǎng)經(jīng)骨干網(wǎng)訪問各種資源并進(jìn)行互訪,。目前寬帶互聯(lián)網(wǎng)中以純IPv4方式承載各種應(yīng)用,。寬帶互聯(lián)網(wǎng)向IPv6演進(jìn)主要涉及骨干網(wǎng)、城域網(wǎng),、業(yè)務(wù)平臺(tái)及公眾用戶的終端,。
  由于寬帶互聯(lián)網(wǎng)非常龐大,涉及內(nèi)容龐雜,,影響范圍大,,需要分步驟、分階段向IPv6演進(jìn),。本文將整個(gè)演進(jìn)初步劃分為“引入期”,、“過渡期”、“成熟期”三個(gè)階段,。
  3.1 引入期
  引入期內(nèi)主要完成骨干網(wǎng)雙棧升級(jí)改造,,為城域網(wǎng)向IPv6演進(jìn)奠定基礎(chǔ)。在城域開展隧道,、雙棧,、NAT等關(guān)鍵技術(shù)的商用實(shí)驗(yàn)。引入期主要解決地址不足帶來的壓力,,在部分區(qū)域內(nèi)部署IPv6或雙棧終端,,開展IPv6實(shí)驗(yàn),對IPv6的技術(shù)成熟度和部署模式進(jìn)行探索,。
  引入期寬帶互聯(lián)網(wǎng)訪問的模型如圖3所示,。引入期主要部署內(nèi)容包括:在骨干網(wǎng)引入雙棧;在城域網(wǎng)部分區(qū)域內(nèi)設(shè)置雙棧BRAS,、CGN,,并對該區(qū)域內(nèi)接入網(wǎng)進(jìn)行改造使之支持IPv6;在城域網(wǎng)內(nèi)部署雙棧BRAS的多個(gè)區(qū)域之間開啟隧道,,實(shí)現(xiàn)城域內(nèi)IPv6分組的透傳,;逐步在自由平臺(tái)中引入雙棧。
圖3 寬帶互聯(lián)網(wǎng)引入期訪問模型

  引入期中大部分平臺(tái),、終端仍然采用IPv4協(xié)議棧,,城域網(wǎng)僅采用IPv4協(xié)議棧、骨干網(wǎng)采用雙棧,。僅在部分區(qū)域內(nèi)部署雙棧BRAS和CGN設(shè)備,,并在該區(qū)域內(nèi)部署IPv6或雙棧終端。
  IPv4系統(tǒng)或終端互訪時(shí),,過程仍然與純IPv4網(wǎng)絡(luò)沒有差別,。
  IPv6終端或系統(tǒng)的互訪可以采用兩種方式實(shí)現(xiàn):方式一,,在雙棧BRAS處建立從源端到目的端的隧道,可以采用6to4,、GRE,、手工隧道、ISATAP等方式將IPv6分組封裝在隧道中傳送,;方式二,,在雙棧BRAS處建立從城域網(wǎng)至骨干網(wǎng)的隧道,在骨干網(wǎng)邊緣將IPv6分組解出,,在骨干網(wǎng)中采用IPv6路由方式傳送分組,,在進(jìn)入目的地城域網(wǎng)時(shí)再次建立1條從骨干網(wǎng)邊緣至目的地雙棧BRAS之間隧道。
  IPv4與IPv6系統(tǒng)或終端互訪時(shí),,首先在IPv6終端/系統(tǒng)所在區(qū)域的BRAS處通過CNG設(shè)備進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換,,轉(zhuǎn)換之后再以IPv4方式互訪。
  3.2 過渡期
  過渡期在引入期基礎(chǔ)上進(jìn)一步擴(kuò)大IPv6部署范圍,。過渡期著重推進(jìn)城域網(wǎng)內(nèi)IPv6的演進(jìn),,在前期自有業(yè)務(wù)平臺(tái)部署IPv6基礎(chǔ)上推進(jìn)其他業(yè)務(wù)平臺(tái)的雙棧部署,同時(shí)進(jìn)一步推動(dòng)終端上IPv6和雙棧的部署,。
  過渡期寬帶互聯(lián)網(wǎng)訪問的模型如圖4所示,。過渡期的主要部署內(nèi)容包括:對城域網(wǎng)進(jìn)行雙棧升級(jí);在前期少量BRAS升級(jí)基礎(chǔ)上,,對所有BRAS進(jìn)行雙棧升級(jí),并建立BRAS與CNG之間的隧道,;部分終端開始部署雙?;蚣僆Pv6協(xié)議;自有平臺(tái)進(jìn)一步推進(jìn)雙棧升級(jí),,并在其他業(yè)務(wù)平臺(tái)上引入雙棧,。
圖4 寬帶互聯(lián)網(wǎng)過渡期訪問模型

  過渡期進(jìn)一步推進(jìn)IPv6在城域網(wǎng)和終端、平臺(tái)的部署,。過渡期完成在城域網(wǎng)的IPv6部署,,并進(jìn)一步向終端和平臺(tái)深化IPv6部署。
  IPv4系統(tǒng)或終端互訪時(shí),,過程仍然與純IPv4網(wǎng)絡(luò)沒有差別,。
  IPv6終端或系統(tǒng)的互訪時(shí),由于已經(jīng)完成了骨干網(wǎng),、城域網(wǎng),、接入網(wǎng)的升級(jí)改造,因此也可以直接互訪與IPv4互訪沒有差別,。
  IPv4與IPv6系統(tǒng)或終端互訪時(shí),,首先IPv6終端/系統(tǒng)通過所在區(qū)域BRAS與CNG之間的隧道實(shí)現(xiàn)地址轉(zhuǎn)換,,然后再采用IPv4或IPv6 直接互通。
  3.3 成熟期
  成熟期基本上完成網(wǎng)絡(luò),、系統(tǒng)的雙棧升級(jí)改造,,重點(diǎn)在于IPv6在終端上的部署,當(dāng)大部分終端采用雙?;蛘呒僆Pv6的方式進(jìn)行通信時(shí),,逐步完成終端向純IPv6的遷移。
  成熟期寬帶互聯(lián)網(wǎng)訪問的模型如圖5所示,。成熟期的主要部署內(nèi)容包括:自由業(yè)務(wù)平臺(tái)和其他業(yè)務(wù)平臺(tái)均完成雙棧升級(jí),,終端完成雙棧或純IPv6部署,,并逐步擴(kuò)大純IPv6的比例,。
圖5 寬帶互聯(lián)網(wǎng)成熟期訪問模型
   成熟期將完成所有業(yè)務(wù)平臺(tái)的雙棧升級(jí),完成所有終端的雙?;蚣僆Pv6部署,,并積極擴(kuò)大純IPv6終端的比例。
  由于網(wǎng)絡(luò),、系統(tǒng),、終端均可以采用IPv6協(xié)議,因此成熟期終端,、系統(tǒng)直接采用IPv6互通,。
  4 運(yùn)營商互聯(lián)網(wǎng)IPv6支持情況及演進(jìn)思路
  中國運(yùn)營商寬帶互聯(lián)網(wǎng)骨干網(wǎng)主要覆蓋至省會(huì)或大城市節(jié)點(diǎn);互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)用戶通過接入網(wǎng),、城域網(wǎng)到達(dá)骨干網(wǎng),。目前運(yùn)營商的互聯(lián)網(wǎng)骨干網(wǎng)絡(luò)設(shè)備對IPv6的支持程度也不相同,目前基本上都支持ISISv6,、OSPFv3和BGP4+等域內(nèi)和域間路由協(xié)議,。互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備基本上均通過IPv6 Ready第一階段認(rèn)證(Phase-1),,能夠支持基本IPv6功能,。但仍有運(yùn)營商的部分路由器尚不能支持NAT-PT功能,必須單獨(dú)部署地址轉(zhuǎn)換設(shè)備,。
  目前互聯(lián)網(wǎng)中的城域網(wǎng),、接入網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在路由協(xié)議上,都能夠支持ISISv6,、OSPFv3和BGP4+等域內(nèi)和域間路由協(xié)議,,部分設(shè)備還支持RIPng協(xié)議;在IPv6 Ready方面部分完成第一階段認(rèn)證(Phase-1),,還有部分完成了第二階段認(rèn)證(Phase-2),;在IPv6其他功能方面,,都能支持雙棧和隧道功能,部分支持NAT-PT功能,。寬帶接入網(wǎng)層面又由于主要采用物理專線或2層技術(shù),,涉及的IPv6問題較少,在此,,不予深入討論,。
  目前中國電信已分三階段啟動(dòng)了IPv6網(wǎng)絡(luò)建設(shè):第一階段,從2009年到2011年進(jìn)行IPv6的試商用,,將主要以IPv4業(yè)務(wù)為主,,啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和平臺(tái)改造;第二階段從2012年到2015年進(jìn)行IPv6規(guī)模商用,,將出現(xiàn)
IPv4與IPv6網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)共存狀態(tài),,進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)和平臺(tái)的規(guī)模改造,業(yè)務(wù)逐步遷移,,新型應(yīng)用和用戶規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大,;第三階段在2015年之后進(jìn)行IPv6全面商用,IPv6應(yīng)用占主導(dǎo),,IPv4網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)平臺(tái)逐步退出,,將解決Ipv4網(wǎng)絡(luò)孤島問題。中國移動(dòng)已在承載網(wǎng)設(shè)備實(shí)驗(yàn)室完成了規(guī)模測試,,在開展了一系列分組域IPv6測試,,提出了一種新的IPv6過渡技術(shù)——PNAT,并在CCSA立項(xiàng)推動(dòng)移動(dòng)終端支持IPv6的技術(shù)要求,,還通過CNGI項(xiàng)目,,中國移動(dòng)開發(fā)了大量基于IPv6的新型業(yè)務(wù),彩信,、WAP等業(yè)務(wù)均已實(shí)現(xiàn)IPv6-Ready狀態(tài);在2009年,,還開展了超高清IPv6視頻通信業(yè)務(wù),,碼速達(dá)到了30M以上;此外,,還設(shè)計(jì)了一套適合家庭的高清業(yè)務(wù),。中國聯(lián)通是CNGI的主要承建之一,2006年成立了通信行業(yè)唯一的下一代互聯(lián)網(wǎng)寬帶業(yè)務(wù)工程實(shí)驗(yàn)室,,在IPv6業(yè)務(wù)的創(chuàng)新方面有所突破,,開展了所有互聯(lián)網(wǎng)話音、數(shù)據(jù),、視頻IPv6化實(shí)驗(yàn),,表明實(shí)施IPv6過渡的技術(shù)已具備,,中國聯(lián)通將穩(wěn)妥適時(shí)的進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)改造完成互聯(lián)網(wǎng)IPv6化。
  5 結(jié)語
  目前,,IPv6的實(shí)際部署處于存在著若干IPv6孤島的狀況,,僅有少量類似中國的CNGI、日本的e-Japan這樣的純IPv6試驗(yàn)性骨干網(wǎng),,同時(shí)Internet的主體仍然使用IPv4的初期階段,。因此,運(yùn)營商和方案設(shè)備提供商們最為關(guān)注的是從IPv4到IPv6的過渡技術(shù),,以及現(xiàn)有電信設(shè)備對IPv6的支持和升級(jí)能力,。國際內(nèi)外相關(guān)的互聯(lián)網(wǎng)組織已經(jīng)成立了專門的標(biāo)準(zhǔn)工作組,制定了相應(yīng)的國際標(biāo)準(zhǔn),,同時(shí),,已建立了大量的實(shí)驗(yàn)網(wǎng),對IPv6技術(shù)和相關(guān)應(yīng)用進(jìn)行了大量的研究以及測試工作,,這些項(xiàng)目包括但不限于:6BONE,、6REN、
CERNET2,、CNGI,。除了這些實(shí)驗(yàn)性的項(xiàng)目,很多的外國公司已經(jīng)開始提供基于IPv6的業(yè)務(wù)和應(yīng)用,,比如:日本NTT的全I(xiàn)Pv6網(wǎng)絡(luò)和美國Comcast的IPv6寬帶接入業(yè)務(wù),。這些工作已為IPv6的采用及向IPv4/IPv6的演進(jìn)做出了有力的支撐??偨Y(jié)這些實(shí)驗(yàn)成果并結(jié)合運(yùn)營商支撐的互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)狀,,將有助于高效、低成本地實(shí)現(xiàn)全互聯(lián)網(wǎng)IPv6化,,邁出向下一代互聯(lián)網(wǎng)堅(jiān)實(shí)的一步,。
 
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