面向3G移動通信系統(tǒng)IPv6解決方案

1.　　 IPv6的市場驅(qū)動力

　　由于近年來 Internet及互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的蓬勃發(fā)展, 使用網(wǎng)絡(luò)的人口數(shù)量及新加入互聯(lián)網(wǎng)的計算機迅速增加, 目前Internet 上采用的32位IPv4地址結(jié)構(gòu)的可用地址已經(jīng)面臨地址嚴(yán)重短缺的問題。全球?qū)拵Ы尤肽Ｊ降钠占昂蛯拵暇W(wǎng)人數(shù)的急劇增加，改變了過去人們使用撥號上網(wǎng)方式，用戶終端設(shè)備始終在線數(shù)目的大量增加加劇了IPv4地址的消耗。

　　另外全球范圍內(nèi)WLAN、2.5、3G無線移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展加快了以互聯(lián)網(wǎng)為核心的通信模式的形成, 由于移動通信用戶的增長要比固定網(wǎng)用戶快得多，特別是各種具有聯(lián)網(wǎng)功能的移動終端的迅猛發(fā)展，考慮到隨時隨地的、任何形式、直接的個人多媒體通訊的需要，現(xiàn)有的IPv4已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足網(wǎng)絡(luò)市場對地址空間、端到端的IP連接、服務(wù)質(zhì)量、網(wǎng)絡(luò)安全和移動性能的要求。

　　2.3G移動通信系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)中的IPv6

　　無線通信方式是通訊網(wǎng)絡(luò)的最靈活的接入方式，而數(shù)據(jù)通信產(chǎn)業(yè)和無線通信產(chǎn)業(yè)的技術(shù)融合是最終實現(xiàn)“Any to Any”的通信的關(guān)鍵所在?；ヂ?lián)網(wǎng)及數(shù)據(jù)通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展加快了無線通信產(chǎn)業(yè)的演進，使無線通信產(chǎn)業(yè)在技術(shù)上能更好的滿足對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)(主要是IP業(yè)務(wù))快速增長的需求。而第三代移動通信系統(tǒng)3G將啟動移動通信的互聯(lián)網(wǎng)時代。

　　無論是3GPP的UMTS還是3GPP2的CDMA2000系統(tǒng)，它們的系統(tǒng)架構(gòu)都將向全IP的方向演進和發(fā)展的。包括對語音、數(shù)據(jù)、多媒體等業(yè)務(wù)形式的承載是基于IP的；端到端的業(yè)務(wù)呼叫模型是基于IP的；RAN及CN核心的網(wǎng)絡(luò)交換和呼叫控制也是基于IP的。而在3G/B3G的系統(tǒng)規(guī)劃中，3GPP、3GPP2規(guī)范的方向均確定了IPv6是3G/B3G網(wǎng)絡(luò)承載、業(yè)務(wù)應(yīng)用的發(fā)展方向。在3G/B3G的IMS階段，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（包括分組域和電路域）將全面基于或兼容IPv6。

　　人們在了解3GPP/3GPP2體系中的IPv6時經(jīng)常會產(chǎn)生混亂，這是由于IPv6處于兩個不同的層面造成的。首先是數(shù)據(jù)承載層面，在這里用戶數(shù)據(jù)流量經(jīng)過運營商PLMN從MS流向PDN。另一個是傳輸承載層面，它與數(shù)據(jù)承載層面是兩個不同的邏輯層面。概括來講，IPv6會出現(xiàn)在3GPP/3GPP2標(biāo)準(zhǔn)里的四個區(qū)域。如圖2所示2個在用戶數(shù)據(jù)承載層面， 2個在傳輸承載層面。下圖介紹了IPv6在該體系中的應(yīng)用環(huán)境及其作用.

　　有一點需要澄清. 首先“IP承載服務(wù)”它描述了PLMN中的用戶數(shù)據(jù)服務(wù)承載平面，并非傳輸承載平面。為了更好的理解數(shù)據(jù)承載平面與傳輸承載平面，請參見圖3。我們看到圖中有兩個不同的IP層，橙色（包括IMS使用的綠色）部分是承載用戶數(shù)據(jù)的IP層。它是用來在UE和應(yīng)用之間傳送UDP或TCP的網(wǎng)絡(luò)層。另外在PLMN中，運營商的網(wǎng)絡(luò)里還存在另一套IP協(xié)議棧。但如圖所示，它屬于另一個層面，即傳輸承載層面。

　　3.　　 數(shù)據(jù)承載層面的IPv6

　　數(shù)據(jù)承載層面的范圍從MS到MS希望訪問的提供服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)（在3G標(biāo)準(zhǔn)中稱為PDN）設(shè)備，在端到端的呼叫模型中可能是另一個MS。在用戶的數(shù)據(jù)承載層面，IMS（IP Multimedia Subsystem，圖2中綠色的部分）與IPv6是很重要的部分，因為3GPP標(biāo)準(zhǔn)要求IMS使用IPv6，并確立了其唯一性。請注意，3GPP2出于兩種體系融合的考慮，也同樣采用了這樣的IMS協(xié)議模式。IMS IPv6數(shù)據(jù)流會從MS流向PDN，進入移動運營商的IM子域。IMS使用SIP作為控制平面來控制用戶數(shù)據(jù)。用戶數(shù)據(jù)會流向提供SIP應(yīng)用的Intranet、Internet、ASP或WASP。這正是圖2、3中綠色箭頭所表示的部分。從支持雙棧（IPv4、IPv6）的MS起，3G系統(tǒng)中所有關(guān)連IMS呼叫流程的所有網(wǎng)元將必須支持IPv6。包括支持雙棧的MS、分組網(wǎng)關(guān)及Pi網(wǎng)絡(luò)側(cè)的網(wǎng)絡(luò)地址，SIP控制平面的CSCF等，涉及MS的IPv6地址分配、簡單IP、移動IP業(yè)務(wù)PPP會話的用戶在PDSN路由匯聚，F(xiàn)A與HA的管道，HA的COA地址綁定表的更新等等。這意味著在實施IMS的階段,采用IPv6作為核心網(wǎng)絡(luò)（包括分組、電路域）的承載網(wǎng)絡(luò)將是最佳的選擇. 同時通過IPv6網(wǎng)絡(luò)中QoS技術(shù)的實施，針對不同業(yè)務(wù)等級、流量模型的要求，充分保證對3G網(wǎng)絡(luò)移動終端的不同等級的業(yè)務(wù)應(yīng)用的、不同的SLA要求實現(xiàn)端到端（同一管理域內(nèi)）的服務(wù)質(zhì)量保證。在3G正式商用前會有不同階段，如不同廠家設(shè)備的融合、測試試驗以及部署等。現(xiàn)階段最突出的問題是IETF與3GPP/3GPP2 SIP網(wǎng)元之間的差異，以及IMS與外部使用IPv4的SIP設(shè)備之間的互通性。

　　4.　　 傳輸承載層面的IPv6

　　在傳輸承載層面有兩個重要部分需要考慮。按3GPP/3GPP2術(shù)語講就是核心網(wǎng)絡(luò)（CN：Core Network）和無線接入網(wǎng)絡(luò)（RAN：Radio Access Network），它們都可以或應(yīng)該使用IPv6。傳輸承載層面存在于RAN網(wǎng)絡(luò)的承載層、R-P/Gn接口和3G的CN網(wǎng)絡(luò)層面（如Gp接口）， IPv6作為可選項出現(xiàn)。

　　在CN和RAN中傳輸承載層面并不作任何用戶界面的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)決定。只有在PDSN/GGSN處才開始進行一部分基于IP包頭的轉(zhuǎn)發(fā)判斷。更多的智能選路處理過程都發(fā)生在GGSN的Gi接口和PDSN的Pi接口之后。在MS與PDSN/GGSN之間，關(guān)于應(yīng)用的IP層經(jīng)過隧道被傳送。在3GPP 的UMTS系統(tǒng)中，CN的傳輸使用隧道協(xié)議GTP（GPRS Tunnel Protocol）支持MS與GGSN的連接。在GPRS（2.5G）中GTP只出現(xiàn)在SGSN與GGSN之間；在UMTS環(huán)境中GTP還連接在相關(guān)的RNC（Radio Network Controller）與SGSN上。GTP可以使用IPv4或IPv6。正如我們前面所講的，傳輸承載平面的IP（這里的GTP IP層）版本完全與數(shù)據(jù)承載平面獨立。從MS經(jīng)過上行鏈路鏈接到PDSN/GGSN，或從GGSN經(jīng)下行鏈路傳送到MS。當(dāng)IP數(shù)據(jù)包從MS被投遞到PDSN/GGSN時，它的IP路由和轉(zhuǎn)發(fā)就將要真正開始了。

　　5.面向3G的IPV6核心網(wǎng)絡(luò)解決方案

　　IPv6是未來3G系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的一項基礎(chǔ)要求。它具有極大的地址空間，它能容納移動網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，容納大量“peer-to-peer”、“any-to-any”的通訊。IMS也基于上述原因采用了IPv6技術(shù)。我們有很多種方法可以在運營商核心骨干網(wǎng)絡(luò)上集成IPv6服務(wù)：可在多個不同數(shù)據(jù)鏈路層上運行IPv6專網(wǎng)、雙堆棧IPv4-IPv6骨干網(wǎng)、或者利用現(xiàn)有的MPLS骨干網(wǎng)等等。如果IPv6數(shù)據(jù)流量和所產(chǎn)生的營業(yè)收入符合雙方商定的必要投資和風(fēng)險，那么用戶就可以在骨干網(wǎng)上部署這些解決方案。

　　我們需要一種方式，能夠在商用環(huán)境中建造可靠的IP核心網(wǎng)絡(luò)，以服務(wù)于當(dāng)前的技術(shù)需求（如GPRS），并可以承載IPv6。這是對那些解決IPv4向IPv6過渡、共存問題工具的基本要求。要解決各種服務(wù)所提出的不同需求，網(wǎng)絡(luò)需要提供一系列可靠和擴展性能力，MPLS是IP核心網(wǎng)設(shè)計的關(guān)鍵部分。

　　5.1. Cisco 6PE解決方案

　　6PE對IPv4和IPv6提供了具有相同能力、彈性和擴展性的MPLS主干網(wǎng)：快速轉(zhuǎn)發(fā)、帶有快速重路由的流量工程、VPN以及對核心網(wǎng)性能不產(chǎn)生影響的DiffServ。所有IPv6功能均在網(wǎng)絡(luò)邊緣進行處理，實現(xiàn)IPv6流量的平滑注入。6PE避免了那些由于目前無法支持IPv6而產(chǎn)生的商業(yè)風(fēng)險，同時也避免了為此修改目前核心網(wǎng)絡(luò)所產(chǎn)生的風(fēng)險。對于數(shù)據(jù)承載平面（GPRS和IMS），PDN要將IPv6數(shù)據(jù)流量路由到APN以及通訊的對端。 PDN可以是唯一的網(wǎng)絡(luò)（如移動運營商的PDN），也可以是從移動運營商到應(yīng)用提供商之間的一系列網(wǎng)絡(luò)。IPv4和IPv6可以使用相同的MPLS特性。在任何情況下，PE設(shè)備負(fù)責(zé)IP數(shù)據(jù)的路由工作，核心網(wǎng)只負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。我們已經(jīng)展示了MPLS網(wǎng)絡(luò)是如何支持用戶終端設(shè)備之間實現(xiàn)移動無線IP傳輸。圖5對PDN進行了概括。

　　6PE是一種非常容易部署的解決方案，它能在運營商需要時，很快地為其實現(xiàn)IPv6。使用MPLS 6PE，任何IPv6流量都不會影響統(tǒng)一主干網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的其他流量。應(yīng)用業(yè)務(wù)不會因為IPv6的引入而被影響。IPv6服務(wù)以一種可擴展的方式靈活地從網(wǎng)絡(luò)邊緣處引入，不需要任何IPv6尋址限制，也不會使穩(wěn)定而可控制的IPv4骨干網(wǎng)遭受風(fēng)險。

　　Cisco正在與IETF組織合作以確保相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化工作的順利進展。具體說，Cisco 6PE 方案符合IETF組織就“采用BGP而連接跨越多個IPv4云的IPv6域”[IPv6_BGP]而頒布的最新版本的標(biāo)準(zhǔn)草案。

　　5.2. 純IPv6 MPLS核心網(wǎng)絡(luò)解決方案

　　另一種方式就是使用一個運行IPv6 MPLS核心路由器，組建新的純IPv6的網(wǎng)絡(luò)，或?qū)ΜF(xiàn)有MPLS骨干網(wǎng)絡(luò)的P和PE路由器都進行完全的網(wǎng)絡(luò)升級，并為IPv4和IPv6提供雙控制界面，核心IGP和標(biāo)簽分發(fā)協(xié)議要求進行升級。

　　Cisco的IPv6 網(wǎng)絡(luò)解決方案將 滿足3G不同階段的網(wǎng)絡(luò)演進要求。我們可以把3G系統(tǒng)演進的網(wǎng)絡(luò)分成兩個大的步驟，即傳統(tǒng)移動電路域向全IP演進階段和整個系統(tǒng)向IMS演進兩個大的階段。在針對第一個階段， Cisco的IPv6解決方案可提供針對電路域IP化的整體要求提供可靠保證；在IMS系統(tǒng)演進階段，可充分利用Cisco的IPv6網(wǎng)絡(luò)為3G系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)提供高效的承載服務(wù)及業(yè)務(wù)優(yōu)化。