運營商互聯(lián)網(wǎng)IPv6網(wǎng)絡(luò)技術(shù)演進探討

【摘 要】文章探討了下一代互聯(lián)網(wǎng)IPv6選擇的必然性，簡要介紹了互聯(lián)網(wǎng)IPv6化的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方案及演進步驟。同時，結(jié)合國內(nèi)電信運營商互聯(lián)網(wǎng)運營支撐的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備基本情況，介紹了各運營商的一些演進思路和做法。最后，指出總結(jié)IPv6研究和實踐的技術(shù)成果是高效、低成本地實現(xiàn)全互聯(lián)網(wǎng)IPv6化的關(guān)鍵要素。

【關(guān)鍵詞】互聯(lián)網(wǎng) IPv6演進 雙棧

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，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)應用的興起，可能使得我們身邊的每一樣東西都需要連入互聯(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)將面臨著一個網(wǎng)絡(luò)IP地址基礎(chǔ)資源匱乏的危機。

為應對這一危機，目前普遍認為最有效的解決途徑，便是在互聯(lián)網(wǎng)中應用IPv6技術(shù)。IPv6是IETF設(shè)計的用于替代現(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)上的多媒體應用有了長足發(fā)展的機會，為服務質(zhì)量(QoS，Quality of Service)控制提供了良好的網(wǎng)絡(luò)平臺；加入了對自動配置(Auto Configuration)的支持；具有更高的安全性。當然，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)務還帶有相當程度的試驗和探索性質(zhì)，Internet上的絕大部分應用仍然是基于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)中的主機訪問IPv4網(wǎng)絡(luò)的問題；而且此時IPv6的地址分配還處在IPv4地址的陰影當中，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。

當基于IPv6的業(yè)務普遍實現(xiàn)大規(guī)模應用后，從IPv4到IPv6的過渡就進入了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是如何解決IPv4和IPv6網(wǎng)絡(luò)中的主機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)點升級到IPv6，以及如何將IPv4中的網(wǎng)絡(luò)資源和業(yè)務、應用遷移到IPv6網(wǎng)絡(luò)中去。

最后，當IPv4網(wǎng)絡(luò)中的絕大部分業(yè)務和應用都遷移到IPv6網(wǎng)絡(luò)以后，IPv4到IPv6的過渡就進入了后期階段。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)中的主機能夠訪問IPv6網(wǎng)絡(luò)中的資源。

2 互聯(lián)網(wǎng)IPv6演進方案簡析

IPv4向IPv6演進是一個長期復雜的過程，因此在短期內(nèi)不可能一蹴而就。從實際情況出發(fā)，目前主要存在“純IP網(wǎng)絡(luò)演進方案”和“MPLS網(wǎng)絡(luò)演進方案”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)務的基本手段；MPLS網(wǎng)絡(luò)演進方案是指采用MPLS作為承載上層業(yè)務的基本手段。

2.1 純IP網(wǎng)絡(luò)演進方案

現(xiàn)有IP網(wǎng)絡(luò)向IPv6演進時，可以采用雙棧方式對骨干網(wǎng)絡(luò)進行升級改造。采用雙棧方式可以保證原有IPv4業(yè)務和終端不受影響，并逐步引入采用雙棧或純IPv6的業(yè)務和終端。原有IPv4業(yè)務平臺和終端與IPv6業(yè)務平臺和終端之間可以通過地址轉(zhuǎn)換/ 映射設(shè)備進行互通。當原有IPv4業(yè)務平臺和終端逐步向IPv6過渡時，仍然可以保持業(yè)務的正常開展和使用，方案如圖1所示。

圖1 純IP網(wǎng)絡(luò)演進方案

方案中IPv4終端與業(yè)務平臺之間可以直接采用IPv4通信；IPv6終端、業(yè)務平臺之間可以直接采用IPv6通信；IPv4終端、業(yè)務平臺與IPv6終端、業(yè)務平臺之間應當進行地址轉(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，然后才能實現(xiàn)互通。

2.2 MPLS網(wǎng)絡(luò)演進方案

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中進行傳送實現(xiàn)IPv6組網(wǎng)，同時也保證了原IPv4業(yè)務的正常使用。

圖2 MPLS網(wǎng)絡(luò)演進方案

但由于MPLS技術(shù)較為復雜，寬帶互聯(lián)網(wǎng)中用戶與資源數(shù)量龐大，訪問關(guān)系比較復雜而且不確定，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和設(shè)備情況復雜，因此目前運營商多選擇“雙棧骨干網(wǎng)絡(luò)”方案作為演進目標。

3 互聯(lián)網(wǎng)IPv6技術(shù)演進步驟探討

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)訪問各種資源并進行互訪。目前寬帶互聯(lián)網(wǎng)中以純IPv4方式承載各種應用。寬帶互聯(lián)網(wǎng)向IPv6演進主要涉及骨干網(wǎng)、城域網(wǎng)、業(yè)務平臺及公眾用戶的終端。

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。本文將整個演進初步劃分為“引入期”、“過渡期”、“成熟期”三個階段。