|
1 互聯(lián)網(wǎng)IPv6及過(guò)渡技術(shù)概述 隨著(zhù)互聯(lián)網(wǎng)規模的不斷擴大，網(wǎng)民數量的不斷增加，全球互聯(lián)網(wǎng)所使用的IPv4地址數量遇到了發(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IANA的報告顯示，到2012年左右基本沒(méi)有再可分配的IPv4地址塊資源，互聯(lián)網(wǎng)將面臨著(zhù)一個(gè)網(wǎng)絡(luò )IP地址基礎資源匱乏的危機。 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設計的用于替代現行版本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(cháng)足發(fā)展的機會(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；加入了對自動(dòng)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(wèn)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(wèn)題。目前，許多企業(yè)和用戶(hù)的日常工作越來(lái)越依賴(lài)于互聯(lián)網(wǎng)，人們無(wú)法容忍在協(xié)議過(guò)渡過(guò)程中出現的嚴重問(wèn)題；所以，IPv6技術(shù)的采用步驟關(guān)鍵是IPv4向IPv6技術(shù)的過(guò)渡演進(jìn)和兩者間的互通的問(wèn)題。 在IPv4向IPv6過(guò)渡的初期，基于IPv6的業(yè)務(wù)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 )僅在局部構成中小型網(wǎng)絡(luò )。這一階段的問(wèn)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(fǎng)問(wèn)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(fǎng)問(wèn)IPv4網(wǎng)絡(luò )的問(wèn)題；而且此時(shí)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)段地址構成IPv6路由表的重要組成部分。 當基于IPv6的業(yè)務(wù)普遍實(shí)現大規模應用后，從IPv4到IPv6的過(guò)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)形成規模，構成了獨立于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 )結構。這一階段最重要的任務(wù)是如何解決IPv4和IPv6網(wǎng)絡(luò )中的主機和資源互訪(fǎng)過(guò)程中出現的種種問(wèn)題，其次是如何將IPv4網(wǎng)絡(luò )中的節點(diǎn)升級到IPv6，以及如何將IPv4中的網(wǎng)絡(luò )資源和業(yè)務(wù)、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(wù)和應用都遷移到IPv6網(wǎng)絡(luò )以后，IPv4到IPv6的過(guò)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(wèn)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(fǎng)問(wèn)IPv6網(wǎng)絡(luò )中的資源。 2 互聯(lián)網(wǎng)IPv6演進(jìn)方案簡(jiǎn)析 IPv4向IPv6演進(jìn)是一個(gè)長(cháng)期復雜的過(guò)程，因此在短期內不可能一蹴而就。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)平臺和終端與IPv6業(yè)務(wù)平臺和終端之間可以通過(guò)地址轉換/ 映射設備進(jìn)行互通。當原有IPv4業(yè)務(wù)平臺和終端逐步向IPv6過(guò)渡時(shí)，仍然可以保持業(yè)務(wù)的正常開(kāi)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)平臺之間可以直接采用IPv4通信；IPv6終端、業(yè)務(wù)平臺之間可以直接采用IPv6通信；IPv4終端、業(yè)務(wù)平臺與 IPv6終端、業(yè)務(wù)平臺之間應當進(jìn)行地址轉換/映射，并將轉換之后的地址信息通過(guò)路由控制層面在網(wǎng)絡(luò )中傳播，然后才能實(shí)現互通。 2.2 MPLS網(wǎng)絡(luò )演進(jìn)方案 現有IP互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )也可以通過(guò)部署MPLS技術(shù)逐步向IPv6過(guò)渡。對于未部署MPLS的IP網(wǎng)絡(luò )，可以在全網(wǎng)開(kāi)啟MPLS協(xié)議，并在網(wǎng)絡(luò )邊緣部署雙棧協(xié)議，通過(guò)6PE、6vPE實(shí)現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(guò)地址轉換/映射，并將相應地址廣播至IPv4域或MPLS域中，該方案見(jiàn)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(guò)6PE、6vPE實(shí)現IPv4和IPv6分別互通。在網(wǎng)絡(luò )邊緣部署地址轉換/ 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(jìn)行傳送實(shí)現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)較為復雜，寬帶互聯(lián)網(wǎng)中用戶(hù)與資源數量龐大，訪(fǎng)問(wèn)關(guān)系比較復雜而且不確定，網(wǎng)絡(luò )結構和設備情況復雜，因此目前運營(yíng)商多選擇“雙棧骨干網(wǎng)絡(luò )”方案作為演進(jìn)目標。 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)構成。用戶(hù)直接通過(guò)接入網(wǎng)、城域網(wǎng)經(jīng)骨干網(wǎng)訪(fǎng)問(wèn)各種資源并進(jìn)行互訪(fǎng)。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(jìn)主要涉及骨干網(wǎng)、城域網(wǎng)、業(yè)務(wù)平臺及公眾用戶(hù)的終端。 由于寬帶互聯(lián)網(wǎng)非常龐大，涉及內容龐雜，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(guò)渡期”、“成熟期”三個(gè)階段。 3.1 引入期 引入期內主要完成骨干網(wǎng)雙棧升級改造，為城域網(wǎng)向IPv6演進(jìn)奠定基礎。在城域開(kāi)展隧道、雙棧、NAT等關(guān)鍵技術(shù)的商用實(shí)驗。引入期主要解決地址不足帶來(lái)的壓力，在部分區域內部署IPv6或雙棧終端，開(kāi)展IPv6實(shí)驗，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(fǎng)問(wèn)的模型如圖3所示。引入期主要部署內容包括：在骨干網(wǎng)引入雙棧；在城域網(wǎng)部分區域內設置雙棧 BRAS、CGN，并對該區域內接入網(wǎng)進(jìn)行改造使之支持IPv6；在城域網(wǎng)內部署雙棧BRAS的多個(gè)區域之間開(kāi)啟隧道，實(shí)現城域內IPv6分組的透傳；逐步在自由平臺中引入雙棧。 圖3 寬帶互聯(lián)網(wǎng)引入期訪(fǎng)問(wèn)模型 引入期中大部分平臺、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。僅在部分區域內部署雙棧BRAS和CGN設備，并在該區域內部署IPv6或雙棧終端。 IPv4系統或終端互訪(fǎng)時(shí)，過(guò)程仍然與純IPv4網(wǎng)絡(luò )沒(méi)有差別。 IPv6終端或系統的互訪(fǎng)可以采用兩種方式實(shí)現：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系統或終端互訪(fǎng)時(shí)，首先在IPv6終端/系統所在區域的BRAS處通過(guò)CNG設備進(jìn)行地址轉換，轉換之后再以IPv4方式互訪(fǎng)。 3.2 過(guò)渡期 過(guò)渡期在引入期基礎上進(jìn)一步擴大IPv6部署范圍。過(guò)渡期著(zhù)重推進(jìn)城域網(wǎng)內IPv6的演進(jìn)，在前期自有業(yè)務(wù)平臺部署IPv6基礎上推進(jìn)其他業(yè)務(wù)平臺的雙棧部署，同時(shí)進(jìn)一步推動(dòng)終端上IPv6和雙棧的部署。 過(guò)渡期寬帶互聯(lián)網(wǎng)訪(fǎng)問(wèn)的模型如圖4所示。過(guò)渡期的主要部署內容包括：對城域網(wǎng)進(jìn)行雙棧升級；在前期少量BRAS升級基礎上，對所有BRAS進(jìn)行雙棧升級，并建立BRAS與CNG之間的隧道；部分終端開(kāi)始部署雙�；蚣僆Pv6協(xié)議；自有平臺進(jìn)一步推進(jìn)雙棧升級，并在其他業(yè)務(wù)平臺上引入雙棧。 圖4 寬帶互聯(lián)網(wǎng)過(guò)渡期訪(fǎng)問(wèn)模型 過(guò)渡期進(jìn)一步推進(jìn)IPv6在城域網(wǎng)和終端、平臺的部署。過(guò)渡期完成在城域網(wǎng)的IPv6部署，并進(jìn)一步向終端和平臺深化IPv6部署。 IPv4系統或終端互訪(fǎng)時(shí)，過(guò)程仍然與純IPv4網(wǎng)絡(luò )沒(méi)有差別。 IPv6終端或系統的互訪(fǎng)時(shí)，由于已經(jīng)完成了骨干網(wǎng)、城域網(wǎng)、接入網(wǎng)的升級改造，因此也可以直接互訪(fǎng)與IPv4互訪(fǎng)沒(méi)有差別。 IPv4與IPv6系統或終端互訪(fǎng)時(shí)，首先IPv6終端/系統通過(guò)所在區域BRAS與CNG之間的隧道實(shí)現地址轉換，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 )、系統的雙棧升級改造，重點(diǎn)在于IPv6在終端上的部署，當大部分終端采用雙�；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(fǎng)問(wèn)的模型如圖5所示。成熟期的主要部署內容包括：自由業(yè)務(wù)平臺和其他業(yè)務(wù)平臺均完成雙棧升級，終端完成雙�；蚣僆Pv6部署，并逐步擴大純IPv6的比例。 圖5 寬帶互聯(lián)網(wǎng)成熟期訪(fǎng)問(wèn)模型 成熟期將完成所有業(yè)務(wù)平臺的雙棧升級，完成所有終端的雙�；蚣僆Pv6部署，并積極擴大純IPv6終端的比例。 由于網(wǎng)絡(luò )、系統、終端均可以采用IPv6協(xié)議，因此成熟期終端、系統直接采用IPv6互通。 4 運營(yíng)商互聯(lián)網(wǎng)IPv6支持情況及演進(jìn)思路 中國運營(yíng)商寬帶互聯(lián)網(wǎng)骨干網(wǎng)主要覆蓋至省會(huì )或大城市節點(diǎn)；互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)用戶(hù)通過(guò)接入網(wǎng)、城域網(wǎng)到達骨干網(wǎng)。目前運營(yíng)商的互聯(lián)網(wǎng)骨干網(wǎng)絡(luò )設備對IPv6 的支持程度也不相同，目前基本上都支持ISISv6、OSPFv3和BGP4+等域內和域間路由協(xié)議�；ヂ�(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )中的設備基本上均通過(guò)IPv6 Ready第一階段認證(Phase-1)，能夠支持基本IPv6功能。但仍有運營(yíng)商的部分路由器尚不能支持NAT-PT功能，必須單獨部署地址轉換設備。 目前互聯(lián)網(wǎng)中的城域網(wǎng)、接入網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )設備在路由協(xié)議上，都能夠支持ISISv6、OSPFv3和BGP4+等域內和域間路由協(xié)議，部分設備還支持 RIPng協(xié)議；在IPv6 Ready方面部分完成第一階段認證(Phase-1)，還有部分完成了第二階段認證(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(zhuān)線(xiàn)或2層技術(shù)，涉及的IPv6問(wèn)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：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 )和平臺改造；第二階段從2012年到2015年進(jìn)行IPv6規模商用，將出現 IPv4與IPv6網(wǎng)絡(luò )和業(yè)務(wù)共存狀態(tài)，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )和平臺的規模改造，業(yè)務(wù)逐步遷移，新型應用和用戶(hù)規模持續擴大；第三階段在2015年之后進(jìn)行IPv6全面商用， IPv6應用占主導，IPv4網(wǎng)絡(luò )和業(yè)務(wù)平臺逐步退出，將解決Ipv4網(wǎng)絡(luò )孤島問(wèn)題。中國移動(dòng)已在承載網(wǎng)設備實(shí)驗室完成了規模測試，在開(kāi)展了一系列分組域IPv6測試，提出了一種新的IPv6過(guò)渡技術(shù)——PNAT，并在CCSA立項推動(dòng)移動(dòng)終端支持IPv6的技術(shù)要求，還通過(guò)CNGI項目，中國移動(dòng)開(kāi)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IPv6-Ready狀態(tài)；在2009年，還開(kāi)展了超高清IPv6視頻通信業(yè)務(wù)，碼速達到了30M以上；此外，還設計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)驗室，在IPv6業(yè)務(wù)的創(chuàng )新方面有所突破，開(kāi)展了所有互聯(lián)網(wǎng)話(huà)音、數據、視頻IPv6化實(shí)驗，表明實(shí)施IPv6過(guò)渡的技術(shù)已具備，中國聯(lián)通將穩妥適時(shí)的進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )的升級改造完成互聯(lián)網(wǎng)IPv6化。 5 結語(yǔ) 目前，IPv6的實(shí)際部署處于存在著(zhù)若干IPv6孤島的狀況，僅有少量類(lèi)似中國的CNGI、日本的e-Japan這樣的純IPv6試驗性骨干網(wǎng)，同時(shí)Internet的主體仍然使用IPv4的初期階段。因此，運營(yíng)商和方案設備提供商們最為關(guān)注的是從IPv4到IPv6的過(guò)渡技術(shù)，以及現有電信設備對IPv6的支持和升級能力。國際內外相關(guān)的互聯(lián)網(wǎng)組織已經(jīng)成立了專(zhuān)門(mén)的標準工作組，制定了相應的國際標準，同時(shí)，已建立了大量的實(shí)驗網(wǎng)，對IPv6技術(shù)和相關(guān)應用進(jìn)行了大量的研究以及測試工作，這些項目包括但不限于：6BONE、6REN、 CERNET2、CNGI。除了這些實(shí)驗性的項目，很多的外國公司已經(jīng)開(kāi)始提供基于IPv6的業(yè)務(wù)和應用，比如：日本NTT的全IPv6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這些實(shí)驗成果并結合運營(yíng)商支撐的互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )的現狀，將有助于高效、低成本地實(shí)現全互聯(lián)網(wǎng)IPv6化，邁出向下一代互聯(lián)網(wǎng)堅實(shí)的一步。 |
