面向3G移動(dòng)通信系統IPv6解決方案

1.　　 IPv6的市場(chǎng)驅動(dòng)力

　　由于近年來(lái) Internet及互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )應用的蓬勃發(fā)展, 使用網(wǎng)絡(luò )的人口數量及新加入互聯(lián)網(wǎng)的計算機迅速增加, 目前Internet 上采用的32位IPv4地址結構的可用地址已經(jīng)面臨地址嚴重短缺的問(wèn)題。全球寬帶接入模式的普及和寬帶上網(wǎng)人數的急劇增加，改變了過(guò)去人們使用撥號上網(wǎng)方式，用戶(hù)終端設備始終在線(xiàn)數目的大量增加加劇了IPv4地址的消耗。

　　另外全球范圍內WLAN、2.5、3G無(wú)線(xiàn)移動(dòng)數據網(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(dòng)通信用戶(hù)的增長(cháng)要比固定網(wǎng)用戶(hù)快得多，特別是各種具有聯(lián)網(wǎng)功能的移動(dòng)終端的迅猛發(fā)展，考慮到隨時(shí)隨地的、任何形式、直接的個(gè)人多媒體通訊的需要，現有的IPv4已經(jīng)遠遠不能滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò )市場(chǎng)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(dòng)性能的要求。

　　2.3G移動(dòng)通信系統體系結構中的IPv6

　　無(wú)線(xiàn)通信方式是通訊網(wǎng)絡(luò )的最靈活的接入方式，而數據通信產(chǎn)業(yè)和無(wú)線(xiàn)通信產(chǎn)業(yè)的技術(shù)融合是最終實(shí)現“Any to Any”的通信的關(guān)鍵所在?；ヂ?lián)網(wǎng)及數據通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展加快了無(wú)線(xiàn)通信產(chǎn)業(yè)的演進(jìn)，使無(wú)線(xiàn)通信產(chǎn)業(yè)在技術(shù)上能更好的滿(mǎn)足對數據業(yè)務(wù)(主要是IP業(yè)務(wù))快速增長(cháng)的需求。而第三代移動(dòng)通信系統3G將啟動(dòng)移動(dòng)通信的互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代。

　　無(wú)論是3GPP的UMTS還是3GPP2的CDMA2000系統，它們的系統架構都將向全IP的方向演進(jìn)和發(fā)展的。包括對語(yǔ)音、數據、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的系統規劃中，3GPP、3GPP2規范的方向均確定了IPv6是3G/B3G網(wǎng)絡(luò )承載、業(yè)務(wù)應用的發(fā)展方向。在3G/B3G的IMS階段，網(wǎng)絡(luò )系統（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(shí)經(jīng)常會(huì )產(chǎn)生混亂，這是由于IPv6處于兩個(gè)不同的層面造成的。首先是數據承載層面，在這里用戶(hù)數據流量經(jīng)過(guò)運營(yíng)商PLMN從MS流向PDN。另一個(gè)是傳輸承載層面，它與數據承載層面是兩個(gè)不同的邏輯層面。概括來(lái)講，IPv6會(huì )出現在3GPP/3GPP2標準里的四個(gè)區域。如圖2所示2個(gè)在用戶(hù)數據承載層面， 2個(gè)在傳輸承載層面。下圖介紹了IPv6在該體系中的應用環(huán)境及其作用.

　　有一點(diǎn)需要澄清. 首先“IP承載服務(wù)”它描述了PLMN中的用戶(hù)數據服務(wù)承載平面，并非傳輸承載平面。為了更好的理解數據承載平面與傳輸承載平面，請參見(jiàn)圖3。我們看到圖中有兩個(gè)不同的IP層，橙色（包括IMS使用的綠色）部分是承載用戶(hù)數據的IP層。它是用來(lái)在UE和應用之間傳送UDP或TCP的網(wǎng)絡(luò )層。另外在PLMN中，運營(yíng)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(gè)層面，即傳輸承載層面。

　　3.　　 數據承載層面的IPv6

　　數據承載層面的范圍從MS到MS希望訪(fǎng)問(wèn)的提供服務(wù)的網(wǎng)絡(luò )（在3G標準中稱(chēng)為PDN）設備，在端到端的呼叫模型中可能是另一個(gè)MS。在用戶(hù)的數據承載層面，IMS（IP Multimedia Subsystem，圖2中綠色的部分）與IPv6是很重要的部分，因為3GPP標準要求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數據流會(huì )從MS流向PDN，進(jìn)入移動(dòng)運營(yíng)商的IM子域。IMS使用SIP作為控制平面來(lái)控制用戶(hù)數據。用戶(hù)數據會(huì )流向提供SIP應用的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(jiǎn)單IP、移動(dòng)IP業(yè)務(wù)PPP會(huì )話(huà)的用戶(hù)在PDSN路由匯聚，FA與HA的管道，HA的COA地址綁定表的更新等等。這意味著(zhù)在實(shí)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(shí)通過(guò)IPv6網(wǎng)絡(luò )中QoS技術(shù)的實(shí)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(dòng)終端的不同等級的業(yè)務(wù)應用的、不同的SLA要求實(shí)現端到端（同一管理域內）的服務(wù)質(zhì)量保證。在3G正式商用前會(huì )有不同階段，如不同廠(chǎng)家設備的融合、測試試驗以及部署等?，F階段最突出的問(wèn)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(gè)重要部分需要考慮。按3GPP/3GPP2術(shù)語(yǔ)講就是核心網(wǎng)絡(luò )（CN：Core Network）和無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò )（RAN：Radio Access Network），它們都可以或應該使用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。

　　在CN和RAN中傳輸承載層面并不作任何用戶(hù)界面的數據轉發(fā)決定。只有在PDSN/GGSN處才開(kāi)始進(jìn)行一部分基于IP包頭的轉發(fā)判斷。更多的智能選路處理過(guò)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)于應用的IP層經(jīng)過(guò)隧道被傳送。在3GPP 的UMTS系統中，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）版本完全與數據承載平面獨立。從MS經(jīng)過(guò)上行鏈路鏈接到PDSN/GGSN，或從GGSN經(jīng)下行鏈路傳送到MS。當IP數據包從MS被投遞到PDSN/GGSN時(shí)，它的IP路由和轉發(fā)就將要真正開(kāi)始了。

　　5.面向3G的IPV6核心網(wǎng)絡(luò )解決方案

　　IPv6是未來(lái)3G系統網(wǎng)絡(luò )發(fā)展的一項基礎要求。它具有極大的地址空間，它能容納移動(dòng)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(yíng)商核心骨干網(wǎng)絡(luò )上集成IPv6服務(wù)：可在多個(gè)不同數據鏈路層上運行IPv6專(zhuān)網(wǎng)、雙堆棧IPv4-IPv6骨干網(wǎng)、或者利用現有的MPLS骨干網(wǎng)等等。如果IPv6數據流量和所產(chǎn)生的營(yíng)業(yè)收入符合雙方商定的必要投資和風(fēng)險，那么用戶(hù)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(guò)渡、共存問(wèn)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(jìn)行處理，實(shí)現IPv6流量的平滑注入。6PE避免了那些由于目前無(wú)法支持IPv6而產(chǎn)生的商業(yè)風(fēng)險，同時(shí)也避免了為此修改目前核心網(wǎng)絡(luò )所產(chǎn)生的風(fēng)險。對于數據承載平面（GPRS和IMS），PDN要將IPv6數據流量路由到APN以及通訊的對端。 PDN可以是唯一的網(wǎng)絡(luò )（如移動(dòng)運營(yíng)商的PDN），也可以是從移動(dòng)運營(yíng)商到應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設備負責IP數據的路由工作，核心網(wǎng)只負責轉發(fā)數據。我們已經(jīng)展示了MPLS網(wǎng)絡(luò )是如何支持用戶(hù)終端設備之間實(shí)現移動(dòng)無(wú)線(xiàn)IP傳輸。圖5對PDN進(jìn)行了概括。

　　6PE是一種非常容易部署的解決方案，它能在運營(yíng)商需要時(shí)，很快地為其實(shí)現IPv6。使用MPLS 6PE，任何IPv6流量都不會(huì )影響統一主干網(wǎng)絡(luò )內的其他流量。應用業(yè)務(wù)不會(huì )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(huì )使穩定而可控制的IPv4骨干網(wǎng)遭受風(fēng)險。

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

　　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(gè)運行IPv6 MPLS核心路由器，組建新的純IPv6的網(wǎng)絡(luò )，或對現有MPLS骨干網(wǎng)絡(luò )的P和PE路由器都進(jìn)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和標簽分發(fā)協(xié)議要求進(jìn)行升級。

　　Cisco的IPv6 網(wǎng)絡(luò )解決方案將 滿(mǎn)足3G不同階段的網(wǎng)絡(luò )演進(jìn)要求。我們可以把3G系統演進(jìn)的網(wǎng)絡(luò )分成兩個(gè)大的步驟，即傳統移動(dòng)電路域向全IP演進(jìn)階段和整個(gè)系統向IMS演進(jìn)兩個(gè)大的階段。在針對第一個(gè)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系統演進(jìn)階段，可充分利用Cisco的IPv6網(wǎng)絡(luò )為3G系統的網(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。