IPv6 3G應用分析

作者：張榮 中國電信有限公司廣州研究院工程師 黃婕 中國電信有限公司廣州研究院工程師

1 引言

IPv6曾經(jīng)以3G的發(fā)展為驅動(dòng)期望。3GPP不再強制要求3G核心網(wǎng)絡(luò )支持IPv6之后，IPv63G系統的發(fā)展在等待應用需求推動(dòng)的過(guò)程中慢慢前行。目前，基于GPRS的移動(dòng)數據通信，無(wú)論是應用還是用戶(hù)量，都比較有限。如果移動(dòng)通信的帶寬與速度能夠通過(guò)3G的引入而得到大幅度提高，滿(mǎn)足高帶寬，低時(shí)延的高級應用需求，那么豐富的視音頻應用，P2P應用等將可能在移動(dòng)通信系統得到大力發(fā)展，從而刺激地址需求，呼喚IPv6的到來(lái)。

本文主要從技術(shù)角度分析了IPv63G系統的工作原理、應用基本流程等，同時(shí)總結了IPv63G應用發(fā)展中需要面對的一些問(wèn)題。

2 IPv63G應用系統工作原理概述

IPv63G應用系統與IPv6相關(guān)的功能主要表現在以下兩方面：

（1）3G系統作為“鏈路層”對IPv6應用的承載。從網(wǎng)絡(luò )融合的趨勢看，3G系統作為移動(dòng)接入網(wǎng)與骨干網(wǎng)絡(luò )相連，所處的位置與寬帶接入的接入網(wǎng)絡(luò )部分相當。對于IPv6應用而言，3G系統主要起接入承載作用。盡管3G系統分組域中也有三層設備，但是對于基于GPRS的數據業(yè)務(wù)，3G系統的工作主要是對往返于用戶(hù)終端的網(wǎng)絡(luò )層數據流開(kāi)放承載通道。從這個(gè)意義上看，3G系統為IPv6數據應用提供的是數據鏈路層通道。

（2）3G系統骨干網(wǎng)側對IPv6的路由與轉發(fā)功能。3G系統與骨干網(wǎng)絡(luò )相連，使得接入的終端用戶(hù)能夠與外界網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行通信。這就要求IPv63G系統骨干網(wǎng)側邊緣網(wǎng)元需要具有IPv6路由與轉發(fā)的功能，這樣才能與外部IPv6網(wǎng)絡(luò )連接。

GTP隧道工作在UDP協(xié)議上，RNC，SGSN，GGSN上的IPv4協(xié)議棧，通常稱(chēng)為傳送平面協(xié)議棧，用于構造GTP隧道，與IPv6網(wǎng)絡(luò )層應用無(wú)關(guān)。

GGSN收到從GTP隧道轉來(lái)的IPv6數據包，作為3G接入系統與外部網(wǎng)絡(luò )系統的邊緣節點(diǎn)，需要具備與學(xué)習外部網(wǎng)絡(luò )路由以及將數據包根據路由正確轉發(fā)的能力，即IPv6路由與轉發(fā)的功能。

3 IPv63G應用基本流程

移動(dòng)終端開(kāi)機連接到運營(yíng)商后，訪(fǎng)問(wèn)3G網(wǎng)絡(luò )外部IPv6業(yè)務(wù)，主要包括以下三個(gè)過(guò)程：

（1）附著(zhù)（ATTACH）。附著(zhù)過(guò)程的目的是系統根據移動(dòng)終端的簽約數據確定是否允許移動(dòng)終端在當前請求的GPRS路由區域中進(jìn)行數據業(yè)務(wù)訪(fǎng)問(wèn)。附著(zhù)過(guò)程與IPv6無(wú)關(guān)。

終端可以在開(kāi)機通過(guò)無(wú)線(xiàn)接入鑒權獲得無(wú)線(xiàn)信道后即向SGSN發(fā)起“附著(zhù)請求”消息，SGSN得到終端IMSI標識后，向HLR中請求進(jìn)行認證，并根據HLR下達的用戶(hù)簽約數據對終端進(jìn)行鑒權，同時(shí)SGSN將終端的當前位置信息上傳HLR。鑒權通過(guò)后，SGSN就會(huì )向終端返回“接受附著(zhù)”消息。

（2）PDP（PacketDataProtocol）上下文激活。通過(guò)PDP上下文激活過(guò)程，用戶(hù)獲得相應的GGSN的鑒權許可，分配相應的IPv6地址，建立終端與基于GPRS的3G分組域之間的數據通道。

PDP激活過(guò)程由用戶(hù)終端發(fā)起。終端首先向SGSN發(fā)起“激活PDP上下文請求”消息，消息中攜帶APN(服務(wù)訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)名稱(chēng))，服務(wù)質(zhì)量等信息；SGSN根據消息中攜帶的APN向HLR中查尋相應的GGSN的地址，獲得GGSN地址后，再向GGSN發(fā)送“創(chuàng )建PDP上下文請求”；GGSN可以通過(guò)本地/DHCP/RADIUS對終端進(jìn)行簽權并分配IPv6地址或者地址前綴，以及其他參數，如QoS參數等，并將鑒權結果以及各項參數攜帶在“響應創(chuàng )建PDP上下文請求”消息中，發(fā)送給SGSN，由SGSN再向終端發(fā)送“接受激活PDP上下文請求”消息，將各參數配置傳遞給用戶(hù)終端，從而完成PDP激活過(guò)程。

這一過(guò)程中，與IPv6相關(guān)的功能主要集中在IPv6地址請求/分配上。首先，終端在“激活PDP上下文請求”消息中需要攜帶請求地址類(lèi)型為IPv6的信息；其次，系統要能夠分配IPv6地址。如果系統采用GGSN本地地址池分配IPv6地址方式，那么GGSN需要支持IPv6地址池設置與分配，如果采用DHCP服務(wù)器或者RADIUS服務(wù)器要進(jìn)行地址分配，那么就需要DHCP，RADIUS服務(wù)器支持IPv6。

（3）業(yè)務(wù)訪(fǎng)問(wèn)。在PDP之后，從終端到3G系統分組域的IPv6應用數據通道已經(jīng)打開(kāi)。如果終端訪(fǎng)問(wèn)3G系統外的業(yè)務(wù)服務(wù)器，就需要保持3G系統分組域與外部網(wǎng)絡(luò )直到業(yè)務(wù)服務(wù)器之間的轉發(fā)路徑通暢，即3G系統分組域邊界網(wǎng)關(guān)需要具備訪(fǎng)問(wèn)IPv6外部網(wǎng)絡(luò )的路由與轉發(fā)能力。通常的IPv63G應用解決方案中，GGSN作為3G分組域的對外網(wǎng)關(guān)要求具備雙棧能力。

4 IPv63G應用系統的解決方案

目前，IPv6應用尚未普及，根據IPv6發(fā)展的不同階段，IPv63G應用系統可以采用不同的解決方案。

（1）3G系統最小改動(dòng)方案。GGSN只需要支持IPv6地址分配，不需要支持IPv6協(xié)議棧。IPv6的路由和轉發(fā)功能通過(guò)GGSN與業(yè)務(wù)服務(wù)器之間接入一個(gè)雙棧路由器實(shí)現，GGSN與雙棧路由器之間通過(guò)GRE隧道承載IPv6數據流。圖2所示為該方案協(xié)議棧示意圖。

（3）在方案（2）的基礎上，3G系統中從UTRA到GGSN的傳送平面網(wǎng)絡(luò )層協(xié)議棧也支持IPv6。這種方案需要等到IPv6成為網(wǎng)絡(luò )應用主導協(xié)議棧的時(shí)候才有可能實(shí)現。

在IPv6目前發(fā)展的狀態(tài)下，各廠(chǎng)商根據自己的市場(chǎng)策略選擇方案（1）或者方案（2）比較實(shí)際。

5 IPv63G系統發(fā)展中存在的問(wèn)題

5.1地址分配

依照協(xié)議規定，IPv63G系統地址池內設定的是可分配的IPv6前綴范圍，終端獲得MAC地址，然后由地址池中前綴與MAC地址組成完整的IPv6地址。當前的IPv63G應用基本上都是獨立終端進(jìn)行業(yè)務(wù)訪(fǎng)問(wèn)，只需要一個(gè)可用的IPv6地址即可。這種分配方式不能有效地使用IPv6地址。盡管也可以配置有狀態(tài)IPv6地址分配，但有狀態(tài)地址分配的實(shí)現基本上需要在HLR中事先靜態(tài)配置好。因此不利于業(yè)務(wù)開(kāi)展，建議IPv63G系統能夠靈活選擇動(dòng)態(tài)自動(dòng)地址分配方式，針對不同終端應用靈活選擇分配/128的地址或者 /64的前綴。

5.2對IPv4/IPv6業(yè)務(wù)類(lèi)型的感知

目前，對IPv4/IPv6業(yè)務(wù)類(lèi)型的感知都是通過(guò)在手機上進(jìn)行相關(guān)設置，從而在PDP請求中攜帶相應地址族類(lèi)型。IPv6應用商用后，用戶(hù)終端不能預先感知訪(fǎng)問(wèn)網(wǎng)站類(lèi)型IPV4/IPv6，無(wú)法使用現有程序判斷用戶(hù)需要IPV4/IPv6地址。

5.3MIPv6在3G中的部署

雖然MIP6協(xié)議里MN依靠RA來(lái)判斷是否發(fā)生網(wǎng)絡(luò )層移動(dòng)，但是在3G移動(dòng)系統里，網(wǎng)絡(luò )前綴是GGSN在PDP的過(guò)程中從地址池分配給移動(dòng)終端的，并不涉及到RA，因此MIPv6對于3G應用是否必要，如何實(shí)現，還需要具體對待。

5.4應用亟待豐富

現有3G終端目前只能支持IPv6Web訪(fǎng)問(wèn)，可以通過(guò)Web方式進(jìn)行文字與圖片瀏覽，播放音樂(lè )等，這些還不能體現出IPv63G系統的優(yōu)勢，IPv63G系統需要更加豐富的應用內容為驅動(dòng)力。

6 結束語(yǔ)

目前，IPv63G相關(guān)的標準也還需要結合應用的實(shí)際需要進(jìn)一步完善，國內外各3G廠(chǎng)家對IPv6的支持也參差不齊。IPv63G系統的商用普及還需要一個(gè)較長(cháng)的過(guò)程。一方面，應用的豐富、3G數據業(yè)務(wù)用戶(hù)量的迅速增長(cháng)是推動(dòng)IPv63G系統發(fā)展的關(guān)鍵因素；另一方面，IPv6 3G系統還需要解決真正商用所要面對的一些具體問(wèn)題，如業(yè)務(wù)類(lèi)型感知，地址分配等。IPv6 3G不會(huì )像季節轉換那樣迅速來(lái)到，這個(gè)市場(chǎng)的孕育還需要漫長(cháng)的努力。

黃婕 中國電信有限公司廣州研究院工程師