運營(yíng)商互聯(lián)網(wǎng)IPv6網(wǎng)絡(luò )技術(shù)演進(jìn)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(jiǎn)要介紹了互聯(lián)網(wǎng)IPv6化的網(wǎng)絡(luò )技術(shù)方案及演進(jìn)步驟。同時(shí)，結合國內電信運營(yíng)商互聯(lián)網(wǎng)運營(yíng)支撐的網(wǎng)絡(luò )設備基本情況，介紹了各運營(yíng)商的一些演進(jìn)思路和做法。最后，指出總結IPv6研究和實(shí)踐的技術(shù)成果是高效、低成本地實(shí)現全互聯(lián)網(wǎng)IPv6化的關(guān)鍵要素。

【關(guān)鍵詞】互聯(lián)網(wǎng) IPv6演進(jìn) 雙棧

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。