IPv6发展及演进技术

摘要：2012年之后，运营商将无法再获得IPv4地址，业务持续发展和IPv4地址即将耗尽是必须面对的现实问题；应对地址短缺，IPv6是解决地址问题的根本手段，但关键是如何在地址枯竭前完成从IPv4向IPv6的平滑演进。本文介绍了IPv6网络的发展之路，分析了IPv6演进所面临的问题，给出了IPv6过渡技术的部署，最后对华为IPv6的应用和创新进行了阐述。

1  IPv6网络发展之路

IPv6被认为是下一代互联网的核心，得到各国政府和各大运营商的重视和推动。在中国，中国电信IPv6整体实施方案主要是网络演进，网络改造策略是从核心到边缘，从基本业务到全业务，应用场景主要有固定宽带双栈接入互联网，同时满足企业VPN应用。在日本，以NTT为例，日本政府要求2011年所有网络都是IPv6 Ready。因此，NTT的全球部署计划安排是从2007年11月开始完全升级全球IPv6骨干网络，拥有全球最大的IPv6骨干网；从2001年提供IPv6 Internet接入开始，目前NTT已经向企业、业务提供商、家庭用户提供IPv6业务，如地震检测，多策略VPN，M2M-x，宽带接入等。在美国，美国政府要求政府部门和国防部在2008年夏前将电信网络迁移到IPv6平台，要求ICP 2008年8月30日前支持IPv6。

目前，现网导入IPv6的技术有：双栈，6RD，DS-Lite，6PE，L2TP和6to4；解决IP地址紧缺的技术有：NAT444，NAT64，NAT44，PNAT，IVI和NAT-PT。对于既要实现IPv6演进同时需要解决地址紧缺问题的运营商来说，需要这两种技术的组合。哪种过渡技术更适合运营商的部署，需要从以下几个方面来评估：保护现网投资，成本合理，网络改造难度适中；产业链可支持发展；现有业务不受损，用户体验好；推动和鼓励IPv6的发展。目前，比较主流的可部署的几种过渡技术组合有：双栈+NAT444/NAT64；6RD＋NAT444/NAT64和DS-Lite NAT44。

IPv4与IPv6将长期共存，选择过渡方案需要考虑多方面因素，包括成本、部署难易、业务发展、对用户的影响、网络流量模型（IPv4/v6比例）、未来演进方向和IPv4地址空间等。规模部署NAT是必须经由的过渡方案，NAT可以直接解决地址耗尽问题，引入IPv6也无法避免NAT使用，但是NAT的先天缺陷决定其不能成为长远的目标方案。IPv6易于解决封闭型业务的IPv4替换，但对于HSI等开放型业务，NAT依然是目前最有效的部署方案，但规模部署存在较多限制。

2  IPv6演进面临的问题

IPv6演进当前面临的问题是产业链成熟度不均衡。我们从终端产业链、网络产业链和业务产业链3个产业链进行分析：终端分为固定终端和移动终端，固定终端向多样化发展，包括PC，STB，IAD等，但是目前只有部分支持IPv6；对于移动终端来说，部分WCDMA智能手机已开始支持IPv6，但是现有大部分移动终端暂时没有支持IPv6。从网络层来看，主流厂商对IPv6基础协议支持较好，路由器主流芯片支持IPv6的程度也比较好，IPv6接入和过渡等关键技术还有待标准化，不同厂商实现的差异较大。业务应用层的IPv6内容很少，主流门户ICP的平台很少支持IPv6，另外IMS系统还没有大规模应用IPv6；部分厂商已经开发基于IPv6的视讯业务系统等，综合软件平台对IPv6的支持决定于市场/业务需求的推动。因此，总体来说，产业链形成两头弱、中间强的不对称格局，中间网络提供各类适配解决方案。

IPv6的过渡对运营商来说面临着两难的境地，启动过早、过晚成本都会很高。IPv6过渡启动过早，产业链不成熟，用户群体少，IPv6业务少，设备可能要多次升级，甚至早期过渡设备可能淘汰；IPv6过渡启动过晚会影响新业务推动，导致用户群流失，设备短期大量升级压力大。另外，网络设备的更新大部分还有较长的有效周期，但更新支持IPv6有难度，或更新后效果不好；如果IPv6过渡有多个阶段，新设备最好能重复使用。IPv6部署的设备更新，越靠近用户侧，设备越多、越分散、越没有强制力，升级换代越难；“运营商提供CPE”的商业技术模型，试图重新把CPE纳入运营商的范围，尽量避免CPE的多次升级。

3  IPv6过渡技术部署

不同运营商根据各自不同的实际网络状况和IPv6部署计划，可选择不同的部署方案。除了上面提到的3种主流过渡方案外，本文还将介绍目前其他的一些可能部署方案。

(1) 平滑46过渡解决方案

运营商要想在短期内应对IPv4公网地址耗尽，同时能提供IPv6接入服务，增量的运营商级地址转换方案，即Incremental CGN（Carrier Grade NAT）是一种可选的部署方案（见图1），是由华为公司提出，目前已经成为IETF工作组草案。该方案中，CGN同时承担IPv4-IPv4 NAT功能和IPv6 over IPv4的隧道终端的功能。CGN下发运营商级的私有IPv4地址，家庭网关(Home Gateway)下发二级私有IPv4地址。Home Gateway使用IPv6 over IPv4隧道和CGN连接，CGN解IPv4封装，和IPv6互联网连接；该方案最大限度地维持了运营商现有IPv4网络和网络设备，支持运营商逐步的增量部署IPv6网络。

图1  Incremental CGN (Carrier-Grade NAT)

另外，IPv6过渡存在多种方案，包括6RD，DS-Lite及上述提到的Incremental CGN等，我们把这些方案结合成为一个统一的平滑46过渡解决方案（见图2），供运营商在过渡的不同阶段都被覆盖；运营商可以自主选择，在过渡的不同阶段，通过不同的配置策略就可以实现设备重用，避免了设备多次换代升级的问题；CGN和CPE都可以按照用户需求，增量部署，哪需要哪部署。

图2  平滑46过渡解决方案

(2) DS-Lite的优化部署

对于宽带上网业务，很多运营商是通过点到点连接(如PPPoE)到用户，并给每个用户分配一个公网IPv4地址，大多数用户都有一个网关CPE做NAT，由于每个CPE分配一个全球惟一的IPv4地址，因此BRAS可以通过IP地址来惟一区分CPE。当IPv4地址紧缺时，运营商可能会为多个用户分配同一个IPv4地址，以增加IPv4地址的使用率。

上文已经介绍过，DS-Lite方案对于IPv4报文通常是在CPE上发起隧道(IPv4 over IPv6)至DS-Lite CGN (即定义的地址族转换路由器AFTR，Address Family Transition Router），并在AFTR中终结该隧道，再经过IPv4-IPv4 NAT后，将报文转发到IPv4网络。其中，AFTR可以通过分给CPE的IPv6地址惟一区分CPE，但是该方案要求所有用户的家庭网关都支持DS-Lite，需要运营商升级接入网以支持IPv6。

GI DS-Lite是由BRAS发起隧道(可以是Plain IP-in-IP，GRE或MPLS)至AFTR，来自多个接入设备的业务流通过CID (Context Identifiers)来进行区分。对于GRE隧道的场景，可以用GRE Key作为CID；对于MPLS隧道，IPv4地址可以作为CID；对于Plain IP-in-IP的隧道，可以在BRAS上将PPPoE的标识映射到IPv6的流标签（Flow Label），具体参见图3。

图3  DS-Lite的优化部署

4  华为IPv6的应用和创新

华为一直在积极探索IPv6演进方案并进行相关技术储备。中国电信与华为紧密合作，共同实现了在现有城域网实现端到端IPv6双栈接入，并成为首家通过 IPv6论坛认证提供 IPv6接入服务的ISP。

法国电信携手华为共同探索IPv6演进最佳方案，DS-Lite＋6PE / 6vPE 方案提出后，华为积极响应，快速启动方案分析和设计；CGN方案已经于2010年Q2在法国电信实施全球首次测试。

华为能够在Internet接入，3G，NGN，IMS/FMC等领域提供端到端的IPv6解决方案，并可以随时按用户需求定制特性及业务，为运营商提供全方位、高质量的服务。华为正期待着在IPv6电信级商用的进程中继续为客户创造价值，进一步丰富人们的沟通与生活。

作者：周倩 邹婷 蒋胜   来源：电信网技术