IPV6過渡技術(shù)選擇與適用場景分析

摘要：隨著Internet的高速發(fā)展，IPV4地址空間不足的問題日益突出，至2011年2月，IANA宣布全球IPV4地址已經(jīng)分配完畢。國家十二五規(guī)劃中明確指出：“積極推進(jìn)向下一代互聯(lián)網(wǎng)演進(jìn)，加快骨干網(wǎng)、城域網(wǎng)、IDC、支撐系統(tǒng)的IPv6升級(jí)改造”。本文對(duì)主流的IPv6過渡技術(shù)加以研究分析，針對(duì)不同場景、不同演進(jìn)階段，制訂相應(yīng)的過渡方案及策略，以使得整體網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)工作更加平滑。

關(guān)鍵詞：IPV6；NAT44；DS—Lite；下一代互聯(lián)網(wǎng)

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007—9599 （2012） 14—0000—02

一、引言

至2011年2月，IANA宣布全球IPV4地址已經(jīng)分配完畢，現(xiàn)存的IPV4地址很快將消耗貽盡，相對(duì)于歐美發(fā)達(dá)國家，我國的IPV4地址資源稀缺的問題更加嚴(yán)重。目前國家及各大運(yùn)營商均已啟動(dòng)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)向以IPV6為核心的下一代互聯(lián)網(wǎng)的演進(jìn)工作。IPv6引入時(shí)機(jī)和發(fā)展策略、IPv6過渡技術(shù)評(píng)估與選擇、現(xiàn)網(wǎng)如何向IPV6平滑演進(jìn)等方向就是本文研究的重點(diǎn)。

二、IPv4地址資源壓力及IPv6特性

目前現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)以IPV4為基礎(chǔ)協(xié)議，IPV4地址總量是32億左右，除去一些保留地址，不足30億，而中國持有的IPV4地址僅為2.77億，且全球IPV4地址已經(jīng)全部分配完畢。而隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，未來幾年內(nèi)我國的IP地址需求總量達(dá)到上百億。如此巨大的供需缺口迫使我們必須尋找一種根本性的解決方案，IPv6應(yīng)運(yùn)而生。

IPv6的發(fā)展是從1992年開始的，經(jīng)過了12年的發(fā)展時(shí)間，IPv6的標(biāo)準(zhǔn)體系已經(jīng)基本完善。其最主要的特點(diǎn)是采用128位地址結(jié)構(gòu)，提供了32億*32億*32億*32億近乎無限的IP地址空間。并且內(nèi)置安全性以及能夠提供對(duì)移動(dòng)的更好支持。

三、IPv6主要過渡技術(shù)

IPv4/IPv6過渡技術(shù)是用來在IPv4向IPv6演進(jìn)的過渡期內(nèi)，保證業(yè)務(wù)共存和互通的。IPv4/IPv6過渡技術(shù)非常多，從功能用途上可以分成兩類：IPv4/IPv6共存技術(shù)與IPv4/IPv6互通技術(shù)。

IPv4/IPv6業(yè)務(wù)存技術(shù)用來保證這兩種協(xié)議可以在網(wǎng)絡(luò)中共同工作，在IPv4向IPv6的演進(jìn)過程中這些技術(shù)可以使得IPv6業(yè)務(wù)在現(xiàn)有的IPv4網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上工作。IPv4/IPv6業(yè)務(wù)共存技術(shù)主要包括雙棧技術(shù)和隧道技術(shù)兩類。雙棧是指在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)或終端設(shè)備上同時(shí)運(yùn)行IPv4與IPv6兩個(gè)協(xié)議棧，從而可同時(shí)接入IPv4與IPv6兩種協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)。隧道用于將IPv4或IPv6的孤島互相連接，隧道技術(shù)種類較多，包括6VPE、6PE、6over4、4over6、ISATAP等，不同的技術(shù)適用于不同的場景。

互通技術(shù)是為了解決IPv4和IPv6網(wǎng)絡(luò)內(nèi)主機(jī)和資源互訪的問題而提出的。目前互通的技術(shù)很多，主要是通過協(xié)議轉(zhuǎn)換及地址翻譯等手段來實(shí)現(xiàn)的，包括NAT—PT、NAT64、BIS/BIA、IVI/DIVI等。但目前技術(shù)還不成熟，尚不具備大規(guī)模部署條件，同時(shí)翻譯會(huì)降低設(shè)備的處理能力和網(wǎng)絡(luò)傳送效率，易形成網(wǎng)絡(luò)瓶頸。

雙棧技術(shù)、隧道技術(shù)和互通技術(shù)可以分別解決IPv4到IPv6過渡階段的網(wǎng)關(guān)互聯(lián)、孤立網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、網(wǎng)間資源互訪三大類問題。其實(shí)在實(shí)際使用中，主要要解決兩方面的問題：一是多個(gè)IPv6或IPV4孤島互連，另一個(gè)是IPv6和IPv4互通。但是雙棧不能從根本解決地址短缺問題，IPv4地址短缺必須通過翻譯技術(shù)解決。所以，必須將三者結(jié)合使用，以制定合理的網(wǎng)絡(luò)過渡解決方案。

四、演進(jìn)策略和應(yīng)用場景分析

（一）雙棧作為過渡初期主流技術(shù)

IPv4與IPv6業(yè)務(wù)共存需的求使得雙棧成為過渡初期的主要選擇，由于初期IPv6站點(diǎn)與應(yīng)用的貧乏，用戶幾乎無IPv6資源可用，因此新建純IPv6網(wǎng)絡(luò)不是很現(xiàn)實(shí)。過渡初期運(yùn)營商往往還保留了部分IPv4地址可供分配，選擇雙棧方案，使用戶能夠同時(shí)訪問IPv4與IPv6資源，一方面能夠充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)及IPv4信息資源，另一方面也能發(fā)展與培育IPv6資源。隨著IPv6資源的漸漸豐富，新建地區(qū)可以考慮純IPv6網(wǎng)絡(luò)，原有雙棧網(wǎng)絡(luò)逐步向純IPv6網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)，最終全網(wǎng)完全過渡到純IPv6網(wǎng)。

雙棧技術(shù)是最容易實(shí)現(xiàn)并且對(duì)用戶及業(yè)務(wù)影響最小的，但其最大的問題在于同時(shí)分配IPv4與IPv6地址，并沒有減少IPv4地址的消耗，因此也只能是過渡初期的權(quán)宜之計(jì)。

（二）NAT終非長遠(yuǎn)之計(jì)

為了解決IPv4地址短缺的問題，到目前為止最成功的是網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換（NAT）方法，通常使用的是NAT44，該技術(shù)將一個(gè)IPv4地址轉(zhuǎn)換成了另一個(gè)IPv4地址。配合端口號(hào)，使得每個(gè)地址都能支持大量對(duì)話。由于地址消耗過快，僅通過NAT44也不能解決所有問題，因此又出現(xiàn)了NAT444方式，它將IPv4地址轉(zhuǎn)換成另一個(gè)IPv4地址，再轉(zhuǎn)換成第三個(gè)IPv4地址。

但NAT的使用對(duì)很多業(yè)務(wù)是有一定影響的（如SIP、E2E應(yīng)用等），因此NAT是中在引入IPv6過程中的應(yīng)對(duì)IPv4地址消耗過快的臨時(shí)性解決方法，并不能取代IPv6。

（三）分場景應(yīng)對(duì)方案

綜合考慮線網(wǎng)投資、成本、網(wǎng)絡(luò)改造難度、業(yè)務(wù)、用戶體驗(yàn)等諸如問題，我們認(rèn)為可以部署的解決方案有以下三類組合。第一種方案就是雙棧，然后結(jié)果合理的NAT技術(shù)；第二種方案是6rd快速部署方案，再加上NAT，這是一個(gè)目前很熱門而且比較成熟的方案；第三方案也是一種比較熱門的DS—LITE方案。目前這三種方案在國內(nèi)外的很多運(yùn)營商中都有試用。下文簡述這幾種方案的適用場景以及特點(diǎn)。

1.雙棧+NAT

全網(wǎng)部署IPv4+IPv6雙協(xié)議棧，采用NAT技術(shù)來解決IPv4公有地址不足的問題。即給用戶分配IPv4私有地址+IPv6地址。在運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（一般為BRAS）上做一次NAT44轉(zhuǎn)換，結(jié)合端口轉(zhuǎn)換技術(shù)，可以將一個(gè)公有IP地址分配給多個(gè)用戶共同使用，從而大大提高地址利用率。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)到后期，終端和業(yè)務(wù)以IPv6為主的時(shí)候，可以逐步關(guān)閉IPv4協(xié)議棧，只給用戶分配IPv6地址。

雙棧方案+NAT方案的特點(diǎn)是對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基本不用調(diào)整，而且NAT44的技術(shù)已經(jīng)非常成熟。采用橋接型家庭網(wǎng)關(guān)的用戶較為簡單，只要用戶主機(jī)能夠支持IPv6即可，這一點(diǎn)對(duì)我國運(yùn)營商有很強(qiáng)的吸引力。另外，此方案要求全網(wǎng)進(jìn)行雙棧的改造，這里包括CR、BRAS、家庭網(wǎng)關(guān)等。還需要在網(wǎng)內(nèi)增加CGN設(shè)備，以此支持NAT，從而實(shí)現(xiàn)IPv6或者IPv4私有地址向IPv4公網(wǎng)地址的轉(zhuǎn)換。

2.6rd

6rd（IPv6 Rapid Deployment on IPv4 Infrastructures）是一種IPv6 over IPv4隧道技術(shù)，這是一種基于現(xiàn)有IPv4網(wǎng)絡(luò)快速引入IPv6的方案，其特點(diǎn)是現(xiàn)網(wǎng)BRAS、SR等POP層設(shè)備不用升級(jí)改造支持IPv6，僅需要將城域網(wǎng)核心路由器升級(jí)改造成為雙棧。在城域網(wǎng)絡(luò)中集中部署6rd網(wǎng)關(guān)，當(dāng)用戶有IPv6接入需求時(shí)，用戶側(cè)網(wǎng)關(guān)與6rd網(wǎng)關(guān)之間建立IPv6 over IPv4的隧道，IPv6數(shù)據(jù)包通過隧道轉(zhuǎn)發(fā)到6rd網(wǎng)關(guān)，而用戶的IPv4訪問則通過原有的路徑。

6rd方案能夠在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)快速引入IPv6服務(wù)，而又不需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行較大改造，是一個(gè)較為經(jīng)濟(jì)、風(fēng)險(xiǎn)小的選擇，但此方案需要為用戶側(cè)網(wǎng)關(guān)同時(shí)分配IPv4與IPv6的公有地址，并不能減少IPv4地址的消耗，因此對(duì)于部分擁有較多IPv4公有地址儲(chǔ)備的歐美運(yùn)營商可能更具有吸引力。

3.DS—Lite

DS—Lite（Dual Stack Lite），是一種IPv4 over IPv6隧道與NAT44相結(jié)合的技術(shù)，可以滿足在純IPv6的接入網(wǎng)環(huán)境中，雙?；蚣僆Pv4用戶訪問IPv4資源的需求。這是一種實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)快速IPv6化的方案，其特點(diǎn)是現(xiàn)網(wǎng)BRAS、SR等POP層設(shè)備采用IPv6協(xié)議，城域網(wǎng)核心路由器改造成雙棧，在網(wǎng)絡(luò)中部署DS—Lite CGN設(shè)備，用戶側(cè)網(wǎng)關(guān)到DS—Lite CGN之間建立IPv4 over IPv6隧道。BRAS設(shè)備為用戶側(cè)網(wǎng)關(guān)分配IPv6地址，用戶側(cè)網(wǎng)關(guān)為用戶分配私有IPv4地址，用戶的IPv4流量經(jīng)過IPv4 over IPv6隧道上行到DS—Lite CGN上，CGN同時(shí)具有NAT44的功能，IPv4數(shù)據(jù)經(jīng)隧道解封裝后，經(jīng)過一次NAT44轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為公有IPv4地址后，最終進(jìn)入IPv4骨干網(wǎng)。

DS—Lite方案的特點(diǎn)是全網(wǎng)運(yùn)行IPv6協(xié)議棧，運(yùn)營商不用為用戶分配IPv4公有地址，適合在新建網(wǎng)絡(luò)區(qū)域采用此方案。發(fā)展用戶的同時(shí)直接將支持DS—Lite的用戶側(cè)網(wǎng)關(guān)直接發(fā)放給用戶，從而避免大規(guī)模用戶側(cè)用關(guān)更換的問題。新興運(yùn)營商傳統(tǒng)運(yùn)營商的新建網(wǎng)絡(luò)區(qū)域可能會(huì)更多地考慮這個(gè)方案。

五、結(jié)束語

本文以論述承載網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)技術(shù)與策略為主，但I(xiàn)PV6的演進(jìn)絕不僅僅是網(wǎng)絡(luò)層面的內(nèi)容，而是涉及到終端、CP/SP、運(yùn)營商（IP網(wǎng)絡(luò)、業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)、IT支撐系統(tǒng)）、硬件設(shè)備廠商、軟件廠商等產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的一個(gè)綜合性問題。需要在政府指導(dǎo)下，聯(lián)合國際學(xué)術(shù)組織、科研單位及產(chǎn)業(yè)鏈各方，分階段在網(wǎng)絡(luò)、終端、IT支撐系統(tǒng)等各環(huán)節(jié)進(jìn)行全面改造，打通網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、業(yè)務(wù)遷移和新業(yè)務(wù)開發(fā)、運(yùn)行維護(hù)及服務(wù)流程等一系列環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)平滑演進(jìn)。

參考文獻(xiàn)：

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[2]IPv4與IPv6的比較研究.全國第16屆計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)應(yīng)用（CACIS）學(xué)術(shù)會(huì)議論文集，2004