可演進的下一代互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)

趙慧玲，陳運清，解沖鋒，王 茜，史 凡

（中國電信股份有限公司北京研究院 北京100035）

1 前言

目前，隨著IPv4地址的分配殆盡，全球互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)變革和我國下一代互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展都進入關(guān)鍵時期。AT&T、Verizon和Comcast等運營商均開始提供IPv6互聯(lián)網(wǎng)接入服務，AT&T、NTT還推出了IPv6 VPN服務。截至2012年7月，AT&T已有100萬戶支持IPv6的DSL寬帶接入用戶，IPv6用戶流量占網(wǎng)絡(luò)總流量的7%。預計到2012年12月，AT&T IPv6 DSL寬帶接入用戶數(shù)將增長至500萬戶，IPv6數(shù)據(jù)流量將占網(wǎng)絡(luò)總流量的20%。截至2012年9月，Verizon Wireless已發(fā)展190萬戶支持IPv6的LTE商用用戶，IPv6數(shù)據(jù)流量占LTE網(wǎng)絡(luò)流量的19%，占全網(wǎng)流量的6.7%。

在10個最流行的互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)站中，目前已有5個支持IPv6，分別是谷歌、Facebook、YouTube、雅虎和維基百科。此外，Sony等電子消費品廠商和微軟等通信軟件廠商也紛紛在其產(chǎn)品中內(nèi)置對IPv6的支持模塊，其中Sony還明確提出“其所有產(chǎn)品都應基于IPv6”且“如果可能，希望在2015年底前嘗試關(guān)閉局域網(wǎng)中的IPv4協(xié)議?！薄?/p>

中國電信很早就高度重視下一代互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，自2001年，積極開展包括IPv6技術(shù)在內(nèi)的研發(fā)儲備，密切跟蹤國內(nèi)外最新動態(tài)，積極參與國家層面的CNGI項目，利用大型項目進行應用示范，組織技術(shù)研究并制定標準，抓緊開展現(xiàn)網(wǎng)評估和現(xiàn)場試驗。在參加國家CNGI項目方面，中國電信作為承建單位之一，全程參與了國家CNGI項目一期的建設(shè)，建設(shè)及投資規(guī)模在電信運營商中均位居首位。同時，作為CNGI兩屆專家委員會的成員單位，中國電信為CNGI國家戰(zhàn)略規(guī)劃研究報告建言獻策。中國電信認為，下一代互聯(lián)網(wǎng)是開放、安全、可擴展、覆蓋全球、滿足未來業(yè)務發(fā)展需求、以IPv6為核心的網(wǎng)絡(luò)，具備海量IP地址、用戶可溯源、能夠提供高寬帶的有線/無線接入和支撐物聯(lián)網(wǎng)等新型應用規(guī)模發(fā)展能力，我國的互聯(lián)網(wǎng)應該是與“國家寬帶中國戰(zhàn)略”相結(jié)合的可演進的下一代互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)。

2 現(xiàn)網(wǎng)過渡架構(gòu)的研究及實踐

網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的設(shè)計是網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和建設(shè)的關(guān)鍵，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是指導網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的一系列高層原則，其目的是要確保構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)技術(shù)能有機地結(jié)合在一起，并使網(wǎng)絡(luò)能按照預期目標運行。在一個特定的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下，滿足特定功能需求的技術(shù)方案具有多樣性，對照網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的原則進行技術(shù)選擇并做出決策，進行詳細的技術(shù)層面的設(shè)計。

基于IPv6的下一代互聯(lián)網(wǎng)是寬帶互聯(lián)網(wǎng)、3G、三網(wǎng)融合、大客戶專網(wǎng)等業(yè)務的融合承載平臺，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和實現(xiàn)技術(shù)將直接影響傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務的可持續(xù)發(fā)展和未來新業(yè)務的拓展。在中國電信的統(tǒng)一安排下，中國電信股份有限公司北京研究院按照“管、端、云”架構(gòu)對于下一互聯(lián)網(wǎng)進行了深入、系統(tǒng)的研究，結(jié)合我國運營商網(wǎng)絡(luò)的具體情況制定了國家CCSA的《基于IPv6下一代互聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)架構(gòu)及技術(shù)要求》標準。標準明確給出了基于IPv6的下一代互聯(lián)網(wǎng)的組網(wǎng)參考架構(gòu)，對網(wǎng)絡(luò)的服務質(zhì)量、可靠性、移動性、安全性以及關(guān)鍵業(yè)務承載能力提出了具體要求，下一代互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)應達到網(wǎng)絡(luò)層次清晰化、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)扁平化、網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量差異化、管理控制集中化等要求。從層次清晰化和結(jié)構(gòu)扁平化角度，下一代互聯(lián)網(wǎng)主要由接入網(wǎng)、城域網(wǎng)、骨干網(wǎng)3層架構(gòu)組成；從質(zhì)量差異化和管理集中化角度，下一代互聯(lián)網(wǎng)應具備服務質(zhì)量、網(wǎng)絡(luò)可靠、移動和安全管理等能力。

下一代互聯(lián)網(wǎng)是一個基礎(chǔ)型、戰(zhàn)略性、長期性的系統(tǒng)工程，同時具有前所未有的復雜性和艱巨性。在過去10年間，中國電信累計投入固定資產(chǎn)和研發(fā)費用超過10億元，專業(yè)人員超過1 200人。目前，中國電信的下一代互聯(lián)網(wǎng)試點網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)形成對湖南、江蘇、四川等省所涉及的骨干網(wǎng)、城域網(wǎng)和接入網(wǎng)的端到端覆蓋，能支持當?shù)?0萬用戶的IPv6接入；并形成了40余項專利、20余項行業(yè)標準、50余項國際標準/草案，整體研發(fā)水平處于全球領(lǐng)先地位。中國電信作為運營商的代表，承建了CNGI國際交換中心；參與了CNGI網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，并先后為上海世界博覽會（以下簡稱上海世博會）、深圳第26屆世界大學生夏季運動會（以下簡稱深圳大運會）和中國—東盟博覽會等提供了服務。中國電信已經(jīng)形成了一整套“分區(qū)域、分階段、分步驟”的網(wǎng)絡(luò)部署、改造、業(yè)務開展的全流程方案。

中國電信通過對內(nèi)穩(wěn)步推進、對外積極合作兩條主線的工作，在演進策略與技術(shù)研究、規(guī)范制定、現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備評估、地址申請與挖潛、現(xiàn)網(wǎng)試點驗證等方面取得了一定成果，為全面開展下一代互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模商用工作奠定了基礎(chǔ)。主要內(nèi)容涵蓋如下方面。

·研究演進策略，明確路線選擇——以雙棧技術(shù)為基礎(chǔ)支持IPv6，并通過部署DS-Lite、NAT444等過渡技術(shù)緩解地址壓力，遠期通過向IPv6演進最終解決地址匱乏問題，完善整網(wǎng)的IPv6能力。

·完善規(guī)范標準，提升設(shè)備能力——修訂了IP網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、家庭網(wǎng)關(guān)等技術(shù)規(guī)范，將支持IPv6作為設(shè)備引用的關(guān)鍵項，提升了現(xiàn)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、終端的雙棧支持能力；編制了DS-Lite、NAT444過渡技術(shù)的設(shè)備技術(shù)規(guī)范，推進廠商開發(fā)過渡技術(shù)網(wǎng)絡(luò)側(cè)網(wǎng)關(guān)設(shè)備。

·完成現(xiàn)網(wǎng)試點，打通業(yè)務流程——組織現(xiàn)場試驗，選取湖南長沙、江蘇無錫及四川成都的局部區(qū)域，針對地址消耗較大的有線寬帶、無線寬帶等業(yè)務進行了雙棧及DS-Lite、NAT444過渡技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務試驗。通過升級改造網(wǎng)絡(luò)及支撐系統(tǒng)，開展業(yè)務流程測試，實現(xiàn)了試點業(yè)務端到端的流程貫通。

·推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展，加強地址工作——與工業(yè)和信息化部電信研究院、信息安全中心開展合作研究，并積極參與CNGI工作，推動國家戰(zhàn)略及政策的出臺。與清華大學成立聯(lián)合實驗室，與新浪、騰訊等CP/SP合作開展應用遷移方案研究及論證。

同期，中國電信還密切跟蹤業(yè)界最新技術(shù)和業(yè)務的發(fā)展動向，綜合評估這些新技術(shù)的發(fā)展對下一代互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)和演進帶來的影響，持續(xù)關(guān)注核心技術(shù)的研究和核心專利的申請。目前中國電信已經(jīng)在SDN及云計算與IPv6過渡技術(shù)的結(jié)合方面展開了深入研究，在地址資源池化、多個轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備間流表同步、負載均衡等方面申請了多項發(fā)明專利。在推動輕型雙棧的部署中，對原國際標準RFC6333進行了優(yōu)化和擴展，通過兩臺集中式AFTR通告同一個IPv6地址的方式，實現(xiàn)基于任播地址的冗余和負載分擔，即多臺獨立式AFTR設(shè)備組成AFTR云，終端可針對AFTR云自動實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)、就近接入、冗余備份和流量均衡。這樣，業(yè)務的隧道剝離、地址轉(zhuǎn)換、端口分配、日志發(fā)送以及狀態(tài)維護等功能全部交由AFTR云處理和實現(xiàn)。

在實際部署中，由于采用了云化的思路，可以將基于AFTR設(shè)備云提供冗余和負載分擔的應用進行深化，采用集中式AFTR為分布式AFTR進行備份，從而每臺分布式BRAS設(shè)備只需配置一塊AFTR板卡就可以實現(xiàn)高可用性，滿足電信級要求，此備份方式為全球首次應用，可以顯著降低城域網(wǎng)過渡技術(shù)部署的成本，同時節(jié)約網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的槽位資源。

對于運營商網(wǎng)絡(luò)來說，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的升級是不夠的，還要對已有的支撐系統(tǒng)進行升級，使其支持IPv6的業(yè)務屬性。以輕型雙棧技術(shù)為例，由于在原有的IPv4網(wǎng)絡(luò)中引入了輕型雙棧的寬帶接入方式，因此用戶的屬性類別增多，在運營支撐系統(tǒng)方面進行了全球首次創(chuàng)新，新增新的用戶屬性，由CRM結(jié)合資源管理系統(tǒng)自動為用戶設(shè)定，繼而通過后臺服務開通、業(yè)務激活、AAA系統(tǒng)實現(xiàn)聯(lián)動，智能判斷用戶屬性，然后將用戶屬性對應的業(yè)務模板代碼下發(fā)到BRAS，由BRAS根據(jù)業(yè)務代碼實現(xiàn)不同用戶分配不同地址的策略，從而實現(xiàn)為不同的用戶屬性提供不同的上網(wǎng)業(yè)務。

在經(jīng)過了上述現(xiàn)網(wǎng)實踐后，中國電信同步開展了IPv6相關(guān)技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新工作。從技術(shù)研發(fā)、現(xiàn)網(wǎng)實踐和業(yè)務嘗試等角度看，目前已經(jīng)達到全球領(lǐng)先水平。

從網(wǎng)絡(luò)長期演進的角度出發(fā)，中國電信積極探索了將智能管道與IPv6進行有機結(jié)合的方式，開展了智能型網(wǎng)絡(luò)的研究和實踐，提出了下一代高智能網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以IPv6為基礎(chǔ)，增強網(wǎng)絡(luò)在感知、開放、高效方面的智能性，支持海量用戶和終端、移動性業(yè)務、多網(wǎng)協(xié)同應用的可運營和可管理架構(gòu)演進思路。

高智能網(wǎng)絡(luò)具備五大特性：泛在性、感知性、高效性、開放性、可演進。

泛在性是實現(xiàn)下一代高智能網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，要求網(wǎng)絡(luò)具備IPv6的標識空間，支持IPv4與IPv6用戶和業(yè)務的并存與互訪，滿足多樣化的業(yè)務發(fā)展和多場景的用戶接入；感知性是實現(xiàn)下一代高智能網(wǎng)絡(luò)的核心，針對日益蓬勃發(fā)展的業(yè)務應用和用戶的多樣化行為特征，網(wǎng)絡(luò)需具備全方位的感知能力，實現(xiàn)支持基于用戶、應用、內(nèi)容的智能化識別和分析，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)策略調(diào)度和路由選擇；高效性是實現(xiàn)下一代高智能網(wǎng)絡(luò)的重要途徑，能夠?qū)崿F(xiàn)針對用戶和應用需求的按需保障能力，實現(xiàn)智能流量調(diào)控能力，緩解不可控流向流量對網(wǎng)絡(luò)資源的不合理消耗，并通過增強資源動態(tài)調(diào)控和按需質(zhì)量保障能力，提高網(wǎng)絡(luò)的自適應性以及內(nèi)容分發(fā)的效率；開放性是下一代高智能網(wǎng)絡(luò)的重點趨勢，通過網(wǎng)絡(luò)智能能力的開放，推動更多的機構(gòu)和個人加入與網(wǎng)絡(luò)感知、流量調(diào)度等網(wǎng)絡(luò)能力和其他業(yè)務引擎相關(guān)的應用開發(fā)行列中，通過開放平臺降低應用創(chuàng)新門檻，豐富應用種類和數(shù)量，從而滿足個性化、多樣化的用戶需求；可演進指基于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和設(shè)備，采用疊加系統(tǒng)或功能升級等方式構(gòu)建下一代高智能網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，從而逐步在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中升級而演進到目標架構(gòu)。

高智能網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)分為業(yè)務平臺層、承載控制層和承載層。

業(yè)務平臺層作為上層應用的統(tǒng)一支撐平臺和接口，為傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)應用以及移動互聯(lián)網(wǎng)、三網(wǎng)融合、云計算等新興應用提供調(diào)用各種業(yè)務能力和網(wǎng)絡(luò)資源能力的方式，重點提供能力開放接口API、支持互聯(lián)網(wǎng)應用向IPv6遷移的互通網(wǎng)關(guān)，同時提升運營商業(yè)務和網(wǎng)絡(luò)能力的適應性，以最簡單的方式適應新型應用發(fā)展的需求。

承載控制層向業(yè)務平臺層提供滿足業(yè)務需求并與承載網(wǎng)絡(luò)能力相匹配的管理控制能力，承載控制層的核心能力是實現(xiàn)基于感知的策略控制和資源調(diào)度，通過對承載網(wǎng)絡(luò)各層面（終端、網(wǎng)絡(luò)層、業(yè)務層）信息的統(tǒng)計分析，針對不同的用戶和應用需求，實現(xiàn)按需的網(wǎng)絡(luò)資源配置和調(diào)用；能夠基于底層路由虛擬化、路由開放等技術(shù)實現(xiàn)分層分域的網(wǎng)絡(luò)適配，選擇適合不同應用流量模型的路由、存儲或計算資源，保障業(yè)務承載的質(zhì)量，并提升承載網(wǎng)絡(luò)的傳送效率。

承載層支持各類用戶終端有線/無線網(wǎng)絡(luò)的無縫接入，支持終端的移動性管理和智能邊緣控制，基于網(wǎng)絡(luò)云化的智能轉(zhuǎn)發(fā)架構(gòu)進行設(shè)計，采用具有路由虛擬化、路由能力開放的新型路由設(shè)備，具備基于內(nèi)容感知的路由優(yōu)化能力，并最終實現(xiàn)應用可感知、內(nèi)容可區(qū)分、路由可優(yōu)化的路由轉(zhuǎn)發(fā)體系。

3 中國電信的IPv6標準化實踐

IETF是國際上IPv6的標準化主體，自1994年以來，IETF已經(jīng)完成了涉及IPv6的基本協(xié)議、地址結(jié)構(gòu)、鄰居發(fā)現(xiàn)機制、地址分配機制等技術(shù)的標準化工作，發(fā)布了115個相關(guān)RFC。已經(jīng)基本完成了對DNS擴展支持的IPv6的標準化工作，發(fā)布了11個相關(guān)RFC。與IPv4路由協(xié)議對應，IETF已完成了應用于IPv6網(wǎng)絡(luò)中的路由MPLS協(xié)議標準的 制 定 工 作，發(fā) 布 了 包 括RIP、OSPF、ISIS、BGP、MPLS、LDP、VPN等路由MPLS協(xié)議，該類標準已經(jīng)完善。

在IPv6過渡領(lǐng)域，目前的研究主要集中在IPv6的隧道技術(shù)（Softwire工作組）、翻譯技術(shù)（Behave工作組）和運營部署考慮（v6ops）等，包括協(xié)議轉(zhuǎn)換、地址翻譯、隧道封裝等技術(shù)方案。其中，IETF已制定的主流過渡技術(shù)包括RFC6334的DS-Lite技 術(shù)、RFC6146的 有 狀 態(tài)NAT64技術(shù)、RFC6219的IVI技術(shù)以及RFC6147的DNS64技 術(shù) 等。

迄今為止，業(yè)界不僅對已制定的IPv6過渡技術(shù)存在較大的爭議，對于IPv6實際演進中的運營部署要求也考慮較少，還存在大量可改進、可完善的空間，亟需在較短的時間內(nèi)結(jié)合運營商的實際部署需求加以補充和完善。

中國電信自2001年起在下一代互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域進行了持久的探索和現(xiàn)網(wǎng)儲備，歷時10余年，聚焦CNGI試驗網(wǎng)、技術(shù)研究、現(xiàn)網(wǎng)試驗和應用示范工作。在大量實踐和研究的基礎(chǔ)上，中國電信與清華大學、工業(yè)和信息化部電信研究院、產(chǎn)業(yè)鏈各個合作單位等開展了緊密的合作研究，重點開展了在下一代互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)、政策和標準方面的研究，并聯(lián)合進行國際IETF標準、國內(nèi)行業(yè)標準的制定和推動，完成了9項行業(yè)標準、40項國際標準/草案的科研成果，起到了重要的產(chǎn)業(yè)帶動作用。

4 結(jié)束語

總結(jié)而言，歷經(jīng)10年的大膽嘗試，中國電信已經(jīng)站在了IPv6發(fā)展的最前沿，達到了全球領(lǐng)先水平。伴隨中國信息高速路發(fā)展的戰(zhàn)略機遇期，中國電信將發(fā)揮持續(xù)推進、持久創(chuàng)新、先導引領(lǐng)的策略，打造IPv6高速智能管道，服務社會，為廣大客戶提供更好體驗的IPv6服務。

1 Hinden R,Deering S.IP Version 6 Addressing Architecture.RFC4291,2006

2 Lind M,Ksiuant V,Park S,et al.Scenarios and Analysis for Introducing IPv6 into ISP Networks.RFC4029,2005

3 趙慧玲,史凡,陳運清.下一代互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展綜述及整體架構(gòu)演進思考.下一代互聯(lián)網(wǎng)與應用研討會論文集，2011

4 趙鋒.國內(nèi)外IPv6標準進展.下一代互聯(lián)網(wǎng)與應用研討會論文集，2011

5 王茜,陳運清,曹磊.智能管道架構(gòu)及技術(shù)方案探討.中興通訊技術(shù),2012(4)