無(wú)線發(fā)射臺(tái)站遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)IPv4到IPv6過(guò)渡方案的研究

李峻寧

（廣西廣播電視無(wú)線傳播樞紐臺(tái)）

一、引言

2011年2月3日，全球地址分配機(jī)構(gòu)（IANA）宣布，已將全球最后468萬(wàn)個(gè)IPv4地址分配完畢，這也暗示著世界范圍內(nèi)的IPv4地址幾乎耗盡。為了應(yīng)對(duì)IPv4地址池不足的問(wèn)題，IETF早在上世紀(jì)90年代就開(kāi)始著手對(duì)IPv6進(jìn)行研究?，F(xiàn)今，IPv6技術(shù)已日漸成熟，較IPv4而言，無(wú)論是從地址空間、網(wǎng)絡(luò)效率、自適應(yīng)能力、組播支持還是安全性方面來(lái)看，都有著巨大的優(yōu)勢(shì)。近年來(lái)，我國(guó)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展速度迅猛，IP地址資源緊缺的局面日益嚴(yán)峻。2017年11月26日，中共中央辦公廳、國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)了《推進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議第六版（IPv6）規(guī)模部署行動(dòng)計(jì)劃》，該文件中明確了廣電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)升級(jí)部署IPv6的相關(guān)要求。因此，IPv4向IPv6過(guò)渡的行動(dòng)勢(shì)在必行。

二、現(xiàn)狀分析

截至2018年上半年，廣西全區(qū)有近800座廣播電視無(wú)線發(fā)射臺(tái)，且站點(diǎn)數(shù)量仍在逐年增長(zhǎng)。這些臺(tái)站均需納入遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)，但目前遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)的核心業(yè)務(wù)、控制中心（樞紐臺(tái)）網(wǎng)絡(luò)及各無(wú)線發(fā)射臺(tái)站網(wǎng)絡(luò)，都依托于IPv4協(xié)議建設(shè)，IPv4向IPv6過(guò)渡的工作必然存在較大難度。且遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)的核心業(yè)務(wù)事關(guān)廣西全區(qū)的無(wú)線廣播電視節(jié)目的安全播出，過(guò)渡技術(shù)的合理運(yùn)用將直接影響到業(yè)務(wù)的連續(xù)性及工作量的大小。所以，過(guò)渡方案的選擇需要結(jié)合過(guò)渡技術(shù)的特性、應(yīng)用場(chǎng)景及發(fā)展階段來(lái)考慮。

三、常用的過(guò)渡技術(shù)

（一）雙協(xié)議棧

雙協(xié)議棧技術(shù)（以下簡(jiǎn)稱雙棧），指在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上同時(shí)運(yùn)行IPv4和IPv6協(xié)議；這個(gè)節(jié)點(diǎn)可以是服務(wù)器、網(wǎng)關(guān)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。雙棧設(shè)備可以同時(shí)對(duì)IPv4和IPv6報(bào)文進(jìn)行接收和發(fā)送處理，且兩者分開(kāi)運(yùn)行，不會(huì)互相影響，是一種最為簡(jiǎn)單的IPv4到IPv6的過(guò)渡方案。

圖2

（二）隧道技術(shù)

為了解決在IPv4到IPv6網(wǎng)絡(luò)過(guò)渡初期IPv6孤島間的互聯(lián)問(wèn)題及過(guò)渡末期IPv4孤島間的互聯(lián)問(wèn)題，隧道技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。如IPv6 over IPv4隧道，其原理是利用IPv4網(wǎng)絡(luò)來(lái)傳輸IPv6報(bào)文，其數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程如圖2所示，當(dāng)IPv6報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)到隧道起點(diǎn)，該起點(diǎn)的邊界設(shè)備會(huì)將IPv6報(bào)文封裝到IPv4報(bào)文中，通過(guò)IPv4網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)到隧道終點(diǎn)，而該終點(diǎn)設(shè)備會(huì)對(duì)該IPv4報(bào)文解封裝后，再以IPv6報(bào)文繼續(xù)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，返回報(bào)文亦然。這個(gè)過(guò)程就像IPv6報(bào)文通過(guò)一個(gè)透明的隧道，穿越了IPv4的海洋。

（三）翻譯技術(shù)

翻譯技術(shù)與NAT技術(shù)實(shí)現(xiàn)手段類似，其原理是將IPv4和IPv6報(bào)文進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)IPv4和IPv6網(wǎng)絡(luò)間的互訪，翻譯技術(shù)常常被應(yīng)用于IPv4和IPv6網(wǎng)絡(luò)邊界，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的直接互聯(lián)。在眾多翻譯技術(shù)中，較為常見(jiàn)的是NAT64技術(shù)。

四、過(guò)渡技術(shù)的選擇和應(yīng)用

（一）過(guò)渡初期

在IPv4向IPv6網(wǎng)絡(luò)過(guò)渡改造的前期，要以先易后難，先邊緣后核心為原則。由于臺(tái)站內(nèi)尚存在大量?jī)H支持IPv4協(xié)議的舊設(shè)備，且臺(tái)站數(shù)量較多，對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行升級(jí)或更換的工作量及資金投入較為龐大，不適合過(guò)渡初期對(duì)此類設(shè)備進(jìn)行改造，應(yīng)優(yōu)先選擇利用支持IPv6協(xié)議的設(shè)備進(jìn)行改造?？紤]到遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)業(yè)務(wù)的連續(xù)性和重要性，改造初期應(yīng)優(yōu)先從邊緣業(yè)務(wù)開(kāi)始進(jìn)行過(guò)渡，而設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、告警等核心業(yè)務(wù)的過(guò)渡工作應(yīng)置后進(jìn)行。綜上所述，過(guò)渡初期階段，臺(tái)站內(nèi)的業(yè)務(wù)仍以IPv4為主，部分設(shè)備工作在IPv6模式或雙棧模式下，同時(shí)考慮到要使過(guò)渡相對(duì)平滑，各級(jí)臺(tái)站及樞紐臺(tái)的站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)采用IPv4/IPv6雙棧的組網(wǎng)方案。

若改造初期單位內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)改造速度快于運(yùn)營(yíng)商的數(shù)據(jù)承載網(wǎng)改造速度，則站間網(wǎng)絡(luò)可能仍為IPv4網(wǎng)絡(luò)，所以各級(jí)臺(tái)站及樞紐臺(tái)總平臺(tái)將形成IPv6網(wǎng)絡(luò)孤島，應(yīng)考慮采用IPv6 over IPv4隧道技術(shù)接入數(shù)據(jù)承載網(wǎng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。關(guān)于隧道技術(shù)的使用，目前較為常見(jiàn)的隧道技術(shù)主要有IPv6 over IPv4手動(dòng)隧道、IPv6 over IPv4 GRE隧道、IPv4兼容IPv6自動(dòng)隧道、6RD隧道、6to4隧道及ISATAP隧道。由于監(jiān)控網(wǎng)內(nèi)臺(tái)站數(shù)量眾多，而手動(dòng)隧道的原理是將IPv6報(bào)文直接作為IPv4報(bào)文的凈載荷，源地址和目的地址需要手動(dòng)配置，同時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)可視為一個(gè)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)，要在樞紐臺(tái)總平臺(tái)的邊界設(shè)備上與多個(gè)臺(tái)站邊界設(shè)備建立點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的隧道，無(wú)疑會(huì)產(chǎn)生巨大的工作量； GRE隧道應(yīng)用在上述情形下與傳統(tǒng)手動(dòng)隧道存在相同問(wèn)題，因此應(yīng)盡量避免使用IPv6 over IPv4手動(dòng)隧道和GRE隧道。IPv4兼容IPv6自動(dòng)隧道使用的地址為IPv4兼容IPv6地址，它是一個(gè)特殊的IPv6地址，其地址格式前96位全為0，后32位為一個(gè)IPv4地址。在進(jìn)入隧道時(shí)，邊界設(shè)備自動(dòng)提取后32位地址，將報(bào)文封裝為IPv4報(bào)文，在隧道終點(diǎn)再進(jìn)行解封。這種隧道技術(shù)雖易于實(shí)現(xiàn)，但I(xiàn)Pv4兼容IPv6自動(dòng)隧道要求站內(nèi)每臺(tái)設(shè)備擁有全網(wǎng)唯一的IPv4地址，且需要為每個(gè)設(shè)備配置一個(gè)source接口，因此不適合大面積部署。ISATAP隧道要求邊界路由和host設(shè)備均支持ISATAP，且其原理特性決定其更適合于臺(tái)站內(nèi)部。6to4自動(dòng)隧道網(wǎng)絡(luò)地址格式可以表示為2002：IPv4地址：：，網(wǎng)絡(luò)前綴長(zhǎng)度為64bit，其內(nèi)嵌的IPv4地址為隧道邊界設(shè)備端口地址，可實(shí)現(xiàn)站內(nèi)多個(gè)IPv6設(shè)備共用一個(gè)IPv4地址作為隧道source接口的地址。6RD隧道和6to4相似，只是原6to4的地址前綴為2002：：/16，而6RD的地址前綴則由運(yùn)營(yíng)商根據(jù)自己的IPv6地址池決定。綜合以上幾種隧道技術(shù)的特點(diǎn)，顯然6to4或6RD自動(dòng)隧道更為適用于本文所討論的應(yīng)用場(chǎng)景。因此初期階段的整體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3

圖4

（二）過(guò)渡中期

圖5

因樞紐臺(tái)總平臺(tái)作為控制中心，其主要設(shè)備為服務(wù)器，其余網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和安全設(shè)備均支持IPv6，故其受舊設(shè)備制約影響較小，僅需將其核心業(yè)務(wù)逐步升級(jí)到IPv6即可完成轉(zhuǎn)變，所以當(dāng)過(guò)渡發(fā)展至中期階段，樞紐臺(tái)總平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)率先完成改造計(jì)劃，此時(shí)的樞紐臺(tái)站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)可視為純IPv6網(wǎng)絡(luò)。就臺(tái)站端而言，由于站點(diǎn)眾多，設(shè)備數(shù)量龐大，中期階段將仍有大部分站點(diǎn)尚未完成改造。在這個(gè)階段運(yùn)營(yíng)商數(shù)據(jù)承載網(wǎng)應(yīng)已支持雙協(xié)議棧，因此過(guò)渡中期階段數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程圖4所示?？梢钥吹?，由于樞紐臺(tái)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)純IPv6網(wǎng)絡(luò)，且站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)不適合使用4over6隧道，因此在樞紐臺(tái)網(wǎng)絡(luò)的邊界路由器上，應(yīng)使用NAT64技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)臺(tái)站IPv4網(wǎng)絡(luò)與IPv6服務(wù)器節(jié)點(diǎn)的互聯(lián)。如若此時(shí)的數(shù)據(jù)承載網(wǎng)仍未支持雙棧，可繼續(xù)沿用6to4或6RD隧道技術(shù)。

（三）過(guò)渡后期

隨著絕大部分的站點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)改造完成，過(guò)渡工作進(jìn)入后期階段。因此時(shí)只有少量臺(tái)站仍為雙棧網(wǎng)絡(luò)，故可將運(yùn)營(yíng)商數(shù)據(jù)承載網(wǎng)視為一個(gè)純IPv6網(wǎng)絡(luò)，在處于雙棧網(wǎng)絡(luò)的站點(diǎn)邊界設(shè)備上配置NAT64，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖5所示。此后隨著所有臺(tái)站的IPv4網(wǎng)絡(luò)設(shè)備改造完成，過(guò)渡工作可宣告結(jié)束。

五、結(jié)語(yǔ)

IPv6的全面部署是將來(lái)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的必然趨勢(shì)，然而IPv4向IPv6的過(guò)渡工作也必將是一個(gè)艱巨而漫長(zhǎng)的過(guò)程。因此，如何快速、安全、平穩(wěn)地實(shí)現(xiàn)過(guò)渡，在未來(lái)將會(huì)成為一個(gè)持久的話題。本文根據(jù)無(wú)線發(fā)射臺(tái)站遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)的實(shí)際，所提出的IPv6過(guò)渡方案，主要基于現(xiàn)有的過(guò)渡技術(shù)。相信未來(lái)，還會(huì)有更新、更好的過(guò)渡技術(shù)出現(xiàn)，供我們選擇和應(yīng)用。