IPv6在國家電網(wǎng) 下一代行政交換網(wǎng)的應用

沈巍 王豐 李妮 李夢琳 張鵬 胡鵬

【摘要】? ? IPv6與IPv4技術對比，前者的應用優(yōu)勢更為顯著。IPv6的最大寬度為128IP地址，其IP地址信息充足、資源充足，可提供較多的IP地址，能夠支持大量端口的使用。可解決IPv4地址信息不足問題。能夠實現(xiàn)協(xié)議的優(yōu)化，可將接頭擴展，從而增強協(xié)議擴展能力;并且IP地址的數(shù)據(jù)容量、穩(wěn)定性、網(wǎng)絡安全管理、移動性和服務水平都得到了顯著提升。IPv6技術要求所有終端長時間持有同一個IP地址，即時接入互聯(lián)網(wǎng)，可以有效推動新一代業(yè)務模式的轉變，可促進端到端業(yè)務的形成，可促進數(shù)字多媒體業(yè)務的發(fā)展?；诖?，IPv6技術可切實滿足交換網(wǎng)絡的演變需求，能夠為下一代網(wǎng)絡IP技術的發(fā)展提供明確方向。

【關鍵詞】? ? IPv6? ? 國家電網(wǎng)? ? 行政交換網(wǎng)

引言：

下一代交換網(wǎng)絡是指具有時分復用負載的交換網(wǎng)絡系統(tǒng)。與原有的有TDM負載的交換網(wǎng)絡系統(tǒng)相比，在TDM上加載的交換網(wǎng)絡系統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)交換節(jié)點是交換機器，而下一代交換網(wǎng)絡是指有IP負載的交換網(wǎng)絡系統(tǒng)。網(wǎng)絡交換節(jié)點是軟交換和IMS的節(jié)點。目前各行業(yè)的公共電信網(wǎng)和傳統(tǒng)交換網(wǎng)都開始向下一代交換網(wǎng)發(fā)展，并將向IP多媒體子系統(tǒng)（IMS）發(fā)展。IMS已經成為IP網(wǎng)絡中多媒體技術服務的管理核心。它采用IP包技術的操作系統(tǒng)，可以實現(xiàn)語音、視頻、圖像、文本等多媒體技術服務。它具有承載與管理分離、終端接口獨立、會話管理與業(yè)務控制分離三大優(yōu)勢，已成為我國下一代信息交換網(wǎng)絡的主要發(fā)展方向。IMS也是IP網(wǎng)絡的主要應用之一。

一、下一代互聯(lián)網(wǎng)及其發(fā)展契機

IPv6，互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議第6版的縮寫，也叫IPng （The Next Generation IP），是IETF為替代當前版本的IP（IPv4）而設計的下一代協(xié)議。也是IP的更新版本。根據(jù)互聯(lián)網(wǎng)設計的基本原則，互聯(lián)網(wǎng)上的每臺設備都必須分配一個IP地址，以確保它可以與其他設備通信。但隨著我國新型網(wǎng)絡設備的不斷發(fā)展和涌現(xiàn)，對地址的要求也越來越高，目前國內已經達到了IPv4地址提供的范圍。思科預測，接入網(wǎng)絡的移動設備數(shù)量將從2012年的68億美元增加到今年的74億美元，達到全球總人口。隨著IPv6的出現(xiàn)，這些問題將會消失。

首先，IPv6地址必須使用128B地址空間，也就是大約3.4×1038個地址，大約是IPv4提出的地址數(shù)量的7.9×1028倍[2]。所以應該說，IPv6對于網(wǎng)址幾乎有著無盡的生存空間。此外，與其他一些技術相比，IPv6是世界上唯一發(fā)展成熟的技術，適合大規(guī)模部署。因此，IPv6技術成為緩解位置資源短缺以滿足互聯(lián)網(wǎng)上日益增長的位置需求的最佳選擇。

IPv6是分組交換網(wǎng)絡中的網(wǎng)絡技術層協(xié)議。它給中國的IP網(wǎng)絡系統(tǒng)帶來了端到端的數(shù)據(jù)，這和IPv4的基本設計原理是一樣的。IPvI描述的正式版本最早出現(xiàn)在1998年12月頒布的國際互聯(lián)網(wǎng)工程任務組標準RFC2460中。

除了學習更多地址的問題及其顯著的相關特性外，IPv6還實現(xiàn)了許多IPv4沒有的新功能。首先簡化了地址資源的分配（比如無狀態(tài)地址可以手動設置）、網(wǎng)絡技術的重新編碼、通過中文網(wǎng)絡更換連接服務商時的路由器公告。然后，它還通過在端點上設置分片來簡化路由器的分類。網(wǎng)絡安全標準是IPv6架構的設計要求，涉及國際互聯(lián)網(wǎng)信息安全條約的IPSEC（互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議安全）標準。

二、國家電網(wǎng)下一代行政交換網(wǎng)IPv6演進方案

（一）IPv6在國家電網(wǎng)下一代行政交換網(wǎng)中應用原則

1.嚴格遵循中國電網(wǎng)交換網(wǎng)發(fā)展規(guī)律，充分考慮中國電網(wǎng)承載網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略，遵循承載網(wǎng)優(yōu)先于交換網(wǎng)向IPv6演進的策略;跨省骨干網(wǎng)優(yōu)先于省內/本地數(shù)據(jù)通信網(wǎng)向IPv6演進;交換網(wǎng)邊界優(yōu)先于交換網(wǎng)核心設備向IPv6演進;寬帶用戶優(yōu)先向IPv6演進，窄帶用戶維持IPv4。

2.用戶的服務體驗不會明顯降低。當用IMS核心網(wǎng)實現(xiàn)IPv4或IPv6協(xié)議轉換時，需要所有核心網(wǎng)網(wǎng)元同步切換，否則會直接影響當前業(yè)務。

3.為了盡可能降低運營壓力，保持IMS和公司運營活動的平穩(wěn)發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展，對于同一個IMS核心網(wǎng)的所有網(wǎng)元，組網(wǎng)時只觀察同一個IP協(xié)議的一個IP協(xié)議，只支持IPv4或IPv6。

4.為了保證過渡期間的使用安全和可管理，IMS接口網(wǎng)元如SBC必須支持雙棧，也就是說必須具備將IPv4和IPv6協(xié)議轉移到信令和媒體業(yè)務的功能，可確保IPv6終端業(yè)務的正常使用。

5. IMS互通網(wǎng)元（如MGCF/MGW、IBCF/TrGW）必須支持雙棧，并具備將IPv4、IPv6協(xié)議內容轉換為信令系統(tǒng)和媒體的功能，以保證IMS等網(wǎng)元在協(xié)議內容切換前后能夠順利互聯(lián)。

6.不影響目前的服務應用能力和體驗。為了保證ims核心網(wǎng)的所有業(yè)務在IPv4和IPv6協(xié)商切換之前或之后都能順利接入，目前的業(yè)務系統(tǒng)需要雙棧的支持，第三方網(wǎng)絡服務平臺，AS和IMS兩者之間，也需要雙棧支持，以應對IMS核心網(wǎng)的協(xié)商切換問題。

7.為保證在IPv4與IPv6協(xié)議交換前后，IMS核心網(wǎng)的各類業(yè)務、運維工作能夠及時完成，IMS計費、網(wǎng)管、同步服務及基礎網(wǎng)絡系統(tǒng)，提供雙棧支持。

（二）IPv6在國家電網(wǎng)下一代行政交換網(wǎng)中應用方案

1.國家電網(wǎng)下一代行政交換網(wǎng)及承載網(wǎng)演進方案

國家電網(wǎng)行政交換網(wǎng)不變，就新建交換網(wǎng)，選擇IP、扁平化組網(wǎng)方式，實行省、地區(qū)工程管理辦法。國內已有28家單位（總公司、27家省級）建立了IMS網(wǎng)絡，所有地方分支機構和國家直屬機構能夠接收問題省份的核心網(wǎng)，不同區(qū)域均建設了社會化IMS核心網(wǎng)元，實現(xiàn)了全省異地1+1榮滅方式，IMS核心技術設備建設在中國發(fā)展電網(wǎng)有限公司財務數(shù)據(jù)為全國通信網(wǎng)工業(yè)信息匯集提供機房，IMS業(yè)務都由的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡中心統(tǒng)一承擔。728FFF21-533F-4236-8D59-7BCE81E4F887

IMSVPN已加入數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡，承接各地、各省IMS信令業(yè)務和媒體。IMSVPN應該覆蓋本地公司，合格的省級公司可覆蓋下屬公司。省屬、地方可部署CE設備，能夠提供匯接交換機，接入數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡PE設備，核心網(wǎng)可以借助獨立的物理通信、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)相連，采用雙上行CE設備。將使用兩條獨立的專用數(shù)據(jù)傳輸鏈路，將IMS主匯接網(wǎng)絡節(jié)點和第二匯接網(wǎng)絡節(jié)點上的CE設備互聯(lián)，能夠確保網(wǎng)絡節(jié)點、設備數(shù)據(jù)信息的一致性，還可以實現(xiàn)不同匯節(jié)點的保護。大數(shù)據(jù)通信網(wǎng)是一個行業(yè)專用的通信網(wǎng)絡，主要滿足供電運營管理的需要，保障供電生產正常有效開展。

隨著公司業(yè)務的發(fā)展，逐步形成多層次網(wǎng)絡并存格局，包括覆蓋公司總部、分公司、省電力公司、直屬單位、三地災備中心和部分直調廠站的數(shù)據(jù)通信骨干網(wǎng)，以及省級數(shù)據(jù)通信網(wǎng)。國家電網(wǎng)公司數(shù)據(jù)通信骨干網(wǎng)建立了以西單集團、三大災備管理中心、太白廣路集團和區(qū)域集中節(jié)點為核心內容，以部門、區(qū)域集團和直屬部隊為骨干的三級MPLSVPN網(wǎng)絡。

2. IPv6在國家電網(wǎng)下一代行政交換網(wǎng)中的應用方案

交換網(wǎng)絡中的IPv6過渡模式是端到端的，涉及終端、網(wǎng)絡、服務、服務支持系統(tǒng)等。而且它與承載網(wǎng)的演進過程息息相關，不可能與IPv的演進同步。因此，IPv6在管理交換網(wǎng)絡中的演進是漸進的，有一定的演進過程。

根據(jù)上述大數(shù)據(jù)分析結論，按照中國從IMS向IPv 6過渡的原則，綜合考慮中國國家電網(wǎng)行政交換網(wǎng)和移動終端的現(xiàn)狀、IMS和承載網(wǎng)發(fā)展方案等諸多原因，按照中國國內運營商對于IMS IPv6的發(fā)展思路，綜合應用雙棧和翻譯技術，可以完成中國從IMS IPv4網(wǎng)絡向IPv 6的過渡，并建議如下演進方案：

初期演進：IMS對支撐網(wǎng)絡系統(tǒng)和骨干網(wǎng)進行了升級，支持IPv6，但部分支持網(wǎng)絡接入網(wǎng)和交換網(wǎng)的設備仍保留IPv4，支持網(wǎng)絡系統(tǒng)全部4個端口的骨干網(wǎng)也將進行升級，首先支持IPv6，這也涉及各省需要與IMS互聯(lián)。因為，公司總部和本地IMS網(wǎng)絡系統(tǒng)都將I-CSCF設置為本地核心網(wǎng)的出口，接收其他IMS網(wǎng)絡系統(tǒng)的電話申請;因此，公司總部和本地IMS網(wǎng)絡系統(tǒng)也將S-CSCF設置為IMS網(wǎng)絡系統(tǒng)跨省互聯(lián)的出口，將電話發(fā)送到被叫IMS網(wǎng)絡系統(tǒng)上的I-CSCF，以備日后電話連接;要求接入IMS承載網(wǎng)骨干網(wǎng)的交換設備優(yōu)先升級到雙棧，包括I-CSCF、S-CSCF和一級ENUM/DNS。

演進中前期：承載網(wǎng)、骨干網(wǎng)、省級數(shù)據(jù)通信網(wǎng)升級支持IPv6，而城市、地區(qū)的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡和終端仍為IPv4。考慮到省內數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡將優(yōu)先考慮城市和地區(qū)的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡，考慮升級支持IPv6，主要涉及省內IMS通信?，F(xiàn)階段需要升級主備IMS核心網(wǎng)設備，支持IPv6。

演進階段：所有支撐網(wǎng)絡、骨干網(wǎng)絡、連接網(wǎng)絡等。升級以支持IPv6和少量IPv6端口。此階段重點工作是將省會/城市公司的數(shù)據(jù)移動網(wǎng)絡系統(tǒng)升級成IPv6，同時與IPv6聯(lián)網(wǎng)連接的端口交換機升級，組建為雙棧，以此解決IPv4端用戶使用與IPv6聯(lián)網(wǎng)連接的IMS業(yè)務的問題。它還完成了IPv6端口用戶和IPv4端口用戶之間的業(yè)務互聯(lián)，保證了IPv6或IPv4端口用戶可以通過雙棧SBC連接到IMS，實現(xiàn)了IPv4、IPv6用戶信令代理、多媒體dialing等，能夠有效傳遞地址，可為用戶提供相關的業(yè)務支持，以此可以升級為IPv6，如DHCP、DNS等。

（三）IPv6在IMS網(wǎng)絡的應用方案

由于向下一代交換網(wǎng)絡的發(fā)展是一個漸進的過程，目前互聯(lián)網(wǎng)上的IPv 4設備和用戶數(shù)量仍然巨大，下一代交換網(wǎng)絡需要逐步向IPv6過渡。IPv6在IMS網(wǎng)絡中的應用方案主要包括雙棧方案和邊界轉換方案。

1.雙棧方案

在雙棧方案設計中，規(guī)定IMS網(wǎng)絡系統(tǒng)中的每個網(wǎng)元都要同步支持IPv4和IPv6。在通過雙棧方案設計將IPv6引入IMS網(wǎng)絡系統(tǒng)時，規(guī)定IMS網(wǎng)絡中的每個網(wǎng)元都支持IPv4和IPv6雙棧，在IMS中的每個網(wǎng)元節(jié)點上同步實現(xiàn)IPv4和IPv6協(xié)議。

2. 邊界翻譯方案

邊界轉換方案是指在IMS網(wǎng)絡域中統(tǒng)一采用IPv4或IPv6地址。當需要互聯(lián)或互通的終端、接入網(wǎng)、應用服務器等網(wǎng)絡與IMS網(wǎng)絡域采用的IP版本不同時，在接入或互通邊界設置相應的IPv4和IPv6翻譯功能，完成信令和媒體層面的翻譯和轉換，實現(xiàn)IPv4終端、IPv6終端與IPv4和IPv6終端之間的翻譯和轉換。

根據(jù)不同的場景，IMS網(wǎng)絡對邊界功能有不同的要求。承載網(wǎng)向IPv6的發(fā)展通常優(yōu)先于核心網(wǎng)IPv6。然而，隨著承載網(wǎng)向IPv6演進，IMS仍處于IPv4的核心網(wǎng)，有可能出現(xiàn)多種類型的演進場景，同時可對IMS核心網(wǎng)提出相應的技術要求。

（1）IPv4/v6終端接入IMS

當IMS核心網(wǎng)設備采用IPv4，承載網(wǎng)采用IPv6時，IMS網(wǎng)絡應支持IPv4/v6終端接入。IMS還應在端口和P-CSCF之間設置SBC，以確保IMS IPv4核網(wǎng)絡和IPv6支撐網(wǎng)絡在IPv4和IPv6端口之間具有相對連接能力。為了實現(xiàn)IPv4口、IPv6口、IPv4口、IPv6口之間的連接以及它們與應用之間的業(yè)務互聯(lián)，SBC應支持IPv4/IPv6雙棧。當與IPv6端口連接時，應能在用戶端口與核心網(wǎng)之間的SIP信令層面實現(xiàn)IPv6與IPv 4之間的轉換和交換功能，在IPv6端口注冊時，SBC可實現(xiàn)終端的IPv6與IPv4地址之間的綁定關聯(lián);當任何端口或應用程序需要與IPv6端口連接建立會話時，使用SBC來提供IPv4和IPv6地址連接的綁定關系。當連接IPv4終端時，SBC應能在用戶終端與核心網(wǎng)之間的SDP信令層完成IPv6與IPv4之間的轉換功能。

（2）與其他IPv4/v6網(wǎng)絡互通

當IMS核心網(wǎng)設備使用IPv4，支撐網(wǎng)設備使用IPv6，并提供與其他IPv4、IPv6網(wǎng)絡互聯(lián)的支持時，需要IMS網(wǎng)絡的MGCF設備在信令層使IMSIPv 4網(wǎng)絡能夠提供與其他IPv6網(wǎng)絡互聯(lián)，并在IPv4、IPv6網(wǎng)絡發(fā)展過程中為業(yè)務信息互聯(lián)提供支持。通過IMS-MGW，IMS IPv6網(wǎng)絡可以在媒體層面與其他IPv4網(wǎng)絡進行通信，實現(xiàn)IPv6與IPv4網(wǎng)絡的業(yè)務互聯(lián);同時，MGCF還應支持IPv4/v6雙棧，與IPv6網(wǎng)絡互聯(lián)時，應能在網(wǎng)絡間的SIP信令層實現(xiàn)IPv4和IPv6的轉換和交換功能。當與IPv4網(wǎng)絡互聯(lián)時，IMS-MGW應該能夠在網(wǎng)絡間的SDP信令層完成IPv6和IPv4之間的轉換功能。

三、結束語

綜上所述，目前國家電網(wǎng)公司已經建立了下一代行政交換網(wǎng)的IMS技術標準體系和IMS網(wǎng)絡建設思路，并開展了當前的網(wǎng)絡體系建設?？紤]國內電網(wǎng)管理交換網(wǎng)終端現(xiàn)狀、IMS及承載網(wǎng)發(fā)展方案等因素，根據(jù)國內運營商對IMS IPv6的發(fā)展思路，建議進一步引入雙棧和翻譯技術，完成從IMS IPv4網(wǎng)絡到IPv6的轉換。

參? 考? 文? 獻

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[2]李彬，刁燕燕，宋善坤.IPv6AFT過渡技術在電力信息網(wǎng)絡中的應用[J].數(shù)字技術與應用，2019，37（07）：43-44.

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作者單位：沈巍? ? 王豐? ? 李妮? ? 李夢琳? ? 張鵬? ? 胡鵬

湖北省電力勘測設計院有限公司728FFF21-533F-4236-8D59-7BCE81E4F887