ipv6解決方案與發(fā)展淺析

1、<p>　　IPv6解決方案與發(fā)展淺析</p><p>　　摘要：隨著近十年來互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的迅猛發(fā)展，特別是近幾年來各種智能終端的普及以及物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，IPv4地址已分配完畢，更換新一代IPv6協(xié)議已迫在眉睫，本文主要探討IPv4網(wǎng)絡(luò)在升級(jí)IPv6網(wǎng)絡(luò)時(shí)面臨的問題、解決方案的選擇，未來發(fā)展展望等。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：IPv6 NAT444 DS DS-Lite NAT6

2、4 </p><p>　　1 為何要升級(jí)IPv6 </p><p>　　IPv4地址是目前正在廣泛使用的IP協(xié)議，IPv4采用32位地址長(zhǎng)度，能夠提供的地址總量為2的32次方個(gè)，全球可用的IPv4地址大約為43億個(gè)，2011年2月，全球現(xiàn)有的IPv4地址資源已經(jīng)分配完畢。盡管一些地區(qū)及企業(yè)仍留有一些未使用IPv4地址，但也將在很短時(shí)間內(nèi)使用完畢。另外，由于歷史原因，IPv4對(duì)服務(wù)質(zhì)量（Qo

3、S）、安全性、多播、移動(dòng)性、即插即用等功能都不能很好或很方便的支持。 </p><p>　　故全球互聯(lián)網(wǎng)迫切需要過渡到下一代版本的IP地址協(xié)議即IPv6，IPv6采用128位地址長(zhǎng)度，地址容量達(dá)2的128次方個(gè)，可以有效解決IP地址資源不足的問題，“如同沙灘上的沙子一樣無(wú)限”，足以支持可預(yù)見未來互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的增長(zhǎng)。 </p><p>　　從產(chǎn)業(yè)角度而言，IPv6是下一代互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)和起點(diǎn)，IP

4、v6的部署可全面提升我國(guó)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的能力和水平、加速相關(guān)設(shè)備研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，創(chuàng)新物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用。 </p><p>　　2 升級(jí)IPv6面臨的問題 </p><p>　　2.1 技術(shù)方案的選擇問題 </p><p>　　IPv6最大的問題在于無(wú)法向前兼容IPv4協(xié)議，因此從IPv4升級(jí)到IPv6出現(xiàn)了眾多的演進(jìn)方案。這些方案技術(shù)主要分為三大類：雙棧、隧

5、道和地址轉(zhuǎn)換，但不同細(xì)枝末節(jié)上的變種已超過20余種，如NAT444、NAT64、NAT-PT、DS-Lite、6RD、IVI等。各種技術(shù)方案的應(yīng)對(duì)場(chǎng)景不同，再加上企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)各異，這都增加了企業(yè)選擇方案的難度。 </p><p>　　2.2 投資與成本控制問題 </p><p>　　IPv6的升級(jí)需要各大電信運(yùn)營(yíng)商來做先行者，電信行業(yè)經(jīng)過多年的白熱化競(jìng)爭(zhēng)，運(yùn)營(yíng)商的利潤(rùn)率不斷下降，電信行業(yè)

6、也不可避免地陷入投資額下降的困境。在IPv6網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的問題上，運(yùn)營(yíng)商的改造規(guī)模覆蓋了終端、接入、城域、骨干等各個(gè)環(huán)節(jié)，幾乎是全網(wǎng)升級(jí)，設(shè)備采購(gòu)量和資金投入自然不小。如何降低總成本，保護(hù)投資，也是運(yùn)營(yíng)商需要考慮的關(guān)鍵問題之一。 </p><p>　　2.3 平滑演進(jìn)問題 </p><p>　　IPv6的演進(jìn)不可能一蹴而就，不同電信業(yè)務(wù)、不同應(yīng)用場(chǎng)景在不同階段對(duì)IPv6演進(jìn)方案有著不同需求。因

7、此，基于各過渡技術(shù)的進(jìn)展，運(yùn)營(yíng)商需要根據(jù)自己的特點(diǎn)，選擇合適的過渡方案組合。在這個(gè)過程中，運(yùn)營(yíng)商不僅要解決目前的地址枯竭問題，還要兼顧長(zhǎng)期演進(jìn)過程更加平穩(wěn)，以達(dá)到保護(hù)投資的目的。 </p><p>　　3 主流IPv6演進(jìn)方案分析及部署建議 </p><p>　　3.1 NAT444+DS（雙棧）方案 </p><p>　　3.1.1 NAT444方案 </p

8、><p>　　NAT444為兩層NAT44的簡(jiǎn)稱，NAT444方案的中心思想由運(yùn)營(yíng)商部署運(yùn)營(yíng)級(jí)NAT44設(shè)備CGN（Carrier-Grade NAT），同時(shí)與用戶側(cè)的NAT組成兩級(jí)地址轉(zhuǎn)換，形成三塊地址空間，即用戶側(cè)私有地址、運(yùn)營(yíng)商私有地址、公網(wǎng)地址。這也是NAT444名稱的由來。NAT444方案可以提高IPv4地址的復(fù)用率，緩解地址枯竭問題，而且便于部署，只需在匯聚層或者核心層增加CGN設(shè)備即可，無(wú)需進(jìn)行較大規(guī)模

9、的設(shè)備替換。從用戶感知度、技術(shù)成熟度和部署難易度等方面考慮，NAT444是目前比較好的緩解地址枯竭問題的解決方案。 </p><p>　　在IPv4地址向IPv6演進(jìn)的過渡期內(nèi)，延緩IPv4的使用期限，可以為IPv6的部署爭(zhēng)取時(shí)間。這是NAT444技術(shù)的主要作用。 </p><p>　　3.1.2 NAT444+雙棧方案 </p><p>　　所謂雙棧，簡(jiǎn)單地說就是

10、在同一套網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中同時(shí)使用IPv6/ IPv4 兩個(gè)可以并行工作的協(xié)議棧。在使用雙棧接入方案時(shí)，用戶通過Single PPP for both IPv4/IPv6或者IPoEv4/IPoEv6獲取IPv4/IPv6配置信息，并接入雙棧網(wǎng)絡(luò)，用戶分別通過IPv4及IPv6地址訪問對(duì)應(yīng)的IPv4及IPv6網(wǎng)上資源。使用雙棧接入方案，可保障用戶業(yè)務(wù)豐富性，通過與NAT444結(jié)合使用，該方案不需消耗公有IPv4地址，具備規(guī)模部署可行性。 <

11、;/p><p>　　NAT444+雙棧方案中，私網(wǎng)用戶通過CGN（NAT44）訪問IPv4 Internet。在家庭網(wǎng)關(guān)上做第一次NAT，在CGN上做第二次NAT，CGN相對(duì)于傳統(tǒng)NAT的區(qū)別在于位置提升和性能提升，通過將NAT444和雙棧一塊使用，用戶同時(shí)得到IPv4私網(wǎng)地址和IPv6地址，從而可同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)上IPv4及IPv6資料的訪問。 </p><p>　　在將現(xiàn)網(wǎng)升級(jí)為NAT444+

12、雙棧網(wǎng)絡(luò)時(shí)，可將新老用戶分為三種情況對(duì)待： </p><p>　　①老用戶，已分配IPv4公網(wǎng)地址：可繼續(xù)使用原IPv4地址，也可割接為IPv4私網(wǎng)地址或雙棧地址； </p><p>　?、谛掠脩?，終端不支持IPv6：使用IPv4私網(wǎng)地址； </p><p>　　③新用戶，終端支持IPv6：分配IPv4/IPv6雙地址。 </p><p>　

13、　通過此種方式的網(wǎng)絡(luò)改造，逐步將用戶全部割接為雙棧地址，最終實(shí)現(xiàn)單純的IPv6網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的目的。網(wǎng)絡(luò)升級(jí)過程中可能還需結(jié)合6TO4隧道等技術(shù)的應(yīng)用，將部分先行升級(jí)的雙棧網(wǎng)絡(luò)的IPv6網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互通，同時(shí)也可結(jié)合NAT64+DNS64技術(shù)實(shí)現(xiàn)純IPv6用戶對(duì)IPv4資源的訪問。 </p><p>　　綜上，NAT444+雙棧方案技術(shù)最為成熟，投資成本低，有利于IPv4向IPv6的平滑演進(jìn)，但大規(guī)模地部署時(shí)雙棧使得管理較

14、為復(fù)雜。此方案是IPv6網(wǎng)絡(luò)部署初期的可行性方案，目前各大運(yùn)營(yíng)商正處于小規(guī)模商用試點(diǎn)、推廣階段。 </p><p>　　3.2 DS-Lite方案 　　DS-Lite可理解為原有Dual Stack方案的簡(jiǎn)化版， DS-Lite是“隧道技術(shù)（IPv4-in-IPv6隧道）”與“改進(jìn)的NAT技術(shù)（以tunnel-id/IPv6地址為NAT表索引）”的結(jié)合。用戶側(cè)設(shè)備將IPv4流量封裝在IPv6隧道內(nèi)，通過運(yùn)營(yíng)商的

15、IPv6接入網(wǎng)絡(luò)到達(dá)“網(wǎng)關(guān)”設(shè)備后終結(jié)IPv6隧道封裝，再進(jìn)行集中式NAT轉(zhuǎn)換，最終轉(zhuǎn)發(fā)至IPv4Internet。 </p><p>　　運(yùn)營(yíng)商采用DS-lite方案后，運(yùn)營(yíng)商CGN設(shè)備和客戶家庭網(wǎng)關(guān)之間網(wǎng)絡(luò)將保持IPv6單棧。家庭網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部終端IPv4地址完全由家庭網(wǎng)關(guān)分配，運(yùn)營(yíng)商不再維護(hù)用戶IPv4地址的配置，當(dāng)家庭網(wǎng)絡(luò)IPv4終端發(fā)送數(shù)據(jù)包至IPv4時(shí)，家庭網(wǎng)關(guān)截獲IPv4數(shù)據(jù)包，并將其封裝到IPv6數(shù)據(jù)包

16、內(nèi)部，通過隧道傳送至CGN，CGN解封裝數(shù)據(jù)包并執(zhí)行NAT44轉(zhuǎn)換，將私網(wǎng)IPv4地址轉(zhuǎn)換為外部公有IPv4地址，然后再將轉(zhuǎn)換后的IPv4數(shù)據(jù)包發(fā)送到運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)。 </p><p>　　比較而言，DS-LITE方案中骨干網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中只運(yùn)行IPv6協(xié)議，維護(hù)工作較為簡(jiǎn)單，符合IPv6網(wǎng)絡(luò)升級(jí)的終極方向，但在目前家庭用戶終端還未全部普及IPv6情況下，DS-LITE方案需要配合家庭網(wǎng)關(guān)來使用，如果運(yùn)營(yíng)商對(duì)用戶的家庭網(wǎng)關(guān)

17、控制力度很弱，那么采用DS-Lite就會(huì)面臨較大的困難。因此DS-LITE方案更為適合在IPv6網(wǎng)絡(luò)升級(jí)后期當(dāng)互聯(lián)網(wǎng)上的IPv4用戶終端及資源均較少時(shí)來部署使用。目前各大運(yùn)營(yíng)商也正在進(jìn)行小規(guī)模試點(diǎn)、積累經(jīng)驗(yàn)階段。 </p><p>　　4 IPv6網(wǎng)絡(luò)前景展望 </p><p>　　2012年3月29日，發(fā)改委印發(fā)《關(guān)于印發(fā)下一代互聯(lián)網(wǎng)“十二五”發(fā)展建設(shè)的意見》的通知，該通知要求在 “十二

18、五”期間，IPv6寬帶接入用戶數(shù)超過2500萬(wàn)，實(shí)現(xiàn)IPv4和IPv6主流業(yè)務(wù)互通，IPv6地址獲取量充分滿足用戶需求。 </p><p>　　在發(fā)展時(shí)間表和路線圖上，2013年底前組織開展IPv6網(wǎng)絡(luò)小規(guī)模試點(diǎn)商用，向用戶優(yōu)先分配IPv6地址，形成成熟的技術(shù)演進(jìn)路線和商業(yè)模式。2014-2015年為全面商用部署階段，開展IPv6網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模部署和商用，逐步停止向新用戶分配IPv4地址，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)三網(wǎng)融合，組織新型網(wǎng)

19、絡(luò)體系架構(gòu)及技術(shù)的規(guī)模驗(yàn)證，為“十三五”期間產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展做好準(zhǔn)備。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1]楊國(guó)良.IPv6技術(shù)、部署與業(yè)務(wù)應(yīng)用.2011-6-1. </p><p>　　[2]（美）麥克法蘭德.IPv6在企業(yè)網(wǎng)絡(luò)中的部署.2012-1-1. </p><p>　　[