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多種方案實(shí)現IPv6與IPv4共存互通

馬軍鋒 何寶宏 2011/04/26

　　目前，業(yè)界已達成共識：IPv6技術(shù)是當前可行的解決IP地址短缺唯一根本的解決方案。但是由于IPv6與IPv4技術(shù)不兼容，而且現網(wǎng)中有大量的IPv4設備和用戶(hù)存在，需要在網(wǎng)絡(luò )演進(jìn)過(guò)程中解決異構網(wǎng)絡(luò )的共存與互通問(wèn)題。

　　2011年2月3日，全球互聯(lián)網(wǎng)數字分配機構(IANA)正式宣布已無(wú)新的IPv4地址分配。由于我國運營(yíng)商已申請到的IPv4地址資源數量有限，而隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等應用的快速發(fā)展，將會(huì )需求大量的地址資源，這勢必會(huì )對我國互聯(lián)網(wǎng)持續穩定的發(fā)展產(chǎn)生影響，因此解決IPv4地址短缺的問(wèn)題迫在眉睫。

　　從技術(shù)本質(zhì)上講，解決IPv4地址短缺，可以采用兩種不同的技術(shù)路線(xiàn)，一種是多級NAT(如NAT444)技術(shù)，另一種是IPv6技術(shù)，這兩種技術(shù)是完全對立的。從長(cháng)遠來(lái)看，NAT技術(shù)并不能從根本上解決地址短缺的問(wèn)題，而且會(huì )增加網(wǎng)絡(luò )結構的復雜性。目前，業(yè)界已達成共識：IPv6技術(shù)是當前可行的解決IP地址短缺唯一根本的解決方案。但是由于IPv6與IPv4技術(shù)不兼容，而且現網(wǎng)中有大量的IPv4設備和用戶(hù)存在，需要在網(wǎng)絡(luò )演進(jìn)過(guò)程中解決異構網(wǎng)絡(luò )的共存與互通問(wèn)題。

　　熱點(diǎn)過(guò)渡技術(shù)方案

　　目前，IETF已開(kāi)發(fā)出三種機制，即雙棧、隧道和翻譯，其中雙棧和隧道機制僅在網(wǎng)絡(luò )層面解決IPv4網(wǎng)絡(luò )與IPv6網(wǎng)絡(luò )的共存問(wèn)題，翻譯機制在業(yè)務(wù)層面解決異構網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)之間的互通問(wèn)題。自IPv6標準發(fā)布以來(lái)，IETF已開(kāi)發(fā)出多種不同的IPv4和IPv6共存/過(guò)渡技術(shù)，但每一種技術(shù)只是適用于某個(gè)特定的應用場(chǎng)景，在實(shí)際部署時(shí)，需要根據具體的網(wǎng)絡(luò )拓撲和業(yè)務(wù)發(fā)展需要，將多種技術(shù)結合起來(lái)使用。

　　近期，IETFv6ops、Behave和Softwire工作組正在制定一些新的過(guò)渡技術(shù)方案，如NAT444、6rd、DS-Lite、NAT64+DNS64以及IVI等，其中6rd和DS-Lite方案通過(guò)隧道機制解決異構網(wǎng)絡(luò )的共存問(wèn)題，要實(shí)現業(yè)務(wù)的互通還需要結合翻譯技術(shù)；NAT64+DNS64和IVI方案則能夠解決IPv6用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)IPv4網(wǎng)絡(luò )的業(yè)務(wù)資源，其中NAT64是有狀態(tài)翻譯，IVI是無(wú)狀態(tài)的翻譯。

　　NAT444

　　NAT444采用兩級NAT，在客戶(hù)端網(wǎng)絡(luò )中使用一級NAT實(shí)現私網(wǎng)地址到私網(wǎng)地址的映射，在運營(yíng)商LSN(LargeScaleNAT)中使用第二級NAT，實(shí)現私網(wǎng)地址到公網(wǎng)地址的映射。該方案的最大優(yōu)勢在于技術(shù)相對成熟，而且現網(wǎng)中已經(jīng)部署了大量的NAT設備，對網(wǎng)絡(luò )的整體架構影響較小，但是需要考慮客戶(hù)端RFC1918地址和運營(yíng)商指定的RFC1918地址之間的覆蓋問(wèn)題，以及相同LSN客戶(hù)之間的尋址問(wèn)題。而且采用該方案，將會(huì )延緩運營(yíng)商網(wǎng)絡(luò )向IPv6過(guò)渡的進(jìn)程。

　　6rd

　　6rd是IPv4+6over4隧道的典型方案，類(lèi)似的解決方案還有IPv6overL2TP(通過(guò)L2TP隧道來(lái)提供IPv6用戶(hù)遠程接入)。6rd是基于IPv4網(wǎng)絡(luò )快速引入IPv6的方案，現有城域網(wǎng)絡(luò )的寬帶接入服務(wù)器等設備不用升級改造支持IPv6，在城域網(wǎng)絡(luò )中集中部署6rd網(wǎng)關(guān)，6rd網(wǎng)關(guān)到骨干網(wǎng)之間建立IPv6連接，用戶(hù)的CPE需要支持6rd。當用戶(hù)有IPv6接入需求時(shí)，CPE與6rd網(wǎng)關(guān)之間建立IPv6overIPv4的隧道，IPv6通過(guò)隧道轉發(fā)到6rd網(wǎng)關(guān)，而用戶(hù)的IPv4訪(fǎng)問(wèn)繼續通過(guò)原有的路徑。該方案適用于IPv6業(yè)務(wù)發(fā)展的早期，運營(yíng)商以IPv4業(yè)務(wù)為主，擁有少量的IPv6用戶(hù)。

　　DS-lite

　　DS-Lite是IPv6+4over6隧道的典型方案。在城域網(wǎng)絡(luò )中部署DS-LiteCGN設備，寬帶接入服務(wù)器到核心路由器通過(guò)IPv6連接，用戶(hù)的CPE支持DS-Lite，CPE到DS-LiteCGN之間建立IPv4overIPv6隧道。寬帶接入服務(wù)器給用戶(hù)CPE分配IPv6地址前綴，用戶(hù)主機的IPv4地址由CPE分配IPv4私有地址。用戶(hù)的IPv6流量通過(guò)寬帶接入服務(wù)器直接上行到核心路由器，用戶(hù)的IPv4流量到CPE后，經(jīng)過(guò)IPv4overIPv6隧道上行到DS-LiteCGN上，CGN同時(shí)具有NAT44的功能，用戶(hù)的IPv4數據經(jīng)隧道解封裝后，再做一次NAT44地址轉換，最終發(fā)送到IPv4骨干網(wǎng)。采用DS-Lite方案的一個(gè)好處是減輕寬帶接入服務(wù)器設備的壓力，可以只運行IPv6協(xié)議棧，適合在IPv6占主導的應用場(chǎng)景下使用。

　　NAT64+DNS64

　　NAT64+DNS64是解決IPv6用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)IPv4網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)資源的一種有狀態(tài)的翻譯方案。在該方案中，用戶(hù)端的應用、接入設備和網(wǎng)絡(luò )均支持IPv6，用戶(hù)使用IPv6業(yè)務(wù)和內容是直接的，但接入IPv4業(yè)務(wù)和內容將需要有狀態(tài)的地址翻譯(NAT64)網(wǎng)關(guān)設備。DNS64則主要是配合NAT64工作，主要是將DNS查詢(xún)信息中的A記錄(IPv4地址)合成到AAAA記錄(IPv6地址)中，返回合成的AAAA記錄用戶(hù)給IPv6側用戶(hù)。用戶(hù)的業(yè)務(wù)流量將根據這個(gè)目的地址路由到NAT64網(wǎng)關(guān)設備，在此設備對目的地址和源地址進(jìn)行地址和協(xié)議翻譯，以IPv4分組包的形式路由到最終的服務(wù)器。

　　IVI

　　IVI是解決IPv6用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)IPv4網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)資源的一種無(wú)狀態(tài)的翻譯方案。該方案的實(shí)質(zhì)是將已有一部分IPv4的地址段用于構造特定的IPv6地址段，通過(guò)將IPv4地址嵌入IPv6地址段的方法使它們形成明顯和特定的映射關(guān)系。IVI功能主要有兩個(gè)：一個(gè)是地址映射，即通過(guò)統一的規則實(shí)現IPv4地址與IPv6地址的一一映射，以進(jìn)行地址的翻譯；另一個(gè)是協(xié)議翻譯，即根據標準規定，實(shí)現IPv4/ICMPv4協(xié)議和IPv6/ICMPv6協(xié)議各字段的對譯，同時(shí)更新TCP/UDP協(xié)議的相關(guān)字段，完成完整的數據包翻譯操作。

　　運營(yíng)商網(wǎng)絡(luò )的演進(jìn)策略

　　對于運營(yíng)商來(lái)說(shuō)，IPv6是解決

　　IPv4地址短缺問(wèn)題的根本方案，也是一個(gè)逐步演進(jìn)的過(guò)程，選擇過(guò)渡技術(shù)要綜合考慮以下因素：保護現網(wǎng)投資，成本合理，網(wǎng)絡(luò )改造難度適中，現有業(yè)務(wù)不受損，用戶(hù)體驗好。運營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò )通常可以劃分為核心網(wǎng)、城域網(wǎng)和接入網(wǎng)，不同的網(wǎng)絡(luò )其演進(jìn)路線(xiàn)是不同的。對于核心網(wǎng)，如果基于IP技術(shù)，可以采用雙棧；如果基于MPLS技術(shù)，則可以采用6PE。對于城域網(wǎng)，其過(guò)渡技術(shù)方案應以雙棧技術(shù)為基礎，隧道和翻譯機制相結合，根據不同的應用場(chǎng)景采用不同的過(guò)渡方案，如：用戶(hù)轉向單棧IPv6，采用6rd提供IPv6用戶(hù)的接入，NAT64/IVI翻譯機制實(shí)現IPv6用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)IPv4網(wǎng)絡(luò )的業(yè)務(wù)資源；內容和應用沒(méi)有明顯變化，運營(yíng)商趨向CGN，采用CGN/NAT444；內容和應用沒(méi)有明顯變化，運營(yíng)商趨向IPv6，采用DS-Lite提供私網(wǎng)IPv4用戶(hù)的接入，部署NAT44實(shí)現私網(wǎng)IPv4到公網(wǎng)IPv4的轉換；多數內容和應用轉向雙棧，采用雙棧；多數內容和應用轉向IPv6，采用DS-Lite提供公網(wǎng)IPv4用戶(hù)的接入，NAT64/IVI翻譯機制實(shí)現IPv4用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)IPv6網(wǎng)絡(luò )的業(yè)務(wù)資源。

　　對于大二層接入網(wǎng)絡(luò )，接入設備對轉發(fā)的報文透明傳遞，但是應能夠識別、區分IPv6報文和IPv4報文，并能夠根據IPv6協(xié)議部分進(jìn)行VLAN標記、QoS、報文過(guò)濾等處理操作。如果支持雙棧，可以直接通過(guò)數據鏈路層協(xié)議承載IPv6協(xié)議(如PPPoE和IPoE)。

　　由于互聯(lián)網(wǎng)應用場(chǎng)景多種多樣，因此IPv6演進(jìn)技術(shù)方案沒(méi)有統一的一種模式。IPv6網(wǎng)絡(luò )的演進(jìn)需要綜合考慮多種因素(如網(wǎng)絡(luò )規模、用戶(hù)規模、網(wǎng)絡(luò )拓撲等)采用多種不同的技術(shù)方案。不同的IPv6演進(jìn)技術(shù)的采用和選擇其關(guān)鍵往往不僅僅是一個(gè)純粹的技術(shù)思考，其更大的挑戰是互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展與技術(shù)轉型對運營(yíng)和商業(yè)模式的影響。所以，應結合不同的業(yè)務(wù)應用場(chǎng)景和網(wǎng)絡(luò )未來(lái)發(fā)展需求，綜合考慮各種因素，結合多種過(guò)渡技術(shù)制定網(wǎng)絡(luò )平滑演進(jìn)的策略。

通信產(chǎn)業(yè)報


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