IPv6領(lǐng)域的研究與實踐

解沖鋒 趙慧玲

　　IPv6是一個新版"網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議"，其設(shè)計的最初目的就是為了克服傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)的核心協(xié)議-IPv4協(xié)議的不足之處。自從1991年IPv6的概念被提出以來，在各方的努力下，包括地址結(jié)構(gòu)、路由、IPv4/IPv6過渡、移動IPv6在內(nèi)的各項IPv6基本協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)目前已經(jīng)完成，IPv6技術(shù)也從研究階段過渡到實施階段。許多廠家已經(jīng)開發(fā)了各種類型的IPv6設(shè)備，測試表明這些設(shè)備可以初步滿足運營商網(wǎng)絡(luò)的要求。一些運營商和研究機構(gòu)建立了規(guī)模不等的IPv6網(wǎng)絡(luò)，并實現(xiàn)了全球互聯(lián)，向企業(yè)用戶和個人用戶提供接入服務(wù)。在我國，國家發(fā)改委聯(lián)合科技部、教育部、信產(chǎn)部和自然科學(xué)基金會等部門啟動CNGI(中國下一代互聯(lián)網(wǎng))核心網(wǎng)項目，本項目通過建設(shè)一個高性能的網(wǎng)絡(luò)平臺，促進我國電信運營業(yè)的新業(yè)務(wù)和應(yīng)用的開發(fā)，帶動我國民族信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，IPv6協(xié)議是CNGI核心網(wǎng)的重要網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。

　　一、IPv6業(yè)務(wù)應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀及存在的問題

　　對于IPv6及下一代互聯(lián)網(wǎng)來說，業(yè)務(wù)是成功的關(guān)鍵。IPv6的優(yōu)勢在于能更好地支持各種端到端及多媒體業(yè)務(wù)，如視頻會議、VoIP、文件共享、信息家電、及時通信以及上面提到的移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。目前，部分國外廠家在此領(lǐng)域也進行了一些前瞻性的開發(fā)，實現(xiàn)了相應(yīng)的原型產(chǎn)品，但這些應(yīng)用產(chǎn)品側(cè)重于功能的初步開發(fā)，缺乏完整的體系結(jié)構(gòu)和良好的可擴展性，也沒有配套的支撐管理系統(tǒng)，因此和實際的電信級業(yè)務(wù)產(chǎn)品之間還具有較大的距離。

　　隨著以IPv6協(xié)議為核心的下一代互聯(lián)網(wǎng)的逐步部署，廠商和運營商合作開發(fā)新型業(yè)務(wù)及應(yīng)用成為非常重要的工作。對于運營商來說，需要明確用戶在下一代互聯(lián)網(wǎng)中的實際業(yè)務(wù)需求，并研究制定下一代業(yè)務(wù)平臺的體系架構(gòu)，解決在實施下一代業(yè)務(wù)中所需的關(guān)鍵技術(shù)，并制定新型業(yè)務(wù)的規(guī)范，爭取在下一代互聯(lián)網(wǎng)的價值鏈中占據(jù)有利地位。對于設(shè)備制造商來說，根據(jù)運營商的業(yè)務(wù)需求和網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)現(xiàn)狀，盡早開發(fā)出符合市場需求的業(yè)務(wù)產(chǎn)品，使這些業(yè)務(wù)能充分發(fā)揮IPv6協(xié)議的新特性。另外，盡管IPv6和IPv4協(xié)議都是網(wǎng)絡(luò)層技術(shù)，但在支持業(yè)務(wù)方面，IPv6還需要解決一些關(guān)鍵問題，如：業(yè)務(wù)質(zhì)量、業(yè)務(wù)安全、用戶的標(biāo)識與認證、用戶狀態(tài)及定位等，這些問題需要在下一代互聯(lián)網(wǎng)的背景下重新研究與解決，而不能照搬傳統(tǒng)IPv4網(wǎng)絡(luò)的解決方案。

　　二、IPv6的移動數(shù)據(jù)能力

　　移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)是在移動通信平臺上開展的多種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，如：視頻點播、移動定位、遠程監(jiān)控、企業(yè)網(wǎng)絡(luò)訪問、多媒體短信、互聯(lián)網(wǎng)訪問、WAP和電子商務(wù)等。移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)是移動通信和數(shù)據(jù)通信相互結(jié)合的產(chǎn)物，與固網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)相比，更能體現(xiàn)業(yè)務(wù)的個性化和多樣化特色，它是繼移動話音后有可能帶動移動網(wǎng)絡(luò)快速發(fā)展的重要動力。目前移動網(wǎng)絡(luò)主要采用IPv4協(xié)議來支持數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，但在移動網(wǎng)絡(luò)中采用IPv4協(xié)議在許多方面的實現(xiàn)效果并不是很理想。以地址為例，由于IPv4地址很有限，負責(zé)亞太地區(qū)IP地址分配的APNIC(Asia-Pacific Network Information Center，亞太網(wǎng)絡(luò)信息中心)規(guī)定，移動運營商在為移動終端分配IPv4地址時，盡可能采用私有IPv4地址。使用私有IPv4地址可以支持傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)訪問和WAP業(yè)務(wù)，但對端到端型業(yè)務(wù)，如加密型、多方通信、多媒體通信等，就會存在許多困難。IPv6協(xié)議在設(shè)計時充分考慮了移動需求，并將移動IPv6作為IPv6協(xié)議的基本組成部分，因此已經(jīng)成為移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的主要候選協(xié)議。3GPP組織已經(jīng)將IPv6協(xié)議作為第三代移動通信3G系統(tǒng)的重要組成部分，并規(guī)定在3GPP R5版本中采用IPv6協(xié)議來支持IMS(IP Multimedia Subsystem，基于IP的多媒體子系統(tǒng))。移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)采用IPv6協(xié)議可實現(xiàn)移動終端之間、移動終端和固網(wǎng)終端之間端到端的雙向通信，從而使移動通信形式和功能更加多樣化。

　　目前，IETF和3GPP針對在移動網(wǎng)絡(luò)中如何部署IPv6協(xié)議進行了非常多的工作，如制定為3G終端分配IPv6地址方案。由于全球移動終端數(shù)量巨大，全球剩下的約1/3的IPv4地址空間不能滿足移動用戶的需求，而IPv6地址空間非常巨大，可以為每個移動用戶分配公有的IPv6地址。如何在3G核心網(wǎng)中為移動終端配置IPv6地址是非常重要的問題，IETF根據(jù)3GPP需求制訂了基于IPv6協(xié)議承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的相關(guān)建議，并形成了RFC3314和RFC3316等，還有部分內(nèi)容正在討論之中，處在草案階段。移動網(wǎng)絡(luò)為終端配置IPv6地址的方式有兩種：有狀態(tài)地址配置和無狀態(tài)地址配置.有狀態(tài)地址配置需要DHCP服務(wù)器來給終端配置IPv6地址,無狀態(tài)地址配置方式不需要另外的實體(除GGSN外)參與地址配置過程。

　　由于移動終端可通過多種接入技術(shù)實現(xiàn)對于IP網(wǎng)絡(luò)的訪問，如：WLAN、GPRS/3G蜂窩系統(tǒng)等，所以當(dāng)用戶終端在這些不同接入方式間發(fā)生切換時，需要最大限度地保持現(xiàn)有的通信會話連接(如TCP連接等)。移動IPv4和移動IPv6都可使用戶跨越不同接入介質(zhì)，并能保證網(wǎng)絡(luò)層以上會話的正常進行，同時用于跨越不同移動網(wǎng)絡(luò)時(不同GGSN域間)移動功能的實現(xiàn)。與移動IPv4相比，移動IPv6在許多方面進行了改進，如：取消了移動IPv4中的外地代理(FA)，方便了移動IP的實施；用IPv6協(xié)議機制實現(xiàn)了"路由優(yōu)化"，可克服移動IPv4中的"三角路由"問題；移動IPv6協(xié)議已經(jīng)集成在IPv6協(xié)議中，因此可在全球的任意兩個終端(包括固定和移動)之間實施路由優(yōu)化；IPv6地址空間大，便于為移動終端分配轉(zhuǎn)交地址；在移動IPv6中，發(fā)向移動節(jié)點的大量數(shù)據(jù)可利用IPv6的路由報頭進行傳送，而移動IPv4中隧道方式的開銷較大。移動IPv6能有效地解決無線和有線網(wǎng)絡(luò)中主機移動性問題，對于增強3G網(wǎng)絡(luò)中終端的移動性是一個可行的補充方案。目前移動IPv6的建議是今年6月份在IETF剛剛通過的RFC3755(Mobility support in IPv6)。

　　三、中國電信在IPv6方面的工作

　　作為國內(nèi)最大固網(wǎng)運營商--中國電信集團公司一直對IPv6和下一代互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域非常重視，并對其進行了長期的跟蹤研究。作為中國電信集團公司的直屬研究機構(gòu)--中國電信股份有限公司北京研究院在IPv6領(lǐng)域開展了長期深入的研究和實踐工作。

　　2001年5月份開始，中國電信進行了IPv6總體技術(shù)方案項目的研究工作，主要對IPv6各方面的技術(shù)特性進行了詳細的調(diào)研和研究，根據(jù)相關(guān)國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)和國際標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合中國電信的具體情況，制定中國電信IPv6網(wǎng)絡(luò)總體技術(shù)方案。重點研究了IPv6地址格式、IP地址規(guī)劃和IPv6地址分配、IPv4向IPv6過渡的技術(shù)方案、路由協(xié)議擴展、DNS擴展、IPv6對移動性的支持、IPv6對實時業(yè)務(wù)的支持、網(wǎng)絡(luò)安全機制、IPv6對上層的影響、路由器升級方案、中國電信數(shù)據(jù)網(wǎng)的過渡策略以及相應(yīng)的實驗方案等。

　　2002年8月份，北京研究院編制地址申請報告，協(xié)助集團公司相關(guān)部門從APNIC申請到了正式的IPv6地址:2001:c68::/32，中國電信也成為國內(nèi)最早從APNIC拿到IPv6正式地址的電信運營商，從而為IPv6的進一步的研究工作打下了良好的基礎(chǔ)。對于申請到的地址，中國電信已初步完成地址的實驗性分配和規(guī)劃工作，為正式分配做好準(zhǔn)備。

　　從2003年4月份起，北京院在湖南IPv6試驗網(wǎng)的基礎(chǔ)上，設(shè)計和建立了一個覆蓋北京、上海、廣州、長沙四個省市的IPv6實驗網(wǎng)絡(luò)，并對此網(wǎng)絡(luò)進行了一系列的實驗和測試工作，包括設(shè)備測試、互通性測試、IPv6路由協(xié)議測試、用戶接入試驗、業(yè)務(wù)試驗、安全測試及QoS測試等。這些試驗采用了多廠家的設(shè)備，其中部分實驗是在中國電信的現(xiàn)行網(wǎng)上進行的。從試驗中得到的許多重要的結(jié)論為將來深入研究NGI/IPv6打下了良好的基礎(chǔ),目前此網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)實現(xiàn)了和全球IPv6網(wǎng)絡(luò)的互通。

　　從傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)向下一代互聯(lián)網(wǎng)的演進是非常復(fù)雜和重要的問題。北京研究院針對運營商網(wǎng)絡(luò)的實際情況和技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，在試驗和參考國外運營商經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，對于新技術(shù)進行取舍和整合，提出了國內(nèi)網(wǎng)絡(luò)演進的方案和策略。鑒于接入網(wǎng)、城域網(wǎng)和骨干網(wǎng)在容量、特性和功能上的差異，分別針對這些網(wǎng)絡(luò)提出了不同的演進方案。業(yè)務(wù)是新一代互聯(lián)網(wǎng)成功的關(guān)鍵，北京研究院目前的一個研究重點是下一代互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)研究，包括：下一代網(wǎng)絡(luò)及業(yè)務(wù)平臺體系架構(gòu)，關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)以及相關(guān)試驗等。我們期望通過努力，使下一代互聯(lián)網(wǎng)在中國能獲得突破性發(fā)展，并能為運營商、設(shè)備制造商和用戶帶來實際的益處。

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