运营商互联网IPv6网络技术演进探讨

1 互联网IPv6及过渡技术概述

随着互联网规模的不断扩大，网民数量的不断增加，全球互联网所使用的IPv4地址数量遇到了发展瓶颈；同时，由于互联网在人们生活中的日益普及，泛在网、物联网应用的兴起，可能使得我们身边的每一样东西都需要连入互联网，更加速其日益走向耗尽的边缘。根据IANA的报告显示，到2012年左右基本没有再可分配的IPv4地址块资源，互联网将面临着一个网络IP地址基础资源匮乏的危机。

为应对这一危机，目前普遍认为最有效的解决途径，便是在互联网中应用IPv6技术。IPv6是IETF设计的用于替代现行版本IP协议(IPv4) 的下一代IP协议。与IPV4相比，IPV6具有以下几个优势：具有更大的地址空间；使用更小的路由表；增加了增强的组播(Multicast)支持以及对流的支持(Flow Control)，这使得网络上的多媒体应用有了长足发展的机会，为服务质量(QoS，Quality of Service)控制提供了良好的网络平台；加入了对自动配置(Auto Configuration)的支持；具有更高的安全性。当然，IPv6并非十全十美，不可能解决所有问题。如由于IP地址匮乏情况的紧迫，造成IPv6 未完善地考虑向下兼容的问题。目前，许多企业和用户的日常工作越来越依赖于互联网，人们无法容忍在协议过渡过程中出现的严重问题；所以，IPv6技术的采用步骤关键是IPv4向IPv6技术的过渡演进和两者间的互通的问题。

在IPv4向IPv6过渡的初期，基于IPv6的业务还带有相当程度的试验和探索性质，Internet上的绝大部分应用仍然是基于IPv4 的，Internet的主体也仍然采用IPv4，IPv6网络仅在局部构成中小型网络。这一阶段的问题首先是使各个相对孤立的IPv6网络之间能够相互通信；其次，IPv6孤岛需要访问的资源大部分仍然处在基于IPv4的Internet主体网络中，需要解决IPv6网络中的主机访问IPv4网络的问题；而且此时IPv6的地址分配还处在IPv4地址的阴影当中，大量IPv6特定网段的地址或者IPv4向IPv6的映射网段地址构成IPv6路由表的重要组成部分。

当基于IPv6的业务普遍实现大规模应用后，从IPv4到IPv6的过渡就进入了IPv4与IPv6并存的中期阶段。在这一阶段，IPv6网络已经形成规模，构成了独立于IPv4网络的从接入网、驻地网到核心网的完整网络结构。这一阶段最重要的任务是如何解决IPv4和IPv6网络中的主机和资源互访过程中出现的种种问题，其次是如何将IPv4网络中的节点升级到IPv6，以及如何将IPv4中的网络资源和业务、应用迁移到IPv6网络中去。

最后，当IPv4网络中的绝大部分业务和应用都迁移到IPv6网络以后，IPv4到IPv6的过渡就进入了后期阶段。这一阶段与初期阶段相反，网络的状况是"IPv4孤岛，IPv6海洋"。要解决的问题变成了如何连接互不连接的IPv4网络，如何让IPv4网络中的主机能够访问IPv6网络中的资源。

2 互联网IPv6演进方案简析

IPv4向IPv6演进是一个长期复杂的过程，因此在短期内不可能一蹴而就。从实际情况出发，目前主要存在"纯IP网络演进方案"和"MPLS网络演进方案"两种方案。纯IP网络方案是指仍然在骨干、城域、接入层面使用IP网络作为承载上层业务的基本手段；MPLS网络演进方案是指采用MPLS作为承载上层业务的基本手段。

2.1 纯IP网络演进方案

现有IP网络向IPv6演进时，可以采用双栈方式对骨干网络进行升级改造。采用双栈方式可以保证原有IPv4业务和终端不受影响，并逐步引入采用双栈或纯IPv6 的业务和终端。原有IPv4业务平台和终端与IPv6业务平台和终端之间可以通过地址转换/ 映射设备进行互通。当原有IPv4业务平台和终端逐步向IPv6过渡时，仍然可以保持业务的正常开展和使用，方案如图1所示。

图1 纯IP网络演进方案

方案中IPv4终端与业务平台之间可以直接采用IPv4通信；IPv6终端、业务平台之间可以直接采用IPv6通信；IPv4终端、业务平台与 IPv6终端、业务平台之间应当进行地址转换/映射，并将转换之后的地址信息通过路由控制层面在网络中传播，然后才能实现互通。

2.2 MPLS网络演进方案

现有IP互联网络也可以通过部署MPLS技术逐步向IPv6过渡。对于未部署MPLS的IP网络，可以在全网开启MPLS协议，并在网络边缘部署双栈协议，通过6PE、6vPE实现IPv6协议的互通，原有IPv4仍然可以使用IPv4以Raw IP方式互通。IPv6和IPv4的互通需要经过地址转换/映射，并将相应地址广播至IPv4域或MPLS域中，该方案见图2。

对于已经部署MPLS的IP网络，可以在网络边缘部署双栈协议，并通过6PE、6vPE实现IPv4和IPv6分别互通。在网络边缘部署地址转换/ 映射，并将相应地址分别广播到对方域中。

在此方案中，IPv6分组被封装在MPLS LSP中进行传送实现