1  引言

IPv4地址即將耗盡，因此需要移轉(zhuǎn)至IPv6的討論，過(guò)去數(shù)年來(lái)一直不曾中斷。IPv4和IPv6在報(bào)文結(jié)構(gòu)、報(bào)文字段意義以及地址配置諸多方面都有顯著的不同，這給從IPv4到IPv6過(guò)渡時(shí)期Internet的運(yùn)作帶來(lái)了極大的困難。當(dāng)前接入網(wǎng)技術(shù)上幾乎所有的應(yīng)用都是構(gòu)建在IPv4上，要全面轉(zhuǎn)換成IPv6，不是一朝一夕之功，而是一個(gè)長(zhǎng)期漸進(jìn)的過(guò)程。考慮到支持IPv6業(yè)務(wù)與支持現(xiàn)有IPv4業(yè)務(wù)的需求將長(zhǎng)期共存，接入網(wǎng)也將在較長(zhǎng)時(shí)期同時(shí)支持IPv4業(yè)務(wù)和IPv6業(yè)務(wù)。怎樣最方便、最有效地實(shí)現(xiàn)接入網(wǎng)從IPv4向IPv6的過(guò)渡，是一個(gè)非常值得探討的話題。

2  寬帶接入網(wǎng)支持IPv6的實(shí)現(xiàn)技術(shù)

為了應(yīng)對(duì)IPv4如何向IPv6遷徙的問(wèn)題，許多研究機(jī)構(gòu)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化組織如IETF，BBF提出了多樣化的解決方案，如雙棧方式、隧道方式和翻譯方式。通過(guò)3種基本方式的組合和衍生，又產(chǎn)生了多種不同的IPv4向IPv6網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的具體方案，例如DS-Lite，6RD等。

2.1  雙棧方式

雙棧方式需要網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)設(shè)備同時(shí)支持IPv4和IPv6協(xié)議棧，兩個(gè)協(xié)議棧分別處理IPv4報(bào)文和IPv6報(bào)文。雙棧方案并不能節(jié)約IPv4地址，只是減少新發(fā)展的業(yè)務(wù)對(duì)IPv4公網(wǎng)地址的消耗。設(shè)備支持雙棧，使運(yùn)營(yíng)商可根據(jù)情況隨時(shí)開啟IPv6業(yè)務(wù)，因此從考慮保護(hù)運(yùn)營(yíng)商的現(xiàn)有投資和降低用戶業(yè)務(wù)體驗(yàn)感知影響兩個(gè)角度考慮，雙棧方式無(wú)疑是IPv6網(wǎng)絡(luò)遷徙初期的最佳方案。

在雙棧方式下，與接入網(wǎng)支持IPv4業(yè)務(wù)類似，在接入網(wǎng)中直接通過(guò)數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議承載IPv6協(xié)議有兩種基本方式：PPP方式和IPoE方式。采用PPP方式符合運(yùn)營(yíng)商習(xí)慣，可降低網(wǎng)絡(luò)升級(jí)壓力。

通過(guò)PPP方式接入IPv6網(wǎng)絡(luò)有兩種形式：

（1）采用支持IPv6 PPP撥號(hào)的RG設(shè)備。RG設(shè)備通過(guò)PPPv6連接到業(yè)務(wù)提供網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)RG通過(guò)路由方式為寬帶客戶網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備提供連接性（見(jiàn)圖1）。

圖1  RG發(fā)起PPPv6會(huì)話示意圖

（2）每一個(gè)終端/主機(jī)設(shè)備向業(yè)務(wù)提供網(wǎng)絡(luò)發(fā)起各自的PPPv6撥號(hào)連接。在這種情況下，網(wǎng)絡(luò)終端工作在橋接模式下，同一個(gè)寬帶客戶網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的終端/主機(jī)之間各自獨(dú)立，難以相互通信（見(jiàn)圖2）。

圖2  主機(jī)發(fā)起PPPv6會(huì)話示意圖

從圖1和圖2可以看到，PPP方式接入IPv6網(wǎng)絡(luò)的主要工作由PPP鏈路的兩個(gè)端點(diǎn)（一端為RG或主機(jī)，一端為BNG）完成，中間經(jīng)過(guò)的接入節(jié)點(diǎn)設(shè)備和二層匯聚設(shè)備采用完全透?jìng)鞯姆绞健?/P>

接入網(wǎng)設(shè)備通過(guò)IPoE方式支持IPv6協(xié)議時(shí)，需要解決RG設(shè)備的地址獲取和自動(dòng)配置、接入節(jié)點(diǎn)設(shè)備的三層協(xié)議感知功能（包括對(duì)IPv6協(xié)議部分域，ICMPv6協(xié)議報(bào)文的處理，針對(duì)IPv6業(yè)務(wù)的安全功能等）。

2.2  隧道方式

隧道技術(shù)（Tunneling）是一種通過(guò)使用互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施在網(wǎng)絡(luò)之間傳遞數(shù)據(jù)的方式。使用隧道傳遞的數(shù)據(jù)（或負(fù)載）可以是不同協(xié)議的數(shù)據(jù)幀或包。隧道協(xié)議將其它協(xié)議的數(shù)據(jù)幀或包重新封裝然后通過(guò)隧道發(fā)送。新的幀頭提供路由信息，以便通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)傳遞被封裝的負(fù)載數(shù)據(jù)。

IPv4/IPv6隧道可分為兩大類，分別是IPv6 over IPv4隧道和IPv4 over Pv6隧道。

（1）IPv6 over IPv4隧道

在IPv6網(wǎng)絡(luò)徹底代替IPv4網(wǎng)絡(luò)之前，首先具有IPv6協(xié)議棧的接入設(shè)備（包括RG和接入節(jié)點(diǎn)設(shè)備）就成為IPv4海洋中的IPv6“孤島”。IPv6 over IPv4隧道技術(shù)的目的是利用現(xiàn)有的IPv4設(shè)施來(lái)為IPv6主機(jī)服務(wù)，使得各個(gè)分散的IPv6“孤島”可以跨越IPv4網(wǎng)絡(luò)相互通信。在IPv6報(bào)文通過(guò)IPv4網(wǎng)絡(luò)時(shí)，無(wú)論哪種隧道機(jī)制都需要進(jìn)行“封包——拆包”過(guò)程，即處于發(fā)送端的隧道端點(diǎn)將該IPv6報(bào)文封裝在IPv4包中，將此IPv6包視為IPv4的負(fù)載數(shù)據(jù)，并將該IPv4包頭的協(xié)議字段設(shè)置為41，以表示該IPv4封包的負(fù)載是一個(gè)IPv6封裝包，然后在IPv4網(wǎng)絡(luò)上傳送該封裝包。當(dāng)協(xié)議字段標(biāo)為41的IPv4封裝包到達(dá)處于接收端的隧道端點(diǎn)時(shí)，該端點(diǎn)拆掉封裝包的IPv4包頭，取出IPv6封裝包繼續(xù)處理。

IPv6 over IPv4隧道技術(shù)包括GRE隧道技術(shù)、手工配置隧道技術(shù)、利用IPv4兼容地址的自動(dòng)隧道技術(shù)，6over4技術(shù)，6to4技術(shù)，ISATAP技術(shù)，Teredo技術(shù)和6RD技術(shù)等。

6RD（RFC5569）是IPv6快速部署（IPv6 Rapid Deployment）的簡(jiǎn)稱，是在6to4（RFC3056）基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種IPv6網(wǎng)絡(luò)過(guò)渡技術(shù)方案。6RD通過(guò)在現(xiàn)有IPv4網(wǎng)絡(luò)中增加6RD-BR，給愿意使用IPv6的用戶提供IPv6接入；在IPv6用戶的家庭網(wǎng)關(guān)和6RD網(wǎng)關(guān)之間建立6in4隧道，從而實(shí)現(xiàn)在IPv4網(wǎng)絡(luò)提供IPv6服務(wù)的能力。6RD網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖3所示。

圖3  6RD網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和典型應(yīng)用場(chǎng)景

6RD技術(shù)的工作原理如下：6RD-CE即用戶家庭的6RD網(wǎng)關(guān)將用戶網(wǎng)絡(luò)中IPv6主機(jī)發(fā)出的上行IPv6報(bào)文，在其WAN接口直接封裝為IPv4報(bào)文的凈荷（RFC4213）。該報(bào)文外層IPv4報(bào)文頭的源地址為6RD-CE的WAN接口IPv4地址，目的地址是6RD-BR的IPv4互聯(lián)網(wǎng)側(cè)接口的IPv4地址。該報(bào)文在IPv4互聯(lián)網(wǎng)上與普通IPv4報(bào)文采用相同的路由尋址方式。6RD-BR在收到該報(bào)文后，去掉外層IPv4的封裝包頭，將用戶主機(jī)發(fā)出的IPv6報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)進(jìn)入IPv6互聯(lián)網(wǎng)。當(dāng)6RD-BR收到指向6RD用戶網(wǎng)絡(luò)中IPv6主機(jī)的IPv6報(bào)文后，在其IPv4互聯(lián)網(wǎng)側(cè)接口同樣將這個(gè)IPv6報(bào)文封裝成IPv4報(bào)文的凈荷。該報(bào)文外層IPv4報(bào)文頭的源地址為6RD-BR的IPv4互聯(lián)網(wǎng)側(cè)的接口地址，其目的地址是連接目標(biāo)用戶網(wǎng)絡(luò)的6RD-CE的WAN接口的IPv4地址。根據(jù)上述6RD用戶主機(jī)編址規(guī)則，該IPv4目的地址可直接從轉(zhuǎn)發(fā)的IPv6報(bào)文頭中IPv6目的地址中的IPv4地址字段中獲取。6RD-CE在收到該報(bào)文后，去掉外層IPv4的封裝包頭，再將IPv6報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)至用戶網(wǎng)絡(luò)中相應(yīng)的IPv6主機(jī)。

（2）IPv4 over IPv6隧道

與IPv6 over IPv4隧道技術(shù)相反，IPv4 over IPv6隧道技術(shù)是解決具有IPv4協(xié)議棧的接入設(shè)備成為IPv6網(wǎng)絡(luò)中的孤島通信問(wèn)題，這種問(wèn)題會(huì)在IPv6技術(shù)發(fā)展后期出現(xiàn)。

DS-Lite是一種典型的IPv4 over IPv6隧道技術(shù)，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。DS-Lite隧道技術(shù)的工作原理是：用戶側(cè)設(shè)備將IPv4流量封裝在IPv6隧道內(nèi)，通過(guò)運(yùn)營(yíng)商的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IPv4 Internet。

DS-Lite方案中有B4和AFTR兩個(gè)基本功能模塊，DS-Lite數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程示意如圖4所示。

圖4  DS-Lite數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程

（1）B4（Basic Bridging Broad Band Element）模塊可集成部署在雙棧家庭網(wǎng)關(guān)上或者通過(guò)軟件部署在雙棧主機(jī)接口功能上，其主要作用是在建立與AFTR模塊之間的IPv6隧道之后，將IPv4報(bào)文封裝進(jìn)入隧道并轉(zhuǎn)發(fā)出去。

（2）AFTR（Address Family Transition Router Element）模塊可集成部署在運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)側(cè)的BNG/SR，或PE路由器等設(shè)備上，其主要作用是在網(wǎng)絡(luò)側(cè)終結(jié)IPv6隧道后，對(duì)其中的IPv4報(bào)文作地址及端口號(hào)翻譯，并轉(zhuǎn)發(fā)至IPv4 Internet。#p#

3  IPv6對(duì)接入網(wǎng)提出的新要求

接入設(shè)備對(duì)IPv6報(bào)文的處理能力可分為透?jìng)鳌⒏兄?yīng)答三個(gè)層次。

3.1  透?jìng)鱅Pv6報(bào)文

當(dāng)接入設(shè)備的功能定位在L2上時(shí)，無(wú)論是IPv4報(bào)文還是IPv6報(bào)文，接入設(shè)備都不會(huì)對(duì)其進(jìn)行任何的偵測(cè)、感知和處理，僅進(jìn)行透明傳遞。接入設(shè)備無(wú)需進(jìn)行任何升級(jí)改造就能滿足這個(gè)要求。

3.2  感知IPv6報(bào)文

接入設(shè)備對(duì)IPv6報(bào)文的感知，是指能夠識(shí)別、區(qū)分IPv6報(bào)文和IPv4報(bào)文，并能根據(jù)IPv6協(xié)議部分域進(jìn)行VLAN標(biāo)記、QoS、報(bào)文過(guò)濾等處理操作，包括但不限于：

（1）區(qū)分IPv4報(bào)文和IPv6報(bào)文，并劃分在不同的VLAN。
　　
（2）為IPv4報(bào)文和IPv6報(bào)文設(shè)置不同的以太網(wǎng)優(yōu)先級(jí)。
　　
（3）基于IPv6源/目的地址、IP協(xié)議類型（如ICMPv6，MLD等）、IPv6優(yōu)先級(jí)字段（Traffic Class）、IPv6流標(biāo)記字段（Flow Label）對(duì)業(yè)務(wù)流進(jìn)行分類。
　　
（4）基于IPv6源/目的地址對(duì)數(shù)據(jù)幀進(jìn)行過(guò)濾。
　　
（5）對(duì)特定協(xié)議報(bào)文（如ICMPv6等）進(jìn)行限速。
　　
（6）通過(guò)DHCPv6中繼代理Option18/37功能實(shí)現(xiàn)端口標(biāo)記。
　　
（7）IPv6可控組播功能。

3.3  應(yīng)答IPv6協(xié)議報(bào)文

支持L3路由功能的接入設(shè)備特別是網(wǎng)關(guān)設(shè)備，主要是在下列處理流程中需要對(duì)IPv6協(xié)議報(bào)文進(jìn)行應(yīng)答：獲取/分配IPv6地址，IPv6路由轉(zhuǎn)發(fā)。#p#

4  標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程與應(yīng)用情況

4.1  接入網(wǎng)支持IPv6的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程

在國(guó)際和中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化組織中IPv6都是熱點(diǎn)技術(shù)之一，推進(jìn)快速。目前在接入網(wǎng)領(lǐng)域主要由BBF（Broadband Forum，寬帶論壇）對(duì)支持IPv6的寬帶接入網(wǎng)架構(gòu)技術(shù)要求進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。BBF已經(jīng)完成或正在制定的IPv6相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)參見(jiàn)表1。

表1  BBF制定的IPv6相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)情況

我國(guó)目前由中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)（CCSA）組織起草了接入網(wǎng)支持IPv6的總體性標(biāo)準(zhǔn)《支持IPv6的接入網(wǎng)總體技術(shù)要求》，該標(biāo)準(zhǔn)主要對(duì)IPv6接入的基本模型、接入網(wǎng)中IPv6的地址分配模型、接入節(jié)點(diǎn)支持IPv6功能要求、RG支持IPv6功能要求、IPv6組播和基于IPv6的管理功能要求等方面進(jìn)行規(guī)定。

4.2  應(yīng)用情況

目前，全球范圍內(nèi)的知名運(yùn)營(yíng)商大都已經(jīng)宣布IPv6商用計(jì)劃，目前通過(guò)IPv6 Enabled ISP認(rèn)證的運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)達(dá)到47家，包括中國(guó)電信，NTT，Comcast等。美國(guó)最大的有線電視運(yùn)營(yíng)商Comcast 2010年初正式宣布其IPv6商用計(jì)劃，其用戶可以從今年第二季度起自愿選擇使用IPv6服務(wù)。除此之外，日本推出了純IPv6實(shí)驗(yàn)業(yè)務(wù)，NTT等各大運(yùn)營(yíng)商紛紛搭建了IPv6網(wǎng)絡(luò)，AT&T，意大利電信，德國(guó)電信等國(guó)際知名運(yùn)營(yíng)商也紛紛備戰(zhàn)IPv6。

中國(guó)電信也于2010年初全面啟動(dòng)下一代互聯(lián)網(wǎng)部署試點(diǎn)工作，在湖南長(zhǎng)沙、江蘇無(wú)錫、四川成都以及廣東廣州4個(gè)城市進(jìn)行IPv6試商用，并且下半年試點(diǎn)范圍擴(kuò)大至浙江杭州和山東濟(jì)南，屆時(shí)中國(guó)電信將為用戶提供IPv6寬帶接入業(yè)務(wù)、C+W業(yè)務(wù)、大客戶業(yè)務(wù)，并將適時(shí)開展IPTV業(yè)務(wù)。中國(guó)電信也在積極開展2010年上海世博會(huì)和2011年深圳大運(yùn)會(huì)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)的IPv6化。

中國(guó)移動(dòng)目前已經(jīng)完成了技術(shù)調(diào)研、設(shè)備測(cè)試等工作，完成了PNAT標(biāo)準(zhǔn)的起草以及相關(guān)業(yè)務(wù)的演示。2010年中國(guó)移動(dòng)將結(jié)合自身在移動(dòng)領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)，利用PNAT技術(shù)，在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域展開IPv6部署的試點(diǎn)工作。

中國(guó)聯(lián)通目前已經(jīng)完成了IPv6技術(shù)調(diào)研以及廠家設(shè)備測(cè)試，演進(jìn)方案也在設(shè)計(jì)當(dāng)中。

5  結(jié)束語(yǔ)

IPv4地址不夠的問(wèn)題已經(jīng)成為全球運(yùn)營(yíng)商共同面臨的問(wèn)題，但I(xiàn)Pv6是一個(gè)長(zhǎng)期演進(jìn)的過(guò)程，IPv4還有很長(zhǎng)的應(yīng)用時(shí)間，IPv4與IPv6在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)共存是無(wú)法忽視的現(xiàn)實(shí)情況。

對(duì)于IPv6的演進(jìn)技術(shù)和策略，各標(biāo)準(zhǔn)化組織提供了多種技術(shù)方案，給運(yùn)營(yíng)商提供了多種可能的IPv4/IPv6演進(jìn)路線。對(duì)此，運(yùn)營(yíng)商和廠商已經(jīng)開始采取行動(dòng)，各主流運(yùn)營(yíng)商都開始進(jìn)行IPv6實(shí)驗(yàn)和試點(diǎn)，但不同運(yùn)營(yíng)商思路各不相同，根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景和相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀因地制宜選擇過(guò)渡策略。