馬 琳

（華為技術(shù)有限公司 北京100140）

1 前言

隨著互聯(lián)網(wǎng)IPv4公網(wǎng)地址資源的不斷消耗及IPv4地址資源的最終耗盡，解決IP地址問(wèn)題成為全球都正在面臨的嚴(yán)峻問(wèn)題，為應(yīng)對(duì)IP地址危機(jī)，各個(gè)國(guó)家和地區(qū)都加大了對(duì)IPv6的部署力度。從2010年開始，包括中國(guó)在內(nèi)的各國(guó)紛紛開始IPv6商用試點(diǎn)和技術(shù)的研究工作，推動(dòng)IPv6快速走向商用，在IPv6發(fā)展過(guò)程中，業(yè)界也認(rèn)識(shí)到IPv6的最終演進(jìn)是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，在IPv6過(guò)渡發(fā)展階段，也需要通過(guò)IPv6過(guò)渡技術(shù)研究解決IPv4地址不足問(wèn)題的方案。

2012年3月29日，國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)印發(fā)《下一代互聯(lián)網(wǎng)“十二五”發(fā)展建設(shè)的意見》通知，提出在“十二五”期間，互聯(lián)網(wǎng)普及率達(dá)到45%以上，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)三網(wǎng)融合，IPv6寬帶接入用戶數(shù)超過(guò)2 500萬(wàn)人，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。從目前狀況看，IPv4向IPv6的過(guò)渡是一項(xiàng)分階段、分規(guī)模的長(zhǎng)期而復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用、用戶、終端以及政策環(huán)境、產(chǎn)業(yè)鏈等問(wèn)題。

2 IPv6過(guò)渡技術(shù)的分類及部署

作為業(yè)界所形成的共識(shí)，下一代互聯(lián)網(wǎng)（IPv6）是解決IP地址緊缺的主要方式，但在具體部署時(shí)，IPv6雙棧雖可以解決IPv6演進(jìn)問(wèn)題，卻無(wú)法解決IPv4地址緊缺的現(xiàn)狀問(wèn)題，因此在網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行IPv6雙棧改造的基礎(chǔ)上，需重點(diǎn)考慮IPv6過(guò)渡技術(shù)的部署和選擇。截至目前，業(yè)界主流的IPv6過(guò)渡技術(shù)有很多，包括：私網(wǎng)雙棧（雙棧+NAT）、DS-Lite和Smart6/NAT64等，技術(shù)分類如圖1所示。

圖1 IPv6過(guò)渡技術(shù)分類

IPv6過(guò)渡技術(shù)種類不同，對(duì)網(wǎng)絡(luò)、支撐系統(tǒng)和終端的要求也不同，具體見表1。以終端為例，雙棧+NAT444（私網(wǎng)雙棧）對(duì)終端沒有特殊要求，橋接型和路由器CPE都可以配合，考慮到對(duì)PC操作系統(tǒng)的屏蔽和IPv6用戶發(fā)展的要求，優(yōu)先選擇路由型CPE方式。而DS-Lite要求終端必須為路由型CPE，而且必須支持DS-Lite特性，由此可以看出IPv6過(guò)渡技術(shù)選擇需綜合考慮多維度因素，并可能根據(jù)網(wǎng)絡(luò)和終端變化發(fā)生變化。

表1 不同的過(guò)渡技術(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)、支撐系統(tǒng)和終端的要求

圖2 IPv6過(guò)渡技術(shù)部署場(chǎng)景

對(duì)于IPv6過(guò)渡技術(shù)部署的選擇，需要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)情況、終端情況和地址緊缺程度等多個(gè)綜合因素統(tǒng)籌考慮。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)實(shí)際的發(fā)展情況，考慮IPv6雙棧演進(jìn)中的地址問(wèn)題，中國(guó)電信在IPv6過(guò)渡方案中選擇了私網(wǎng)雙棧和DS-Lite等技術(shù)，針對(duì)不同的IPv6過(guò)渡技術(shù)，現(xiàn)網(wǎng)部署中包括集中式和分布式等不同場(chǎng)景，如圖2所示。

IPv6過(guò)渡技術(shù)按照技術(shù)選擇的不同和部署位置的差別會(huì)出現(xiàn)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，在IPv6過(guò)渡技術(shù)實(shí)際部署過(guò)程中，需要統(tǒng)籌考慮對(duì)承載網(wǎng)、業(yè)務(wù)的影響，設(shè)備成本和運(yùn)營(yíng)成本的對(duì)比以及對(duì)網(wǎng)絡(luò)未來(lái)演進(jìn)的影響等多個(gè)方面，如對(duì)于部分智能管道業(yè)務(wù)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，需要對(duì)用戶屬性信息進(jìn)行聯(lián)動(dòng)和控制，集中式CGN部署將對(duì)業(yè)務(wù)開展產(chǎn)生較大影響，基于現(xiàn)網(wǎng)BRAS插卡支持的分布式CGN方案，在簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)要求、減少對(duì)現(xiàn)有業(yè)務(wù)影響、降低故障節(jié)點(diǎn)數(shù)量和簡(jiǎn)化定位難度等多個(gè)方面具備顯著優(yōu)勢(shì)，將成為運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)網(wǎng)IPv6過(guò)渡技術(shù)部署的主要應(yīng)用場(chǎng)景。

綜上所述，IPv6過(guò)渡技術(shù)的選擇和部署，需要立足現(xiàn)網(wǎng)、面向未來(lái)，根據(jù)場(chǎng)景不同存在不同選擇，而且從技術(shù)發(fā)展角度看，也存在新的技術(shù)發(fā)展方向，因此如何基于現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備有效兼容各種IPv6過(guò)渡技術(shù)，并具備面向未來(lái)的平滑演進(jìn)能力，成為運(yùn)營(yíng)商在IPv6及過(guò)渡技術(shù)部署及商用實(shí)施中需要重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。

3 IPv6過(guò)渡技術(shù)平滑演進(jìn)方案

對(duì)于IPv6過(guò)渡技術(shù)部署，現(xiàn)階段中國(guó)電信有兩種主要的技術(shù)選擇：雙棧+NAT444（私網(wǎng)雙棧）和DS-Lite，其代表的路線是向IPv6演進(jìn)的兩條重要路線。從現(xiàn)網(wǎng)部署角度出發(fā)，對(duì)于不同的終端類型和需求場(chǎng)景，IPv6過(guò)渡技術(shù)的部署可能存在差異，但從保護(hù)設(shè)備投資及未來(lái)發(fā)展演進(jìn)的角度，基于相同設(shè)備實(shí)現(xiàn)IPv6過(guò)渡技術(shù)的平滑演進(jìn)顯得更為重要，使得網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案可以更好地適用于不同的IPv6過(guò)渡技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景。

IPv6演進(jìn)會(huì)經(jīng)歷不同的發(fā)展階段，在這個(gè)過(guò)程中需要協(xié)調(diào)好網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)、投資與增長(zhǎng)之間的關(guān)系。在過(guò)渡期間要解決IPv4地址緊缺帶來(lái)的發(fā)展瓶頸問(wèn)題，但I(xiàn)Pv6目前無(wú)法帶來(lái)新業(yè)務(wù)，因此也要控制投資規(guī)模。所以，新技術(shù)的引入和部署也必須遵循對(duì)網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)影響的最小化原則。IPv6平滑演進(jìn)方案優(yōu)先考慮實(shí)現(xiàn)平滑切換，而平滑即意味著流程自動(dòng)化，用戶無(wú)感知。

3.1 應(yīng)用場(chǎng)景

IPv6過(guò)渡技術(shù)平滑演進(jìn)的應(yīng)用和部署主要針對(duì)現(xiàn)網(wǎng)BRAS/MSE設(shè)備內(nèi)置CGN板卡的情況，接入的家庭終端是路由型CPE，這樣在不更換硬件板卡和軟件的情況下，實(shí)現(xiàn)了從雙棧+NAT444到DS-Lite技術(shù)的平滑升級(jí)及切換。

考慮到設(shè)備內(nèi)置IPv6 CGN單板的可擴(kuò)展性、IPv6的日漸成熟以及網(wǎng)絡(luò)和周邊系統(tǒng)對(duì)IPv6滿意度的提升，需要在同一塊IPv6 CGN單板上實(shí)現(xiàn)多種技術(shù)的平滑演進(jìn)和靈活切換。過(guò)渡技術(shù)平滑切換，即兩種或兩種以上過(guò)渡技術(shù)在同一塊CGN單板上共存或靈活切換，目前具體包含2個(gè)場(chǎng)景，見表2。

表2 過(guò)渡技術(shù)平滑切換的兩個(gè)場(chǎng)景描述

從表2可以看出，從發(fā)展演進(jìn)角度存在的場(chǎng)景主要是從現(xiàn)階段私網(wǎng)雙棧平滑升級(jí)到DS-Lite模式，既可以使得現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備部署具備面向未來(lái)演進(jìn)的能力，同時(shí)也可以有效解決部分私網(wǎng)雙棧和DS-Lite混合接入的情況，如DS-Lite為主部署的區(qū)域，部分業(yè)務(wù)承載必須使用雙棧模式，此時(shí)需要考慮混合接入場(chǎng)景。對(duì)于場(chǎng)景二來(lái)說(shuō)，主要考慮DS-Lite等IPv6過(guò)渡新技術(shù)出現(xiàn)故障時(shí)的快速回退方案，使得整個(gè)IPv6過(guò)渡技術(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加穩(wěn)定、安全。

3.2 解決方案

IPv6過(guò)渡技術(shù)平滑演進(jìn)解決方案重點(diǎn)解決的問(wèn)題有：用戶終端的平滑升級(jí)、業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)內(nèi)置CGN板卡的平滑切換和IT支撐系統(tǒng)的統(tǒng)一配套等，根據(jù)接入用戶屬性的變化，通過(guò)IT支撐系統(tǒng)觸發(fā)各個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)平滑切換，實(shí)現(xiàn)用戶側(cè)無(wú)感知，網(wǎng)絡(luò)側(cè)變化小，并最終實(shí)現(xiàn)低成本、低風(fēng)險(xiǎn)的目標(biāo)。解決方案架構(gòu)如圖3所示。

IPv6過(guò)渡技術(shù)平滑演進(jìn)需要終端、業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)和支撐系統(tǒng)之間的相互協(xié)同配合，更重要的是需要運(yùn)營(yíng)商在網(wǎng)絡(luò)和配套系統(tǒng)規(guī)劃時(shí)，充分考慮未來(lái)IPv6過(guò)渡技術(shù)的平滑演進(jìn)需求，以便為后期IPv6過(guò)渡技術(shù)平滑演進(jìn)的實(shí)施奠定基礎(chǔ)。

由此可見，通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備IPv6 CGN的預(yù)先規(guī)劃考慮，支持IPv6過(guò)渡技術(shù)的平滑演進(jìn)，并能夠在不更換軟硬件的基礎(chǔ)上進(jìn)行靈活切換，對(duì)于運(yùn)營(yíng)商的IPv6部署和平滑演進(jìn)非常重要，因此IPv6過(guò)渡技術(shù)平滑演進(jìn)能力必將成為向IPv6演進(jìn)過(guò)程中的一種基礎(chǔ)能力。

對(duì)于雙棧+NAT444和DS-Lite的靈活切換，關(guān)鍵在于用戶屬性的改變，需要IT支撐系統(tǒng)的后臺(tái)進(jìn)行一系列系統(tǒng)配套修改，包括CRM（客戶開戶管理）系統(tǒng)、BOSS開通、資源管理、認(rèn)證計(jì)費(fèi)系統(tǒng)、EOMS工單系統(tǒng)、運(yùn)維網(wǎng)管系統(tǒng)等，同時(shí)需要將改動(dòng)同步到AAA服務(wù)器。不同的IP城域網(wǎng)處理情況不盡相同，如某些局點(diǎn)不需要CRM同步到AAA服務(wù)器，用戶屬性和設(shè)備屬性的修改都在AAA服務(wù)器上進(jìn)行，具體遷移過(guò)程也要適配現(xiàn)網(wǎng)。過(guò)渡技術(shù)平滑切換的具體流程如圖4所示。

IPv6過(guò)渡技術(shù)平滑演進(jìn)時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)后臺(tái)自動(dòng)化，具備運(yùn)營(yíng)能力，在平滑切換中會(huì)涉及多個(gè)流程和系統(tǒng)的改造。這個(gè)過(guò)程分為4個(gè)部分。

圖3 IPv6過(guò)渡技術(shù)平滑演進(jìn)解決方案架構(gòu)

圖4 過(guò)渡技術(shù)平滑切換的具體流程

·OSS完成批量用戶類型變更申請(qǐng)，涉及CRM、業(yè)務(wù)開通和資源管理系統(tǒng)的改造。

·OSS重新下發(fā)配置模板給ONT。涉及業(yè)務(wù)開通系統(tǒng)、ITMS等系統(tǒng)的改造。如終端通過(guò)NMS管理，還包括自激活、NMS和相關(guān)設(shè)備。

·OSS通知AAA服務(wù)器進(jìn)行用戶類型切換，涉及AAA系統(tǒng)的改造以及BRAS設(shè)備的支持能力。

·ONT重新上線觸發(fā)用戶域切換，需要終端同時(shí)支持DS-Lite和NAT444兩種過(guò)渡技術(shù)，且事先通過(guò)ITMS遠(yuǎn)程下發(fā)用戶變更后的業(yè)務(wù)模板和配置參數(shù)。

通過(guò)設(shè)備和系統(tǒng)之間的配合，可以實(shí)現(xiàn)批量用戶的部署與切換以及個(gè)別用戶的遷移和回退工作，分別介紹如下。

（1）OSS完成批量用戶類型變更申請(qǐng)

OSS完成批量用戶類型變更申請(qǐng)的流程如圖5所示。

CRM通過(guò)修改用戶屬性，驅(qū)動(dòng)支撐系統(tǒng)進(jìn)行用戶平滑切換。業(yè)務(wù)開通系統(tǒng)獲得信息后向資源管理系統(tǒng)申請(qǐng)資源，資源管理系統(tǒng)確認(rèn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備類型可以支持DS-Lite和NAT444，并返回資源配置結(jié)果。業(yè)務(wù)開通系統(tǒng)獲得回復(fù)后，根據(jù)結(jié)果選擇不同的配置模板通過(guò)ITMS下發(fā)給終端。

圖5 OSS完成批量用戶類型變更申請(qǐng)的流程

需要注意，在變更用戶類型時(shí)，OSS要查詢?cè)搮^(qū)域用戶是否具備切換能力。

（2）OSS重新給ONT下發(fā)配置模板

OSS重新給ONT下發(fā)配置模板的流程如圖6所示。

業(yè)務(wù)開通系統(tǒng)從資源管理系統(tǒng)獲得資源配置結(jié)果后，向ITMS發(fā)出配置指令。ITMS可以配置兩套配置模板，接收到用戶類型切換的指令時(shí)，選擇不同的配置模板下發(fā)給終端，也可以采用通用模板，下發(fā)不同的參數(shù)以控制終端選擇私網(wǎng)雙?；蛘逥S-Lite。如果通過(guò)NMS管理終端，則需要通過(guò)自動(dòng)激活系統(tǒng)和NMS給終端下發(fā)相關(guān)的配置。同樣可以下發(fā)模板或參數(shù)。

（3）OSS通 知AAA系 統(tǒng) 進(jìn) 行 用戶類型切換

OSS通知AAA系統(tǒng)進(jìn)行用戶類型切換的流程如圖7所示。

OSS除了通知終端修改配置外，還要通知AAA系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備刷新用戶所對(duì)應(yīng)的域名。在AAA系統(tǒng)中，域名是一個(gè)重要的屬性，是標(biāo)識(shí)相同類型用戶的重要參數(shù)，在接收到業(yè)務(wù)開通系統(tǒng)的通知后，即刷新用戶到新的域中。而在ME60上，通過(guò)域的切換，可以靈活平滑實(shí)現(xiàn)用戶在不同域中的成員身份。

（4）ONT重 新 上 線 觸 發(fā) 用 戶 域切換

ONT重新上線觸發(fā)用戶域切換的流程如圖8所示。

在ONT收到ITMS下發(fā)的指令后，重新加載了新的配置模板，此時(shí)終端會(huì)重新發(fā)起撥號(hào)認(rèn)證。與此同時(shí)，AAA服務(wù)器在接到業(yè)務(wù)開通系統(tǒng)的用戶所在域變更請(qǐng)求后，也刷新了用戶的賬戶信息。

此時(shí)基于ME60具備同時(shí)支持NAT444和DS-Lite部署運(yùn)行的功能，具備了相應(yīng)的能力，可以根據(jù)終端用戶撥號(hào)后AAA服務(wù)器返回的域結(jié)果，進(jìn)行靈活的地址和資源分配，從而實(shí)現(xiàn)了過(guò)渡技術(shù)的平滑切換。

圖6 OSS重新給ONT下發(fā)配置模板的流程

圖7 OSS通知AAA系統(tǒng)進(jìn)行用戶類型切換的流程

圖8 ONT重新上線觸發(fā)用戶域切換的流程

3.3 價(jià)值

IPv6過(guò)渡技術(shù)平滑演進(jìn)方案使得運(yùn)營(yíng)商在IPv6過(guò)渡技術(shù)的選擇和部署方面更加靈活，同時(shí)解決了運(yùn)營(yíng)商后續(xù)演進(jìn)的“后顧之憂”，運(yùn)營(yíng)商可以預(yù)先做好網(wǎng)絡(luò)和支撐系統(tǒng)的規(guī)劃，本著“邊發(fā)展、邊升級(jí)、邊演進(jìn)”的原則，在不同階段和場(chǎng)景下引入不同的IPv6過(guò)渡技術(shù)場(chǎng)景，而又不必?fù)?dān)心設(shè)備投資浪費(fèi)和大的網(wǎng)絡(luò)改動(dòng)，真正實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)投資的保護(hù)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)化考慮整個(gè)平滑演進(jìn)過(guò)程中的各個(gè)流程，最大程度地降低人為干預(yù)和運(yùn)維壓力，為運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)網(wǎng)實(shí)施提供良好的條件和基礎(chǔ)。

2011年，中國(guó)電信股份有限公司江蘇分公司（以下簡(jiǎn)稱江蘇電信）作為集團(tuán)試點(diǎn)，進(jìn)行多種IPv6過(guò)渡技術(shù)的現(xiàn)網(wǎng)驗(yàn)證測(cè)試，分析對(duì)于不同終端和區(qū)域環(huán)境，存在多種IPv6過(guò)渡技術(shù)共存的情況，如果能夠?qū)崿F(xiàn)IPv6過(guò)渡技術(shù)的平滑切換，則可以有效避免投資浪費(fèi)問(wèn)題。通過(guò)與華為技術(shù)公司的緊密合作驗(yàn)證和測(cè)試，最終有效實(shí)現(xiàn)了基于路由型CPE通過(guò)ITMS更改配置，現(xiàn)網(wǎng)CGN設(shè)備無(wú)需更改軟硬件即可完成從私網(wǎng)雙棧到DS-Lite的平滑切換，保障用戶無(wú)感知、網(wǎng)絡(luò)無(wú)感知、設(shè)備無(wú)感知，真正實(shí)現(xiàn)“零改動(dòng)”平滑切換，從而保障現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)IPv6 CGN設(shè)備的投資不被浪費(fèi)，最大程度地降低了技術(shù)選擇和網(wǎng)絡(luò)投資的風(fēng)險(xiǎn)，也使得整個(gè)IPv6網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具備更強(qiáng)的未來(lái)演進(jìn)能力。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著全球IPv4地址枯竭危機(jī)的加劇，IPv6網(wǎng)絡(luò)改造和商用部署的腳步逐漸加快，但不可否認(rèn)的是，端到端IPv6流程和產(chǎn)業(yè)鏈打通還需要時(shí)間，最終形成從IPv4過(guò)渡到全部IPv6的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境還需要一個(gè)很長(zhǎng)的過(guò)程，因此IPv6過(guò)渡技術(shù)的部署在現(xiàn)階段是至關(guān)重要的。而業(yè)界IPv6過(guò)渡技術(shù)的研究和選擇又由于場(chǎng)景和業(yè)務(wù)需求的不同而存在差異化，因此在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)部署中，應(yīng)充分考慮各種IPv6過(guò)渡技術(shù)的平滑演進(jìn)，降低技術(shù)選擇風(fēng)險(xiǎn)成為IPv6過(guò)渡技術(shù)實(shí)際部署的重點(diǎn)。

華為技術(shù)公司作為全球下一代互聯(lián)網(wǎng)的最佳踐行者，從2009年開始，與中國(guó)電信在IPv6商用試點(diǎn)項(xiàng)目中緊密合作，歷經(jīng)3年，先后形成“低成本、可復(fù)制”的長(zhǎng)沙模式、“兼容并蓄、平滑演進(jìn)”的無(wú)錫模式等成果；2012年，與江蘇電信成功合作IPv6過(guò)渡技術(shù)平滑切換的現(xiàn)網(wǎng)驗(yàn)證，充分實(shí)現(xiàn)了“從現(xiàn)網(wǎng)問(wèn)題出發(fā)，最終服務(wù)現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)”的技術(shù)特點(diǎn)，在技術(shù)創(chuàng)新的同時(shí)充分考慮部署中面臨的問(wèn)題，為IPv6最終成功走向商用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 RFC 6333.Dual-Stack Lite Broadband Deployments Following IPv4 Exhaustion,2010

2 RFC 6146.Stateful NAT64:Network Address and Protocol Translation from IPv6 Clients to IPv4 Servers,2011

3 RFC 6264.An Incremental Carrier-Grade NAT(CGN)for IPv6 Transition,2009