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IPv6领域的研究与实践

2019-11-03 09:01:49

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来源：转载

供稿：网友

解冲锋赵慧玲

　　ipv6是一个新版"网络层协议"，其设计的最初目的就是为了克服传统互联网的核心协议-IPv4协议的不足之处。自从1991年IPv6的概念被提出以来，在各方的努力下，包括地址结构、路由、IPv4/IPv6过渡、移动IPv6在内的各项IPv6基本协议标准目前已经完成，IPv6技术也从研究阶段过渡到实施阶段。许多厂家已经开发了各种类型的IPv6设备，测试表明这些设备可以初步满足运营商网络的要求。一些运营商和研究机构建立了规模不等的IPv6网络，并实现了全球互联，向企业用户和个人用户提供接入服务。在我国，国家发改委联合科技部、教育部、信产部和自然科学基金会等部门启动CNGI(中国下一代互联网)核心网项目，本项目通过建设一个高性能的网络平台，促进我国电信运营业的新业务和应用的开发，带动我国民族信息产业的发展，IPv6协议是CNGI核心网的重要网络层协议。

　　一、IPv6业务应用发展现状及存在的问题

　　对于IPv6及下一代互联网来说，业务是成功的关键。IPv6的优势在于能更好地支持各种端到端及多媒体业务，如视频会议、VoIP、文件共享、信息家电、及时通信以及上面提到的移动数据业务。目前，部分国外厂家在此领域也进行了一些前瞻性的开发，实现了相应的原型产品，但这些应用产品侧重于功能的初步开发，缺乏完整的体系结构和良好的可扩展性，也没有配套的支撑管理系统，因此和实际的电信级业务产品之间还具有较大的距离。

　　随着以IPv6协议为核心的下一代互联网的逐步部署，厂商和运营商合作开发新型业务及应用成为非常重要的工作。对于运营商来说，需要明确用户在下一代互联网中的实际业务需求，并研究制定下一代业务平台的体系架构，解决在实施下一代业务中所需的关键技术，并制定新型业务的规范，争取在下一代互联网的价值链中占据有利地位。对于设备制造商来说，根据运营商的业务需求和网络业务现状，尽早开发出符合市场需求的业务产品，使这些业务能充分发挥IPv6协议的新特性。另外，尽管IPv6和IPv4协议都是网络层技术，但在支持业务方面，IPv6还需要解决一些关键问题，如：业务质量、业务安全、用户的标识与认证、用户状态及定位等，这些问题需要在下一代互联网的背景下重新研究与解决，而不能照搬传统IPv4网络的解决方案。

　　二、IPv6的移动数据能力

　　移动数据业务是在移动通信平台上开展的多种数据业务，如：视频点播、移动定位、远程监控、企业网络访问、多媒体短信、互联网访问、WAP和电子商务等。移动数据业务是移动通信和数据通信相互结合的产物，与固网数据业务相比，更能体现业务的个性化和多样化特色，它是继移动话音后有可能带动移动网络快速发展的重要动力。目前移动网络主要采用IPv4协议来支持数据业务，但在移动网络中采用IPv4协议在许多方面的实现效果并不是很理想。以地址为例，由于IPv4地址很有限，负责亚太地区IP地址分配的APNIC(Asia-Pacific Network Information Center，亚太网络信息中心)规定，移动运营商在为移动终端分配IPv4地址时，尽可能采用私有IPv4地址。使用私有IPv4地址可以支持传统的互联网访问和WAP业务，但对端到端型业务，如加密型、多方通信、多媒体通信等，就会存在许多困难。IPv6协议在设计时充分考虑了移动需求，并将移动IPv6作为IPv6协议的基本组成部分，因此已经成为移动数据业务的主要候选协议。3GPP组织已经将IPv6协议作为第三代移动通信3G系统的重要组成部分，并规定在3GPP R5版本中采用IPv6协议来支持IMS(IP Multimedia Subsystem，基于IP的多媒体子系统)。移动数据网络采用IPv6协议可实现移动终端之间、移动终端和固网终端之间端到端的双向通信，从而使移动通信形式和功能更加多样化。

　　目前，IETF和3GPP针对在移动网络中如何部署IPv6协议进行了非常多的工作，如制定为3G终端分配IPv6地址方案。由于全球移动终端数量巨大，全球剩下的约1/3的IPv4地址空间不能满足移动用户的需求，而IPv6地址空间非常巨大，可以为每个移动用户分配公有的IPv6地址。如何在3G核心网中为移动终端配置IPv6地址是非常重要的问题，IETF根据3GPP需求制订了基于IPv6协议承载数据业务的相关建议，并形成了RFC3314和RFC3316等，还有部分内容正在讨论之中，处在草案阶段。移动网络为终端配置IPv6地址的方式有两种：有状态地址配置和无状态地址配置.有状态地址配置需要DHCP服务器来给终端配置IPv6地址,无状态地址配置方式不需要另外的实体(除GGSN外)参与地址配置过程。

　　由于移动终端可通过多种接入技术实现对于IP网络的访问，如：WLAN、GPRS/3G蜂窝系统等，所以当用户终端在这些不同接入方式间发生切换时，需要最大限度地保持现有的通信会话连接(如TCP连接等)。移动IPv4和移动IPv6都可使用户跨越不同接入介质，并能保证网络层以上会话的正常进行，同时用于跨越不同移动网络时(不同GGSN域间)移动功能的实现。与移动IPv4相比，移动IPv6在许多方面进行了改进，如：取消了移动IPv4中的外地代理(FA)，方便了移动IP的实施；用IPv6协议机制实现了"路由优化"，可克服移动IPv4中的"三角路由"问题；移动IPv6协议已经集成在IPv6协议中，因此可在全球的任意两个终端(包括固定和移动)之间实施路由优化；IPv6地址空间大，便于为移动终端分配转交地址；在移动IPv6中，发向移动节点的大量数据可利用IPv6的路由报头进行传送，而移动IPv4中隧道方式的开销较大。移动IPv6能有效地解决无线和有线网络中主机移动性问题，对于增强3G网络中终端的移动性是一个可行的补充方案。目前移动IPv6的建议是今年6月份在IETF刚刚通过的RFC3755(Mobility support in IPv6)。

　　三、中国电信在IPv6方面的工作

　　作为国内最大固网运营商--中国电信集团公司一直对IPv6和下一代互联网领域非常重视，并对其进行了长期的跟踪研究。作为中国电信集团公司的直属研究机构--中国电信股份有限公司北京研究院在IPv6领域开展了长期深入的研究和实践工作。

　　2001年5月份开始，中国电信进行了IPv6总体技术方案项目的研究工作，主要对IPv6各方面的技术特性进行了详细的调研和研究，根据相关国内标准和国际标准，结合中国电信的具体情况，制定中国电信IPv6网络总体技术方案。重点研究了IPv6地址格式、IP地址规划和IPv6地址分配、IPv4向IPv6过渡的技术方案、路由协议扩展、DNS扩展、IPv6对移动性的支持、IPv6对实时业务的支持、网络安全机制、IPv6对上层的影响、路由器升级方案、中国电信数据网的过渡策略以及相应的实验方案等。

　　2002年8月份，北京研究院编制地址申请报告，协助集团公司相关部门从APNIC申请到了正式的IPv6地址:2001:c68::/32，中国电信也成为国内最早从APNIC拿到IPv6正式地址的电信运营商，从而为IPv6的进一步的研究工作打下了良好的基础。对于申请到的地址，中国电信已初步完成地址的实验性分配和规划工作，为正式分配做好准备。

　　从2003年4月份起，北京院在湖南IPv6试验网的基础上，设计和建立了一个覆盖北京、上海、广州、长沙四个省市的IPv6实验网络，并对此网络进行了一系列的实验和测试工作，包括设备测试、互通性测试、IPv6路由协议测试、用户接入试验、业务试验、安全测试及QoS测试等。这些试验采用了多厂家的设备，其中部分实验是在中国电信的现行网上进行的。从试验中得到的许多重要的结论为将来深入研究NGI/IPv6打下了良好的基础,目前此网络已经实现了和全球IPv6网络的互通。

　　从传统互联网向下一代互联网的演进是非常复杂和重要的问题。北京研究院针对运营商网络的实际情况和技术发展现状，在试验和参考国外运营商经验的基础上，对于新技术进行取舍和整合，提出了国内网络演进的方案和策略。鉴于接入网、城域网和骨干网在容量、特性和功能上的差异，分别针对这些网络提出了不同的演进方案。业务是新一代互联网成功的关键，北京研究院目前的一个研究重点是下一代互联网业务研究，包括：下一代网络及业务平台体系架构，关键技术实现以及相关试验等。我们期望通过努力，使下一代互联网在中国能获得突破性发展，并能为运营商、设备制造商和用户带来实际的益处。

----《通信世界》

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