基于IPv6的下一代互聯網技術和業務

2019-11-03 09:00:49

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供稿：網友

楊征王明會中國聯通公司技術部

　　以ipV6為核心的下一代互聯網已經興起，因此開展相關的網絡技術和業務研究已經成為國際和國內業界的熱點。本文介紹了IPv6的特點，以及地址分配、網絡安全、路由等關鍵技術，并對相關的業務和應用的發展予以了展望。

　　一、IPv6的特點

　　隨著互聯網用戶的迅猛增加，盡管已經采取了地址分類及無域間路由等技術，現有的網絡地址不足危機日益明顯，并影響到了網絡的進一步發展。IETF根據20年來對IPv4的運用經驗進行了大幅度的功能擴充和改進，并在繼承IPv4優點的基礎上，于1998年發布了IPv6草案標準RFC2460。

　　除了解決了地址空間的短缺問題外，IPv6比IPv4處理性能更加強大、高效，還全面地考慮了其他在IPv4中難以解決的問題，包括完善處理端到端IP連接、安全性、QoS、多播、移動性等技術問題。因此，IPv6以在地址數量、安全性、QoS及移動性等方面的巨大優勢，將對未來網絡演進和業務發展產生巨大影響。

　　二、IPV6的地址分配

　　IP地址規劃主要涉及到網絡資源的利用的方便有效的管理網絡的問題，IPv6地址有128位，其中可供分配為網絡前綴的空間有64bit，按照最新的IPv6 RFC3513，IPv6地址分為全球可路由前綴和子網ID兩部分，協議并沒有明確的規定全球可路由前綴和子網ID各自占的bit數，目前APNIC能夠申請到的IPv6地址空間為/32的地址。

　　IPv6的地址使用方式有兩類，一類是普通網絡申請使用的IP地址，這類地址完全遵從前綴+接口標識符的IP地址表示方法；另外一類就是取消接口標識符的方法，只使用前綴來表示IP地址。

　　由于IPv6的地址空間巨大，因此盡可能減少對路由表容量是非常重要的。合理劃分地址空間是下一代互聯網中地址有效聚合的關鍵。

　　IP地址的分配和網絡組織、路由策略以及網絡管理等都有密切的關系，具體的IP地址分配將通常在工程實施時統一規劃實施，這里主要描述IP地址分配的原則：

　　·地址規劃采用扁平化的規劃思路，全網拓樸分為兩個層次：骨干網和城域網

　　·各個骨干網絡或者特殊區域網絡按照業務量需求，在骨干區域分配不同的地址段

　　·城域網，考慮IETF對IPv6地址空間的/48的分配建議，結合大城域網的地址空間需求，劃分為兩級：城域區域和站點區域，其中城域區域劃分為骨干區域到/48地址之間的地址空間，而站點區域，按照IETF的建議，使用/48到/64之間的地址空間。

　　·IP地址分配要盡量給每個區域分配連續的IP地址空間；在每個城域網中，相同的業務和功能盡量分配連續的IP地址空間，有利于路由聚合以及安全控制；

　　·IP地址的規劃與劃分應該考慮到網絡的發展要求，即要充分考慮未來業務發展，預留相應的地址段；

　　·IP地址的分配需要有足夠的靈活性，能夠滿足各種用戶接入如小區用戶、專線用戶等的需要；

　　·充分合理利用已申請的地址空間，提高地址的利用效率。

　　IP地址規劃應該是網絡整體規劃的一部分，即IP地址規劃要和網絡層次規劃、路由協議規劃、流量規劃等結合起來考慮。IP地址的規劃應盡可能和網絡層次相對應，應該是自頂向下的一種規劃。

　　三、IPv6的網絡安全

　　IP協議最初設計用于教育科研網和企業網，因此在協議的設計中很少關注網絡的安全性。安全性既涉及網絡安全也涉及信息安全，是發展下一代互聯網應注意的最關鍵問題。隨著互聯網的大規模商用化和在國民經濟中越來越重要的地位，安全威脅成為一個必須解決的問題。為此，IETF在設計下一代互聯網協議（IPv6）時，增加了對網絡層安全性的要求，設計了IPSec協議（IP安全），并規定所有的IPv6實現必須支持IPSec。

　　IPSec在IP層上對數據包進行了高強度的安全處理，提供數據源地址驗證、無連接數據完整性、數據機密性、抗重播和有限業務流加密等安全服務。各種應用程序可以享用IP層提供的安全服務和密鑰管理，而不必設計和實現自己的安全機制，因此減少了密鑰協商的開銷，也降低了產生安全漏洞的可能性。IPSec可以連續或遞歸應用，在路由器、防火墻、主機和通信鏈路上配置，實現端到端安全、虛擬專用網絡（VPN）和安全隧道技術。

　　四、IPv6的路由協議

　　路由協議分為域內路由協議和域間路由協議，目前主要的路由協議都增加了對IPv6的支持功能。

　　1.域內路由協議

　　支持IPv6的內部網關協議有：RIPng、OSPFv3、IS-ISv6協議。從路由協議標準化進程看，RIPng和OSPFv3協議已較為成熟，而支持IPv6的IS-IS協議還在制定中（2003年1月份提出了Routing IPv6 with IS-IS，但主流廠家已在相關設備中開始支持IS-ISv6）。從協議的應用范圍的角度，RIPng協議適用于小規模的網絡，而OSPF和IS-IS協議可用于較大規模的網絡。

　　電信級的骨干IP網絡，為了保證網絡的可靠性和可擴展性，內部路由協議（IGP）必須使用鏈路狀態路由協議，只能在OSPF與ISIS之間進行選擇，下面對兩種路由協議進行簡單的對比。

　　目前在IPv4網絡中大量使用的OSPF路由協議版本號為OSPFv2，能夠支持IPv6路由信息的OSPF版本稱為OSPFv3，能夠支持IPv6路由信息交換的ISIS路由協議稱為IS-ISv6。在IS-IS路由協議中，增加了兩個新的TLV來承載IPv6的路由信息。同BGP一樣，IS-IS可以同時承載IPv4和IPv6的路由信息。新增加的TLV為：

　　·IPv6 Reachability（TLV type 236）

　　·IPv6 Interface Address（TLV type 232）

　　OSPFv3運行在IPv6網絡中，它與OSPFv2完全不兼容，與OSPFv2相比，OSPFv3的機制和選路算法并沒有本質的改變。OSPFv3所遵循的協議已經成為正式的RFC文檔，IS-ISv6還處于草案階段。OSPFv3只能用來交換IPv6路由信息，IS-ISv6可以同時交換IPv4路由信息和IPv6路由信息。

　　結合國內外大型電信運營商的網絡運行經驗來看，建議選擇采用IS-IS路由協議。主要基于幾方面的原因考慮：一是IS-IS路由協議網絡可擴展性強，利于以后的擴容，IS-IS具有很好的分層分域能力，適用于大型網絡；二是IS-IS路由協議可以將承載網絡鏈路互聯的信息和用戶分開用戶信息，從而使得路由表可以大大的簡化和相對穩定。因此，網絡鏈路穩定的情況下，即使在上百臺路由設備的大型網絡中應用，也可以滿足要求。

　　2.域間路由協議

　　域間路由協議采用BGP4/BGP4+，從而實現不同ISP核心網絡之間的互通，而且目前大多數典型的路由器設備都支持這個協議。

　　五、IPv6網絡的業務和應用

　　1.IPv6對業務模式的影響

　　由于IPv6本身的一些區別于IPv4的特性，IPv6對于業務模式產生了比較深遠的影響，這些影響表現在：

　　·互聯網終端IP地址靜態化甚至電話號碼化（ENUM），方便運營商對用戶進行識別、定位和管理；

　　·互聯網終端類型不斷豐富，數量會急劇增加，強調移動性和個人化及使用方便性，一切電子設備都將帶有網絡接口，而且是多種接口；

　　·業務內容與應用會逐漸邊緣化，CS、BS類型的應用仍將存在，但會有越來越多的P2P應用，出現各種類型應用共存的局面；

　　·應用的質量要求、安全要求、移動性要求會越來越高，IPv6的特性可以很好地適應這種要求。

　　2.基于IPv6的業務和應用

　　由于IPv6是相對于IPv4的改進和完善，將進一步推動現有業務和應用發展。

　　·遠程應用業務（遠程教育、遠程醫療、遠程監控）：

　　現有的系統仍然屬于完全的C/S結構，對于服務器的配置要求比較高，而且管理配置復雜，IPv6可以實現C/S結構+P2P結構的混合結構。也就是，應用服務器緊緊起到連接建立階段和連接斷開階段的“中間人”角色，負責認證、計費等，而在師生雙方建立連接后，就不再經過服務器轉發數據，實現P2P連接，減輕服務器的負擔，保證不因服務器性能瓶頸影響用戶使用質量。

　　·寬帶接入業務（FTTH、LAN、DSL等）

　　幫助用戶實現“永遠在線”，實現IPv6地址和用戶的綁定，在地址合理規劃的情況下，實現IPv6地址電話號碼化，極大提高用戶管理的效率，同時可以實現用戶的業務定制，通過對TCP/UDP端口的管理，將不同的應用包裝成增值業務。

　　·視頻點播業務（VoD）：

　　傳統的VoD僅僅意味著上網看電影，但是IPv6將VoD的內容涵蓋擴大化，一切可以借助流媒體技術實現的內容都可以包裝成為VoD的服務，比如用戶通過VoD觀看某個新開樓盤的實況，某個商場正在進行的促銷活動等等。傳統的VoD終端往往是PC，IPv6可以使用戶擺脫PC的束縛，在一切可以想象的電子設備上實現VoD的服務。

　　·移動業務（CDMA1x、GPRS、WLAN等）

　　通過對移動終端賦予固定的IPv6地址，可以將IPv6地址和用戶標識進行綁定，結合移動IPv6技術，可以向用戶提供各種增值服務，如根據用戶是否在漫游收，取不同的費用。IPv6將使一切電子設備成為互聯網終端，普及3G/WLAN的使用，擴大用戶和市場的覆蓋面。

　　·網絡游戲業務：

　　傳統網絡游戲是基于BS結構或者CS結構的，雖然BS結構或者CS結構的網絡游戲由于技術和服務優勢仍將處于主導地位，但未來比可避免的將會出現P2P結構的網絡游戲，加速實現網絡游戲的產業化，培養一大批游戲愛好者、游戲職業玩家，它將成為寬帶接入的一種增值服務。

　　·VoIPv6業務：

　　IPv6的安全特性可以有效地在網絡層保證用戶的數據安全；IPv6地址的有效規劃可以使運營商有效識別用戶終端的位置（用戶是否漫游），區分用戶呼叫（市話、長途），按照不同的呼叫區間進行收費。

　　·IPv6 MPLS VPN：

　　VPN對運營商來說是非常有價值的服務，運營商管理的IPv4 VPN模型非常成功，因此運營商也需支持IPv6 MPLS VPN服務。IPv6 MPLS VPN能夠更好地支持作為VPN服務一部分的QoS、組播功能，從而增強網絡的可靠性與可擴展性。

　　六、結語

　　IPv6作為下一代網絡的揚b技術，將帶動大量相關技術和業務產業價值鏈的發展。開展基于IPv6的關鍵技術和重點業務應用研究，對于推動相關產業價值鏈的發展并盡快實現IPv6技術的大規模應用具有積極意義。

　　楊征碩士，中國聯通公司技術部新技術新業務開發管理處業務經理，主要從事新技術新業務研究開發和管理工作。

　　王明會博士，中國聯通公司技術部新技術新業務開發管理處經理，主要從事新技術新業務研究開發和管理工作。

　　
摘自　中國電信網

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