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建設IPv6網絡對路由器的要求

2019-11-03 09:03:59
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來源：轉載
供稿：網友
中國電信廣州研發中心　陳珣　劉志華　楊廣銘


　　在中國宣布啟動CNGI項目，并將于2005年底建成世界最大的ipv6網之后，引起了全球高度關注。中國積極地邁入新一代互聯網必將在運營商和制造商掀起了IPv6的浪潮。基于這一背景，本文將結合IPv6網絡建設需求從多個角度探討對路由器的要求。

　　一﹑互通與過渡的要求

　　建設IPv6網絡首先需要考慮的問題是與現有IPv4網絡互通與過渡的要求。由于目前互聯網擁有數目龐大的IPv4用戶和設備，IPv4向IPv6的過渡并不能一次性完成，而將是一個循序漸進的過程。實際應用中需要明確網絡應用的類型、范圍和系統的類型，然后選擇合適的轉換機制進行設計和實施，因此路由器需要支持多種互通與過渡機制，以適應不同網絡應用環境的需求。

　　許多運營商目前建設的IPv4網絡容量很大，那么通過IPv4網絡的隧道上承載IPv6流量是當前階段普遍采用的過渡方法，這種方法能夠節省網絡建設成本，要求路由器能很好地支持隧道機制，一般需要支持手工隧道、自動隧道等。運營商建設IPv6核心骨干網絡時，根據流量大小可能采用一部分專有IPv6鏈路；隨著IPv6核心網絡規模擴大，此時主要采用IPv6鏈路連接，要求路由器具有高性能線速IPv6數據包轉發能力。利用路由器IPv6/IPv4雙棧機制，雙棧IPv6/IPv4主機和純IPv6或者純IPv4的主機通信不用采用協議轉換，而直接“自動”選擇相應的通信協議（IPv4或者IPv6），國際上一些商用網絡和試驗網在一定規模范圍進行了雙棧試驗，已經證明是可行的技術方案。有些運營商已經建設了完善的MPLS網絡，利用MPLS多協議機制來承載IPv6流量也是一種較好的方法，這時要求PE路由器能有效地支持IPv6，即所謂6PE路由器。

　　企業網絡在接入NGI網絡時，如果運營商IPv6城域網邊緣路由器能支持雙棧機制，則可以采用專線方式（純IPv6＋IPv4 NAT）使企業網絡接入IPv4和IPv6城域網。若運營商網絡不具備雙棧接入能力，企業網絡可采用隧道方式接入運營商IPv6網絡。

　　對于純IPv6和純IPv4主機之間的通信，則需要路由器支持協議轉換或者NAT-PT/ ALG技術，但因此也帶來了協議轉換技術的一些固有缺點，破壞了IP協議端到端的特性，不利于開展多媒體等新型業務，因此不適于大規模推廣。同時，由于主流的主機操作系統已能夠較好地提供雙棧功能，終端用戶主機升級為IPv4/IPv6雙棧將不是問題，只要網絡能提供IPv4/IPv6應用訪問通道即可。

　　二﹑接口類型要求

　　IP網絡建設過程中，路由器接口出現了多種類型變化，因此在NGI建設過程中也需要IPv6路由器能夠支持多種接口類型。

　　以太網接口是路由器廣泛支持的接口類型，在許多城域網建設中廣泛采用，在NGI建設過程中一般要求路由器能夠支持這種類型接口，主要有：符合IEEE802.3的10Mbit/s以太網接口、符合802.3u的100Mbit/s以太網接口、符合802.3ab和802.3z的1Gbit/s以太網接口、符合802.3ae的10Gbit/s以太網接口。

　　POS接口是目前IP骨干網絡建設采用的主流接口類型，NGI網絡建設中必然要考慮這種類型接口，需要支持的接口類型有STM-1/4/16/64等，POS接口上的鏈路層協議必須支持SDH上傳送IP的協議，同時支持RFC1619/2615以及《SDH上傳送IP的LAPS技術規范》。

　　我國運營商已經建設了較大規模的ATM網絡，許多已經成為寬帶ADSL接入的傳送網絡，因此NGI建設中也需要IPv6路由器支持ATM接口，需要支持的接口類型主要有STM-1/4，路由器應支持ATMPVC連接，采用AAL5適配層，支持ATMCBR、VBR和UBR業務，支持業務量整形。國家標準YD/T1109-2001《ATM交換機技術規范》規定了具體的技術要求。

　　三﹑路由機制要求

　　支持IPv6的域內動態路由協議有：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協議標準草案已經經過多次討論修改，在主流的路由器廠商Cisco、Juniper的設備中已開始支持IS-ISv6。

　　RIPng（RFC2080）是支持IPv6的距離向量路由協議，RIPng對RIP協議的改變僅僅是允許接收128位地址，沒有增加新特性，主要是為了保持RIPv6的簡單性。RIPng網絡配置與維護比較簡單，但它限制最大跳數是15，只適合于企業建設小規模網絡。

　　OSPFv3（RFC2740）和IS-ISv6是支持IPv6的鏈路狀態路由協議。與距離向量協議相比，鏈路狀態協議在路由域中增加了分層系統，具有良好的擴展性和更多控制功能，適合于運營商建設大規模網絡。從IPv4到IPv6，OSPFv3在原理上并沒有發生變化，仍采用鏈路狀態LSA數據庫，并保持鄰接路由器之間的同步。但由于從IPv4到IPv6語義上的變化，為了支持IPv6地址格式，OSPFv3對OSPFv2協議進行了大量的修改。

　　目前，IS-ISv6還未正式形成RFC標準，只有draft-ietf-isis-ipv6.txt標準草案，通過在IS-IS數據包（Hello、LSP和SNP）中引入以下可變長度的數據域（TLV），從而使其支持IPv6路由功能，只需要對IS-IS路由協議進行少量的修改。

　　支持IPv6的域間路由協議主要是BGP4+，在IPv6上支持BGP4+的路由器必須符合RFC2545。利用它實現ISP網絡之間的互通，目前多數典型廠商路由器設備都支持這個協議。

　　根據現有IP網絡運行需求，一般要求核心路由器的路由表容量能夠支持至少250000條路由，平均每個目的地址至少可以提供2條路徑。路由器必須支持至少50個BGP對等體連接、必須支持至少50個IGP（OSPFv3、IS-ISv6）鄰居關系。

　　四﹑接入方式要求

　　IPv6協議是一種網絡層協議，與底層（物理層和鏈路層）協議獨立，任何接入介質都可以承載IPv6數據包，因此目前的ADSL、LAN和WLAN以及專線方式（ATM/FR/DDN、城域SDH、以太網專線、MSTP）等各種方式均支持IPv6數據包的傳送。這樣，要求城域網接入層的路由器必須支持IPv6，如BRAS設備和邊緣接入路由器且具有相應的接口類型。對于企業網絡，要求其出口的CPE路由器必須支持IPv6協議。對于個人用戶，有兩種接入方式，一是CPE設備為三層路由器的路由方式，另外一種是CPE設備為二層設備的橋接方式。目前已經有了一些支持IPv4/IPv6雙協議棧的BRAS設備，接入的方式有動態撥號方式，需要路由器支持PPPoA、PPPoE、802.1x結合Radius以及DHCP＋WEB等多種認證方式，能夠動態分配IPv6地址前綴，家庭網絡內部的終端可以通過鄰居發現協議實現單機地址的無狀態自動配置。

　　五﹑服務質量要求

　　IPv6QoS在體系結構上與IPv4QoS基本相同，主要劃分為IntServ和DiffServ兩種模式。

　　IntServ的實現目前主要是通過RSVP信令協議，RSVP信令協議可以操作在IPv4和IPv6協議，需要支持的標準有RFC2205/2206/2207/2208/2209等，但由于RSVP存在擴展性問題，不適合運營商在骨干網開展QoS業務，可在企業網絡中使用。

　　DiffServ模型定義了不同優先級的服務，是一種適合于運營商在IP網路開展QoS的技術，需要在IPv6路由器中進行有效支持，具體需要遵循的標準有RFC2474/2475/2597/2598，RFC3140中對單跳行為碼值定義作了補充，用16位的碼域進行標識，增加了可以試驗用的單跳行為定義，同時兼容RFC2474的規定。

　　IPv6在QoS上的一個重要補充和改進是引入了流標記FlowLabel機制，它是在協議上通過20比特來標識一組需要在端到端路徑上被所有途經路由器同樣處理的業務流量。目前關于流標記的應用還停留在試驗階段，路由器需要根據標準的進展情況來支持流標記功能。除了流標記之外，IPv6還引入了兩個擴展報頭，分別是選路擴展報頭和逐跳擴展報頭，對QoS實施也是一種預留手段。前者類似于IPv4協議中的寬松源路由，發送者可以指定一個數據報所經過的路徑，這個功能在源節點能夠感知網絡拓撲和QoS參數時是很有用的；后者可以使得網絡中所有路由器在QoS感知的路徑中快速處理路由器告警信令消息，而不用對其高層協議報頭進行分析。路由器需要根據研究進展來進一步支持這些功能。

　　六﹑網絡安全要求

　　NGI網絡安全需要從多個方面進行考慮。在網絡設備的接入控制方面，路由器需要對Console、Telnet及SNMP輪詢訪問進行有效控制，包括本地認證密碼、用戶名+令牌方式或經過網絡統一的Radius認證密碼，或采用SSH加密實現安全登錄；支持完善的ACL功能；在用戶上網的認證授權方面，路由器（主要是接入服務器）目前需要支持Radius功能，對寬、窄帶接入用戶進行管理，路由器需要支持PPP、PPPoE、802.1x、DHCP+Web等方面認證等；在網絡路由協議安全方面，運行IGP（OSPFv3/IS-ISv6）/BGP4+的路由器需要支持鄰居/對等體的IPSec或基于md5的認證，至少需要支持明文認證；在網絡流量攻擊防護方面，路由器需要支持uRPF功能以抵御偽造IP地址功能，需要支持TCP攔截功能以減少syncflooding攻擊，需要具有對特定流量進行限制以減少類似紅色代碼、ICMPflooding等方面的攻擊；網絡設備還需要具備關閉不必要的進程、服務端口的能力。

　　此外，IPv6在IP層強制引入IPSec實現傳輸安全服務，也是IPv6協議的主要特點之一，有利于運營商開展安全的互聯網業務，需要路由器在IPSec方面進行了很好的實現，需要全面支持RFC2401/2402/2406/2407/2409，并且要求與其它廠商設備能夠進行很好的互連互通。

　　七﹑網絡管理要求

　　隨著NGI網絡逐漸過渡到實施部署階段，必然在網絡可操作、可運營和可維護性方面提出了要求。目前基于IPv6的NGI網絡管理系統發展主要是基于SNMP的管理模式，主要用于網絡的性能監測與故障管理，路由器需要支持1998年定義的IPv6與IPv4分離管理的MIB庫（RFC2452/2454/2465）或以后定義的統一管理MIB庫（RFC2851、RFC3291）,此外路由器還需要支持路由協議管理MIB庫。隨著網絡業務對QoS需求的發展，路由器還需要支持基于COPS的策略管理，具體需要支持的標準有RFC2478（COPS）、RFC（COPS-PR）。IPv6網絡管理在統一配置管理、網絡以及業務端到端開放與監測、流量監測、路由監視等方面仍需進一步研究，網絡管理對于地址自動配置、各種過渡技術、移動、安全技術的支持，同時由此帶來的網絡管理系統體系結構方面的變化也需進一步研究，路由器功能也需對這些研究進行跟進。

　　總之，由于IPv6和IPv4在協議上存在較大差別，并且IPv6對比于IPv4具有較大的改進，根據NGI網絡建設需求分析來看，路由器需要在多個方面進行大量的研發，因此升級路由器是比較復雜的工作。并且，基于IPv6技術的NGI的目標是發展成為多業務的統一承載網絡，其技術發展遠未停止，因此對路由器的技術要求也會隨著網絡的不斷發展而發展，如怎樣解決面向動態、智能網絡等問題。實現這一目標將是一個逐步的、長期的過程，需要研究組織、網絡運營商、設備提供商和系統提供商來共同完成。


----《通訊世界》

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