《電子技術應用》
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五大方案實現IPv6與IPv4共存互通
摘要: 目前,業界已達成共識:IPv6技術是當前可行的解決IP地址短缺唯一根本的解決方案。但是由于IPv6與IPv4技術不兼容,而且現網中有大量的IPv4設備和用戶存在,需要在網絡演進過程中解決異構網絡的共存與互通問題。
關鍵詞: IPv6 IPv4 NAT 地址
Abstract:
Key words :

  目前,業界已達成共識:IPv6技術是當前可行的解決IP地址短缺唯一根本的解決方案。但是由于IPv6與IPv4技術不兼容,而且現網中有大量的IPv4設備和用戶存在,需要在網絡演進過程中解決異構網絡的共存與互通問題。

  2011年2月3日,全球互聯網數字分配機構(IANA)正式宣布已無新的IPv4地址分配。由于我國運營商已申請到的IPv4地址資源數量有限,而隨著物聯網、移動互聯網等應用的快速發展,將會需求大量的地址資源,這勢必會對我國互聯網持續穩定的發展產生影響,因此解決IPv4地址短缺的問題迫在眉睫。

  從技術本質上講,解決IPv4地址短缺,可以采用兩種不同的技術路線,一種是多級NAT(如NAT444)技術,另一種是IPv6技術,這兩種技術是完全對立的。從長遠來看,NAT技術并不能從根本上解決地址短缺的問題,而且會增加網絡結構的復雜性。目前,業界已達成共識:IPv6技術是當前可行的解決IP地址短缺唯一根本的解決方案。但是由于IPv6與IPv4技術不兼容,而且現網中有大量的IPv4設備和用戶存在,需要在網絡演進過程中解決異構網絡的共存與互通問題。

  熱點過渡技術方案

  目前,IETF已開發出三種機制,即雙棧、隧道和翻譯,其中雙棧和隧道機制僅在網絡層面解決IPv4網絡與IPv6網絡的共存問題,翻譯機制在業務層面解決異構網絡業務之間的互通問題。自IPv6標準發布以來,IETF已開發出多種不同的IPv4和IPv6共存/過渡技術,但每一種技術只是適用于某個特定的應用場景,在實際部署時,需要根據具體的網絡拓撲和業務發展需要,將多種技術結合起來使用。

  近期,IETFv6ops、Behave和Softwire工作組正在制定一些新的過渡技術方案,如NAT444、6rd、DS-Lite、NAT64+DNS64以及IVI等,其中6rd和DS-Lite方案通過隧道機制解決異構網絡的共存問題,要實現業務的互通還需要結合翻譯技術;NAT64+DNS64和IVI方案則能夠解決IPv6用戶訪問IPv4網絡的業務資源,其中NAT64是有狀態翻譯,IVI是無狀態的翻譯。

  NAT444

  NAT444采用兩級NAT,在客戶端網絡中使用一級NAT實現私網地址到私網地址的映射,在運營商LSN(LargeScaleNAT)中使用第二級NAT,實現私網地址到公網地址的映射。該方案的最大優勢在于技術相對成熟,而且現網中已經部署了大量的NAT設備,對網絡的整體架構影響較小,但是需要考慮客戶端RFC1918地址和運營商指定的RFC1918地址之間的覆蓋問題,以及相同LSN客戶之間的尋址問題。而且采用該方案,將會延緩運營商網絡向IPv6過渡的進程。

  6rd

  6rd是IPv4+6over4隧道的典型方案,類似的解決方案還有IPv6overL2TP(通過L2TP隧道來提供IPv6用戶遠程接入)。6rd是基于IPv4網絡快速引入IPv6的方案,現有城域網絡的寬帶接入服務器等設備不用升級改造支持IPv6,在城域網絡中集中部署6rd網關,6rd網關到骨干網之間建立IPv6連接,用戶的CPE需要支持6rd。當用戶有IPv6接入需求時,CPE與6rd網關之間建立IPv6overIPv4的隧道,IPv6通過隧道轉發到6rd網關,而用戶的IPv4訪問繼續通過原有的路徑。該方案適用于IPv6業務發展的早期,運營商以IPv4業務為主,擁有少量的IPv6用戶。

  DS-lite

  DS-Lite是IPv6+4over6隧道的典型方案。在城域網絡中部署DS-LiteCGN設備,寬帶接入服務器到核心路由器通過IPv6連接,用戶的CPE支持DS-Lite,CPE到DS-LiteCGN之間建立IPv4overIPv6隧道。寬帶接入服務器給用戶CPE分配IPv6地址前綴,用戶主機的IPv4地址由CPE分配IPv4私有地址。用戶的IPv6流量通過寬帶接入服務器直接上行到核心路由器,用戶的IPv4流量到CPE后,經過IPv4overIPv6隧道上行到DS-LiteCGN上,CGN同時具有NAT44的功能,用戶的IPv4數據經隧道解封裝后,再做一次NAT44地址轉換,最終發送到IPv4骨干網。采用DS-Lite方案的一個好處是減輕寬帶接入服務器設備的壓力,可以只運行IPv6協議棧,適合在IPv6占主導的應用場景下使用。

  NAT64+DNS64

  NAT64+DNS64是解決IPv6用戶訪問IPv4網絡業務資源的一種有狀態的翻譯方案。在該方案中,用戶端的應用、接入設備和網絡均支持IPv6,用戶使用IPv6業務和內容是直接的,但接入IPv4業務和內容將需要有狀態的地址翻譯(NAT64)網關設備。DNS64則主要是配合NAT64工作,主要是將DNS查詢信息中的A記錄(IPv4地址)合成到AAAA記錄(IPv6地址)中,返回合成的AAAA記錄用戶給IPv6側用戶。用戶的業務流量將根據這個目的地址路由到NAT64網關設備,在此設備對目的地址和源地址進行地址和協議翻譯,以IPv4分組包的形式路由到最終的服務器。

        IVI

  IVI是解決IPv6用戶訪問IPv4網絡業務資源的一種無狀態的翻譯方案。該方案的實質是將已有一部分IPv4的地址段用于構造特定的IPv6地址段,通過將IPv4地址嵌入IPv6地址段的方法使它們形成明顯和特定的映射關系。IVI功能主要有兩個:一個是地址映射,即通過統一的規則實現IPv4地址與IPv6地址的一一映射,以進行地址的翻譯;另一個是協議翻譯,即根據標準規定,實現IPv4/ICMPv4協議和IPv6/ICMPv6協議各字段的對譯,同時更新TCP/UDP協議的相關字段,完成完整的數據包翻譯操作。

  運營商網絡的演進策略

  對于運營商來說,IPv6是解決IPv4地址短缺問題的根本方案,也是一個逐步演進的過程,選擇過渡技術要綜合考慮以下因素:保護現網投資,成本合理,網絡改造難度適中,現有業務不受損,用戶體驗好。運營商的網絡通常可以劃分為核心網、城域網和接入網,不同的網絡其演進路線是不同的。對于核心網,如果基于IP技術,可以采用雙棧;如果基于MPLS技術,則可以采用6PE。對于城域網,其過渡技術方案應以雙棧技術為基礎,隧道和翻譯機制相結合,根據不同的應用場景采用不同的過渡方案,如:用戶轉向單棧IPv6,采用6rd提供IPv6用戶的接入,NAT64/IVI翻譯機制實現IPv6用戶訪問IPv4網絡的業務資源;內容和應用沒有明顯變化,運營商趨向CGN,采用CGN/NAT444;內容和應用沒有明顯變化,運營商趨向IPv6,采用DS-Lite提供私網IPv4用戶的接入,部署NAT44實現私網IPv4到公網IPv4的轉換;多數內容和應用轉向雙棧,采用雙棧;多數內容和應用轉向IPv6,采用DS-Lite提供公網IPv4用戶的接入,NAT64/IVI翻譯機制實現IPv4用戶訪問IPv6網絡的業務資源。

  對于大二層接入網絡,接入設備對轉發的報文透明傳遞,但是應能夠識別、區分IPv6報文和IPv4報文,并能夠根據IPv6協議部分進行VLAN標記、QoS、報文過濾等處理操作。如果支持雙棧,可以直接通過數據鏈路層協議承載IPv6協議(如PPPoE和IPoE)。

  由于互聯網應用場景多種多樣,因此IPv6演進技術方案沒有統一的一種模式。IPv6網絡的演進需要綜合考慮多種因素(如網絡規模、用戶規模、網絡拓撲等)采用多種不同的技術方案。不同的IPv6演進技術的采用和選擇其關鍵往往不僅僅是一個純粹的技術思考,其更大的挑戰是互聯網發展與技術轉型對運營和商業模式的影響。所以,應結合不同的業務應用場景和網絡未來發展需求,綜合考慮各種因素,結合多種過渡技術制定網絡平滑演進的策略。

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