1 引言
IPv4地址即將耗盡，因此需要移轉(zhuǎn)至IPv6的討論,，過(guò)去數(shù)年來(lái)一直不曾中斷,。IPv4和IPv6在報(bào)文結(jié)構(gòu),、報(bào)文字段意義以及地址配置諸多方面都有顯著的不同,，這給從IPv4到IPv6過(guò)渡時(shí)期Internet的運(yùn)作帶來(lái)了極大的困難。當(dāng)前接入網(wǎng)技術(shù)上幾乎所有的應(yīng)用都是構(gòu)建在IPv4上,，要全面轉(zhuǎn)換成IPv6,，不是一朝一夕之功，而是一個(gè)長(zhǎng)期漸進(jìn)的過(guò)程,?？紤]到支持IPv6業(yè)務(wù)與支持現(xiàn)有IPv4業(yè)務(wù)的需求將長(zhǎng)期共存，接入網(wǎng)也將在較長(zhǎng)時(shí)期同時(shí)支持IPv4業(yè)務(wù)和IPv6業(yè)務(wù),。怎樣最方便,、最有效地實(shí)現(xiàn)接入網(wǎng)從IPv4向IPv6的過(guò)渡,，是一個(gè)非常值得探討的話題,。
2 寬帶接入網(wǎng)支持IPv6的實(shí)現(xiàn)技術(shù)
為了應(yīng)對(duì)IPv4如何向IPv6遷徙的問(wèn)題，許多研究機(jī)構(gòu),、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化組織如IETF,，BBF提出了多樣化的解決方案，如雙棧方式,、隧道方式和翻譯方式,。通過(guò)3種基本方式的組合和衍生，又產(chǎn)生了多種不同的IPv4向IPv6網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的具體方案,，例如DS-Lite,，6RD等。
2.1 雙棧方式
雙棧方式需要網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)設(shè)備同時(shí)支持IPv4和IPv6協(xié)議棧,，兩個(gè)協(xié)議棧分別處理IPv4報(bào)文和IPv6報(bào)文,。雙棧方案并不能節(jié)約IPv4地址，只是減少新發(fā)展的業(yè)務(wù)對(duì)IPv4公網(wǎng)地址的消耗,。設(shè)備支持雙棧,，使運(yùn)營(yíng)商可根據(jù)情況隨時(shí)開(kāi)啟IPv6業(yè)務(wù)，因此從考慮保護(hù)運(yùn)營(yíng)商的現(xiàn)有投資和降低用戶業(yè)務(wù)體驗(yàn)感知影響兩個(gè)角度考慮,，雙棧方式無(wú)疑是IPv6網(wǎng)絡(luò)遷徙初期的最佳方案,。
在雙棧方式下，與接入網(wǎng)支持IPv4業(yè)務(wù)類似,，在接入網(wǎng)中直接通過(guò)數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議承載IPv6協(xié)議有兩種基本方式：PPP方式和IPoE方式,。采用PPP方式符合運(yùn)營(yíng)商習(xí)慣，可降低網(wǎng)絡(luò)升級(jí)壓力,。
通過(guò)PPP方式接入IPv6網(wǎng)絡(luò)有兩種形式：
（1）采用支持IPv6 PPP撥號(hào)的RG設(shè)備,。RG設(shè)備通過(guò)PPPv6連接到業(yè)務(wù)提供網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)RG通過(guò)路由方式為寬帶客戶網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備提供連接性（見(jiàn)圖1）。
圖1 RG發(fā)起PPPv6會(huì)話示意圖
（2）每一個(gè)終端/主機(jī)設(shè)備向業(yè)務(wù)提供網(wǎng)絡(luò)發(fā)起各自的PPPv6撥號(hào)連接,。在這種情況下,，網(wǎng)絡(luò)終端工作在橋接模式下，同一個(gè)寬帶客戶網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的終端/主機(jī)之間各自獨(dú)立,，難以相互通信（見(jiàn)圖2）,。
圖2 主機(jī)發(fā)起PPPv6會(huì)話示意圖
從圖1和圖2可以看到，PPP方式接入IPv6網(wǎng)絡(luò)的主要工作由PPP鏈路的兩個(gè)端點(diǎn)（一端為RG或主機(jī),，一端為BNG）完成,，中間經(jīng)過(guò)的接入節(jié)點(diǎn)設(shè)備和二層匯聚設(shè)備采用完全透?jìng)鞯姆绞健?/p>
接入網(wǎng)設(shè)備通過(guò)IPoE方式支持IPv6協(xié)議時(shí)，需要解決RG設(shè)備的地址獲取和自動(dòng)配置,、接入節(jié)點(diǎn)設(shè)備的三層協(xié)議感知功能（包括對(duì)IPv6協(xié)議部分域,，ICMPv6協(xié)議報(bào)文的處理，針對(duì)IPv6業(yè)務(wù)的安全功能等）,。
2.2 隧道方式
隧道技術(shù)（Tunneling）是一種通過(guò)使用互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施在網(wǎng)絡(luò)之間傳遞數(shù)據(jù)的方式,。使用隧道傳遞的數(shù)據(jù)（或負(fù)載）可以是不同協(xié)議的數(shù)據(jù)幀或包。隧道協(xié)議將其它協(xié)議的數(shù)據(jù)幀或包重新封裝然后通過(guò)隧道發(fā)送,。新的幀頭提供路由信息,，以便通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)傳遞被封裝的負(fù)載數(shù)據(jù)。
IPv4/IPv6隧道可分為兩大類,，分別是IPv6 over IPv4隧道和IPv4 over Pv6隧道,。
（1）IPv6 over IPv4隧道
在IPv6網(wǎng)絡(luò)徹底代替IPv4網(wǎng)絡(luò)之前，首先具有IPv6協(xié)議棧的接入設(shè)備（包括RG和接入節(jié)點(diǎn)設(shè)備）就成為IPv4海洋中的IPv6“孤島”,。IPv6 over IPv4隧道技術(shù)的目的是利用現(xiàn)有的IPv4設(shè)施來(lái)為IPv6主機(jī)服務(wù),，使得各個(gè)分散的IPv6“孤島”可以跨越IPv4網(wǎng)絡(luò)相互通信。在IPv6報(bào)文通過(guò)IPv4網(wǎng)絡(luò)時(shí),，無(wú)論哪種隧道機(jī)制都需要進(jìn)行“封包——拆包”過(guò)程,，即處于發(fā)送端的隧道端點(diǎn)將該IPv6報(bào)文封裝在IPv4包中，將此IPv6包視為IPv4的負(fù)載數(shù)據(jù),，并將該IPv4包頭的協(xié)議字段設(shè)置為41,，以表示該IPv4封包的負(fù)載是一個(gè)IPv6封裝包，然后在IPv4網(wǎng)絡(luò)上傳送該封裝包,。當(dāng)協(xié)議字段標(biāo)為41的IPv4封裝包到達(dá)處于接收端的隧道端點(diǎn)時(shí),，該端點(diǎn)拆掉封裝包的IPv4包頭，取出IPv6封裝包繼續(xù)處理,。
IPv6 over IPv4隧道技術(shù)包括GRE隧道技術(shù),、手工配置隧道技術(shù)、利用IPv4兼容地址的自動(dòng)隧道技術(shù),，6over4技術(shù),，6to4技術(shù),，ISATAP技術(shù)，Teredo技術(shù)和6RD技術(shù)等,。
6RD（RFC5569）是IPv6快速部署（IPv6 Rapid Deployment）的簡(jiǎn)稱,，是在6to4（RFC3056）基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種IPv6網(wǎng)絡(luò)過(guò)渡技術(shù)方案。6RD通過(guò)在現(xiàn)有IPv4網(wǎng)絡(luò)中增加6RD-BR,，給愿意使用IPv6的用戶提供IPv6接入,；在IPv6用戶的家庭網(wǎng)關(guān)和6RD網(wǎng)關(guān)之間建立6in4隧道，從而實(shí)現(xiàn)在IPv4網(wǎng)絡(luò)提供IPv6服務(wù)的能力,。6RD網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖3所示,。
圖3 6RD網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和典型應(yīng)用場(chǎng)景
6RD技術(shù)的工作原理如下：6RD-CE即用戶家庭的6RD網(wǎng)關(guān)將用戶網(wǎng)絡(luò)中IPv6主機(jī)發(fā)出的上行IPv6報(bào)文，在其WAN接口直接封裝為IPv4報(bào)文的凈荷（RFC4213）,。該報(bào)文外層IPv4報(bào)文頭的源地址為6RD-CE的WAN接口IPv4地址,，目的地址是6RD-BR的IPv4互聯(lián)網(wǎng)側(cè)接口的IPv4地址。該報(bào)文在IPv4互聯(lián)網(wǎng)上與普通IPv4報(bào)文采用相同的路由尋址方式,。6RD-BR在收到該報(bào)文后,，去掉外層IPv4的封裝包頭，將用戶主機(jī)發(fā)出的IPv6報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)進(jìn)入IPv6互聯(lián)網(wǎng),。當(dāng)6RD-BR收到指向6RD用戶網(wǎng)絡(luò)中IPv6主機(jī)的IPv6報(bào)文后,，在其IPv4互聯(lián)網(wǎng)側(cè)接口同樣將這個(gè)IPv6報(bào)文封裝成IPv4報(bào)文的凈荷,。該報(bào)文外層IPv4報(bào)文頭的源地址為6RD-BR的IPv4互聯(lián)網(wǎng)側(cè)的接口地址,，其目的地址是連接目標(biāo)用戶網(wǎng)絡(luò)的6RD-CE的WAN接口的IPv4地址。根據(jù)上述6RD用戶主機(jī)編址規(guī)則,，該IPv4目的地址可直接從轉(zhuǎn)發(fā)的IPv6報(bào)文頭中IPv6目的地址中的IPv4地址字段中獲取,。6RD-CE在收到該報(bào)文后，去掉外層IPv4的封裝包頭,，再將IPv6報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)至用戶網(wǎng)絡(luò)中相應(yīng)的IPv6主機(jī),。
（2）IPv4 over IPv6隧道
與IPv6 over IPv4隧道技術(shù)相反，IPv4 over IPv6隧道技術(shù)是解決具有IPv4協(xié)議棧的接入設(shè)備成為IPv6網(wǎng)絡(luò)中的孤島通信問(wèn)題,，這種問(wèn)題會(huì)在IPv6技術(shù)發(fā)展后期出現(xiàn),。
DS-Lite是一種典型的IPv4 over IPv6隧道技術(shù)，是“隧道技術(shù)（IPv4-in-IPv6隧道）”與“改進(jìn)的NAT技術(shù)（以Tunnel-id/IPv6地址為NAT表索引）”的結(jié)合,。DS-Lite隧道技術(shù)的工作原理是：用戶側(cè)設(shè)備將IPv4流量封裝在IPv6隧道內(nèi),，通過(guò)運(yùn)營(yíng)商的IPv6接入網(wǎng)絡(luò)到達(dá)“網(wǎng)關(guān)”設(shè)備后終結(jié)IPv6隧道封裝，再進(jìn)行集中式NAT轉(zhuǎn)換,，最終轉(zhuǎn)發(fā)至IPv4 Internet,。
DS-Lite方案中有B4和AFTR兩個(gè)基本功能模塊，DS-Lite數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程示意如圖4所示,。
圖4 DS-Lite數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程
（1）B4（Basic Bridging Broad Band Element）模塊可集成部署在雙棧家庭網(wǎng)關(guān)上或者通過(guò)軟件部署在雙棧主機(jī)接口功能上,，其主要作用是在建立與AFTR模塊之間的IPv6隧道之后,，將IPv4報(bào)文封裝進(jìn)入隧道并轉(zhuǎn)發(fā)出去。
（2）AFTR（Address Family Transition Router Element）模塊可集成部署在運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)側(cè)的BNG/SR,，或PE路由器等設(shè)備上,，其主要作用是在網(wǎng)絡(luò)側(cè)終結(jié)IPv6隧道后，對(duì)其中的IPv4報(bào)文作地址及端口號(hào)翻譯,，并轉(zhuǎn)發(fā)至IPv4 Internet,。
3 IPv6對(duì)接入網(wǎng)提出的新要求
接入設(shè)備對(duì)IPv6報(bào)文的處理能力可分為透?jìng)鳌⒏兄?、?yīng)答三個(gè)層次,。
3.1 透?jìng)鱅Pv6報(bào)文
當(dāng)接入設(shè)備的功能定位在L2上時(shí)，無(wú)論是IPv4報(bào)文還是IPv6報(bào)文,，接入設(shè)備都不會(huì)對(duì)其進(jìn)行任何的偵測(cè),、感知和處理，僅進(jìn)行透明傳遞,。接入設(shè)備無(wú)需進(jìn)行任何升級(jí)改造就能滿足這個(gè)要求,。
3.2 感知IPv6報(bào)文
接入設(shè)備對(duì)IPv6報(bào)文的感知，是指能夠識(shí)別,、區(qū)分IPv6報(bào)文和IPv4報(bào)文,，并能根據(jù)IPv6協(xié)議部分域進(jìn)行VLAN標(biāo)記、QoS,、報(bào)文過(guò)濾等處理操作,，包括但不限于：
（1）區(qū)分IPv4報(bào)文和IPv6報(bào)文，并劃分在不同的VLAN,。
?。?）為IPv4報(bào)文和IPv6報(bào)文設(shè)置不同的以太網(wǎng)優(yōu)先級(jí)。
?。?）基于IPv6源/目的地址,、IP協(xié)議類型（如ICMPv6，MLD等）,、IPv6優(yōu)先級(jí)字段（Traffic Class）,、IPv6流標(biāo)記字段（Flow Label）對(duì)業(yè)務(wù)流進(jìn)行分類。
?。?）基于IPv6源/目的地址對(duì)數(shù)據(jù)幀進(jìn)行過(guò)濾,。
（5）對(duì)特定協(xié)議報(bào)文（如ICMPv6等）進(jìn)行限速,。
?。?）通過(guò)DHCPv6中繼代理Option18/37功能實(shí)現(xiàn)端口標(biāo)記。
?。?）IPv6可控組播功能,。
3.3 應(yīng)答IPv6協(xié)議報(bào)文
支持L3路由功能的接入設(shè)備特別是網(wǎng)關(guān)設(shè)備,，主要是在下列處理流程中需要對(duì)IPv6協(xié)議報(bào)文進(jìn)行應(yīng)答：獲取/分配IPv6地址，IPv6路由轉(zhuǎn)發(fā),。
4 標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程與應(yīng)用情況
4.1 接入網(wǎng)支持IPv6的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程
在國(guó)際和中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化組織中IPv6都是熱點(diǎn)技術(shù)之一,，推進(jìn)快速。目前在接入網(wǎng)領(lǐng)域主要由BBF（Broadband Forum,，寬帶論壇）對(duì)支持IPv6的寬帶接入網(wǎng)架構(gòu)技術(shù)要求進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化,。BBF已經(jīng)完成或正在制定的IPv6相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)參見(jiàn)表1。
表1 BBF制定的IPv6相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)情況
我國(guó)目前由中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)（CCSA）組織起草了接入網(wǎng)支持IPv6的總體性標(biāo)準(zhǔn)《支持IPv6的接入網(wǎng)總體技術(shù)要求》,，該標(biāo)準(zhǔn)主要對(duì)IPv6接入的基本模型,、接入網(wǎng)中IPv6的地址分配模型、接入節(jié)點(diǎn)支持IPv6功能要求,、RG支持IPv6功能要求,、IPv6組播和基于IPv6的管理功能要求等方面進(jìn)行規(guī)定。
4.2 應(yīng)用情況
目前,，全球范圍內(nèi)的知名運(yùn)營(yíng)商大都已經(jīng)宣布IPv6商用計(jì)劃,，目前通過(guò)IPv6 Enabled ISP認(rèn)證的運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)達(dá)到47家，包括中國(guó)電信,，NTT,，Comcast等。美國(guó)最大的有線電視運(yùn)營(yíng)商Comcast 2010年初正式宣布其IPv6商用計(jì)劃,，其用戶可以從今年第二季度起自愿選擇使用IPv6服務(wù),。除此之外，日本推出了純IPv6實(shí)驗(yàn)業(yè)務(wù),，NTT等各大運(yùn)營(yíng)商紛紛搭建了IPv6網(wǎng)絡(luò),，AT&T,，意大利電信,，德國(guó)電信等國(guó)際知名運(yùn)營(yíng)商也紛紛備戰(zhàn)IPv6。
中國(guó)電信也于2010年初全面啟動(dòng)下一代互聯(lián)網(wǎng)部署試點(diǎn)工作,，在湖南長(zhǎng)沙,、江蘇無(wú)錫、四川成都以及廣東廣州4個(gè)城市進(jìn)行IPv6試商用,，并且下半年試點(diǎn)范圍擴(kuò)大至浙江杭州和山東濟(jì)南,，屆時(shí)中國(guó)電信將為用戶提供IPv6寬帶接入業(yè)務(wù)、C+W業(yè)務(wù),、大客戶業(yè)務(wù),，并將適時(shí)開(kāi)展IPTV業(yè)務(wù)。中國(guó)電信也在積極開(kāi)展2010年上海世博會(huì)和2011年深圳大運(yùn)會(huì)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)的IPv6化,。
中國(guó)移動(dòng)目前已經(jīng)完成了技術(shù)調(diào)研,、設(shè)備測(cè)試等工作,，完成了PNAT標(biāo)準(zhǔn)的起草以及相關(guān)業(yè)務(wù)的演示。2010年中國(guó)移動(dòng)將結(jié)合自身在移動(dòng)領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì),，利用PNAT技術(shù),，在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域展開(kāi)IPv6部署的試點(diǎn)工作。
中國(guó)聯(lián)通目前已經(jīng)完成了IPv6技術(shù)調(diào)研以及廠家設(shè)備測(cè)試,，演進(jìn)方案也在設(shè)計(jì)當(dāng)中,。
5 結(jié)束語(yǔ)
IPv4地址不夠的問(wèn)題已經(jīng)成為全球運(yùn)營(yíng)商共同面臨的問(wèn)題，但I(xiàn)Pv6是一個(gè)長(zhǎng)期演進(jìn)的過(guò)程,，IPv4還有很長(zhǎng)的應(yīng)用時(shí)間,，IPv4與IPv6在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)共存是無(wú)法忽視的現(xiàn)實(shí)情況。
對(duì)于IPv6的演進(jìn)技術(shù)和策略,，各標(biāo)準(zhǔn)化組織提供了多種技術(shù)方案,，給運(yùn)營(yíng)商提供了多種可能的IPv4/IPv6演進(jìn)路線。對(duì)此,，運(yùn)營(yíng)商和廠商已經(jīng)開(kāi)始采取行動(dòng),，各主流運(yùn)營(yíng)商都開(kāi)始進(jìn)行IPv6實(shí)驗(yàn)和試點(diǎn)，但不同運(yùn)營(yíng)商思路各不相同,，根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景和相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀因地制宜選擇過(guò)渡策略,。