廣電有線網(wǎng)絡(luò)IPv6平滑過渡策略及技術(shù)路線分析

楊致國

（中國廣電四川網(wǎng)絡(luò)股份有限公司，四川 成都 610000）

0 引 言

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛躍式發(fā)展和模塊化應(yīng)用，以“互聯(lián)網(wǎng)+”為背景的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)資源已經(jīng)出現(xiàn)局部短缺，尤其是以IPv4協(xié)議為代表的網(wǎng)絡(luò)地址段的節(jié)點(diǎn)空間出現(xiàn)難以匹配用戶增長的現(xiàn)象，無法有效滿足廣電網(wǎng)絡(luò)新媒體5G技術(shù)的發(fā)展需求，如何利用新的技術(shù)協(xié)議實(shí)現(xiàn)IPv4向IPv6的平滑過渡是當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)商業(yè)運(yùn)用亟需解決的問題[1]。2017年中共中央辦公廳、國務(wù)院辦公廳印發(fā)《推進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議第六版（IPv6）規(guī)模部署行動計(jì)劃》，詳細(xì)介紹了IPv6技術(shù)結(jié)構(gòu)建設(shè)與應(yīng)用部署的時間線和工作線。中國廣電立足于有線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展現(xiàn)狀，結(jié)合自身建設(shè)實(shí)際情況深入研究從IPv4到IPv6的混合網(wǎng)平滑過渡策略，各結(jié)構(gòu)演進(jìn)實(shí)施必須具備滿足IPv4/IPv6混合式業(yè)務(wù)模式同時展開的系統(tǒng)支撐能力，并極大程度保證IPv4業(yè)務(wù)的服務(wù)體驗(yàn)?；诖?，分析IPv6規(guī)模部署的技術(shù)路線，能夠匹配業(yè)務(wù)模式可持續(xù)發(fā)展的平臺統(tǒng)籌建設(shè)能力。

1 廣電有線網(wǎng)絡(luò)IPv4/IPv6混合網(wǎng)平滑過渡策略

1.1 雙協(xié)議棧技術(shù)在混合網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

雙協(xié)議棧（Dual Stack）主要指在信息傳輸?shù)慕M織網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中任意的點(diǎn)位既滿足IPv4協(xié)議，又同時符合IPv6協(xié)議，即同時滿足2條通路雙分協(xié)議的信息數(shù)據(jù)傳輸，此時網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能夠最大限度支撐信息網(wǎng)絡(luò)IPv4/IPv6傳輸機(jī)制的實(shí)現(xiàn)，如圖1所示[2]。

圖1 雙協(xié)議棧的技術(shù)結(jié)構(gòu)

為了能夠在混合網(wǎng)條件下達(dá)到有效的信息融合傳輸，網(wǎng)絡(luò)層采用傳輸控制協(xié)議（Transmission Control Protocol，TCP）/用 戶 數(shù) 據(jù) 報 協(xié) 議（User Datagram Protocol，UDP），通過底層信號拆分進(jìn)行數(shù)據(jù)融合后直達(dá)應(yīng)用層，此時基于Dual Stack的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可以直接轉(zhuǎn)化為單節(jié)點(diǎn)的融合，這也是前期技術(shù)實(shí)現(xiàn)中的一種常見過渡策略。

1.2 隧道技術(shù)在混合網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

隧道技術(shù)實(shí)際上可以看作雙協(xié)議棧技術(shù)的升級版，將實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中的IPv4骨干網(wǎng)（隧道1）和周邊適用IPv6協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)串接起來進(jìn)行環(huán)狀分布，即直接將原始數(shù)據(jù)封入IPv4數(shù)據(jù)包中，并將起始地址和目的地址作為IPv6骨干網(wǎng)（隧道2）的入口或出口，在出隧道后可以將打包數(shù)據(jù)進(jìn)行解封并完成整個傳輸過程[3]。通過隧道技術(shù)能夠不改變原有的網(wǎng)絡(luò)框架體系，最大程度還原原始數(shù)據(jù)，其實(shí)現(xiàn)流程如圖2所示。

圖2 隧道技術(shù)的實(shí)現(xiàn)流程

將IPv4網(wǎng)絡(luò)隧道的邊界看作信道通路的出入口，分別對接著IPv6網(wǎng)絡(luò)的兩端，則完成的信號數(shù)據(jù)傳輸鏈需要經(jīng)由邊界路由器進(jìn)行數(shù)據(jù)封包、傳輸以及拆包，從而實(shí)現(xiàn)兩端IPv6孤立節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)聯(lián)通[4]。

1.3 混合網(wǎng)框架下的策略應(yīng)用與技術(shù)實(shí)現(xiàn)

基于隧道技術(shù)的IPv4/IPv6過渡機(jī)制是使用較為廣泛且成本最低的方法，目前應(yīng)用于中國廣電網(wǎng)絡(luò)升級進(jìn)程中，有效解決了信號數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換問題。采用扁平化3層網(wǎng)絡(luò)框架，同步升級數(shù)據(jù)出/入口設(shè)備，包括高性能路由器H3C ER2100V2、3層核心交換機(jī)SICOM6448G-4X20G28GE[5]。其中H3C ER2100V2經(jīng)數(shù)據(jù)接口能夠同時完成終端1的1號數(shù)據(jù)端口與2號數(shù)據(jù)端口對接IPv4網(wǎng)絡(luò)、終端3的1號數(shù)據(jù)端口與3號數(shù)據(jù)端口對接IPv6網(wǎng)絡(luò)、終端3的1號數(shù)據(jù)端口內(nèi)部數(shù)據(jù)與SICOM6448G-4X20G28GE的1號數(shù)據(jù)端口內(nèi)部數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)同步，并在混合網(wǎng)框架下實(shí)現(xiàn)IPv4/IPv6數(shù)據(jù)傳輸雙協(xié)議，如圖3所示。采用單播、多播方式時，交換機(jī)的下行數(shù)據(jù)傳輸端口可以只支持IPv4協(xié)議的設(shè)備接口[6]。

圖3 端口內(nèi)部數(shù)據(jù)同步

2 廣電有線網(wǎng)絡(luò)IPv6技術(shù)路線實(shí)現(xiàn)方案

廣電有線網(wǎng)絡(luò)IPv6技術(shù)路線實(shí)現(xiàn)方案主要涉及網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、業(yè)務(wù)終端以及機(jī)制協(xié)議等，需要針對安全機(jī)制設(shè)計(jì)具體實(shí)踐措施，尤其是針對信息數(shù)據(jù)傳輸過程中的問題要給出響應(yīng)機(jī)制，保證實(shí)現(xiàn)IPv4到IPv6的平滑過渡[7]。從時間上主要區(qū)分為準(zhǔn)備階段、實(shí)現(xiàn)階段（初、中和末期）。在準(zhǔn)備階段，針對性提升IPv6技術(shù)協(xié)議對于混合網(wǎng)框架下業(yè)務(wù)的支撐能力，擬定實(shí)踐計(jì)劃；在實(shí)現(xiàn)階段初期，針對規(guī)劃部分進(jìn)行試點(diǎn)，尤其是需要進(jìn)行安全性測試和防護(hù)性優(yōu)化；在實(shí)現(xiàn)階段中期，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)承載量逐步增加IPv6網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；⒊绦蚧?，加強(qiáng)隧道技術(shù)與雙協(xié)議棧協(xié)議的應(yīng)用，推進(jìn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)端和功能段逐步適配IPv6；在實(shí)現(xiàn)階段末期，隨著網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)和終端用戶數(shù)的增加，需要降低優(yōu)化IPv4節(jié)點(diǎn)數(shù)直至歸零，從而實(shí)現(xiàn)IPv6網(wǎng)絡(luò)全面過渡[8]。

2.1 準(zhǔn)備階段的技術(shù)路徑

作為整體過渡部署的核心板塊，準(zhǔn)備階段應(yīng)主要實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：一是軟件與硬件應(yīng)當(dāng)符合企業(yè)級的IPv6技術(shù)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)；二是設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)的過程中全面調(diào)整為IPv4/IPv6混合模式；三是新開發(fā)的用戶節(jié)點(diǎn)應(yīng)當(dāng)全面支持IPv6協(xié)議[9]。針對網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、業(yè)務(wù)終端以及機(jī)制協(xié)議等了解軟硬件支持IPv6技術(shù)協(xié)議的具體情況，設(shè)計(jì)IPv6網(wǎng)絡(luò)組織架構(gòu)并擬制IPv6網(wǎng)絡(luò)地址分配，結(jié)合混合網(wǎng)框架設(shè)計(jì)公用隧道，滿足相應(yīng)使用需求。

2.2 實(shí)現(xiàn)階段的技術(shù)路徑

實(shí)現(xiàn)階段初期，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)以IPv4通道為主，相應(yīng)流量要稍加傾斜，為后續(xù)過渡做好準(zhǔn)備。計(jì)劃節(jié)點(diǎn)和開展業(yè)務(wù)要規(guī)劃為隧道模式或直接分配至IPv6網(wǎng)絡(luò)地址，原IPv4網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)維持不變。測試IPv6協(xié)議，針對IP網(wǎng)段分配要逐步開通雙棧。與此同時，測試業(yè)務(wù)模式下的安全性，如圖4所示。

圖4 IPv6模式下數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)測試

實(shí)現(xiàn)階段中期，逐步拓寬IPv6業(yè)務(wù)，并實(shí)現(xiàn)雙棧向純網(wǎng)的過渡[10]。逐步升級業(yè)務(wù)模式，將設(shè)備和軟件調(diào)試至適配IPv6節(jié)點(diǎn)通信機(jī)制，其中規(guī)劃業(yè)務(wù)只針對IPv6服務(wù)。將混合網(wǎng)全面升級為雙棧模式，同步升級數(shù)據(jù)中心、智慧運(yùn)維等業(yè)務(wù)終端。網(wǎng)絡(luò)地址分配向IPv6傾斜，并將數(shù)據(jù)平臺相關(guān)設(shè)置統(tǒng)一規(guī)劃為IPv6網(wǎng)絡(luò)。

實(shí)現(xiàn)階段末期，全面推廣IPv6網(wǎng)絡(luò)。封閉數(shù)據(jù)隧道，解除雙棧協(xié)議，完成業(yè)務(wù)終端和網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的純網(wǎng)化。全面關(guān)閉IPv4網(wǎng)絡(luò)，并完成原業(yè)務(wù)和節(jié)點(diǎn)的盤點(diǎn)。

3 結(jié) 論

通過深入研究廣電有線網(wǎng)絡(luò)從IPv4到IPv6的平滑過渡，根據(jù)具體業(yè)務(wù)規(guī)劃采取雙協(xié)議棧、隧道技術(shù)完成混合網(wǎng)模式下的過渡設(shè)計(jì)，并給出了明確的IPv6部署實(shí)現(xiàn)路徑。針對準(zhǔn)備階段、實(shí)現(xiàn)階段初期、實(shí)現(xiàn)階段中期以及實(shí)現(xiàn)階段末期這4個時間節(jié)點(diǎn)展開針對性分析，得到了能夠?qū)崿F(xiàn)局部最優(yōu)的策略方案，能夠達(dá)到網(wǎng)絡(luò)建設(shè)平滑過渡的標(biāo)準(zhǔn)和要求。