版 权 声 明 本 白 皮 书 版 权 属 于 CNGI 专 家 委, 并 受 法 律 保 护 转 载 摘 编 或 利 用 其 它 方 式 使 用 本 白 皮 书 文 字 或 者 观 点 的, 应 注 明 来 源 : CNGI 专 家 委 违 反 上 述 声 明 者, 将 追 究 其 相 关 法 律

公 众 网 络 从 IPv4 向 IPv6 演 进 的 过 渡 技 术 方 案 中 国 下 一 代 互 联 网 示 范 工 程 (CNGI) 专 家 委 2013 年 8 月

版 权 声 明 本 白 皮 书 版 权 属 于 CNGI 专 家 委, 并 受 法 律 保 护 转 载 摘 编 或 利 用 其 它 方 式 使 用 本 白 皮 书 文 字 或 者 观 点 的, 应 注 明 来 源 : CNGI 专 家 委 违 反 上 述 声 明 者, 将 追 究 其 相 关 法 律 责 任 2

前 言 当 前 互 联 网 已 渗 透 到 国 民 经 济 的 方 方 面 面, 成 为 国 家 重 要 的 基 础 设 施 和 推 动 国 民 经 济 增 长 的 重 要 引 擎 之 一, 但 随 着 IP 地 址 资 源 枯 竭 的 日 渐 临 近, 互 联 网 的 可 持 续 发 展 面 临 巨 大 的 挑 战 经 过 多 年 的 技 术 发 展, 业 界 已 达 成 共 识, 互 联 网 向 基 于 IPv6 的 下 一 代 互 联 网 演 进 是 互 联 网 发 展 的 必 经 阶 段, 而 且 IPv4 网 络 和 IPv6 网 络 将 长 期 共 存 我 国 政 府 一 直 以 来 高 度 重 视 下 一 代 互 联 网 产 业 的 发 展 2012 年,CNGI 领 导 小 组 七 部 委 联 合 发 布 了 关 于 下 一 代 互 联 网 十 二 五 发 展 建 设 的 意 见, 明 确 提 出 我 国 下 一 代 互 联 网 发 展 路 线 图 和 主 要 目 标, 即 2013 年 年 底 前, 开 展 IPv6 网 络 小 规 模 商 用 试 点, 形 成 成 熟 的 商 业 模 式 和 技 术 演 进 路 线 ;2014 年 至 2015 年, 开 展 大 规 模 部 署 和 商 用, 实 现 IPv4 和 IPv6 主 流 业 务 互 通 同 年, 为 加 快 推 进 下 一 代 互 联 网 的 发 展, 国 家 发 改 委 组 织 实 施 了 下 一 代 互 联 网 技 术 研 发 产 业 化 和 规 模 商 用 专 项, 由 三 大 运 营 商 承 接 电 信 运 营 企 业 公 众 网 络 IPv6 升 级 改 造 及 规 模 商 用 项 目 目 前 根 据 运 营 商 的 规 划 部 署 将 分 阶 段 逐 步 开 展 网 络 的 升 级 改 造, 2013 年 计 划 在 20 多 个 城 市 完 成 商 用 部 署 升 级 改 造 现 阶 段, 为 解 决 IPv4 网 络 与 IPv6 网 络 的 共 存 和 平 滑 演 进 问 题,IETF 已 研 发 双 栈 隧 道 和 翻 译 三 种 过 渡 机 制, 其 中 双 栈 和 隧 道 机 制 解 决 两 网 共 存 问 题, 翻 译 机 制 解 决 两 网 互 通 问 题 从 已 开 发 的 工 具 集 来 看, 每 种 过 渡 机 制 有 特 定 的 应 用 场 景, 通 常 需 要 多 种 过 渡 机 制 同 时 使 用 来 解 决 网 络 平 滑 演 进 过 程 中 面 临 的 各 种 问 题 本 白 皮 书 将 以 IETF 已 经 开 发 出 的 过 渡 技 术 工 具 集 为 基 础, 结 合 运 营 商 网 络 架 构 和 业 务 迁 移 策 略, 分 析 不 同 的 平 滑 演 进 过 渡 方 案, 为 政 府 和 运 营 商 的 技 术 决 策 者 提 供 技 术 参 考, 从 而 使 他 们 可 以 更 好 地 进 行 技 术 规 划 和 产 业 决 策, 以 确 保 公 众 网 络 从 IPv4 向 IPv6 的 平 滑 演 进 过 渡

目 录 1. 术 语 定 义 和 缩 略 语... 1 1.1 术 语 定 义... 1 1.2 缩 略 语... 3 2. 网 络 演 进 的 基 本 原 则... 4 3. 网 络 演 进 的 过 渡 场 景... 5 3.1 运 营 商 网 络 架 构... 5 3.2 过 渡 场 景... 6 4. 网 络 演 进 过 渡 技 术 方 案... 9 4.1 总 体 架 构... 9 4.2 骨 干 网... 9 4.2.1 基 于 IP 技 术... 9 4.2.2 基 于 MPLS 技 术... 10 4.3 城 域 网 + 接 入 网... 11 4.4 域 名 系 统... 13 5. 总 结... 14 附 录 A: 典 型 过 渡 方 案... 15 附 录 B: 过 渡 技 术 工 具 集... 22 A.1 双 栈... 22 A.2 隧 道... 22 A.3 翻 译... 24 4

公 众 网 络 从 IPv4 向 IPv6 演 进 过 渡 技 术 方 案 CNGI 专 家 委 公 众 网 络 从 IPv4 向 IPv6 演 进 过 渡 技 术 方 案 1. 术 语 定 义 和 缩 略 语 1.1 术 语 定 义 双 栈 双 栈 技 术 是 指 在 网 络 节 点 上 同 时 运 行 IPv4 和 IPv6 两 种 协 议, 从 而 在 IP 网 络 中 形 成 逻 辑 上 相 互 独 立 的 两 张 网 络, 即 IPv4 网 络 和 IPv6 网 络 根 据 所 采 用 IPv4 地 址 的 类 型, 可 分 为 公 网 双 栈 和 私 网 双 栈 公 网 双 栈 技 术 是 指 在 全 网 端 到 端 启 用 IPv4 和 IPv6 双 协 议, 用 户 端 分 配 公 网 IPv4 地 址 私 网 双 栈 技 术 是 指 在 全 网 端 到 端 启 用 IPv4 和 IPv6 双 协 议, 用 户 端 分 配 私 网 IPv4 地 址, 在 网 络 侧 进 行 IPv4 私 网 地 址 到 IPv4 公 网 地 址 的 转 换 轻 量 级 双 栈 DS-Lite DS-Lite 技 术 本 质 是 在 IPv6 的 网 络 中 部 署 IPv4-in-IPv6 隧 道 完 成 IPv4 业 务 承 载, 而 IPv6 业 务 则 是 直 接 通 过 IPv6 网 络 传 输 该 技 术 的 一 个 重 要 特 征 :IPv6 源 只 和 IPv6 目 的 地 址 通 信, 同 理 IPv4 源 只 和 IPv4 目 的 地 址 通 信 所 谓 轻 量 级 是 相 对 双 栈 方 案 而 言, 双 栈 方 案 要 求 感 知 IP 的 节 点 都 具 备 双 栈 能 力 并 开 启, 而 DS-Lite 方 案 则 为 局 部 双 栈 ( 用 户 侧 CPE 设 备 实 现 B4 功 能, 作 为 隧 道 的 起 点, 局 端 设 备 实 现 AFTR 功 能, 作 为 隧 道 的 终 点 ), 可 通 过 IPv6 网 络 中 提 供 IPv4 网 络 的 互 联 轻 量 级 4over6 轻 量 级 4over6 技 术 利 用 IPv4-in-IPv6 隧 道 实 现 在 IPv6 网 络 中 IPv4 业 务 的 传 输 该 技 术 与 DS-Lite 的 区 别 是, NAT 功 能 由 网 络 侧 (CGN) 卸 载 至 用 户 侧, 网 络 侧 仅 需 维 护 每 用 户 状 态, 提 高 可 扩 展 性 公 有 IPv4 地 址 与 传 输 层 端 口 段 一 同 下 发, 实 现 IPv4 地 址 复 用 轻 量 级 4over6 保 持 IPv4 与 IPv6 编 址 独 立, 局 端 设 备 ( 实 现 轻 量 级 AFTR 功 能 ) 可 动 态 维 护 每 用 户 状 态 1

CNGI 专 家 委 公 众 网 络 从 IPv4 向 IPv6 演 进 过 渡 技 术 方 案 Public 4over6 Public 4over6 技 术 基 于 IPv4-in-IPv6 隧 道 技 术, 通 过 将 公 有 IPv4 地 址 下 发 至 用 户 侧, 网 络 侧 维 护 每 用 户 状 态, 保 持 了 端 到 端 特 性 该 技 术 主 要 面 向 企 业 用 户 和 内 容 提 供 商 的 IPv6 过 渡 6RD 6RD 是 一 种 在 现 有 IPv4 网 络 中 快 速 部 署 IPv6 业 务 的 解 决 方 案, 该 方 案 使 用 IPv4 与 IPv6 之 间 无 状 态 地 址 映 射, 在 用 户 节 点 之 间 建 立 IPv6-in-IPv4 自 动 隧 道, 以 IPv4 报 文 的 形 式 传 输 IPv6 报 文 与 6to4 不 同,6rd 服 务 提 供 者 使 用 自 己 的 IPv6 前 缀, 取 代 固 定 的 6to4 前 缀 (2002::/64) 需 要 注 意 的 是,6rd 方 案 要 求 终 端 必 须 分 配 一 个 公 网 的 IPv4 地 址, 所 以 并 不 能 解 决 IPv4 地 址 枯 竭 的 问 题 NAT64/DNS64( 有 状 态 翻 译 技 术 ) NAT64 是 一 种 有 状 态 的 网 络 地 址 与 协 议 转 换 技 术, 一 般 只 支 持 通 过 IPv6 网 络 侧 用 户 发 起 连 接 访 问 IPv4 网 络 资 源 NAT64 可 实 现 TCP UDP ICMP 协 议 下 的 IPv6 与 IPv4 网 络 地 址 和 协 议 转 换 DNS64 主 要 是 协 同 NAT64 工 作, 是 将 DNS 查 询 信 息 中 的 A 记 录 (IPv4 地 址 ) 合 成 到 AAAA 记 录 (IPv6 地 址 ) 中, 返 回 合 成 的 AAAA 记 录 给 IPv6 用 户 IVI( 无 状 态 翻 译 技 术 ) IVI 是 一 种 无 状 态 的 网 络 地 址 与 协 议 转 换 技 术, 该 方 案 利 用 特 定 地 址 前 缀 关 系 实 现 IPv4 和 IPv6 地 址 的 无 状 态 翻 译, 以 及 实 现 IPv4/ICMPv4 协 议 和 IPv6/ICMPv6 协 议 各 字 段 的 对 译, 同 时 更 新 TCP UDP ICMP 协 议 的 相 关 字 段 IVI 有 别 于 NAT64 技 术 方 案, 它 能 够 实 现 双 向 (IPv4 到 IPv6 和 IPv6 到 IPv4) 地 址 和 协 议 翻 译 IVI 的 名 称 来 源 于 罗 马 数 字 IV 和 VI, 意 味 着 4 和 6 的 互 联 互 通 MAP( 无 状 态 的 封 装 与 双 重 翻 译 技 术 ) MAP 系 列 标 准 是 IETF 既 有 多 种 网 络 过 渡 技 术 融 合 的 主 流 技 术 标 准 该 系 列 标 准 是 从 无 状 态 翻 译 技 术 IVI 和 有 状 态 4over6 隧 道 技 术 DS-lite 等 技 术 的 基 础 上 演 化 而 来, 它 包 括 基 于 封 装 的 无 状 态 地 址 和 端 口 映 射 MAP-E, 基 于 翻 译 的 无 状 态 2

公 众 网 络 从 IPv4 向 IPv6 演 进 过 渡 技 术 方 案 CNGI 专 家 委 地 址 和 端 口 映 射 MAP-T MAP-E 基 于 封 装 技 术 ( 隧 道 技 术 ), 为 无 状 态 隧 道 / 用 户 状 态 隧 道 MAP-T 基 于 翻 译 技 术, 为 无 状 态 双 重 翻 译 / 用 户 状 态 双 重 翻 译, 并 可 以 与 有 状 态 双 重 翻 译 464XLAT 兼 容 Softwire 4over6 Mesh Softwire 4over6 Mesh 技 术 通 过 扩 展 多 协 议 BGP(MP-BGP), 在 IPv6 骨 干 网 的 PE 路 由 器 间 建 立 BGP 对 等 体, 跨 越 异 构 网 络 分 发 IPv4 路 由 信 息, 并 依 此 建 立 网 状 互 联 的 点 到 多 点 隧 道 IPv6 流 量 通 过 IPv6 路 由 进 行 转 发, 而 IPv4 流 量 则 通 过 利 用 IPv4 路 由 信 息 构 建 的 网 状 隧 道 进 行 转 发 该 方 案 适 用 于 纯 IPv6 的 骨 干 网 6PE 隧 道 技 术 沿 用 BGP/MPLS VPN 的 技 术 原 理, 利 用 MPLS 标 记 转 发 路 径 在 PE 设 备 之 间 建 立 IPv4 的 多 协 议 BGP(MP-BGP) 对 等 体, 跨 越 IPv4 MPLS 网 络, 在 PE 设 备 之 间 分 发 IPv6 站 点 内 的 IPv6 路 由, 实 现 IPv6 孤 岛 间 的 互 联, 数 据 报 文 通 过 IPv4 MPLS 网 络 中 顶 层 MPLS 标 签 进 行 转 发 6VPE 是 一 种 借 鉴 IPv4 BGP/MPLS VPN 的 技 术, 该 技 术 为 IPv6 用 户 网 络 提 供 VPN 服 务 1.2 缩 略 语 4over6 Mesh Softwire 4over6 Mesh 4over6 网 状 软 线 隧 道 6PE IPv6 Provide Edge 支 持 IPv6 的 运 营 商 边 界 6rd IPv6 Rapid Deployment IPv6 快 速 部 署 6VPE IPv6 Virtual Provide Edge 支 持 IPv6 的 运 营 商 虚 拟 边 界 ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line 非 对 称 用 户 数 字 环 路 BGP Border Gateway Protocol 边 界 网 关 协 议 BRAS Broadband Remote Access Server 宽 带 远 程 接 入 服 务 器 CGN Carrier Grade NAT 运 营 商 级 网 络 翻 译 设 备 CPE Customer Premise Equipment 客 户 端 设 备 DNS64 Domain Name System IPv6 to IPv4 支 持 IPv6 向 IPv4 翻 译 的 域 名 系 统 DS-Lite Dual Stack Lite 轻 量 级 双 栈 FTTx Fiber to the x 光 纤 到 x ICMPv6 Internet Control Message Protocol version 6 互 联 网 控 制 消 息 协 议 版 本 6 IGP Interior Gateway Protocol 内 部 网 关 路 由 协 议 3

CNGI 专 家 委 公 众 网 络 从 IPv4 向 IPv6 演 进 过 渡 技 术 方 案 IPv4 Internet Protocol Version 4 网 际 互 联 协 议 版 本 4 IPv6 Internet Protocol Version 6 网 际 互 联 协 议 版 本 6 IVI Ⅳ <-> Ⅵ IPv4 到 IPv6,IPv6 到 IPv4 翻 译 L2TP Layer 2 Tunneling Protocol 二 层 隧 道 协 议 Lw4over6 Lightweight 4over6 轻 量 级 4over6 LDP Label Distribution Protocol 标 记 分 发 协 议 LSN Large Scale NAT 大 规 模 网 络 翻 译 设 备 LSP Label Switch Path 标 记 转 发 路 径 MAP-E Mapping Address and Port using Encapsulation 基 于 封 装 的 无 状 态 地 址 和 端 口 映 射 MAP-T Mapping Address and Port using Translation 基 于 翻 译 的 无 状 态 地 址 和 端 口 映 射 MPLS Multi-Protocol Label Switch 多 协 议 标 记 交 换 MP-BGP Multi-Protocol BGP 多 协 议 边 界 网 关 协 议 NAT444 Network Address Translation IPv4 to IPv4 IPv4 地 址 翻 译 NAT64 Network Address Translation IPv6 to IPv4 IPv6 向 IPv4 地 址 翻 译 PE Provide Edge 运 营 商 网 络 边 界 POP Point of Presence 网 络 服 务 提 供 点 TCP Transmission Control Protocol 传 输 控 制 协 议 UDP User Datagram Protocol 用 户 数 据 报 协 议 VPN Virtual Private Network 虚 拟 专 用 网 络 WLAN Wireless Local Area Network 无 线 局 域 网 2. 网 络 演 进 的 基 本 原 则 运 营 商 网 络 向 IPv6 演 进 是 一 个 长 期 的 系 统 工 程, 涉 及 到 用 户 终 端 接 入 网 城 域 网 核 心 网 信 源 及 业 务 支 撑 系 统 等 多 个 方 面, 为 实 现 网 络 的 平 滑 演 进, 既 要 考 虑 现 网 IPv4 设 备 的 投 资 保 护, 又 要 尽 量 减 少 对 用 户 和 应 用 的 影 响, 因 此 必 须 遵 循 以 下 基 本 原 则 : (1) 业 务 驱 动 下 一 代 互 联 网 演 进 的 主 要 驱 动 力 来 自 业 务, 一 方 面 需 要 保 证 现 有 业 务 的 发 展 不 受 IPv4 地 址 的 局 限, 另 一 方 面 也 要 支 持 未 来 新 兴 业 务 如 移 动 互 联 网 云 计 算 物 联 网 以 及 三 网 融 合 等 业 务 的 发 展 需 求 (2) 过 渡 平 稳 保 证 过 渡 阶 段 现 有 网 络 稳 定 运 行,IPv4 的 用 户 和 业 务 体 验 尽 量 不 受 影 响 过 渡 技 术 和 组 网 方 案 应 减 少 对 网 络 架 构 和 系 统 架 构 的 影 响, 确 保 过 渡 期 的 平 稳 (3) 技 术 创 新 4

公 众 网 络 从 IPv4 向 IPv6 演 进 过 渡 技 术 方 案 CNGI 专 家 委 在 过 渡 的 不 同 阶 段 会 面 临 不 同 的 场 景 和 需 求, 应 关 注 技 术 创 新 和 新 技 术 的 部 署 实 施, 逐 步 引 入 IPv6 新 业 务, 丰 富 IPv6 网 络 流 量, 提 升 用 户 体 验 (4) 成 本 兼 顾 过 渡 方 案 在 满 足 业 务 需 求 和 网 络 演 进 的 基 础 上, 应 尽 可 能 兼 顾 网 络 部 署 的 难 度 和 成 本, 降 低 网 络 部 署 的 复 杂 度, 必 须 能 够 采 用 渐 进 式 部 署 的 方 式, 确 保 可 持 续 发 展 在 制 定 具 体 方 案 时, 还 需 要 充 分 考 虑 由 于 IPv4 与 IPv6 协 议 不 兼 容 带 来 的 问 题, 需 要 构 建 相 关 的 过 渡 机 制 来 支 持 二 者 无 缝 地 并 存, 应 遵 循 以 下 必 要 原 则 : (1) 确 保 现 有 IPv4 业 务 和 应 用 能 够 在 IPv4/IPv6 综 合 组 网 环 境 下 正 常 使 用 ; (2) 提 高 组 网 灵 活 性, 支 持 网 络 的 渐 进 性 升 级, 同 时 避 免 设 备 之 间 的 依 赖 性, 设 备 的 更 新 须 具 有 独 立 性 ; (3) 在 设 计 综 合 组 网 方 案 时, 要 考 虑 IPv4/v6 长 期 共 存 的 事 实, 同 时 也 要 考 虑 到 将 来 网 络 平 滑 过 渡 的 问 题 (4) 综 合 组 网 以 后 网 络 的 可 靠 性 和 稳 定 性 不 能 削 弱 ; (5) 综 合 组 网 以 后 网 络 的 服 务 质 量 不 应 该 有 明 显 的 影 响 ; (6) 综 合 组 网 后 网 络 管 理 功 能 应 该 较 原 有 网 络 有 所 加 强 ; (7) 综 合 组 网 过 程 对 于 网 络 管 理 者 和 终 端 用 户 来 讲 要 易 于 理 解 和 实 现 3. 网 络 演 进 的 过 渡 场 景 3.1 运 营 商 网 络 架 构 目 前 我 国 三 大 运 营 商 的 网 络 架 构 都 在 向 扁 平 化 的 趋 势 发 展, 其 典 型 架 构 如 图 1 所 示, 从 用 户 终 端 到 应 用 服 务 提 供 商 经 由 接 入 网 ( 包 括 有 线 接 入 无 线 接 入 ) 城 域 网 和 骨 干 网 5

CNGI 专 家 委 公 众 网 络 从 IPv4 向 IPv6 演 进 过 渡 技 术 方 案 图 1. 运 营 商 典 型 网 络 架 构 3.2 过 渡 场 景 运 营 商 网 络 升 级 改 造 的 过 渡 场 景 可 以 从 用 户 网 络 和 内 容 提 供 商 三 个 维 度 进 行 分 析 (1) 用 户 现 阶 段, 固 网 用 户 一 般 通 过 桥 接 型 家 庭 网 关 或 者 是 路 由 型 家 庭 网 关 设 备 接 入 运 营 商 网 络 对 于 使 用 桥 接 型 家 庭 网 关 接 入 的 用 户, 其 IPv6 支 持 能 力 主 要 取 决 于 终 端 操 作 系 统 ( 既 要 支 持 IPv6 协 议 栈, 又 要 能 够 为 上 层 应 用 提 供 IPv6 的 编 程 接 口 ), 而 对 于 使 用 路 由 型 家 庭 网 关 接 入 的 用 户, 其 IPv6 支 持 能 力 不 但 取 决 于 终 端 操 作 系 统 而 且 也 取 决 于 家 庭 网 关 设 备 的 双 栈 能 力 在 过 渡 阶 段, 用 户 终 端 通 过 网 络 获 取 IP 地 址 的 形 态 会 包 括 以 下 几 种 类 型 : i. 仅 获 得 IPv4 地 址 ( 终 端 操 作 系 统 不 支 持 IPv6 或 未 启 用 IPv6 协 议 栈 ); ii. 获 得 IPv4 公 网 地 址 和 IPv6 地 址 ; iii. 获 得 IPv4 私 网 地 址 和 IPv6 地 址 ; iv. 仅 获 得 IPv6 地 址 ( 如 封 闭 的 物 联 网 应 用 终 端 ) 对 应 的 应 用 类 型 可 以 分 为 仅 支 持 IPv4 的 应 用, 支 持 IPv4/IPv6 双 栈 应 用 和 6

公 众 网 络 从 IPv4 向 IPv6 演 进 过 渡 技 术 方 案 CNGI 专 家 委 仅 支 持 IPv6 的 应 用 (2) 网 络 网 络 的 演 进 是 个 循 序 渐 进 的 过 程, 在 过 渡 阶 段 会 并 存 多 种 形 态 的 网 络, 包 括 IPv4 单 栈 网 络 IPv4/IPv6 双 栈 网 络 和 IPv6 单 栈 网 络 目 前, 城 域 网 和 骨 干 网 的 演 进 技 术 路 线 较 为 明 确,Native IP 网 络 采 用 双 栈,MPLS 网 络 采 用 技 术 路 线 对 于 二 层 接 入 网, 针 对 一 些 特 定 的 应 用 ( 如 组 播 ) 要 求 网 络 设 备 具 备 三 层 报 文 的 侦 听 能 力 ; 而 对 于 三 层 接 入 网, 需 要 结 合 网 络 平 滑 演 进 的 整 体 规 划, 以 双 栈 技 术 为 基 础, 辅 以 隧 道 技 术 进 行 网 络 的 部 署 (3) 业 务 提 供 商 互 联 网 业 务 应 用 的 升 级 改 造 也 应 是 循 序 渐 进 的 过 程, 要 求 用 户 无 感 知 并 且 不 会 对 用 户 的 业 务 体 验 带 来 较 大 的 负 面 影 响 在 过 渡 阶 段, 应 用 将 会 出 现 三 种 形 态, 仅 支 持 IPv4 的 应 用, 支 持 IPv6 的 应 用 以 及 支 持 IPv4/IPv6 的 应 用 要 保 证 IPv4 用 户 无 影 响 地 访 问 原 有 IPv4 业 务, 也 要 保 证 IPv6 用 户 能 够 访 问 已 有 的 IPv4 业 务 (4) 典 型 场 景 分 析 网 络 由 IPv4 向 IPv6 过 渡 将 是 一 个 长 期 的 演 进 过 程, 在 过 渡 期 主 要 存 在 以 下 两 种 通 信 模 型 : 同 种 协 议 间 的 通 信 同 种 协 议 间 的 通 信 是 指 通 信 双 方 的 协 议 类 型 是 一 致 的 ( 例 如 IPv4 用 户 访 问 IPv4 业 务,IPv6 用 户 访 问 IPv6 业 务 ), 其 间 可 以 通 过 隧 道 技 术 穿 越 不 同 协 议 类 型 的 网 络 ( 如 4-6-4,6-4-6), 也 可 以 穿 越 同 种 协 议 类 型 的 网 络 ( 如 4-4-4,6-6-6) 异 种 协 议 间 的 通 信 异 种 协 议 间 的 通 信 是 指 通 信 双 方 的 协 议 类 型 是 不 一 致 的 ( 如 IPv4 用 户 访 问 IPv6 业 务,IPv6 用 户 访 问 IPv4 业 务 ), 主 要 是 解 决 IPv4 和 IPv6 应 用 之 间 的 互 访 问 题 在 网 络 演 进 的 过 程 中,IPv4 网 络 与 IPv6 网 络 将 长 期 共 存, 并 将 经 历 四 个 不 同 的 发 展 阶 段, 其 过 渡 场 景 如 下 表 所 示 第 一 阶 段 网 络 演 进 的 初 期 IPv4 海 洋,IPv6 孤 岛 在 这 个 阶 段, 网 络 和 业 务 应 用 以 IPv4 为 主,IPv6 网 络 通 过 IPv4 网 络 进 行 互 联,IPv6 用 户 通 过 翻 译 机 制 访 问 IPv4 业 务 应 用, 典 型 场 景 是 7

CNGI 专 家 委 公 众 网 络 从 IPv4 向 IPv6 演 进 过 渡 技 术 方 案 4-4-4,6-4-6 1 和 6-4-4 第 二 阶 段 网 络 演 进 的 中 期 IPv4 网 络 与 IPv6 网 络 规 模 相 当,IPv6 单 栈 网 络 出 现 在 这 个 阶 段 主 要 是 通 过 翻 译 机 制 实 现 IPv4 和 IPv6 业 务 应 用 的 互 访, 典 型 场 景 是 4-4-6 和 6-6-4 此 外 对 于 IPv4 用 户 也 可 以 通 过 隧 道 机 制 访 问 IPv4 业 务, 典 型 场 景 是 4-6-4 第 三 阶 段 网 络 演 进 的 后 期, 即 IPv4 孤 岛,IPv6 海 洋 在 这 个 阶 段, 网 络 和 业 务 应 用 以 IPv6 为 主,IPv4 网 络 通 过 IPv6 网 络 进 行 互 联 ( 骨 干 网 Softwire 4over6 Mesh 方 案 已 成 为 IETF 的 标 准 ), IPv4 用 户 通 过 翻 译 机 制 访 问 IPv6 业 务 应 用, 典 型 场 景 是 4-6-4,4-6-6 和 6-6-6 最 后 一 个 阶 段 就 是 网 络 发 展 成 为 纯 IPv6 的 网 络, 典 型 场 景 是 6-6-6 表 1:IPv4 向 IPv6 过 渡 的 场 景 描 述 通 信 模 型 用 户 接 入 网 网 络 城 域 网 (POP 点 以 上 ) 骨 干 业 务 应 用 场 景 描 述 同 种 协 议 同 构 网 络 同 种 协 议 异 构 网 络 异 种 协 议 同 构 网 络 异 种 协 议 异 构 网 络 IPv4 IPv4 双 栈 IPv6 IPv6 双 栈 IPv4 IPv6 双 栈 IPv6 IPv4 双 栈 IPv4 IPv4 双 栈 IPv6 IPv6 双 栈 IPv4 IPv6 双 栈 IPv6 IPv4 双 栈 IPv4 4-4-4 IPv6 6-6-6 IPv4 4-6-4 IPv6 6-4-6 IPv6 4-4-6 IPv4 6-6-4 IPv6 4-6-6 IPv4 6-4-4 IPv4 用 户 通 过 IPv4 网 络 访 问 IPv4 业 务 IPv6 用 户 通 过 IPv6 网 络 访 问 IPv6 业 务 IPv4 用 户 通 过 IPv6 网 络 访 问 IPv4 业 务 IPv6 用 户 通 过 IPv4 网 络 访 问 IPv6 业 务 IPv4 用 户 通 过 IPv4 网 络 访 问 IPv6 业 务 IPv6 用 户 通 过 IPv4 网 络 访 问 IPv4 业 务 IPv4 用 户 通 过 IPv6 网 络 访 问 IPv6 业 务 IPv6 用 户 通 过 IPv4 网 络 访 问 IPv4 业 务 1 6-4-6, 即 IPv6 over IPv4 的 隧 道, 该 技 术 方 案 要 求 使 用 IPv4 公 网 地 址 进 行 隧 道 的 封 装, 而 目 前 我 国 的 IPv4 公 网 地 址 资 源 十 分 匮 乏, 所 以 该 方 案 不 具 备 大 规 模 部 署 的 条 件, 仅 适 合 于 小 规 模 的 示 范 应 用 8

公 众 网 络 从 IPv4 向 IPv6 演 进 过 渡 技 术 方 案 CNGI 专 家 委 4. 网 络 演 进 过 渡 技 术 方 案 4.1 总 体 架 构 运 营 商 网 络 可 以 简 单 划 分 为 接 入 网 城 域 网 和 骨 干 网 对 于 网 络 的 演 进 可 以 采 用 双 栈 隧 道 和 翻 译 相 结 合 的 技 术 方 案 接 入 网 在 演 进 的 过 程 中, 可 能 会 出 现 三 种 场 景, 即 IPv4 接 入 网,IPv6 接 入 网 和 IPv4/IPv6 双 栈 接 入 网, 可 以 考 虑 采 用 6over4 或 者 是 4over6 的 技 术 方 案, 隧 道 的 两 个 端 点 分 别 在 用 户 侧 家 庭 网 关 ( 或 者 终 端, 通 过 加 载 软 件 插 件 ) 和 网 络 侧 设 备 上 ( 如 CGN 网 关 ) 对 于 骨 干 网 和 城 域 网, 如 果 是 IP 承 载, 采 用 双 栈 方 案, 如 果 是 MPLS 承 载, 采 用 方 案 图 2. 向 IPv6 演 进 的 总 体 技 术 方 案 4.2 骨 干 网 4.2.1 基 于 IP 技 术 在 Native IP 骨 干 网 络 中 部 署 IPv6 最 成 熟 的 方 案 就 是 采 用 双 栈 技 术, 该 方 案 要 求 对 现 网 设 备 进 行 双 栈 升 级 改 造 9

CNGI 专 家 委 公 众 网 络 从 IPv4 向 IPv6 演 进 过 渡 技 术 方 案 4.2.2 基 于 MPLS 技 术 在 MPLS 骨 干 网 络 中 部 署 IPv6, 最 简 单 的 方 式 是 先 维 持 P( 核 心 ) 路 由 器 IPv4 单 栈, 在 网 络 边 缘 PE 路 由 器 上 实 现 双 栈, 把 IPv6 流 量 承 载 到 基 于 IPv4 的 MPLS 标 记 路 径 上 传 输 1 技 术 特 点 (1) 在 IPv4 网 络 中,PE 和 P 路 由 器 之 间 仍 然 使 用 IPv4 的 IGP 协 议 ( 如 IS-IS) 来 建 立 相 互 之 间 的 路 由 关 系, 也 仍 然 使 用 IPv4 的 标 签 分 发 协 议 ( 如 LDP RSVP-TE 等 ) 来 建 立 PE 与 PE 之 间 的 LSP( 标 记 交 换 路 径 ) 因 此, 对 P 路 由 器 和 PE 路 由 器 来 说,IPv6 网 络 是 不 可 见 的 (2) 需 要 使 用 MP-BGP 多 协 议 扩 展 属 性 为 IPv6 网 络 传 播 路 由 信 息 (3)6PE 路 由 器 或 6VPE 路 由 器 都 不 是 一 个 专 用 的 设 备, 其 在 为 IPv6 网 络 提 供 隧 道 服 务 或 者 VPN 服 务 的 同 时 也 可 以 在 其 他 接 口 或 子 接 口 上 为 普 通 的 IPv4 用 户 提 供 MPLS VPN 业 务 2 实 施 方 案 在 MPLS 骨 干 网 上 提 供 IPv6 的 服 务 可 以 采 用 以 下 方 式 首 先, 在 MPLS 骨 干 网 的 边 缘 PE 路 由 器 上 部 署 IPv6, 在 现 有 IPv4 互 联 网 接 入 的 边 界 路 由 器 上 提 供 IPv6 互 联 网 接 入 其 次, 在 VPN 和 互 联 网 接 入 业 务 中, 使 用 IPv4 的 标 签 交 换 路 径 (LSP) 承 载 IPv6 通 过 采 用 6PE 或 6VPE, 可 避 免 在 网 络 核 心 P 路 由 器 上 对 现 有 网 络 的 网 络 配 臵 进 行 任 何 形 式 的 修 改, 如 既 有 的 IGP 协 议 标 签 分 发 协 议 LDP 现 有 的 地 址 编 址 等 另 外, 在 部 署 过 程 中 需 要 特 别 注 意 ICMPv6 和 IPv6 MTU 的 问 题 由 于 网 络 核 心 的 P 路 由 器 不 支 持 IPv6, 将 会 丢 弃 ICMPv6 报 文, 因 此 路 径 MTU 发 现 机 制 必 须 在 网 络 边 缘 来 实 现 表 2:Native IPv6 和 比 较 Native IPv6 实 施 成 本 所 有 设 备 升 级 支 持 IPv6, 实 施 成 本 高 PE 设 备 升 级 支 持 IPv6,P 设 备 不 需 要 升 级, 实 施 成 本 低 协 议 部 署 所 有 路 由 器 运 行 IPv6 IGP/BGP MPLS 核 心 不 变,PE 之 间 部 署 10

公 众 网 络 从 IPv4 向 IPv6 演 进 过 渡 技 术 方 案 CNGI 专 家 委 MP-BGP 可 扩 展 性 没 有 限 制 没 有 限 制 维 护 成 本 需 要 所 有 节 点 维 护 新 引 入 的 IPv6 协 议 和 路 由 IPv6 作 为 MPLS 新 业 务, 对 现 有 网 络 维 护 冲 击 小, 维 护 范 围 限 制 在 PE 业 务 支 持 单 播 / 组 播 组 播 不 成 熟, 可 支 持 VPN 业 务 4.3 城 域 网 + 接 入 网 城 域 网 主 要 由 三 层 路 由 设 备 (CR, 核 心 路 由 器 ) 和 业 务 控 制 设 备 (SR, 业 务 路 由 器,BRAS, 宽 带 接 入 服 务 器 ) 组 成, 主 要 实 现 IP 报 文 的 转 发 和 业 务 分 流 ; 接 入 网 主 要 由 二 层 接 入 设 备 (DSLAM 交 换 机 OLT/ONU 等 ) 组 成, 主 要 实 现 IP 报 文 的 接 入 对 于 城 域 网, 在 POP 点 之 上 应 采 用 双 栈 技 术 路 线, 并 根 据 需 要 部 署 相 应 的 网 关 设 备 终 结 隧 道 和 完 成 协 议 转 换 ; 接 入 网 过 渡 技 术 方 案 应 以 双 栈 技 术 为 基 础, 结 合 隧 道 和 翻 译 机 制, 根 据 不 同 的 应 用 场 景 采 用 不 同 的 过 渡 方 案, 如 : 案 ; (1) 内 容 和 应 用 没 有 明 显 变 化, 运 营 商 趋 向 CGN 翻 译 技 术, 采 用 NAT444 方 (2) 内 容 和 应 用 没 有 明 显 变 化, 运 营 商 趋 向 IPv6, 采 用 DS-Lite 方 案 轻 2 量 级 4over6 方 案 或 MAP 系 列 方 案 3 ; (3) 多 数 内 容 和 应 用 转 向 双 栈, 采 用 双 栈 方 案 ; (4) 用 户 转 向 单 栈 IPv6, 内 容 和 应 用 没 有 明 显 变 化, 运 营 商 网 络 以 IPv4 为 主, 采 用 6rd 方 案 4 ; 方 案 (5) 用 户 转 向 单 栈 IPv6, 多 数 内 容 和 应 用 转 向 单 栈 IPv6, 采 用 单 栈 IPv6 此 外, 需 要 强 调 是 要 实 现 IPv6 的 用 户 访 问 IPv4 的 业 务 必 须 采 用 翻 译 技 术, 2 轻 量 级 4over6 方 案 通 过 对 有 状 态 4over6 隧 道 技 术 DS-Lite 扩 展, 实 现 NAT 卸 载 和 状 态 规 模 减 小 目 前 该 方 案 在 IETF 尚 未 形 成 标 准, 但 部 分 设 备 厂 商 已 有 可 商 用 部 署 的 产 品 3 MAP 系 列 方 案 是 IETF 既 有 多 种 网 络 过 渡 技 术 融 合 的 主 流 技 术 方 案 该 系 列 方 案 是 从 无 状 态 翻 译 技 术 IVI 和 有 状 态 4over6 隧 道 技 术 DS-lite 等 技 术 的 基 础 上 演 化 而 来, 它 包 括 基 于 封 装 的 无 状 态 地 址 和 端 口 映 射 MAP-E, 基 于 翻 译 的 无 状 态 地 址 和 端 口 映 射 MAP-T 目 前 该 系 列 方 案 在 IETF 尚 未 形 成 标 准, 设 备 厂 商 也 未 推 出 可 商 用 部 署 的 产 品 4 6rd 方 案 部 署 要 求 使 用 IPv4 公 网 地 址 进 行 隧 道 封 装, 而 我 国 目 前 IPv4 公 网 地 址 资 源 十 分 短 缺, 所 以 该 方 案 不 适 于 大 规 模 的 部 署, 可 在 小 范 围 内 示 范 应 用 11

CNGI 专 家 委 公 众 网 络 从 IPv4 向 IPv6 演 进 过 渡 技 术 方 案 如 NAT64/DNS64 或 者 是 IVI 技 术 对 于 二 层 接 入 网 络, 接 入 设 备 对 转 发 的 报 文 透 明 传 递, 但 是 应 能 够 识 别 区 分 IPv6 报 文 和 IPv4 报 文, 并 能 够 根 据 IPv6 协 议 部 分 进 行 VLAN 标 记 QoS 报 文 过 滤 等 处 理 操 作 如 果 支 持 双 栈, 可 以 直 接 通 过 数 据 链 路 层 协 议 承 载 IPv6 协 议 ( 如 PPPoE 和 IPoE) 表 3: 过 渡 场 景 对 应 的 演 进 技 术 方 案 通 信 用 户 模 型 接 入 网 网 络 城 域 网 (POP 点 以 上 ) 同 种 协 议 同 构 网 络 IPv4 IPv6 IPv4 IPv6 双 栈 双 栈 同 种 协 议 IPv4 IPv6 双 栈 异 构 网 络 IPv6 IPv4 双 栈 异 种 协 议 IPv4 IPv4 双 栈 同 构 网 络 IPv6 IPv6 双 栈 异 种 IPv4 IPv6 双 栈 协 议 异 构 网 络 IPv6 IPv4 双 栈 说 明 : 骨 干 业 务 应 用 场 景 演 进 技 术 方 案 IPv4 4-4-4 NAT444 5 IPv6 6-6-6 IPv4 4-6-4 DS-Lite 方 案 IPv6 6-4-6 6rd 方 案 远 期 IPv6 网 络 及 应 IPv6 4-4-6 用 成 为 主 流 时 才 会 出 现 该 场 景, 翻 译 方 案 IPv4 6-6-4 NAT64/DNS64 或 IVI 远 期 IPv6 网 络 及 应 IPv6 4-6-6 用 成 为 主 流 时 才 会 出 现 该 场 景, 翻 译 方 案 6rd 方 案 + 翻 译 方 IPv4 6-4-4 案 ( 如 NAT64/DNS64 IVI) (1)NAT444 方 案 : 对 于 使 用 桥 接 型 家 庭 网 关 接 入 的 用 户, 仅 要 求 升 级 局 端 设 备 ( 如 BRAS OLT) 支 持 双 栈, 能 够 为 用 户 终 端 同 时 分 配 IPv4 和 IPv6 地 址 ; 对 于 使 用 路 由 型 家 庭 网 关 接 入 的 用 户, 需 要 同 时 升 级 家 庭 网 关 设 备 和 局 端 设 备 5 NAT444 方 案, 需 要 强 调 的 是 家 庭 网 关 设 备 必 须 支 持 双 栈, 对 于 IPv4 流 量 进 行 NAT44 的 翻 译, 对 于 IPv6 流 量 直 接 转 发 12

公 众 网 络 从 IPv4 向 IPv6 演 进 过 渡 技 术 方 案 CNGI 专 家 委 ( 如 BRAS OLT) 支 持 双 栈, 并 且 要 求 能 够 支 持 NAT44 功 能, 而 且 要 对 用 户 侧 私 网 地 址 空 间 和 运 营 商 接 入 网 侧 私 网 地 址 空 间 进 行 规 划, 避 免 冲 突 用 户 终 端 能 够 获 得 IPv4 私 网 地 址 和 IPv6 地 址 (2)DS-Lite 方 案 6 : 适 用 于 使 用 路 由 型 家 庭 网 关 接 入 的 用 户 ( 不 考 虑 用 户 终 端 通 过 安 装 插 件 实 现 客 户 端 功 能 的 情 况 ), 要 求 升 级 家 庭 网 关 设 备 支 持 双 栈 和 B4 功 能 ; 局 端 设 备 支 持 双 栈 AFTR 功 能 以 及 NAT44 翻 译 功 能 用 户 终 端 获 得 IPv4 私 网 地 址 和 IPv6 地 址 (3)6rd 方 案 : 适 用 于 使 用 路 由 型 家 庭 网 关 接 入 的 用 户 ( 不 考 虑 用 户 终 端 通 过 安 装 插 件 实 现 客 户 端 功 能 的 情 况 ), 要 求 升 级 用 户 家 庭 网 关 设 备 支 持 双 栈 和 6rd 客 户 端 功 能 ; 局 端 设 备 支 持 双 栈 和 6rd 网 关 功 能 用 户 终 端 获 得 IPv6 地 址, 家 庭 网 关 分 配 IPv4 公 网 地 址 (4)NAT64/DNS 有 状 态 互 通 方 案 : 主 要 实 现 IPv6 用 户 访 问 IPv4 业 务 ( 有 状 态 ), 可 以 根 据 需 要 在 IDC 出 口 或 者 是 城 域 网 内 部 署 NAT64 翻 译 设 备, 同 时 相 应 的 部 署 DNS64 设 备 (5)IVI 无 状 态 互 通 方 案 : 实 现 IPv6 用 户 访 问 IPv4 业 务, 以 及 IPv4 用 户 访 问 IPv6 业 务 ( 无 状 态 ), 可 以 根 据 需 要 在 IDC 出 口 或 者 是 城 域 网 内 部 署 IVI 翻 译 设 备, 同 时 需 要 对 DNS 域 名 系 统 进 行 升 级 支 持 IVI 协 议 4.4 域 名 系 统 在 IPv4 到 IPv6 的 过 渡 过 程 中, 由 于 IPv4 和 IPv6 的 DNS 记 录 格 式 等 方 面 有 所 不 同, 因 此 作 为 Internet 基 础 架 构 的 DNS 服 务 需 要 进 行 升 级 和 改 造 目 前, 可 以 考 虑 采 用 两 种 不 同 的 演 进 技 术 方 案, 一 种 是 升 级 成 双 栈, 另 一 种 是 基 于 翻 译 机 制 6 DS-lite, 基 于 有 状 态 的 4over6 隧 道 技 术, 正 在 扩 展 演 进 以 及 与 其 它 过 渡 技 术 ( 基 于 无 状 态 的 翻 译 技 术 IVI) 融 合, 分 别 形 成 轻 量 级 4over6 方 案 以 及 基 于 封 装 的 无 状 态 地 址 和 端 口 映 射 MAP-E 方 案 13

CNGI 专 家 委 公 众 网 络 从 IPv4 向 IPv6 演 进 过 渡 技 术 方 案 图 3. 双 栈 网 络 + 双 栈 DNS 模 型 将 DNS 升 级 支 持 双 栈,IPv6 用 户 的 访 问 返 回 AAAA 记 录,IPv4 用 户 的 访 问 返 回 A 记 录 另 外 一 种 是 采 用 翻 译 机 制, 即 DNS64 技 术 通 常 NAT64 和 DNS64 是 协 同 工 作 的, 其 应 用 场 景 是 6-6-4, 基 本 原 理 是 当 IPv6 单 栈 用 户 访 问 IPv4 单 协 议 栈 的 服 务 器 时, 服 务 器 的 IPv4 地 址 将 经 DNS64 服 务 器 进 行 前 缀 合 成 ( 特 定 地 址 前 缀, 64:FF9B::/96), 将 A 记 录 合 成 到 AAAA 记 录 中, 该 特 定 前 缀 网 段 的 流 量 将 被 路 由 转 发 至 NAT64 路 由 器 上, 从 而 实 现 IPv6 与 IPv4 地 址 和 协 议 的 转 换 IVI 方 案 中 IPv6 主 机 发 起 对 IPv4 网 络 的 访 问 也 采 用 DNS64 技 术,IPv4 主 机 发 起 对 IPv6 网 络 的 访 问 采 用 DNS46 技 术,DNS46 可 以 看 成 是 DNS64 技 术 的 镜 像 5. 总 结 由 于 互 联 网 应 用 场 景 多 种 多 样, 因 此 IPv6 演 进 技 术 方 案 没 有 统 一 的 一 种 模 式 对 于 运 营 商 来 说,IPv6 是 未 来 针 对 IPv4 地 址 短 缺 问 题 的 根 本 解 决 方 案, 也 是 一 个 逐 步 演 进 的 过 程, 选 择 过 渡 技 术 要 综 合 考 虑 以 下 因 素 : 保 护 现 网 投 资, 成 本 合 理, 网 络 改 造 难 度 适 中, 现 有 业 务 不 受 损, 用 户 体 验 安 全 性 和 可 管 理 性 好 不 同 的 IPv6 演 进 技 术 的 采 用 和 选 择 其 关 键 往 往 不 仅 仅 是 一 个 纯 粹 的 技 术 思 考, 其 更 大 的 挑 战 是 互 联 网 发 展 与 技 术 转 型 对 运 营 和 商 业 模 式 的 影 响 所 以, 应 结 合 不 同 的 业 务 应 用 场 景 和 网 络 未 来 发 展 需 求, 综 合 考 虑 各 种 因 素, 结 合 多 种 过 渡 技 术 制 定 网 络 平 滑 演 进 的 策 略 14

公 众 网 络 从 IPv4 向 IPv6 演 进 过 渡 技 术 方 案 CNGI 专 家 委 附 录 A: 典 型 过 渡 方 案 目 前, 网 络 演 进 的 技 术 方 案 主 要 聚 焦 于 以 下 几 种, 分 别 是 DS-Lite 方 案, 接 入 网 4over6 方 案,NAT444 方 案,6rd 方 案 以 及 IPv6 与 IPv4 互 通 方 案 :NAT64/DNS64 和 IVI 方 案 一 : DS-Lite 方 案 图 1. DS-Lite + NAT44 方 案 DS-Lite 是 IPv6+4over6 隧 道 的 典 型 方 案 在 城 域 网 络 中 部 署 DS-Lite CGN 设 备, 宽 带 接 入 服 务 器 到 核 心 路 由 器 通 过 IPv6 连 接, 用 户 的 CPE 支 持 DS-Lite, CPE 到 DS-Lite CGN 之 间 建 立 IPv4 over IPv6 隧 道 宽 带 接 入 服 务 器 给 用 户 CPE 分 配 IPv6 地 址 前 缀, 用 户 主 机 的 IPv4 地 址 由 CPE 分 配 IPv4 私 有 地 址 用 户 的 IPv6 流 量 通 过 宽 带 接 入 服 务 器 直 接 上 行 到 核 心 路 由 器, 用 户 的 IPv4 流 量 到 CPE 后, 经 过 IPv4 over IPv6 隧 道 上 行 到 DS-Lite CGN 上,CGN 同 时 具 有 NAT44 的 功 能, 用 户 的 IPv4 数 据 经 隧 道 解 封 装 后, 再 做 一 次 NAT44 地 址 转 换, 最 终 发 送 到 IPv4 骨 干 网 该 方 案 要 求 家 庭 网 关 设 备 支 持 双 栈, 能 够 为 用 户 终 端 分 配 一 个 IPv4 私 网 地 址 和 一 个 IPv6 地 址 15

CNGI 专 家 委 公 众 网 络 从 IPv4 向 IPv6 演 进 过 渡 技 术 方 案 采 用 DS-Lite 方 案 的 一 个 好 处 是 减 轻 宽 带 接 入 服 务 器 设 备 的 压 力, 可 以 只 运 行 IPv6 协 议 栈, 适 合 在 IPv6 占 主 导 的 应 用 场 景 下 使 用 目 前 DS-Lite 方 案 逐 步 演 化 为 MAP 系 列 标 准, 包 括 MAP-E MAP-T 和 LW4over6, 该 系 列 标 准 与 DS-Lite,464XLATE, 以 及 IVI,NAT64/DNS64 兼 容 方 案 二 : 接 入 网 4over6 方 案 129.0.0.1 IPv4 骨 干 网 IPv6 骨 干 网 lwaftr 128.0.0.1 2001:0:0:1::1 ExDHCPv4 服 务 器 v6 城 域 网 IPv4 IPv6 双 栈 分 配 v4 Addr+Port 4over6 隧 道 HG BRAS(v6) 2001:0:0:1::2 128.0.0.2 外 层 IPv6SA: 2001:0:0:1::2 外 层 IPv6DA: 2001:0:0:1::1 外 层 IPv4SA: 128.0.0.2 外 层 IPv4DA: 129.0.0.1 2001:0:0:1::3 192.168.1.2 v4/v6 图 2. 接 入 网 4over6 方 案 接 入 网 4over6 方 案 基 于 4over6 隧 道, 包 括 轻 量 级 4over6 技 术 和 Public 4over6 技 术 对 于 轻 量 级 4over6 技 术, 在 城 域 网 络 中 部 署 lwaftr(light Weight AFTR) 设 备 以 及 扩 展 的 DHCPv4 服 务 器, 宽 带 接 入 服 务 器 到 核 心 路 由 器 通 过 IPv6 连 接, 用 户 的 CPE 实 现 lwb4(light Weight B4) 功 能,CPE 到 lwaftr 之 间 建 立 IPv4 over IPv6 隧 道 用 户 CPE 从 宽 带 接 入 服 务 器 获 取 IPv6 地 址 前 缀, 从 IPv4 地 址 资 源 分 配 服 务 器 获 取 公 有 IPv4 地 址 及 端 口 段, 开 启 本 地 NAT44 功 能 CPE 下 连 主 机 从 CPE 获 取 IPv4 私 有 地 址 和 IPv6 地 址 用 户 的 IPv6 流 量 通 过 宽 带 接 入 服 务 器 直 接 上 行 到 核 心 路 由 器 ; 用 户 的 IPv4 流 量 到 CPE 后, 经 过 NAT44 转 换, 继 而 通 过 4over6 隧 道 上 行 到 lwaftr, 用 户 的 IPv4 数 据 经 隧 道 解 封 装 后 直 接 发 送 到 IPv4 骨 干 网 该 方 案 同 样 要 求 家 庭 网 关 设 备 支 持 双 栈, 能 够 为 用 户 终 端 分 配 一 个 IPv4 私 网 地 址 和 一 个 IPv6 地 址 Public 4over6 方 案 主 要 面 向 企 业 级 用 户 和 内 容 提 供 商 的 过 渡, 在 其 设 备 上 16

公 众 网 络 从 IPv4 向 IPv6 演 进 过 渡 技 术 方 案 CNGI 专 家 委 实 现 Public 4over6 功 能, 从 IPv4 地 址 资 源 分 配 系 统 获 取 完 整 公 有 IPv4 地 址, 从 而 保 证 用 户 体 验 方 案 三 : NAT444 方 案 图 3. NAT444 方 案 NAT444 就 是 两 级 NAT, 用 户 侧 HG( 家 庭 网 关 ) 一 级 NAT44, 运 营 商 一 级 NAT44 (LSN 设 备 ), 完 成 两 级 地 址 转 换, 形 成 三 块 地 址 空 间, 即 用 户 侧 私 有 地 址 运 营 商 私 有 地 址 公 网 地 址 该 方 案, 要 求 用 户 终 端 和 家 庭 网 关 均 支 持 双 栈, 并 且 均 分 配 一 个 私 网 IPv4 地 址 ( 不 同 的 地 址 空 间 ) 和 一 个 IPv6 地 址 IPv6 的 业 务 流 量 按 照 Native IPv6 进 行 转 发,IPv4 的 流 量 需 要 进 行 两 级 NAT 转 换, 在 运 营 商 CGN 设 备 翻 译 成 公 网 IPv4 地 址 NAT444 方 案 可 以 提 高 IPv4 地 址 的 复 用 率, 缓 解 地 址 枯 竭 问 题, 而 且 便 于 部 署, 只 需 升 级 用 户 家 庭 网 关 支 持 双 栈, 网 络 侧 在 汇 聚 层 或 者 核 心 层 增 加 CGN 设 备 即 可 从 用 户 感 知 度 技 术 成 熟 度 和 部 署 难 易 度 等 方 面 考 虑,NAT444 是 目 前 比 较 好 的 方 案 但 是 采 用 这 种 方 案 无 法 实 现 端 到 端 的 透 明 性, 增 加 业 务 部 署 的 复 杂 度 和 难 度 ( 业 务 部 署 时 需 要 考 虑 NAT 穿 越 问 题 ), 而 且 会 增 加 地 址 溯 源 的 难 度 方 案 四 :6rd 方 案 17

CNGI 专 家 委 公 众 网 络 从 IPv4 向 IPv6 演 进 过 渡 技 术 方 案 图 4. 6rd 方 案 6rd 是 IPv4+6over4 隧 道 的 典 型 方 案 6rd 是 基 于 IPv4 网 络 快 速 引 入 IPv6 的 方 案, 现 有 城 域 网 络 的 宽 带 接 入 服 务 器 等 设 备 不 用 升 级 改 造 支 持 IPv6, 在 城 域 网 络 中 集 中 部 署 6RD 网 关,6RD 网 关 到 骨 干 网 之 间 建 立 IPv6 连 接, 用 户 的 家 庭 网 关 需 要 支 持 6RD 客 户 端 功 能 当 用 户 有 IPv6 接 入 需 求 时, 家 庭 网 关 与 6RD 网 关 之 间 建 立 IPv6 over IPv4 的 隧 道,IPv6 通 过 隧 道 转 发 到 6RD 网 关, 而 用 户 的 IPv4 访 问 继 续 通 过 原 有 的 路 径 该 方 案 适 用 于 IPv6 业 务 发 展 的 早 期, 运 营 商 以 IPv4 业 务 为 主, 拥 有 少 量 的 IPv6 用 户 表 3: 四 种 过 渡 方 案 的 比 较 DS-Lite 接 入 网 4over6 NAT444 6rd 技 术 成 熟 度 已 标 准 化 部 分 标 准 化 已 标 准 化 已 标 准 化 产 业 成 熟 度 尚 未 规 模 部 署, 设 备 能 力 还 有 尚 未 规 模 部 署, 设 备 能 力 NAT44 在 现 网 已 规 模 部 署, 产 品 在 部 分 欧 洲 运 营 商 规 模 部 署 待 验 证 还 有 待 验 证 成 熟 对 现 网 影 响 较 大, 需 要 在 局 较 大, 需 要 在 较 小 较 大, 需 要 在 局 端 实 现 局 端 实 现 接 入 端 实 现 6rd 隧 DS-Lite 隧 道 翻 译 (44) 功 能 网 4over6 隧 道 道 翻 译 (64) 功 能 客 户 端 CPE 设 备 的 要 求 客 户 端 IPv4 地 址 需 支 持 DS-Lite 支 持 接 入 网 私 网 地 址 空 间 支 持 6rd 隧 道 隧 道 4over6 隧 道 公 有 IPv4 地 址 获 取 翻 译 私 网 IPv4 地 址 私 网 IPv4 地 址 私 网 IPv4 地 址 公 网 IPv4 地 址 求 18

公 众 网 络 从 IPv4 向 IPv6 演 进 过 渡 技 术 方 案 CNGI 专 家 委 利 于 流 量 向 IPv6 迁 移 面 临 的 主 要 问 题 DS-Lite 接 入 网 4over6 NAT444 6rd 是, 流 量 ( 接 入 是, 流 量 ( 接 否, 流 量 承 载 在 否, 流 量 承 载 在 网 ) 由 IPv6 网 入 网 ) 由 IPv6 IPv4 网 络 IPv4 网 络 络 承 载 网 络 承 载 局 端 设 备 会 成 需 要 大 规 模 升 网 络 复 杂, 两 级 需 要 大 规 模 升 为 新 的 瓶 颈 ( 扩 级 CPE 家 庭 网 NAT 增 加 业 务 的 级 CPE 家 庭 网 展 性 ), 需 要 大 关 ; 需 要 特 定 复 杂 度 ; 地 址 溯 关 ; 应 用 需 要 支 规 模 升 级 CPE 机 制 支 持 公 有 源 难 持 IPv6 家 庭 网 关 IPv4 地 址 下 发 上 述 四 种 过 渡 技 术 方 案, 技 术 路 线 存 在 明 显 的 差 异, 其 中 DS-Lite 接 入 网 4over6 和 6rd 都 是 以 隧 道 技 术 为 基 础, 而 NAT444 以 翻 译 技 术 为 基 础 采 用 DS-Lite 技 术 方 案, 整 体 上 有 助 于 流 量 向 IPv6 网 络 迁 移, 长 远 来 看 该 方 案 能 够 促 进 IPv6 网 络 的 商 用 部 署, 并 且 不 存 在 二 次 改 造 的 问 题, 但 其 要 求 对 全 网 的 设 备 进 行 升 级 或 替 换, 部 署 成 本 高 采 用 接 入 网 4over6 技 术 方 案, 有 助 于 增 加 IPv6 流 量, 促 进 IPv6 的 规 模 部 署, 还 可 以 提 高 网 络 可 扩 展 性, 解 决 局 端 性 能 瓶 颈 问 题, 但 该 方 案 同 样 需 要 大 规 模 设 备 升 级 采 用 6rd 方 案, 要 求 网 络 中 有 充 足 的 IPv4 公 网 地 址 资 源, 这 与 目 前 我 国 运 营 商 的 实 际 情 况 不 相 符, 所 以 该 方 案 在 国 内 不 具 备 大 规 模 部 署 的 条 件, 可 以 在 小 范 围 内 进 行 部 署, 以 实 现 IPv6 网 络 孤 岛 的 快 速 接 入 该 方 案 不 要 求 全 网 设 备 升 级, 仅 需 要 部 署 相 应 的 6rd 网 关 设 备, 所 以 部 署 成 本 相 对 较 低 采 用 NAT444 方 案, 整 体 上 会 延 缓 流 量 向 IPv6 网 络 的 迁 移, 不 利 于 推 进 IPv6 网 络 的 商 用 部 署, 而 且 将 来 会 面 临 二 次 改 造 的 问 题 互 通 方 案 一 : 有 状 态 翻 译 技 术 NAT64/DNS64 NAT64+DNS64 是 解 决 IPv6 用 户 访 问 IPv4 网 络 业 务 资 源 的 一 种 有 状 态 的 翻 译 方 案 在 该 方 案 中, 用 户 端 的 应 用 接 入 设 备 和 网 络 均 支 持 IPv6, 用 户 使 用 IPv6 业 务 和 内 容 是 直 接 的, 但 接 入 IPv4 业 务 和 内 容 将 需 要 有 状 态 的 地 址 翻 译 (NAT64) 网 关 设 备 DNS64 则 主 要 是 配 合 NAT64 工 作, 主 要 是 将 DNS 查 询 信 息 中 的 A 记 录 (IPv4 地 址 ) 合 成 到 AAAA 记 录 (IPv6 地 址 ) 中, 返 回 合 成 的 AAAA 记 录 用 户 给 IPv6 侧 用 户 用 户 的 业 务 流 量 将 根 据 这 个 目 的 地 址 路 由 到 NAT64 网 关 设 备, 在 此 设 备 对 目 的 地 址 和 源 地 址 进 行 地 址 和 协 议 翻 译, 以 IPv4 分 组 包 的 形 式 路 由 到 最 终 的 服 务 器 19

CNGI 专 家 委 公 众 网 络 从 IPv4 向 IPv6 演 进 过 渡 技 术 方 案 图 5. NAT64+DNS64 架 构 互 通 方 案 二 : 无 状 态 翻 译 技 术 IVI IVI 是 解 决 IPv6 用 户 访 问 IPv4 网 络 业 务 资 源 和 IPv4 用 户 访 问 IPv6 业 务 资 源 的 一 种 无 状 态 的 翻 译 方 案 该 方 案 的 实 质 是 将 已 有 一 部 分 IPv4 的 地 址 段 用 于 构 造 特 定 的 IPv6 地 址 段, 通 过 将 IPv4 地 址 嵌 入 IPv6 地 址 段 的 方 法 使 它 们 形 成 明 显 和 特 定 的 映 射 关 系 IVI 功 能 主 要 有 两 个 : 一 个 是 地 址 映 射, 即 通 过 统 一 的 规 则 实 现 IPv4 地 址 与 IPv6 地 址 的 一 一 映 射, 以 进 行 地 址 的 翻 译 ; 另 一 个 是 协 议 翻 译, 即 根 据 标 准 规 定, 实 现 IPv4/ICMPv4 协 议 和 IPv6/ICMPv6 协 议 各 字 段 的 对 译, 同 时 更 新 TCP/UDP 协 议 的 相 关 字 段, 完 成 完 整 的 数 据 包 翻 译 操 作 图 6. IVI 技 术 方 案 架 构 表 3: 两 种 互 通 过 渡 方 案 的 比 较 NAT64 IVI 20

公 众 网 络 从 IPv4 向 IPv6 演 进 过 渡 技 术 方 案 CNGI 专 家 委 技 术 成 熟 度 已 标 准 化 已 标 准 化 产 业 成 熟 度 尚 未 规 模 部 署, 产 品 成 熟 度 已 在 CERNET2 上 部 署 有 待 验 证 地 址 格 式 要 求 特 定 地 址 前 缀, 特 定 格 式,IPv6 地 址 内 嵌 64:ff9b::/96 IPv4 地 址 业 务 访 问 仅 支 持 单 向 访 问, 即 IPv6 用 户 访 问 IPv4 业 务 支 持 双 向 访 问, 即 IPv6 用 户 访 问 IPv4 业 务,IPv4 用 户 访 问 IPv6 业 务 对 域 名 系 统 的 影 响 DNS 升 级 支 持 DNS64 功 能 DNS 升 级 支 持 IVI 功 能 对 现 网 影 响 较 小, 在 有 IPv4/IPv6 互 通 需 求 的 点 部 署 NAT64/DNS64 设 备 较 小, 在 有 IPv4/IPv6 互 通 需 求 的 点 部 署 IVI 网 关 设 备 和 支 持 IVI 功 能 的 DNS 系 统 兼 容 性 与 有 状 态 双 重 翻 译 技 术 464XLAT 兼 容 与 无 状 态 / 用 户 状 态 双 重 翻 译 技 术 MAP-T 兼 容 21

CNGI 专 家 委 公 众 网 络 从 IPv4 向 IPv6 演 进 过 渡 技 术 方 案 附 录 B: 过 渡 技 术 工 具 集 A.1 双 栈 双 栈 技 术 是 指 在 网 络 节 点 上 同 时 运 行 IPv4 和 IPv6 两 种 协 议, 从 而 在 IP 网 络 中 形 成 逻 辑 上 相 互 独 立 的 两 张 网 络 :IPv4 网 络 和 IPv6 网 络 采 用 双 栈 技 术 部 署 IPv6, 不 存 在 多 个 网 络 部 署 时 的 相 互 耦 合 性, 可 以 渐 进 式 部 署 因 此 双 栈 技 术 目 前 被 认 为 是 部 署 IPv6 网 络 的 最 简 单 方 法, 也 被 国 内 外 运 营 商 广 泛 采 用 双 栈 技 术 可 以 实 现 IPv4 和 IPv6 网 络 的 共 存, 但 是 不 能 解 决 IPv4 和 IPv6 网 络 之 间 的 互 通 问 题 而 且 双 栈 技 术 不 会 节 省 IPv4 地 址, 不 能 解 决 IPv4 地 址 短 缺 问 题 应 用 层 协 议 TCP/UDP 协 议 IPv4 协 议 IPv6 协 议 物 理 层 及 链 路 层 协 议 图 1: 双 协 议 栈 结 构 双 栈 技 术 根 据 所 采 用 IPv4 地 址 的 类 型, 可 分 为 公 网 双 栈 和 私 网 双 栈 两 类 公 网 双 栈 技 术 是 指 在 全 网 端 到 端 启 动 IPv4 和 IPv6 双 栈, 用 户 终 端 分 配 公 网 IPv4 地 址 私 网 双 栈 技 术 是 指 在 全 网 端 到 端 启 动 IPv4 和 IPv6 双 栈, 用 户 终 端 分 配 私 网 IPv4 地 址, 在 网 络 核 心 侧 进 行 IPv4 私 网 地 址 和 IPv4 公 网 地 址 的 转 换 A.2 隧 道 隧 道 技 术 是 通 过 将 一 种 IP 协 议 嵌 套 在 另 一 种 IP 协 议 进 行 传 递, 从 而 使 得 原 协 议 流 量 在 另 一 种 IP 协 议 的 网 络 上 传 递 隧 道 技 术 是 基 于 现 有 的 IPv4 路 由 体 系 来 传 送 IPv6 数 据 包 首 先 将 IPv6 数 据 报 文 作 为 载 荷 封 装 到 IPv4 数 据 包 内, 然 后 新 生 成 的 IPv4 报 文 沿 着 隧 道 所 标 识 22

公 众 网 络 从 IPv4 向 IPv6 演 进 过 渡 技 术 方 案 CNGI 专 家 委 的 虚 拟 链 路 被 发 送, 最 后 到 达 隧 道 的 终 点 隧 道 技 术 只 要 在 隧 道 的 入 口 和 出 口 进 行 修 改, 对 其 它 部 分 没 有 要 求 确 定 入 口 点 是 直 接 的, 它 出 现 在 IPv4 基 础 结 构 的 边 界 ; 确 定 隧 道 的 终 点 要 复 杂 一 些, 根 据 隧 道 终 点 地 址 的 获 得 方 式, 可 将 隧 道 分 为 配 臵 型 隧 道 和 自 动 型 隧 道 配 臵 型 隧 道 包 括 : 手 工 隧 道 (RFC2893); GRE 隧 道 (RFC2473); 自 动 型 隧 道 包 括 : 兼 容 地 址 自 动 隧 道 (RFC2893); 隧 道 代 理 (Tunnel Brokers): 基 于 服 务 器 的 半 自 动 隧 道 (RFC3053); 6to4 隧 道 : 路 由 器 到 路 由 器, 主 机 到 主 机 (RFC3056); 6over4 隧 道 : 主 机 到 路 由 器, 路 由 器 到 主 机 (RFC2529); ISATAP 隧 道 : 主 机 到 路 由 器, 路 由 器 到 主 机, 主 机 到 主 机 (RFC5214); TEREDO 隧 道 : 通 过 IPv4 NAT 建 立 隧 道 (RFC4380); 4over6 Mesh 隧 道 : 基 于 扩 展 的 MP-BGP, 路 由 器 到 路 由 器, 点 到 多 点 隧 道 (RFC5565,RFC5747); Public 4over6 隧 道 : 基 于 完 整 IPv4 地 址 的 每 用 户 状 态 隧 道 (RFC7040); 轻 量 级 4over6 隧 道 : 共 享 IPv4 地 址 的 每 用 户 状 态 隧 道 ; MAP-E 隧 道 : 基 于 封 装 的 无 状 态 地 址 和 端 口 映 射 隧 道 此 外, 基 于 MPLS 隧 道 技 术 的 6PE 机 制, 是 在 运 营 商 边 界 路 由 器 对 IPv6 的 数 据 包 进 行 MPLS 封 装, 将 IPv6 数 据 包 打 上 MPLS 标 签, 通 过 标 签 转 发 穿 越 核 心 网 络, 到 对 端 边 界 路 由 器 将 标 签 弹 出, 取 出 IPv6 数 据 包, 实 现 IPv6 跨 MPLS/VPN 的 网 络 互 联 隧 道 技 术 的 优 点 在 于 它 的 透 明 性,IPv6 节 点 间 的 通 信 可 以 忽 略 隧 道 的 存 在, 但 是 隧 道 技 术 不 能 实 现 IPv4 节 点 和 IPv6 节 点 之 间 的 通 信 23

CNGI 专 家 委 公 众 网 络 从 IPv4 向 IPv6 演 进 过 渡 技 术 方 案 A.3 翻 译 网 络 协 议 族 翻 译 技 术 是 指 从 一 种 IP 协 议 族 向 另 一 种 IP 协 议 族 的 翻 译 技 术, 即 IPv4 协 议 翻 译 为 IPv6 协 议 和 IPv6 协 议 翻 译 为 IPv4 协 议 目 前 有 多 种 层 次 的 翻 译 技 术, 其 中, 网 络 层 翻 译 包 括 : 无 状 态 IP 协 议 /ICMP 协 议 转 换 (SIIT)(RFC2765), 定 义 了 在 IPv4 和 IPv6 的 分 组 报 头 之 间 进 行 翻 译 并 对 ICMPV4 和 ICMPv6 的 错 误 信 息 进 行 转 换 的 方 法 目 前 RFC2765 已 被 RFC6145 和 RFC6052 取 代 这 两 个 RFC 是 无 状 态 翻 译 技 术 IVI, 有 状 态 翻 译 技 术 NAT64/DNS64, 无 状 态 / 用 户 状 态 双 重 翻 译 技 术 MAP-T 和 有 状 态 双 重 翻 译 技 术 464XLAT 的 基 础 地 址 协 议 转 换 (NAT-PT)(RFC2766), 在 IPv4 分 组 和 IPv6 分 组 之 间 进 行 报 头 和 语 义 的 翻 译, 这 种 转 换 一 般 都 是 基 于 会 话 的, 因 此 是 有 状 态 的 由 于 该 技 术 作 为 通 用 的 IPv4 和 IPv6 的 翻 译 技 术 有 许 多 问 题 和 挑 战,IETF 已 将 其 废 除 (RFC4966) CGN(Carrier Grade NAT) 技 术, 与 用 户 侧 NAT 相 似 也 是 一 种 NAT 技 术, 不 同 的 是 CGN 技 术 是 运 营 级 NAT CGN 不 仅 在 翻 译 处 理 量 上 与 NAT 有 几 个 数 量 级 的 不 同, 而 且 CGN 在 设 计 上 专 门 考 虑 了 运 营 商 的 运 维 需 求 栈 内 凸 块 (BIS), 这 种 技 术 不 需 要 IPv6 协 议 栈 的 支 持, 它 在 主 机 的 IPv4 协 议 栈 中 插 入 三 个 特 殊 的 扩 展 模 块 : 域 名 解 析 模 块 地 址 映 射 模 块 和 报 头 翻 译 模 块, 通 过 截 取 网 卡 驱 动 程 序 与 IPv4 层 的 通 信 流 进 行 翻 译 传 输 层 翻 译 包 括 : API 内 凸 块 (BIA), 同 BIS 类 似, 只 是 在 API 层 面 而 不 是 在 协 议 栈 的 层 次 上 进 行 分 组 的 翻 译, 实 现 起 来 比 BIS 要 简 单 一 些, 因 为 不 需 要 对 IP 包 头 进 行 翻 译 传 输 层 中 继 转 换 (TRT), 它 是 在 传 输 层 进 行 操 作, 而 不 是 在 网 络 层 TRT 就 相 当 于 TCP/UDP 层 的 代 理 服 务 器 TRT 将 (TCP,UDP)/IPv6 与 (TCP, UDP)/IPv4 互 相 转 换, 完 成 纯 IPv6 主 机 与 纯 IPv4 主 机 的 通 信 Socket64 技 术,SOCKS64 相 当 于 高 层 协 议 网 关 技 术, 使 用 了 SOCKSv5 协 议, 包 含 网 关 和 SOCKS LIB 这 种 方 法 利 用 应 用 层 网 关 的 翻 译, 实 现 IPv4/IPv6 24

公 众 网 络 从 IPv4 向 IPv6 演 进 过 渡 技 术 方 案 CNGI 专 家 委 的 通 信 应 用 层 翻 译 包 括 : 应 用 层 网 关 (ALG), 这 种 方 法 需 要 双 栈 的 支 持 来 实 现 专 门 的 代 理 服 务 器 针 对 不 同 的 应 用 要 设 臵 不 同 的 代 理, 实 现 相 对 复 杂, 如 HTTP-ALG,FTP-ALG 与 其 它 翻 译 技 术 结 合 运 用 可 支 持 某 些 在 数 据 报 中 携 带 网 络 地 址 的 应 用 25