广电有线网络向IPv6过渡探析

牛妍华 崔竞飞 李培琳

（国家新闻出版广电总局广播科学研究院）

[摘要] 阐述了IPv6的发展现状，研究了IPv6过渡技术的适用性和电信行业的过渡方案。深入分析了广电进行IPv6过渡的必要性，对比了广电和电信在IPv6过渡的异同，全面探析了有线网络运营商进行IPv6过渡需解决的问题。[关键词] 有线电视网IPv6过渡技术广电和电信过渡的差异

1 引言

IPv6协议自1995年提出，2002年进入发展全盛时期，但随后几年，IPv6失去了发展动力，直到2011年2月3日ICANN正式宣布全球IPv4地址总池已经分配完毕，现有网络如何向IPv6过渡成为IPv6产业界的热点。为了避免IP地址枯竭带来的影响，保证业务和运营的持续发展，近年来，国内外运营商已经陆续着手进行IPv6试商用，大力推进 IPv6 产业链的成熟，积极开展试点逐步扩大IPv6用户和网络规模，业务主要集中在IPTV、VPN、物联网以及LTE等方面。广电有线网络在完成双向化改造后，逐渐开展各类新兴业务，IPv4地址资源较少，只能使用NAT方式来满足新业务发展的需要。但是，随着云计算物联网等业务的高速发展，地址需求更加旺盛，IP地址问题严重制约业务发展。 2 IPv6发展现状根据CNNIC发布第33次《中国互联网络发展状况统计报告》，截至2013年12月，我国拥有IPv6地址16670块/32，位列世界第二位。电信三大运营商获得海量的IPv6地址，其中，中国电信获得了4099/32块地址，中国移动和中国联通分别获得了4097/32块地址。2.1 全球IPv6应用情况近年来，各国政府意识到IPv6部署的紧迫性和重要性，纷纷出台国家战略层面的规划和布局。美国最大的有线电视运营商Comcast从2010年第二季度开始为用户提供IPv6服务，AT&T于2009年启动IPv6支持。目前美国IPv6用户人数已超330万，占美国全国人数的1.35%。欧洲超过30个国家的多个国家级学术网络使用IPv6进行连接，西班牙电信、法国电信等也相继开展基于IPv6的服务。西班牙电信固网于2011年Q4、移动网于2012年Q1开始引入IPv6。日本于2007年8月形成了IPv6过渡计划。已有11家ISP提供IPv6商用服务。其中NTT已建成全球性IPv6骨干网，在本国开展基于IPv6的IPTV业务。目前，日本IPv6用户数高达200万，占全国总人数的1.97%。其他国家如韩国、澳大利亚等，也积极通过制定发展战略、过渡计划等措施推进IPv6的发展。2.2 中国电信运营商IPv6试商用现状1．中国电信:中国电信从2009年启动IPv6试点部署。广州、长沙、成都、苏州、杭州、济南作为城域网试点，业务包括宽带接入、IDC、VPN；截至2012年10月30日，无锡电信完成了端到端的IPv6互联网业务试点，覆盖20万宽带用户，其中1万客户采用IPv6协议上网。根据中国电信整体布局，2009年至2010年为IPv6试商用阶段，2012年至2015年为规模商用阶段，2015年以后将大规模部署IPv6。2．中国移动:2011年，中国移动在9个省市公司启动了IPv6试点，涉及接入网、承载网、支撑网和业务平台等，完成了核心网、路由器、BRAS、AC等多种网元的IPv6测试，通过试点的升级改造，多个城域网具备了IPv6接入能力。中国移动的IPv6规划为：2012-2013年是规模试验阶段；2014-1015年是全网升级阶段，东部发达地区和50%中西部地区支持IPv6，新增移动和固定终端全部支持IPv6；2016年进入全面应用阶段，新发展用户均使用IPv6，新增设备、业务全部满足IPv6。3．中国联通:2008年，中国联通完成了奥运IPv6视频监控项目，提供了近50个奥运场馆约80个视频监控点的实时视频、温度监控等。中国联通的演进策略为：2011年-2015年为初级阶段；2015年-2020年为中期阶段，全部过渡到双栈；2021年以后为目标阶段，端到端支持IPv6。 3 IPv6过渡技术介绍IPv6发展初期，双栈技术得到了极大的推崇，但是由于双栈技术不能从根本上解决IPv4地址缺乏的问题，并没有达到其预想的效果。因此双栈技术逐渐成为IPv6过渡的基础，协同翻译或隧道技术共同促进IPv6过渡。此后，随着IPv4地址的耗尽，隧道技术对IPv4地址的需求无法满足时，需要翻译技术的支持，因此，IPv6过渡方案变成多种技术的组合。如图1所示为IPv6过渡方案的变化。

图1 IPv6过渡技术的变化

隧道技术应用相对较广，随着技术的发展，隧道端点可以根据需求进行横向扩展，因此，隧道技术的应用范围较广，可以满足多种场景需求。翻译技术由于其本质上破坏了端到端的完整性，对于应用会带来ALG（Application Layer Gateway）的问题，大部分翻译技术不支持视频网站、游戏网站、迅雷看看等业务类型，可扩展性差。随着网站的主动改造，这个问题会有所缓解；同时，翻译技术不适用于核心网，通常应用于小型网络或数据中心等出口。 4 广电IPv6过渡的必要性如前所述，电信行业在IPv6过渡方面的起步较早，积累了大量的经验，那么广电在IPv6过渡方面是否可以照搬呢？事实上，IPv6过渡不是单纯的技术问题，也没有一个固定的模式，是和运营商角色、网络状况、终端状况、业务形态、运营模式等密切相关的各类因素化学反应的结果，即使是电信行业，中国电信、中国联通、中国移动也采取了不同的过渡方式。4.1 广电IPv6过渡与电信的区别根据对电信行业的调研以及对有线网络运营商的深入分析，广电在IPv6过渡改造中与电信存在如下区别：第一，广电对业务和终端的控制权较大。电信传统上是网络运营商，处于传输链路的中段，对互联网业务和用户终端没有控制权，因此，在长达十年的IPv6演进过程中，电信的IPv6过渡没有实质进展。而广电的大部分业务是独立运营的，对业务平台具有绝对的控制权，随着机顶盒的更新换代可以顺利完成终端改造，因此在IPv6过渡中具有重要的引导力。第二，有线网络运营商在IP数据网的建设和改造起步较晚，投资较小，没有电信行业多年来的复杂的网络平面，前期包袱比较轻，相比与其他运营商实施IPv6项目有一定的优势，通过IPv6迁移工作，可以在自有平台上较快的推广IPv6。

4.2 广电向IPv6过渡的必要性

第一，政策层面，随着各国纷纷出台IPv6发展战略，中国政府也出台了重磅政策，制定了IPv6演进的时间表。2011年12月23日，国务院常务会议研究部署加快发展我国下一代互联网产业；2月17日，国家发改委启动下一代互联网专项，推动我国下一代互联网规模商用和发展；3月27日，国家发改委、工信部、教育部、科技部等七部委联合出台了《关于下一代互联网“十二五”发展建设的意见》，明确了我国发展下一代互联网的发展路线图和时间表，要求：到2015年底前，“广电企业开展的电信业务基本支持IPv6”、“互动电视业务和电视终端逐步支持IPv6”。一旦全国网络和商业网站完成IPv6过渡，对广电的宽带用户会形成威胁，不管从响应政策的层面，还是自身发展的层面，广电都应该迅速行动起来，着手进行IPv6过渡。第二，广电网络运营商在完成双向化改造后，逐渐面临IPv4地址缺乏对业务发展的限制，需要从根源解决地址缺乏问题。随着多类型业务形态的逐步开展，特别是物联网业务，广电网络运营商对IP地址的需求不断增大。虽然NAT技术的成熟应用大大抑制了IPv4地址的消耗，但是，由于NAT与生俱来的“破坏端到端的完整性”的特点，随着业务的发展和用户的增多，NAT成为新的网络瓶颈，这种方式治标不治本。IPv6才是从根源解决地址缺乏的有效手段。第三，IPv6过渡的开展有助于广电运营商制定合理有效的投资计划。从全球IPv6发展趋势来看，各大运营商已经在IPv6过渡方面进行了不同程度的试商用，IPv6已经成为网络发展的必然趋势。对于广电网络运营商而言，IPv6无疑是一段时间后必须解决的问题，因此，IPv6迁移工作的及时开展既可以形成深厚的技术储备和经验积累，同时，也可以佐证投资的方向，换言之，现在的技术投资虽然没有直接收益，却可以避免未来的资源浪费。第四，借助IPv6过渡，有助于有线网络运营商统筹规划和统一管理网络资源和业务资源，提升管理效率。经过双向网改和省网整合后，广电网络运营商面临地址碎片、难以统一管理的问题，通过IPv6的规划，可以统一规划、有效利用地址资源；其次，借助IPv6过渡，可以整合全省的业务，充分利用业务资源；第三，IPv6在服务质量保障方面相对于IPv4有了一定程度的提升，IPv6迁移有利于安全溯源和提高用户体验。

5 有线网络运营商在IPv6过渡中需解决的问题

本节从资源规划、基础网络、业务平台、终端、管理和运营、安全等六部分分析有线电视网络向IPv6过渡需解决的问题。

5.1 资源规划：资源规划包括IPv6地址规划和AS域申请。

IPv6地址的申请和规划是IPv6过渡的基础。电信运营商是自上而下的全国运营商，可以申请大量的地址空间，进行统一的地址规则，不仅利于路由收敛，对链路质量也有保障。而广电有线网络运营商目前是以省网为单位进行运营，如果单独申请IPv6地址，容易造成大量的地址碎片，不利于统一管理。因此，在IPv6演进初期，总局或国家网络公司需要统一申请全国广电网络的IPv6地址资源，进行合理的规划。在AS域方面，有线网络运营商在开展宽带数据业务时面临的最大问题是出口带宽问题，需要交给其他运营商不菲的出口带宽费用，广电部门可以利用IPv6过渡期间的政策支持力度，尝试申请出口带宽资源，打破目前的僵局。

5.2 基础网络：基础网络从骨干IP网、无源光网和同轴电缆网三部分进行分析。由于骨干光网是二层承载链路，只需提供传输功能，本文不作分析。

1．骨干IP网 :需确认骨干网络设备是否支持IPv6，是否可以通过软件升级，对于存在不同厂家设备的网络，需要验证设备互通性。其次需着重评估IPv4和IPv6混合承载是否对网络设备性能造成影响。对于MPLS等专网的IPv6升级，可以借鉴目前成熟运营的6PE/6VPE方案。2．无源光网络：无源光网络是二层网络，初期只需支持IPv6透传，随着直播业务的不断丰富和高清频道的增加，频点资源变得捉襟见肘，无源光网络需要根据覆盖用户数及流量需求在OLT或ONU处增加IPv6组播复制和控制能力。3．同轴电缆网：同轴电缆网主要分为EoC和Docsis两种技术体系。从协议支持情况看，Docsis在IPv6方面支持DHCPv6、IPv6组播、IPv6管理等，但是从IPv6过渡的基本需求分析，同轴电缆网只需支持IPv6数据包透传即可。5.3 业务平台: 业务平台的IPv6改造需和网络改造同时进行，业务平台需要遵循分类演进的总体原则，根据业务类型制定不同的迁移方案。首先需要分析各类业务的IPv6改造方法及可行性，综合考虑应用软件、操作系统、数据库、负载均衡系统等的迁移，做到系统的平滑升级过渡，需要考虑对现有业务带来的影响，基于详尽的分析制定过渡策略，降低对整体服务的影响。5.4 终端 :广电的终端主要是机顶盒。由于机顶盒在有线网络运营商的固有资产中占据绝对大的数量，因此如何对终端进行改造成为IPv6过渡中的重点。在终端升级方面，需要分析在过渡阶段不同协议栈的业务和不同协议栈的终端之间的服务关系和服务流程。同时，家庭网关的功能与IPv6过渡方案的选择息息相关5.5 管理和运营: 管理和运营部分主要包括DNS、认证系统、网管系统和运营支持系统三部分，这是IPv6过渡中最复杂的部分。1．DNS：DNS服务器负责域名解析，为保障过渡过程中省网内部业务的正常访问，应优先升级或改造DNS服务器，使之具备对IPv6地址的解析能力。2．认证系统：首先，对于有线网络运营商认证系统不统一的现象，需根据PPPoE、IPoE、Web认证系统进行分析，需要分别对不同的认证系统进行IPv6升级改造，从协议上进行升级支持IPv6特性；用户方面需要在现有基础上增加对IPv6-only、双栈用户的识别。第二，研究不同认证系统的过渡策略，评估二层认证系统和三层认证系统的过渡方案，需分析认证域的划分，相同域内有不同版本终端如何处理，认证点的部署问题等。3．运营支撑系统：运营支撑系统如果主要是对业务关系的管理，不涉及网络管理接口不一致所带来的复杂管理问题，有条件在业务层管理的基础上实现统一的运营支撑系统，同时带来了系统升级过程中的会出现服务不中断和服务接续问题。研究运营支撑系统的升级部署方案。分析过渡期间IPv6和IPv4网络的运营支撑系统统一与否的问题。4．网管系统：在IPv6得到广泛应用之前，必然存在一个漫长的由IPv4到IPv6的过渡阶段。在这个阶段，IPv4和IPv6两种协议会长期共存，传统的网管系统不支持对于IPv6功能的管理，因此需评估IPv6网管和IPv4网管系统是兼容还是独立的问题。

5.6 安全：从安全防护角度来看，分析IPv4和IPv6的安全环境是否一致，IPv6是否会产生新的安全漏洞，在IPv6环境下现有的业务安全防护措施是否需要做调整。考虑到对于业务安全的需求，分析针对IPv6的技术特性，通过在网络节点设备上升级或新增相关的网元，更精细化的掌握业务、网络和用户数据情况，为业务的优化提供便捷。

6 结束语

IPv4向IPv6过渡是网络发展的必然。在政策的大力支持下，电信运营商、业务服务商、终端制造商都在向IPv6迈进，广电的IP网络起步晚，投资较小，在目前产业链大力发展的环境下，应迅速开展IPv6过渡策略制定和IPv6过渡试点的建设，同时总局也应做好资源申请和规划工作，保障有线电视网络向IPv6的演进步伐。 参考文献[1] Y. Cui, Q. Sun, M. Boucadair, et al. Lightweight 4over6: An Extension to the DS-Lite Architecture. IETF Draft. 2013.[2] CNNIC第33次《中国互联网络发展状况统计报告》，2014.1.90.[3]马军锋. IPv4/IPv6过渡技术及其标准化进展[J]. 电信网技术, 2009,9(9):35-38.[4]发改办高技[2012]705号，关于下一代互联网“十二五”发展建设的意见[Z]，2012.3. 编辑：中国新闻技术工作者联合会