现阶段推进IPv6的关键技术

1IPv4地址枯竭现状

IPv4地址数目为2的32次方(43亿个)，IPv6为2的128次方，现阶段固定终端、移动终端已有几十亿规模，而物联网更将超过1000 亿;2011年2月全球IPv4可分配地址总池耗尽，2011年4月亚太区IPv4可分配地址池耗尽，目前中国运营商均无法再申请获得大量IPv4地址，目前主要靠各运营商的一些残留未使用地址和NAT等方式来满足新业务发展的需要。但是，随着移动互联网终端的激增、云计算物联网等业务高速发展，地址需求将更加旺盛，IP地址问题将严重制约业务发展，从而将影响到未来信息应用繁荣和业务发展乃至国民经济发展。

2 NAT的问题

为了解决IPv4地址枯竭问题，一直以来，在实际商用网络中，主要都采用NAT方式将私网地址转为公网地址来解决。

NAT能缓解对公有IPv4地址的消耗，通过各种NAT扩展方案(在NAT设备上增加辅助功能、修改应用、增加应用层网关解决)，解决应用穿越 NAT的问题。典型业务功能可顺利穿越NAT，业务范围涉及IM，网页浏览，在线游戏，下载，网络视频，邮件，网银，网购，地图，证券等;P2P应用可以通过STUN等应用层穿越协议，实现NAT探测和穿越;RTSP等通用视频协议，需要运营商部署转换机制(ALG)。用户体验基本不受影响，浏览网页等基本应用不受影响，语音、视频的时延、回声、流畅度等方面无明显影响;但是使用NAT的用户，在部分业务中可能会受到限制，如在QQ游戏中，共用公网IP的两个用户不能同时登陆一个游戏房间。

NAT破坏了端到端的完整性，由于NAT与应用的不兼容性(如IPSec，FTP，SIP协议等)，需要在地址翻译的基础上增加辅助功能，或修改应用，增加应用层网关，效率比较低，投资增加，并没有给用户带来收益，溯源比较困难。

对于物联网业务来说，问题更加严重，具体有：

(1)增加网络成本：物联网具有长连接特性，将长时间占用NAT设备资源，由于并发连接数受到限制，为了满足物联网终端的增长需求也需要不断新增NAT设备。

(2)影响业务质量：NAT资源被占用后，对时延要求较高的业务不能及时占到资源，致使业务质量降低;并且增加了业务开发的难度(业务需要适配)。

3 IPv6的改造方案

IPv6的推进的进程与IPv4枯竭速度以及IPv6网络、终端、平台等的成熟有关。虽然由于NAT无法完美解决地址紧缺问题，IPv6是我们最好且最终的选择，但IPv6与IPv4并不简单兼容和互通，所以其风险和代价问题一直阻碍IPv6的发展;对于用户和内容服务商来说，由于没有明显效益、没有时间、费用太高、技术风险，且需要投入设备、技术培训等管理成本等原因，IPv6的业务驱动力很低。目前，暂时难以从纯商业角度要求其主动部署 IPv6。

对于通信运营商来说，IPv4地址紧缺以及业务持续性、业务差异、业务一致性的要求，对IPv6的部署更加急迫，因此在通信网络上部署IPv6 技术较成熟并且相对容易。但如果没有用户终端和内容服务商的支持，IPv6将难以真正实现。下面就从总体技术、终端、内容应用等几方面详细说明。

(1)三大技术和方案选择

双栈、隧道、翻译是IPv4向IPv6过渡的三大技术，具体参见表1。

表1 IPv4向IPv6过渡的三大技术介绍

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三种方式解决的问题不同。双栈解决了网络能力问题，但v4v6不能互通;隧道解决了孤岛问题，但v4v6不能互通;翻译解决了互通问题但存在单点故障问题及应用层协议支持问题。因此每一种过渡方式都无法单独使用。

根据支持IPv6的网络从小到大依次有6RD，双栈，NAT444，DS-Lite，纯IPv6+NAT64等方案，具体比较如表2和图1所示。

表2 IPv4向IPv6过渡各方案比较

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图1 IPv4向IPv6过渡各方案比较

在近期，在IPv4地址已经枯竭的现阶段，建议直接在IP 3层以上网络，DNS，3A等承载网络上都直接开启双栈，在IPv4地址紧缺的情况下适当考虑NAT44或NAT444，对于CRM，BOSS等支撑系统进行IPv6业务开通和资源处理的改造，考虑IPv6资源管理、配置、查询以及IPv6属性传递等问题。

后续根据IPv6推进进程和NAT64成熟情况，逐渐引入IPv6+NAT64方案。此方案面向IPv6单栈终端，为IPv6终端访问IPv4 应用提供地址转换服务，网络流量以IPv6为主，目前技术成熟度差，尚未有成功的案例，面临更严重的应用穿越问题，近期应加强技术改进、加快试点推进，以期早日实现。

(2)内容平台改造方案

内容网站是IPv6关键的一环。由于IPv6用户太少、蛋鸡博弈和非必要性的问题，内容网站总是说得多、做得少。近期世界各顶级网站包括Google，Facebook，Youtube陆续宣称支持IPv6，其它知名网站的也正在缓慢前行。

国家发改委在近期组织实施的下一代互联网技术研发、产业化及规模商用专项工作中明确，国内具有重要影响力的100家商业网站支持IPv6，推动部分政府机关及企事业单位网站、城市政府网站支持IPv6，电信运营企业新开展的业务基本支持IPv6。

对于运营商来说，先从自有业务的内容平台入手，是推进IPv6改造、提升业务发展的快速而有效的方式。对于IPv6改造初期，应根据各系统技术成熟度，选取功能最小集，减少对现有业务和用户的影响，业务流程保证端到端运行正常，改造尽量减少平台及周边系统的改动，对由IPv6协议接入的用户单独部署IPv6接入的网络设备和门户，这部分网络设备和门户同时支持IPv4和IPv6双栈，做到用户访问隔离，可新增包括防火墙、交换机、负载均衡器、域名服务器、网络设备和用户门户服务器，建立IPv6网络。应用采用双协议栈方式，数据库的双栈改造可暂不实施。

典型方案图参见图2。

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图2 内容平台改造方案

(3)终端改造方案

用户终端分配IPv6地址的功能至关重要。

在互联网终端方面，对于手机的WLAN部分对IPv6相对较好些，目前主要有Nokia/Symbian，iPhone/IOS4.2以及 Android2.3;对于PC终端，Win7(国内占比约18%)可直接支持;XP(国内占比约80%)需要用户手动安装IPv6服务;对于不支持 IPv6的终端，可考虑在用户端引入L3 CPE设备。

在物联网终端方面，IPv6的传感网节点处于标准制定和原型产品开发阶段;M2M终端无技术问题，主要问题在于产业推动M2M基础通信芯片厂家支持IPv6，M2M终端支持IPv6是目前最薄弱的环节。物联网结构可参见图3。

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图3 物联网结构图

4 结束语

经过多年研究、论证、测试、试点，在IPv4地址耗尽的第二年，在政府的强势推动下，IPv6终于要真正开始部署。相关推进工作都已经箭在弦上，只有终端、网络、内容应用等全流程全环节都必须全力投入，才有可能真正实现IPv4向IPv6的演进，部署IPv6的先发优势更隐藏大量商机更将被发掘，全IPv6化的那一天可以期待。