NGN中IPv4/v6综合组网若干问题的研究

一、引言

在下一代网络(NGN)的业务承载层采用IPv6可以扩大IP地址空间、增加IP网络安全性、提高网络服务质量。从长远来讲，其有着很好的技术前瞻性和广阔的应用空间。但是利用IPv6网络来取代现有的IPv4网络却是一个非常复杂和困难的问题，这不只影响到网络层，而是由于网络层协议的变化，使得从链路层到应用层的多个技术层面均发生相应的改变。

二、对网络过渡问题认识的不断深入

人们对IPv4网络向IPv6网络过渡的问题的认识是不断深入的。最早，在IETF的RFC和DRAFT中对网络的过渡采用的术语是“迁移(migration)”，此时已经认识到摒弃现有的已经得到广泛应用的IPv4网络，来建立一个纯IPv6网络是不现实的。这不但会涉及到既有投资保护、设备兼容、技术兼容、应用兼容的问题，而且会造成技术与应用的脱节。尽管如此，IETF的主要技术人员还是对IPv4网络向IPv4网络的过渡持乐观态度，认为IPv4网络可以整体迁移到IPv6。

随着研究的深入，网络过渡过程中可能遇到的问题越来越多，问题分析越来越复杂。IETF也认识到网络不会出现大规模的、广泛的、整体的迁移；过渡过程将是长期的、持续的。此时IETF对网络过渡采用的术语变为了“过渡(transition)”。为了对问题进行更为深入的全面分析，IETF成立一个“下一代网络过渡工作组(Ngtrans)”，这个工作组的工作成果反映在14个RFC和20多个DRAFT中。提出了一些网络过渡的思路，形成了网络过渡工具箱。

目前，IETF对网络过渡采用的术语是“互操作(interoperation)”，相应的“下一代网络过渡工作组(Ngtrans)”也停止了工作，取而代之的是新成立的“IPv6网络互操作工作组(IPv6ops)”。IETF的这种认识的转变是建立在对IPv4向IPv6过渡过程的更为深入研究的基础上的。IETF认为“过渡是长期的、融合是必然的”，因此当前主要考虑的不是如何用IPv6网络来取代IPv4网络，而是应该把研究重点放在如何很好地实现IPv4与IPv6的融合。只有IPv4网络能够和IPv6网络很好的融合，才能实现网络的平稳过渡。因此，IPv4网络与IPv6网络的互操作方式的研究是当务之急。

IETF的关于IPv6的上述认知的转变在IPv6ops工作组的研究课题中得到充分体现。在IPv6ops中，研究的重点不再是网络过渡工具箱中的具体方式和方法，而是针对不同的网络应用环境有针对性的提出IPv4/v6综合组网方案。目前，IPv6ops研究的典型网络应用环境包括：骨干网(Backbone Networks)、企业网(ENTERPRISE NETWORKS)、ISP网络、无管理网(UNMANAGEDNETWORKs)、3GPP网络(也包含了主机、终端)等。但是这些研究均处于草案阶段(DRAFT)，草案中的许多内容目前均空缺(只列出了目录)，需要做的研究工作还较多。一方面，由于典型网络环境的需求不容易统一，不同的网络运营实体(网络供应商NP，服务供应商SP，内容供应商CP等)会对网络有不同的需求，因此可以预见关于典型网络环境的争论是激烈的、长期的。另一方面，网络自身也处于发展变化之中，网络安全、认证计费、控制管理、性能监测等问题均处于研究之中，这些不断发展的内容同样会影响针对不同网络应用环境的IPv4/v6综合组网技术的研究。另外一个重要的因素是IP技术在电信网络中的应用越来越广泛，电信网络会对IPv4/v6综合组网提出更高的要求。所有这些因素使得IPv4/v6综合组网技术的研究是长期的、涉及多个方面的、受多因素制约的。

从长远来看，IPv4和IPv6技术在网络中将长期共存(Co-existence)。不同网络运营实体可以根据自身的实际情况来自主的选择究竟采取哪种IP层协议、采用哪种综合组网方式。未来的IP网络将是IPv4网络与IPv6网络的集成(integration)网络。

总体来讲，随着对IPv4向IPv6过渡技术研究的不断深入，对于过渡问题的认识也不断深入，IETF对于这个问题的认识也经历了迁移(migration)(过渡(transition)集成(integration)(互操作interoperation)(长期共存(Co-existence)阶段。

三、研究IPv4，IPv6综合组网技术的意义

1.推动了IPv6技术的研究

目前，IPv6协议栈已经基本形成，并逐步完善。在研究IPv6协议自身的同时需要对IPv6与IPv4的兼容性进行深入分析。IPv4/IPv6综合组网技术的研究推动IPv6技术的研究向纵深发展，是IPv6技术的重要研究领域。

2.探索下一代互联网的发展方向和技术模式

由于IPv4地址不足的问题越来越严重，会在一定程度上制约互联网的发展，因此IPv6技术在互联网中将占有一定的应用空间。当在互联网中引入IPv6技术时，由于IPv6与IPv4的不兼容，以及IPv6技术自身具有的、原IPv4网络所不具备的技术特点，使得互联网的技术模式和发展方向必然会受到其一定程度的影响。

3.有利于下一代电信网络的技术研究

目前，IP技术在电信网络中的应用越来越广泛，电信网络中引入IP技术对原有的电信网络的组网模式、运维模式等诸多方面带来了冲击，必须研究在电信网络中如何很好的融合IP技术，包括IPv4技术和IPv6技术。因此，IPv4/v6综合组网技术的研究会一定程度上推动下一代电信网络的技术研究。

4.对于设备制造商的IPv6产品研发提供参考依据

在IPv4/v6综合组网的环境下，不同的组两方案和技术对于IPv6网元设备提出不同的要求，这些要求对设备制造商来说是产品研发的重要依据。反过来，IPv6设备的研发又会促进IPv4N6综合组网技术的发展。这充分体现了技术与市场的双向作用性。

5.促进IPv6的实用化和商用化进程

只有通过对IPv4/v6综合组网技术进行充分的研究，并在此基础上提出切实可行的、针对不同网络应用环境的组网技术方案，才能切实推动各个网络运营实体在各自网络中引入IPv6技术的进程。只有成熟的、可行的技术才会被大规模的实用化和商用化。

四、IPv4/v6综合组网技术的主要研究内容

研究IPv4/v6综合组网技术涉及到许多内容，包括网络的各个层面，如网络结构、功能集合、网络路由、域名体系、地址分配、服务质量、典型应用、管理功能与接口、安全要求等方面。

1.现有不同过渡策略与网络过渡工具的技术特点及其适用范围

经过IETF的“下一代网络过渡技术工作组(NGTRANS)”对IPv4网络向IPv6网络过渡技术的多年研究，已经提出了许多网络过渡策略(如双栈策略、隧道策略、翻译策略等)和相应的过渡工具(不同的策略均有多个对应的过渡工具)，这些策略和工具分别有着自己的适用环境和应用局限。对这些策略和工具进行综合比较和对比分析能够进一步明确它们的适用范围和技术特点，确定它们在网络中的地位和应用环境。

2.IP承载网络中引入IPv6后的网络结构

在传输网络和业务网络之间是IP承载网络，它可以进一步分为两个层次：IP传输子层和IP承载控制子层。当在IP传输子层中引入IPv6技术以后，使得IP承载网络的网络结构和网络逻辑结构发生了变化，这些变化不但会影响到业务层，而且对底层传输网络也会产生一定的影响。通过引入了IPv6之后的IP承载网络的网络结构进行分析，可以进一步明确基于IP的运营网络中，各个网络层次的功能及其相关层次。这对于分析网络的互联互通、业务的提供方式均有重要意义。

3.电信网络的不同网络环境对IPv4/v6综合组网提出的技术需求

IETF的“IPv6网络互操作工作组(IPv6ops)”中正在研究的典型网络环境需求是针对互联网的，虽然其研究成果会对电信网络的典型网络环境的需求分析有一定的参考价值，但是有一定的局限性。因此需要对电信网络的不同的典型网络环境的研究有足够的重视，不同的网络环境会对IPv4/v6综合组网技术提出不同的要求。这些典型的网络环境包括：骨干网络、城域网(包括接入、汇聚、核心等层次)、驻地网等部分。

4.针对不同的网络环境(不同的需求)提出可能的综合组网方案

针对不同的典型网络环境提出可能的综合组网方案，并对这些组网方案的技术特点、应用范围、应用效果、局限性等方面进行分析。这些组网方案即将成为电信网络的组网方案的选择对象；这些组网方案的比较分析结果将成为电信网络组网方案的选择依据。

5.IPv4/v6综合组网时的路由问题

在IPv4/v6综合组网技术中，路由问题是一个需要着重分析的关键问题。这个问题包括如下几个方面：路由方式的选择、路由可达性分析、路由泄漏问题、路由环回问题、路由聚台问题以及不同过渡策略综合应用时的路由可达问题等。

6.IPv4/v6综合组网时的域名问题

域名解析/反向解析DNS既是IP网络中的一种业务，同时也是IP网络的一种基础功能。在许多信息检索业务中，均需要DNS功能。在IPv4/v6综合组网环境中，应该考虑的有关域名的问题有如下方面：首先，需考虑IPv6地址相关域名的标识与解析方法，这方面的研究在IETF的RFC中已经进行了规定；其次，需考虑域名空间连通性问题，这也是技术上，尤其是工程上比较难解决的问题。DNS服务器支持的IP协议的不同可能引起域名空间的分裂，一些DNS服务器可能不能按照同一IP协议从根服务器可达，从而造成有些域名不能获得解析。

7.IPv4/v6综合组网时的安全性分析

IPv4网络的安全性一直受到批评，为此在IPv6协议能设计过程中考虑到了网络安全的需求，在IPv6的包头中设计了安全包头，它可以基于AH或ESP进行通信，在一定程度上提高了网络的安全性。但是在综合组网环境中，这个问题变得更为复杂。一方面，在综合组网环境中IPv6包头的安全性由于IPv4的存在而不能充分发挥；另一方面，隧道技术在综合组网环境中的应用，也增加了网络的新的潜在不安全因素。各种综合组网技术均需要进行相应的安全性分析。另外，IP承载层的安全性只是网络(包括业务层、业务控制层、承载层、支撑层等多个层面)安全性