基于MPLS的IPv4/IPv6过渡方案分析

    作为设计用来替代IPv4的下一代网络协议，IPv6自1996年由IETF的RFC2460加以规范以来，已经得到了广泛的研究和一定的部署。IPv6技术相对于IPv4有许多显著的优点，如：巨大的地址空间、主机地址即插即用的自动配置、层次化的地址结构、强制性的IP Sec和端到端IP连接性等。由于技术上的优点，IPv6在3G、PDA设备、导航设备以及家用网络、宽带服务等领域有着广泛的应用前景。
    IPv4协议近20年来得到了广泛的发展和应用，已经成为现今网络的主宰，因此IPv4网络要想升级到IPv6网络，必将是一个长期而渐进的过程，而选择合理和有效的过渡机制是引入IPv6的关键因素之一。目前，实现从IPv4到IPv6的技术具有多样性，如双栈技术、隧道技术和协议转换，在这些协议的基础上产生了多种过渡方案，基于MPLS的过渡方案就是其中的一种。MPLS是一种使得不同的网络传输技术在同一个平台上统一起来的技术，它能够减少网络的复杂度，并兼容主流的网络技术，代表了未来网络发展的一种趋势。利用现有的MPLS骨干网来向IPv6的过渡，是将IPv4升级/过渡到IPv6的一个重要途径，其中又有多种具体的实现方案可供选择。

    一、IPv6 Over MPLS Backbone的过渡方案

    1．在CE路由器上配置IPv6 隧道
    在支持IPv4/IPv6双协议栈的CE路由器之间建立隧道不会影响到MPLS网络的运作，因此是MPLS过渡技术中最简单的方式，而且也不需要对核心网络的P路由器和连接客户端的PE路由器做任何改动。
    如图1所示，在本方案中，远程IPv6区域间的通信采用标准的隧道机制，运行的是类似于MPLS VPN所支持的纯IPv4隧道的IPv6 Over IPv4隧道。CE路由器需要升级为双栈支持IPv6。但是CE路由器与PE路由器间的通信是纯IPv4的，因此对于MPLS域而言数据包都是IPv4的。

图1  在CE路由器上配置IPv6 隧道的方案

    2．MPLS上的电路透传IPv6
    本方案采用基于Martini草案的“Any circuit transport”来部署IPv6 over MPLS，不影响原有MPLS网络的运作，而且也不需要对核心网络的P路由器和连接客户端的PE路由器做任何改动。
    如图2所示，在本方案中，远程运行纯IPv6协议的IPv6域间通过一条专门的连接来进行通信，其内在的机制对于IPv6而言是完全透明的。IPv6的数据包通过Any Transport over MPLS (MPLS/AToM)或Ethernet over MPLS (EoMPLS)来传递，IPv6路由器通过相应的ATM或以太接口来连接。

图2  MPLS上的电路透传IPv6方案

    3．在PE路由器起用IPv6
    如图3所示，该方案在MPLS PE路由器上配置IPv6，不需要升级运营商的核心网络，只要将PE路由器升级为IPv6/IPv4双栈且在连接核心网络的接口上运行MPLS即可，减少了对现有的IPv4数据的影响，因此也称6PE方案。本方案在为企业用户（使用ISP分配的IPv6前缀）提供IPv6服务的同时也保持了现有的MPLS特性(例如IPv4的MPLS或VPN业务)。
    该方案中，IPv6的转发由标签交换来完成，消除了对IPv6 over IPv4 tunnel或额外的2层封装的需求。核心网络将继续运行MPLS以及其它IPv4的IGP协议，不需要为纯IPv6转发升级硬件。6PE路由器通过任何所支持的路由协议来交换IPv4或IPv6的路由信息。MPLS域内6PE路由器间使用multi-protocol BGP来交换可达性信息，并与域内其它P和PE路由器使用相同的IPv4路由协议（例如OSPF或IS-IS）。
    6PE路由器用两层的MPLS标签来封装IPv6数据。顶层标签由核心网络中设备使用的LDP来分发，用来根据路由信息将数据包承载到目的地的6PE。第二层或底部标签与目的地的IPv6前缀有关，通过multi-protocol BGP-4来传播。
 

图3  在PE路由器起用IPv6的方案

    4．Native IPv6 MPLS
    如图4所示，该方案是将IPv4的MPLS核心网络升级到了IPv6，其核心网的控制平面需要升级到IPv6以支持在核心的IPv6路由和IPv6的LDP。如果需要提供IPv4/IPv6共存的服务，则需要双控制平面的支持。这可能是未来IPv6全面部署后的一种网络构成方式。
    要支持基于IPv6的MPLS（相对于上述的现行的IPv4 MPLS），还有一些相应的问题需要考虑和解决，如：硬件转发需要重新做设计、IPv6的IGP协议还需要完善、用来支持IPv6 VPN的路由器标识需形成标准。

 
图4Native IPv6 MPLS方案
    

    二、方案比较

    根据上面的介绍，可以对这几种实现方案进行如下对比：

    可以看出，第一种方案显然是对现有MPLS网络更改最小的，也是最容易部署的，其本质上是“IPv6 over IPv4 over MPLS”。
    第二种方案虽然也对核心路由机制没有改动，但是只能在特定厂商的某些设备上实现，它与第一种方案的在MPLS VPN的范围区别在于其是完全基于2层的，而前者是可以在2层或3层。而在L2 MPLS VPN上两种方案的区别主要在于封装格式的不同：第一种方案中的帧结构为Lable(L2 frame header（IP v4 tunnel header[IPv6 header(payload )]）)，而第二种方案的帧结构为Lable(L2 frame header [IPv6 header (payload )])。
    第三种方案需要在PE路由器上实现双栈，6PE路由器参与到IPv6的IGP/BGP中，并采用了MP-BGP，可以提供类似于现有的基于IPv4的RFC2547所描述的L3 MPLS/VPN功能，但是其实现的难度和复杂度均有所提高。
    而最后一种方案则将MPLS网络的P和PE路由器全面升级到IPv6，同时如果要提供IPv4/IPv6服务还要有针对IPv4和IPv6“双”控制平面，应该是作为最终升级到IPv6网络的目标。
   
    三、运营商部署建议

    当前运营商网络发展的趋势之一，就是要在统一的网络平台上提供多种业务的承载。现在多数的运营商均建设有MPLS网络，但目前在MPLS网络上能实际提供的业务种类还不够丰富。利用MPLS技术来部署IPv6是一个很有现实意义的课题，如上所述可以通过L2/L3 MPLS VPN 的方式来将IPv6引入到IPv4的网络世界中来。
    对于运营商而言，部署IPv6将会是一个长期而渐进的过程。一般来说，在初期阶段，通过在CE端路由器上支持双栈协议配置隧道（方案一或方案二），可以较为容易地在现有的IPv4 MPLS网络上透明地承载IPv6数据，连接IPv6“孤岛”，同时不影响现有MPLS网络上IPv4业务/应用的开展。在接下去的一步中，运营商可以通过部署6PE，在PE路由器上支持IPv6协议，在基本不影响核心MPLS网络的基础上，将IPv6的路由信息引入到PE路由器上，使得PE路由器参与到IPv6前缀的路由中。但是，针对IPv6的VRF的支持，目前还有待相关设备厂商的开发。而在网络全面升级/迁移到IPv6的阶段，纯IPv6的MPLS是一种必然的选择，这样可以使得运营商能够在纯IPv6的环境下提供MPLS网络的各项服务，包括类似于原有的IPv4的MPLS VPN等业务，以及可能出现的基于IPv6的新应用，都可以在这个平台上来提供。当然，在这一步骤中，需要涉及到核心MPLS网络的大量升级，包括IPv6的硬件转发、MPLS控制协议对IPv6的支持等，工作量较大，相关标准的达成和产品的开发也是一个相对长期的过程。
    因此，基于MPLS的IPv6过渡方案的实施可以分为三个步骤：
    （1）方案一/方案二，在现有IPv4的MPLS网络上连接IPv6“孤岛”。
    （2）方案三，在IPv4的MPLS网络中实现6PE，支持IPv6特色应用。
    （3）方案四，实现IPv6的MPLS网络，将现有的MPLS网络升级/过渡到IPv6层面。
    在这三个步骤的实施中，一般将遵循渐进的原则，并兼顾其它技术的发展，在充分实验的基础上，将IPv6和MPLS有机地结合起来，以实现向IPv6的有效过渡。
    利用MPLS来实现向IPv6的过渡，是将多业务网络平面和下一代IP网络协议有机结合起来的手段之一。从运营商的角度来说，如何合理有效地部署向IPv6过渡的方案，是运营商能否顺利实现建设下一代网络的重要因素之一。为此，研究和探讨基于MPLS的向IPv6的过渡是很有意义的。