NGN中IPv4/v6綜合組網若干問題的研究

2019-11-04 20:45:50

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供稿：網友

　　一、引言
　　在下一代網絡(NGN)的業務承載層采用ipv6可以擴大IP地址空間、增加IP網絡安全性、提高網絡服務質量。從長遠來講，其有著很好的技術前瞻性和廣闊的應用空間。但是利用IPv6網絡來取代現有的IPv4網絡卻是一個非常復雜和困難的問題，這不只影響到網絡層，而是由于網絡層協議的變化，使得從鏈路層到應用層的多個技術層面均發生相應的改變。
　　
　　二、對網絡過渡問題熟悉的不斷深入
　　人們對IPv4網絡向IPv6網絡過渡的問題的熟悉是不斷深入的。最早，在IETF的RFC和DRAFT中對網絡的過渡采用的術語是“遷移(migration)”，此時已經熟悉到摒棄現有的已經得到廣泛應用的IPv4網絡，來建立一個純IPv6網絡是不現實的。這不但會涉及到既有投資保護、設備兼容、技術兼容、應用兼容的問題，而且會造成技術與應用的脫節。盡管如此，IETF的主要技術人員還是對IPv4網絡向IPv4網絡的過渡持樂觀態度，認為IPv4網絡可以整體遷移到IPv6。
　　
　　隨著研究的深入，網絡過渡過程中可能碰到的問題越來越多，問題分析越來越復雜。IETF也熟悉到網絡不會出現大規模的、廣泛的、整體的遷移；過渡過程將是長期的、持續的。此時IETF對網絡過渡采用的術語變為了“過渡(transition)”。為了對問題進行更為深入的全面分析，IETF成立一個“下一代網絡過渡工作組(Ngtrans)”，這個工作組的工作成果反映在14個RFC和20多個DRAFT中。提出了一些網絡過渡的思路，形成了網絡過渡工具箱。
　　
　　目前，IETF對網絡過渡采用的術語是“互操作(interOperation)”，相應的“下一代網絡過渡工作組(Ngtrans)”也停止了工作，取而代之的是新成立的“IPv6網絡互操作工作組(IPv6ops)”。IETF的這種熟悉的轉變是建立在對IPv4向IPv6過渡過程的更為深入研究的基礎上的。IETF認為“過渡是長期的、融合是必然的”，因此當前主要考慮的不是如何用IPv6網絡來取代IPv4網絡，而是應該把研究重點放在如何很好地實現IPv4與IPv6的融合。只有IPv4網絡能夠和IPv6網絡很好的融合，才能實現網絡的平穩過渡。因此，IPv4網絡與IPv6網絡的互操作方式的研究是當務之急。
　　
　　IETF的關于IPv6的上述認知的轉變在IPv6ops工作組的研究課題中得到充分體現。在IPv6ops中，研究的重點不再是網絡過渡工具箱中的具體方式和方法，而是針對不同的網絡應用環境有針對性的提出IPv4/v6綜合組網方案。目前，IPv6ops研究的典型網絡應用環境包括：骨干網(Backbone Networks)、企業網(ENTERPRISE NETWORKS)、ISP網絡、無治理網(UNMANAGEDNETWORKs)、3GPP網絡(也包含了主機、終端)等。但是這些研究均處于草案階段(DRAFT)，草案中的許多內容目前均空缺(只列出了目錄)，需要做的研究工作還較多。一方面，由于典型網絡環境的需求不輕易統一，不同的網絡運營實體(網絡供給商NP，服務供給商SP，內容供給商CP等)會對網絡有不同的需求，因此可以預見關于典型網絡環境的爭論是激烈的、長期的。另一方面，網絡自身也處于發展變化之中，網絡安全、認證計費、控制治理、性能監測等問題均處于研究之中，這些不斷發展的內容同樣會影響針對不同網絡應用環境的IPv4/v6綜合組網技術的研究。另外一個重要的因素是IP技術在電信網絡中的應用越來越廣泛，電信網絡會對IPv4/v6綜合組網提出更高的要求。所有這些因素使得IPv4/v6綜合組網技術的研究是長期的、涉及多個方面的、受多因素制約的。
　　
　　從長遠來看，IPv4和IPv6技術在網絡中將長期共存(Co-existence)。不同網絡運營實體可以根據自身的實際情況來自主的選擇究竟采取哪種IP層協議、采用哪種綜合組網方式。未來的IP網絡將是IPv4網絡與IPv6網絡的集成(integration)網絡。
　　
　　總體來講，隨著對IPv4向IPv6過渡技術研究的不斷深入，對于過渡問題的熟悉也不斷深入，IETF對于這個問題的熟悉也經歷了遷移(migration)(過渡(transition)集成(integration)(互操作interoperation)(長期共存(Co-existence)階段。
　　
　　三、研究IPv4，IPv6綜合組網技術的意義
　　1.推動了IPv6技術的研究
　　
　　目前，IPv6協議棧已經基本形成，并逐步完善。在研究IPv6協議自身的同時需要對IPv6與IPv4的兼容性進行深入分析。IPv4/IPv6綜合組網技術的研究推動IPv6技術的研究向縱深發展，是IPv6技術的重要研究領域。
　　
　　2.探索下一代互聯網的發展方向和技術模式
　　
　　由于IPv4地址不足的問題越來越嚴重，會在一定程度上制約互聯網的發展，因此IPv6技術在互聯網中將占有一定的應用空間。當在互聯網中引入IPv6技術時，由于IPv6與IPv4的不兼容，以及IPv6技術自身具有的、原IPv4網絡所不具備的技術特點，使得互聯網的技術模式和發展方向必然會受到其一定程度的影響。
　　
　　3.有利于下一代電信網絡的技術研究
　　
　　目前，IP技術在電信網絡中的應用越來越廣泛，電信網絡中引入IP技術對原有的電信網絡的組網模式、運維模式等諸多方面帶來了沖擊，必須研究在電信網絡中如何很好的融合IP技術，包括IPv4技術和IPv6技術。因此，IPv4/v6綜合組網技術的研究會一定程度上推動下一代電信網絡的技術研究。
　　
　　4.對于設備制造商的IPv6產品研發提供參考依據
　　
　　在IPv4/v6綜合組網的環境下，不同的組兩方案和技術對于IPv6網元設備提出不同的要求，這些要求對設備制造商來說是產品研發的重要依據。反過來，IPv6設備的研發又會促進IPv4N6綜合組網技術的發展。這充分體現了技術與市場的雙向作用性。
　　
　　5.促進IPv6的實用化和商用化進程
　　
　　只有通過對IPv4/v6綜合組網技術進行充分的研究，并在此基礎上提出切實可行的、針對不同網絡應用環境的組網技術方案，才能切實推動各個網絡運營實體在各自網絡中引入IPv6技術的進程。只有成熟的、可行的技術才會被大規模的實用化和商用化。
　　
　　四、IPv4/v6綜合組網技術的主要研究內容
　　研究IPv4/v6綜合組網技術涉及到許多內容，包括網絡的各個層面，如網絡結構、功能集合、網絡路由、域名體系、地址分配、服務質量、典型應用、治理功能與接口、安全要求等方面。
　　
　　1.現有不同過渡策略與網絡過渡工具的技術特點及其適用范圍
　　
　　經過IETF的“下一代網絡過渡技術工作組(NGTRANS)”對IPv4網絡向IPv6網絡過渡技術的多年研究，已經提出了許多網絡過渡策略(如雙棧策略、隧道策略、翻譯策略等)和相應的過渡工具(不同的策略均有多個對應的過渡工具)，這些策略和工具分別有著自己的適用環境和應用局限。對這些策略和工具進行綜合比較和對比分析能夠進一步明確它們的適用范圍和技術特點，確定它們在網絡中的地位和應用環境。
　　
　　2.IP承載網絡中引入IPv6后的網絡結構
　　
　　在傳輸網絡和業務網絡之間是IP承載網絡，它可以進一步分為兩個層次：IP傳輸子層和IP承載控制子層。當在IP傳輸子層中引入IPv6技術以后，使得IP承載網絡的網絡結構和網絡邏輯結構發生了變化，這些變化不但會影響到業務層，而且對底層傳輸網絡也會產生一定的影響。通過引入了IPv6之后的IP承載網絡的網絡結構進行分析，可以進一步明確基于IP的運營網絡中，各個網絡層次的功能及其相關層次。這對于分析網絡的互聯互通、業務的提供方式均有重要意義。
　　
　　3.電信網絡的不同網絡環境對IPv4/v6綜合組網提出的技術需求
　　
　　IETF的“IPv6網絡互操作工作組(IPv6ops)”中正在研究的典型網絡環境需求是針對互聯網的，雖然其研究成果會對電信網絡的典型網絡環境的需求分析有一定的參考價值，但是有一定的局限性。因此需要對電信網絡的不同的典型網絡環境的研究有足夠的重視，不同的網絡環境會對IPv4/v6綜合組網技術提出不同的要求。這些典型的網絡環境包括：骨干網絡、城域網(包括接入、匯聚、核心等層次)、駐地網等部分。
　　
　　4.針對不同的網絡環境(不同的需求)提出可能的綜合組網方案
　　
　　針對不同的典型網絡環境提出可能的綜合組網方案，并對這些組網方案的技術特點、應用范圍、應用效果、局限性等方面進行分析。這些組網方案即將成為電信網絡的組網方案的選擇對象；這些組網方案的比較分析結果將成為電信網絡組網方案的選擇依據。
　　
　　5.IPv4/v6綜合組網時的路由問題
　　
　　在IPv4/v6綜合組網技術中，路由問題是一個需要著重分析的要害問題。這個問題包括如下幾個方面：路由方式的選擇、路由可達性分析、路由泄漏問題、路由環回問題、路由聚臺問題以及不同過渡策略綜合應用時的路由可達問題等。
　　
　　6.IPv4/v6綜合組網時的域名問題
　　
　　域名解析/反向解析DNS既是IP網絡中的一種業務，同時也是IP網絡的一種基礎功能。在許多信息檢索業務中，均需要DNS功能。在IPv4/v6綜合組網環境中，應該考慮的有關域名的問題有如下方面：首先，需考慮IPv6地址相關域名的標識與解析方法，這方面的研究在IETF的RFC中已經進行了規定；其次，需考慮域名空間連通性問題，這也是技術上，尤其是工程上比較難解決的問題。DNS服務器支持的IP協議的不同可能引起域名空間的分裂，一些DNS服務器可能不能按照同一IP協議從根服務器可達，從而造成有些域名不能獲得解析。
　　
　　7.IPv4/v6綜合組網時的安全性分析
　　
　　IPv4網絡的安全性一直受到批評，為此在IPv6協議能設計過程中考慮到了網絡安全的需求，在IPv6的包頭中設計了安全包頭，它可以基于AH或ESP進行通信，在一定程度上提高了網絡的安全性。但是在綜合組網環境中，這個問題變得更為復雜。一方面，在綜合組網環境中IPv6包頭的安全性由于IPv4的存在而不能充分發揮；另一方面，隧道技術在綜合組網環境中的應用，也增加了網絡的新的潛在不安全因素。各種綜合組網技術均需要進行相應的安全性分析。另外，IP承載層的安全性只是網絡(包括業務層、業務控制層、承載層、支撐層等多個層面)安全性

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