《電子技術(shù)應(yīng)用》
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寬帶網(wǎng)絡(luò)部署IPv6探討
來源:C114中國通信網(wǎng)
周新宇
摘要: 雖然IETF的IPv6工作開始于1990年,但截至目前為止IPv6還是很少被用于個人業(yè)務(wù)上。雖然各國
關(guān)鍵詞: IPv6 上貝
Abstract:
Key words :
雖然IETF的IPv6工作開始于1990年,但截至目前為止IPv6還是很少被用于個人業(yè)務(wù)上。雖然各國政府/機構(gòu)一直在推動采用服務(wù)提供商部署IPv6,但是沒有真正的商業(yè)上的驅(qū)動力,一方面沒有新的應(yīng)用需要IPv6,另一方面普遍認為IPv6的引入成本太高。上述原因?qū)е铝朔?wù)提供商很少關(guān)注在住宅寬帶網(wǎng)絡(luò)中引入IPv6。但是,隨著公網(wǎng)IPv4地址的枯竭,智能手機和M2M設(shè)備的迅速普及,越來越多的人認識到需要通過引入IPv6來維持業(yè)務(wù)增長并為客戶提供完善的服務(wù)。

從技術(shù)角度看IPv6與IPv4是不兼容的,并且IPv6中的一些新概念會改變寬帶網(wǎng)絡(luò)的運作模式:

IPv6的尋址方式:單播:LLA(鏈路本地地址),GUA(全球單播地址)和ULA(本地唯一地址),組播尋址,廣播尋址的取消

IPv6報頭的變化:例如下一個報頭,等

SLAAC:無狀態(tài)地址自動配置,不需要使用DHCP Server

缺省路由器支持使用路由器通告(RA)

DHCP PD:通過DHCP的前綴委派為家庭網(wǎng)絡(luò)分配前綴地址

鄰居發(fā)現(xiàn)(ND),MLD(組播偵聽發(fā)現(xiàn))等通過ICMP支持
 
 盡管這些改變都有很好的理由,但是這些概念會影響IPv6如何在住宅用戶網(wǎng)絡(luò)部署,網(wǎng)絡(luò)中各個網(wǎng)元對IPv6的支持程度也不盡相同。

終端設(shè)備硬件/操作系統(tǒng)

PC:MAC OS,Linux,Windows Vista /Windows 7具有良好的IPv6支持,而Windows XP可工作在雙棧模式,Windows 98不支持IPv6

手機終端對IPv6的支持剛剛開始(Symbian,iPhone,Android等)

VoIP系統(tǒng)對IPv6的支持較較差

IPTV系統(tǒng) /機頂盒對IPv6的支持較差

CPE/家庭網(wǎng)關(guān)

在新的xDSL / GPON/以太網(wǎng)設(shè)備上開始支持IPv6

接入節(jié)點

DSL / GPON/ 以太網(wǎng)設(shè)備:大多數(shù)廠商開始支持IPv6。

匯聚/邊緣/核心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

大多數(shù)設(shè)備很早就開始支持IPv6,有些已經(jīng)部署了一段時間。

固定移動業(yè)務(wù)邊緣節(jié)點(BNG / BRAS,媒體網(wǎng)關(guān)GGSN/ PGW)

BNG / BRAS:大多數(shù)廠商支持基于IPv6的PPPoX,IPoE(DHCPv6 / DHCPv6 PD)和LNS

GGSN / PGW:大多數(shù)廠商都支持3GPP R8和R7的IPv6架構(gòu)

應(yīng)用

最終用戶應(yīng)用程序:是否能在合適的操作系統(tǒng)上運行,是否能夠運行IPv6 API從而支持IPv6網(wǎng)絡(luò)連接

網(wǎng)站:是否支持IPv6尋址和連接

CDN:是否支持IPv6尋址和連接

上述因素對引入IPv6的影響取決于運營商所選擇的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計。接下來會具體分析在在固定/移動網(wǎng)絡(luò)中的引入IPv6的場景,因為大多數(shù)組播IPTV平臺還沒有準備好向IPv6遷移而大多數(shù)IPTV方案不需要使用公網(wǎng)IPv4地址,所以分析將集中在建立單播IPv6連接上。

PPPoE網(wǎng)絡(luò)中引入IPv6

在使用PPPoE的電信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中如何支持IPv6在寬帶論壇的TR–187中有明確定義。在PPPoE/L2TP網(wǎng)絡(luò)中引入IPv6不會對接入和匯聚網(wǎng)元產(chǎn)生任何影響。IPv6 PPP會話認證方式與IPv4一樣使用PAP/CHAP或option82,并且IPv4和IPv6會話的認證可以在同一個認證階段同時進行。由于PPPoX IPv6CP只定義鏈路本地地址,全球IPv6地址通常由DHCP或SLAAC分配。在使用IPv6路由型家庭網(wǎng)關(guān)的情況下,在家庭網(wǎng)關(guān)和BNG/BRAS之間需要下列機制確保IPv6連接。

PPPoE IPv6CP用于鏈路本地地址分配(LLA)

DHCPv6的前綴委派(IA - PD)用于獲取局域網(wǎng)地址前綴

無狀態(tài)DHCPv6用于獲取其他配置參數(shù)

當部署numbered RG模型時,有狀態(tài)的DHCPv6(IA-NA)用于獲取家庭網(wǎng)關(guān)的IPv6地址。而部署unnumbered RG模型時,則不是必需的

使用路由器通告分配默認網(wǎng)關(guān)

采用路由型家庭網(wǎng)關(guān)PPP模型時,建立IPv6連接的典型流程如下圖所示:

圖1 IPv6 PPPoE接入 – 路由型RG:DHCPv6 PD

另一種用于提供IPv6 PPPoE連接的方法是使用橋接型家庭網(wǎng)關(guān),也稱為主機模型。為確保在這個模型下的IPv6連接,在終端設(shè)備(通常是個人電腦)和BNG/BRAS之間需要執(zhí)行下列機制。

PPPoE IPv6CP用于鏈路本地地址分配(LLA)

SLAAC用于為主機獲得全球單播IPv6地址

無狀態(tài)DHCP用于獲取其他的配置參數(shù)

使用路由器通告分配默認網(wǎng)關(guān)

采用橋接型家庭網(wǎng)關(guān)PPP模型時,建立IPv6連接的典型流程如下圖所示:

圖2 IPv6 PPPoE接入 – 橋接型RG:SLAAC

提供PPPoE業(yè)務(wù)時,使用N:1 VLAN或1:1 VLAN的結(jié)構(gòu)對于部署IPv6還是IPv4沒有區(qū)別。在采用PPPoE的寬帶網(wǎng)絡(luò)中引入IPv6只對BNG和CPE/RG產(chǎn)生影響,對CPE/RG具體影響取決于家庭網(wǎng)絡(luò)使用橋接模式還是路由模式。采用RADIUS進行認證/計費/COA時,還需要RADIUS支持一些新的屬性。

IPoE網(wǎng)絡(luò)中引入IPv6

在電信網(wǎng)絡(luò)中支持IPv6 IPoE在寬帶論壇中的TR–177中有詳細定義。引入IPv6 IPoE對網(wǎng)絡(luò)的影響主要取決于部署的VLAN模型是1:1模型還是N:1模型,以及家庭網(wǎng)絡(luò)選擇橋接型還是路由型部署模式。

當采用1:1 VLAN模型時,可以從VLAN ID判斷家庭身份。因此引入IPv6時,只要現(xiàn)有的設(shè)備支持基本的IPv6轉(zhuǎn)發(fā)機制,無論是接入網(wǎng)絡(luò)還是匯聚網(wǎng)絡(luò)都不需要有任何變化。而采用N:1 VLAN模型時,接入節(jié)點至少要支持LDRA(輕量級的DHCPv6中繼代理),以確保BNG/BRAS知道收到的DHCP請求是從哪個用戶發(fā)出的。同時,接入節(jié)點最好能夠支持anti-spoofing。

使用IPv6路由型家庭網(wǎng)關(guān)部署DHCPv6,在家庭網(wǎng)關(guān)和BNG/BRAS之間需要執(zhí)行下列機制以確保IPv6連接。

DHCPv6的前綴委派(IA-PD):為家庭網(wǎng)關(guān)分配唯一的IPv6前綴在家庭網(wǎng)絡(luò)中使用。

如果使用numbered RG模型,為家庭網(wǎng)關(guān)分配DHCPv6廣域網(wǎng)地址

從BNG收到有效路由器通告后,設(shè)定BNG鏈路本地地址作為下一跳缺省路由

采用路由型家庭網(wǎng)關(guān)IPoE模型時,建立IPv6連接的典型流程如下圖所示:

圖3 IPv6 IPoE接入(xDSL/FTTx接入)- 路由型RG:DHCPv6 PD

當部署橋接家庭網(wǎng)關(guān)模型來支持IPv6 IPoE時,對網(wǎng)絡(luò)的影響取決于是采用DHCP還是SLAAC為終端設(shè)備分配地址。采用DHCP時,橋接型家庭網(wǎng)關(guān)IPoE模型與路由型家庭網(wǎng)關(guān)IPoE模型的主要區(qū)別是只對主機分配一個IA地址而不需要DHCP PD地址。值得關(guān)注的是要確保家庭網(wǎng)絡(luò)中的IPv6設(shè)備之間的通信在本地完成的,不通過BNG。

而采用SLAAC則會帶來一系列新的問題。在N:1的VLAN部署模型中,BNG不知道路由器請求消息是從哪個用戶發(fā)來的,因此BNG不知道在路由器通告消息發(fā)送哪個前綴。為了解決這個問題,接入節(jié)點需要在路由器請求消息中增加一個線路標識選項,就像對DHCPv6所做的一樣。與此同時,BNG/BRAS需要確保對應(yīng)的路由器通告消息可以被接入節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)到正確的用戶處。

由于接入網(wǎng)絡(luò)的split-horizon的轉(zhuǎn)發(fā)行為,重復(fù)地址檢測(DAD)消息不會被送給鄰近的用戶,BNG需要支持DAD代理功能幫助確保DAD功能正常工作。因為這些問題仍在IETF討論,因此目前很少有BNG/接入設(shè)備支持這種場景。

移動網(wǎng)絡(luò)中引入IPv6

移動網(wǎng)絡(luò)中的IPv6連接場景在3GPP R7/R8等規(guī)范中定義得很清楚。建立IPv6連接所涉及的主要網(wǎng)元是UE和GGSN/PGW。

在移動網(wǎng)絡(luò)中提供IPv6連接,在UE和GGSN/PGW之間需要運行下列機制:

SLAAC(路由器請求/路由器通告)使用/64地址提供IPv6連接

在創(chuàng)建的PDP響應(yīng)中的PCO選項中提供DNS信息

從GGSN/PGW收到有效路由器通告后,設(shè)定GGSN/PGW的鏈路本地地址作為下一跳缺省路由

3GPP從R8開始定義了一種機制,在單一的PDP/Bearer Context上使用PDP type (IPv4IPv6)同時分配IPv4和IPv6地址。有了這一機制,引入IPv6時不需要額外創(chuàng)建PDP Context。然而,在R8之前,每種PDN類型(IPv4和IPv6)都需要一個PDP Context,這會降低GGSN的可擴展性。

圖4 移動網(wǎng)絡(luò)引入IPv6

在解決IPv4公網(wǎng)地址耗盡的問題和逐步引入IPv6的過程中有很多可能性,也會有很多部署的實際問題,阿爾卡特朗訊一直使用ISOCORE第三方獨立實驗室驗證在各種IPv6部署場景下的部署細節(jié)。阿爾卡特朗訊將會通過細致的技術(shù)驗證工作幫助固定和移動運營商在從IPv4向IPv6遷移的過程中做出正確的選擇,并從技術(shù)和業(yè)務(wù)上解決多種緯度的問題。

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