《電子技術(shù)應(yīng)用》
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三網(wǎng)融合與IPv6應(yīng)用探討

2010-08-30
作者:來源:物聯(lián)世界

       1   引言 
  
  2010年被稱為三網(wǎng)融合元年,三網(wǎng)融合為加速推動我國信息化進(jìn)程提供了新的契機。服務(wù)對象、服務(wù)能力和技術(shù)需求的趨同是三網(wǎng)融合的基礎(chǔ)。
  隨著IP over everything, everything over IP理念的深入,IP成為網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和建設(shè)的事實標(biāo)準(zhǔn)。目前,電信網(wǎng)和廣播電視網(wǎng)都在向以IP協(xié)議為基礎(chǔ)的下一代網(wǎng)絡(luò)演進(jìn),這為三網(wǎng)融合奠定了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。
  IP地址作為IP網(wǎng)絡(luò)的最基礎(chǔ)地址資源,是三網(wǎng)融合的先決條件。伴隨著國內(nèi)信息化進(jìn)程的加速,IPv4地址資源呈現(xiàn)快速消耗的趨勢。IPv4地址分配機制的不合理性,使得可用的IPv4地址資源越來越少,瀕臨枯竭。為改變IPv4地址資源受限所造成的被動局面,由IPv4向IPv6平穩(wěn)過渡成為了各界關(guān)注的焦點,國內(nèi)各大運營商正在積極推動IPv6的部署和應(yīng)用。但是,受諸多因素的影響,終端用戶和產(chǎn)業(yè)鏈上游的CP/SP缺乏向IPv6遷移的動力,以致造成了目前IPv6部署和應(yīng)用推進(jìn)乏力的局面。三網(wǎng)融合加速了IPv6的部署和應(yīng)用,本文就在三網(wǎng)融合進(jìn)程中IPv6引入的關(guān)鍵問題進(jìn)行探討。
  2   三網(wǎng)融合對IP地址的需求
  三網(wǎng)融合指電信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)之間的融合,通過三網(wǎng)的互聯(lián)互通與資源共享,用戶獲得語音、數(shù)據(jù)和廣播電視等多種服務(wù)。
  三網(wǎng)融合的終極動力源于用戶需求,用戶需求則源于對生活品質(zhì)的不斷追求。理想情況下,用戶只需關(guān)注服務(wù)的內(nèi)容、質(zhì)量和安全等因素,而無需關(guān)注服務(wù)的提供方式,因此,不管接入何種類型的網(wǎng)絡(luò),用戶都希望在任何時間、任何地點和任何方式下獲得語音、視頻、數(shù)據(jù)和移動等服務(wù)。
  具備語音、視頻、數(shù)據(jù)和移動等業(yè)務(wù)提供能力的網(wǎng)絡(luò)通常稱為具備“四重播放(Quad-play)”能力的網(wǎng)絡(luò)。目前,電信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)都在向具備“四重播放”能力網(wǎng)絡(luò)方向演進(jìn):下一代廣播電視網(wǎng)(NGB)是以有線電視網(wǎng)數(shù)字化和移動多媒體廣播電視為基礎(chǔ),實現(xiàn)視頻、語音、數(shù)據(jù)和移動業(yè)務(wù)等綜合承載的網(wǎng)絡(luò);電信網(wǎng)則利用NGN技術(shù)實現(xiàn)基于分組的視頻、語音、數(shù)據(jù)和移動等業(yè)務(wù)綜合承載;正在向NGI方向演進(jìn)的互聯(lián)網(wǎng)也基本具備“四重播放”能力。由于IP技術(shù)的開放性、經(jīng)濟(jì)性以及在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)整合方面的優(yōu)勢,NGB、NGN及NGI等都選擇IP作為基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,因此IP是三網(wǎng)融合的技術(shù)基礎(chǔ)。

  三網(wǎng)融合將產(chǎn)生巨大的IP地址需求,需求來自兩方面:近期,以IPTV為代表的視頻業(yè)務(wù)需要更大的IP尋址空間;遠(yuǎn)期,物聯(lián)網(wǎng)等相關(guān)業(yè)務(wù)的大規(guī)模開展將使IP延展到更廣泛的網(wǎng)絡(luò)空間。
  人類70%的信息源于視覺,視頻相關(guān)的信息服務(wù)一直是信息化工作的重點領(lǐng)域。在三網(wǎng)融合過程中,廣電運營商將會以IPTV業(yè)務(wù)為基礎(chǔ)向其他業(yè)務(wù)領(lǐng)域推進(jìn),而電信運營商則會利用三網(wǎng)融合政策開展IPTV業(yè)務(wù),以占領(lǐng)新的制高點,因此IPTV是三網(wǎng)融合的主要切入點,將對IP地址產(chǎn)生大量需求。
 ?。?)廣電網(wǎng)絡(luò)雙向改造所產(chǎn)生的地址需求
  為適應(yīng)三網(wǎng)融合的發(fā)展,廣電網(wǎng)絡(luò)需要進(jìn)行雙向改造。廣電網(wǎng)絡(luò)的雙向改造過程實際上是網(wǎng)絡(luò)IP化的過程。據(jù)不完全統(tǒng)計,目前我國電視機的社會擁有量約有5億臺,如果這些電視終端全部實現(xiàn)雙向化改造,所需IP地址數(shù)量將非常巨大。
 ?。?)手機電視業(yè)務(wù)所產(chǎn)生的地址需求
  三網(wǎng)融合將進(jìn)一步推動手機電視業(yè)務(wù)的發(fā)展。目前,我國手機用戶超過6.8億,隨著3G業(yè)務(wù)的興起及4G時代的到來,數(shù)據(jù)、游戲以及手機電視等業(yè)務(wù)將成為人們生活中不可或缺的部分。如果為每個手機都分配一個IP地址,所需的IP地址數(shù)目將大大超過目前國內(nèi)所使用的IPv4地址總量。
 ?。?)“三屏合一”催生的地址需求
  2010年被稱為“三屏合一”元年。“三屏合一”就是以用戶為核心,充分利用現(xiàn)有平臺和相關(guān)資源,在電視屏、電腦屏和手機屏等屏幕之間通過視頻資訊傳遞互補和統(tǒng)一服務(wù),實現(xiàn)多個屏幕彼此的價值拓展。“三屏合一”場景下,不同終端之間可實現(xiàn)業(yè)務(wù)無縫切換,用戶可以在不同場所使用同一業(yè)務(wù),因而可以提升用戶使用業(yè)務(wù)的便捷性、時效性、廣泛性和用戶的業(yè)務(wù)體驗,吸引更多用戶使用網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù),從而產(chǎn)生更多地址需求。
  此外,三網(wǎng)融合還為物聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用的規(guī)模開展提供了新的契機。物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展不僅依賴于傳感技術(shù)等的進(jìn)步,更依賴于網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的一個重要前提就是網(wǎng)絡(luò)范圍的延展,而三網(wǎng)融合將進(jìn)一步推進(jìn)新一代網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍,因此三網(wǎng)融合可以為物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)業(yè)務(wù)的開展奠定更堅實的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。從服務(wù)對象的角度來看,物聯(lián)網(wǎng)就是將互聯(lián)網(wǎng)的概念由人擴(kuò)展到物。服務(wù)范圍的擴(kuò)展,將使業(yè)務(wù)流量迅速增長。據(jù)知名調(diào)研公司Forrester Research預(yù)測,到2020年,物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)與現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的比例將達(dá)到30∶1,尋址空間也可能從60億人口擴(kuò)展到500億乃至上萬億的機器和物體。盡管是否實現(xiàn)每個物體的IP尋址還存在學(xué)術(shù)爭議,但I(xiàn)P空間的不斷延展是一個不爭事實,物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)業(yè)務(wù)對IP地址的需求非常巨大。

  3   IPv6引入困境及對策
  相對于三網(wǎng)融合及后續(xù)業(yè)務(wù)開展所產(chǎn)生的巨大地址需求,IPv4地址資源卻瀕臨枯竭,目前僅剩3億左右的IP地址尚未分配,而在2012年之前,全球的IPv4地址將分配完畢,屆時全球基于IPv4的互聯(lián)網(wǎng)體系將面臨地址枯竭的境地。目前,世界各國都在積極推進(jìn)IPv6的部署和應(yīng)用,以應(yīng)對IPv4地址即將枯竭的局面。
  IPv6協(xié)議并非是對IPv4協(xié)議的簡單升級,報文頭部特征和地址分配機制等方面的不同使得IPv6協(xié)議缺乏對IPv4協(xié)議的后向兼容性。IPv6的引入和應(yīng)用是一個系統(tǒng)工程,不僅涉及終端升級、網(wǎng)絡(luò)改造、平臺遷移和用戶認(rèn)知的提升,還涉及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與IP地址資源分配管理等一系列內(nèi)容,因此IPv6的引入不可能一蹴而就,IPv4與IPv6將長期共存,IPv6的引入過程將是IPv4向IPv6平穩(wěn)過渡的過程。
  由IPv4向IPv6過渡的主要技術(shù)手段有雙棧技術(shù)、隧道技術(shù)和地址轉(zhuǎn)換技術(shù)等。最初,業(yè)界希望通過IPv4和IPv6雙棧方式實現(xiàn)IPv4向IPv6的平穩(wěn)過渡。首先在終端和網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)雙棧部署,使用戶可以同時獲得IPv4和IPv6的網(wǎng)絡(luò)資源和服務(wù),伴隨著IPv6應(yīng)用增加及IPv4應(yīng)用向IPv6應(yīng)用的遷移,人們就會逐漸淘汰IPv4而轉(zhuǎn)向IPv6。這種設(shè)想的前提是CP/SP已經(jīng)開始提供基于IPv6的應(yīng)用和服務(wù)并正在積極向IPv6遷移。
     
        事實上,在IPv4向IPv6平穩(wěn)過渡過程中,網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用對IPv6的支持是一個關(guān)鍵因素。出于對網(wǎng)絡(luò)和終端支持能力的疑慮,并考慮到向IPv6遷移過程中的改造成本和風(fēng)險,除少量大型CP/SP(如Google)和一些與網(wǎng)絡(luò)運營商合作的CP/SP外,幾乎沒有CP/SP主動提供基于IPv6的服務(wù)。在IPv6應(yīng)用缺乏的條件下,用戶自然缺乏使用IPv6的動力。在CP/SP和用戶缺乏使用IPv6意愿的情況下,IPv6的引入進(jìn)程非常緩慢。
  鑒于目前IPv6引入的困境以及IPv4地址資源加速消耗的情況,應(yīng)從IPv6產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)鍵環(huán)節(jié)入手,積極推進(jìn)IPv4向IPv6的平穩(wěn)過渡。
  在IPv6產(chǎn)業(yè)鏈中,網(wǎng)絡(luò)運營商負(fù)責(zé)用戶和終端的地址分配,如果地址資源枯竭,將嚴(yán)重影響其業(yè)務(wù)的開展,所以包括電信運營商和廣電運營商在內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)運營商是IPv6引入的主要推動力量。同時,作為用戶與CP/SP之間的橋梁,網(wǎng)絡(luò)運營商的網(wǎng)絡(luò)承載能力至關(guān)重要:只有網(wǎng)絡(luò)具備大規(guī)模IPv6業(yè)務(wù)承載能力,CP/SP才有可能大規(guī)模提供基于IPv6的應(yīng)用,用戶才能逐步接受IPv6。更為重要的是,運營商擁有自營業(yè)務(wù),率先實現(xiàn)這部分業(yè)務(wù)的IPv6化,不僅可以改善IPv4網(wǎng)絡(luò)資源不足的局面,而且可以為IPv4向IPv6的遷移提供經(jīng)驗,推動CP/SP向IPv6遷移。
  因此,在IPv6引入過程中,應(yīng)堅持網(wǎng)絡(luò)先行的原則,從電信和廣電運營商的網(wǎng)絡(luò)改造入手,通過網(wǎng)絡(luò)和支撐系統(tǒng)的改造和優(yōu)化,使其具備IPv6能力。同時,從電信和廣電運營商的自營業(yè)務(wù)著手,開展基于IPv6的業(yè)務(wù),進(jìn)一步完善IPv6產(chǎn)業(yè)鏈,為IPv6業(yè)務(wù)的大規(guī)模開展夯實基礎(chǔ)。
  作為三網(wǎng)融合業(yè)務(wù)的主要切入點,IPTV業(yè)務(wù)通常屬于廣電運營商和電信運營商的自營業(yè)務(wù)。IPTV系統(tǒng)從應(yīng)用平臺、支撐系統(tǒng)、承載網(wǎng)絡(luò)到業(yè)務(wù)終端等都自成體系,相對封閉,這種封閉性有利于廣電運營商和電信運營商的有效管控,也有利于IPv6的有效部署和推進(jìn)。另一方面,在IPv4地址將枯竭的情況下,如果采用IPv4私有地址方式來滿足IPTV業(yè)務(wù)的地址需求,雖然可以暫時緩解IPv4地址短缺,但是無法解決后續(xù)融合型和開放型IPTV類業(yè)務(wù)對公有IP地址的需求問題,從而在根本上制約三網(wǎng)融合工作的進(jìn)一步開展。因此,三網(wǎng)融合的開展與IPv6的引入相得益彰,廣電和電信運營商應(yīng)充分利用三網(wǎng)融合背景下IPTV業(yè)務(wù)規(guī)模開展的有利條件,通過網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、改造和優(yōu)化過程,推動IPv6規(guī)模部署。

  4   三網(wǎng)融合過程中引入IPv6需關(guān)注的問題
  現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備主要基于IPv4,不可能短時間內(nèi)通過設(shè)備置換的方式升級到IPv6。在三網(wǎng)融合過程中建設(shè)一張獨立的IPv6網(wǎng)絡(luò)同樣是不現(xiàn)實的。目前最可行的方式就是循序漸進(jìn),逐步實現(xiàn)IPv4向IPv6的過渡。在此過程中,應(yīng)關(guān)注過渡方式、地址規(guī)劃和安全等問題。
  4.1   根據(jù)具體情況選擇合理過渡方式
  目前,主要的過渡技術(shù)有雙棧技術(shù)、隧道技術(shù)和協(xié)議轉(zhuǎn)換技術(shù)等。雙棧技術(shù)就是在設(shè)備上同時安裝IPv4和IPv6協(xié)議棧,應(yīng)用程序根據(jù)DNS解析地址類型選擇使用IPv6或IPv4;隧道技術(shù)有多種實現(xiàn)方式,主要將IPv6報文作為IPv4的凈荷,實現(xiàn)IPv6孤島之間的互聯(lián),或者以相反方式實現(xiàn)IPv4孤島之間的互聯(lián);協(xié)議轉(zhuǎn)換技術(shù)通常應(yīng)用在IPv6和IPv4網(wǎng)絡(luò)的交界處,實現(xiàn)IPv6主機與IPv4主機之間的互通。
  每種過渡技術(shù)都有一定的適用場景,過渡技術(shù)的選擇,不僅要關(guān)注過渡過程對用戶體驗的影響,還應(yīng)考慮網(wǎng)絡(luò)、終端和平臺的改造成本以及技術(shù)演進(jìn)的復(fù)雜性。從表1可以看出,作為其他過渡技術(shù)的基礎(chǔ),雙棧技術(shù)是實現(xiàn)IPv6節(jié)點與IPv4節(jié)點兼容的最直接方式,因此,在三網(wǎng)融合環(huán)境下,應(yīng)遵照雙棧技術(shù)為主和其他過渡技術(shù)為輔的原則,針對不同企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)及業(yè)務(wù)現(xiàn)狀,靈活調(diào)整策略,實現(xiàn)IPv6的引入。
 
  廣電運營商網(wǎng)絡(luò)在三網(wǎng)融合初期的一個顯著特點是Quad-play業(yè)務(wù)剛起步,除IPTV業(yè)務(wù)外,語音和數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)都相對較少,移動業(yè)務(wù)基本沒有,用戶對外部網(wǎng)絡(luò)資源的訪問較少。針對雙向化改造程度的不同,廣電運營商網(wǎng)絡(luò)引入IPv6所采用的技術(shù)手段有所區(qū)別。
 ?。?)即將或正在進(jìn)行雙向改造的廣電運營商網(wǎng)絡(luò)
  在這個過程中,用戶并不關(guān)心使用IPv4還是IPv6,只關(guān)注用戶體驗。用戶終端和IPTV平臺應(yīng)優(yōu)先使用IPv6,而接入和骨干網(wǎng)絡(luò)則應(yīng)以雙棧為主,以應(yīng)對語音和數(shù)據(jù)等需訪問外部網(wǎng)絡(luò)資源的情況。
 ?。?)已經(jīng)完成雙向改造的廣電運營商網(wǎng)絡(luò)
  平臺、網(wǎng)絡(luò)和終端都已經(jīng)采用了IPv4,為實現(xiàn)IPv4向IPv6的過渡,需要在網(wǎng)絡(luò)和平臺上啟用雙棧協(xié)議。對于新入網(wǎng)用戶,IPTV終端可直接采用IPv6;對于老用戶則需要在IPTV終端上啟用雙棧協(xié)議,使該用戶逐步由IPv4向IPv6遷移。如果終端只支持IPv4而不支持雙棧,需要在家庭網(wǎng)關(guān)或網(wǎng)絡(luò)接入控制點啟用協(xié)議轉(zhuǎn)換技術(shù),實現(xiàn)IPv4終端對IPv6資源的訪問;如果平臺只支持IPv4而不支持雙棧,需要在IPTV平臺與承載網(wǎng)絡(luò)交界處啟用協(xié)議轉(zhuǎn)換技術(shù),實現(xiàn)IPv6終端對IPv4資源的訪問;如果從IPTV平臺到終端的網(wǎng)絡(luò)路徑中存在IPv6孤島,則需要在IPv6孤島邊緣使用隧道技術(shù),實現(xiàn)IPv6流量在IPv4環(huán)境下的穿越。
  電信運營商已經(jīng)建立了基本具備Quad-play能力的基于IPv4的網(wǎng)絡(luò),在三網(wǎng)融合條件下,電信運營商通常不會為IPTV業(yè)務(wù)的開展而進(jìn)行大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)建設(shè),只會在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化,以滿足IPTV等業(yè)務(wù)大規(guī)模開展的需求。針對IPTV業(yè)務(wù)開展情況,電信運營商在IPv6引入過程中所采用的過渡技術(shù)應(yīng)有所不同。

  (1)尚未開展IPTV業(yè)務(wù)的電信運營商網(wǎng)絡(luò)
  大部分電信運營商網(wǎng)絡(luò)都屬于此種類型。如果這部分網(wǎng)絡(luò)在開展IPTV業(yè)務(wù)的同時引入IPv6,可考慮IPTV平臺和終端直接采用IPv6,網(wǎng)絡(luò)啟用雙棧協(xié)議,從而實現(xiàn)IPTV業(yè)務(wù)的完全I(xiàn)Pv6化。
 ?。?)已經(jīng)通過合作方式開展IPTV業(yè)務(wù)的電信運營商網(wǎng)絡(luò)
  目前,只有小部分電信運營商網(wǎng)絡(luò)通過與具有IPTV運營牌照的企業(yè)合作開展了IPTV業(yè)務(wù)。由于老用戶已經(jīng)采用了IPv4終端,為實現(xiàn)向IPv6的過渡,必須從業(yè)務(wù)平臺到終端全部啟用雙棧;對于新入網(wǎng)用戶,可直接使用基于IPv6的IPTV終端。如果終端只支持IPv4而不支持雙棧,需要在家庭網(wǎng)關(guān)或網(wǎng)絡(luò)接入控制點啟用協(xié)議轉(zhuǎn)換技術(shù),實現(xiàn)IPv4終端對IPv6資源的訪問;如果平臺只支持IPv4而不支持雙棧,需要在IPTV平臺與承載網(wǎng)絡(luò)交界處啟用協(xié)議轉(zhuǎn)換技術(shù),實現(xiàn)IPv6終端對IPv4資源的訪問;如果從IPTV平臺到終端的網(wǎng)絡(luò)路徑中存在IPv6孤島,則需要在IPv6孤島邊緣使用隧道技術(shù),實現(xiàn)IPv6流量在IPv4環(huán)境下的穿越。
  需要注意的是,盡管雙棧技術(shù)互通性好,實現(xiàn)簡單,在IPv4向IPv6的平穩(wěn)過渡中扮演重要角色,但是雙棧技術(shù)并不能解決地址緊缺問題,還會增加內(nèi)存開銷和CPU占用率,降低設(shè)備的性能,因此,只有在需要從IPv4向IPv6大規(guī)模過渡的場景中,才需要大規(guī)模部署雙棧協(xié)議。對于新建網(wǎng)絡(luò)和平臺,可直接部署IPv6,并通過協(xié)議轉(zhuǎn)換或隧道技術(shù)實現(xiàn)IPv4與IPv6的互通。

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