怎样部署IPv6?

来自华为、Verizon、中国电信和Inside Products公司的专家在IETF的V60PS提交了关于IPv6部署状态的草案报告，旨在提供一份IPv6过渡技术的调研，并发掘在过渡技术中出现的难点。

我们将逐期刊载该报告，本期将介绍报告的第二部分，内容包括网络运营商、企业、内容和云服务提供商、工业互联网的IPv6部署情况，以及全球IPv6服务设计情况。

网络运营商调查

我们对50多家网络运营商进行了问卷调查以了解IPv6网络的部署情况。这项调查显示，未来两年内，将有30多家运营商计划将固定和移动用户迁移到IPv6网络。用户设备和内容服务商看起来都已经为IPv6做好了准备，所以我们设计了专门的IPv6调查问卷提交给对应的网络运营商。

在问卷中提出的主要问题是：

• 在未来两年内，你是否计划将更多的固定、移动或企业用户迁移到IPv6（如双栈网络）或者纯IPv6网络？

• 这样做的原因是什么？

• 你将使用哪种过渡方案：Dual-Stack（双栈）、DS-Lite（轻型双栈）、464XLAT（有状态和无状态翻译结合）、MAP-T/E（双重翻译/封装）？

• 你是否需要为上述目标更换网络设备？

• 你是否将升级城域网、主干网或回程接入网络以支持IPv6？

这份调查问卷的结果表明，大多数网络的IPv6迁移将发生在未来两年内。双栈网络始终是最常用的解决方案，向纯IPv6网络的迁移主要是出于特定的商业原因，比如5G和物联网的需求。

此外值得一提的是，对于许多网络运营商来说，传输网络（城域网和主干网）的升级目前并不被优先考虑。运营商关注的重点是端到端的IPv6服务。

企业的考虑因素

如RFC7381中所述，企业面临着不同于运营商的挑战。对许多企业来说，主要问题是在内部网络中同时支持IPv4/IPv6的情况下，如何去处理与上游提供商之间的IPv6网络连接。

使用IPv6的商业考虑对于每个企业来说都是不同的，尤其是对于企业内部网络而言。但最主要的驱动力仍然来自于外部网络，因为当互联网服务提供商分配完IPv4地址后，它们将提供公有IPv6地址和私有IPv4地址。

因此，对于尝试访问企业网络的客户端网络来说，如果企业在其面向公众的服务中部署了IPv6，那么使用IPv6网络的体验将比IPv4方案更好。

正在或将要扩张到新兴市场的企业，或与其他使用IPv6的公司合作的企业（大型企业、政府、服务提供商）为了支持长期目标，必须在近期内完成IPv6部署。例如，对新兴能源市场，特别是智能电网来说，需要高密度的支持IP终端，IPv6是一项关键解决技术。

内容和云服务提供商的考虑因素

连接数据中心的所有虚拟设备和物理设备所需的地址数量，以及避免RFC1918中提到的私有IPv4地址带来的使用限制，是促使内容和云服务提供商（CSP）网络采用IPv6的原因。

若干参考文献讨论了向纯IPv6过渡的方法。在某些情况下，过渡已经发生了，并且这些超大规模企业的数据中心基础设施已经完全基于IPv6了。这可以说是一个好兆头，因为客户端（如智能手机上的应用程序）和服务器（数据中心中的虚拟机）之间的端到端连接可能已经基于IPv6。

工业互联网应用

为IIoT（Industrial Internet of Things，工业物联网）应用而使用IPv6具有潜在优势，尤其是在IPv6协议庞大的地址空间，以及IPv6地址自动配置和资源发现方面。

然而，仍然有许多阻止IPv6广泛使用的障碍。目前的关键问题包括：缺乏完整或成熟的工具支持、对手工配置的依赖以及内部人员对IPv6协议知识的缺乏。为了推动和简化IPv6在智能制造系统和IIoT应用中的使用，急需一种通用方法来消除这些痛点。

全球IPv6部署

下文描述了在移动宽带网络（MBB）、固定宽带网络（FBB）和企业网IPv6迁移中最常用的部署方法。

就像ETSI关于IPv6的白皮书报告ETSI-IP6-WhitePaper中描述的那样，过渡策略具有两个阶段，分别为：“IPv6引入”和“纯IPv6”。

第一阶段旨在以可控的方式提供服务，其中基于IPv6服务的流量非常小。当服务环境发生变化时，例如流量增长超过一定的阈值，就可以进入第二阶段了。在后一种情况下，服务仅在IPv6上进行支持。

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IPv6引入

为了能够在底层IPv4架构上部署IPv6服务，有两种可能的方法：

一是在CPE（客户终端设备）上启用双协议栈；

二是通过IPv4隧道传输IPv6流量（例如，在6rd隧道机制进行IPv6快速部署，设计并实现一种无状态隧道机制）。

所以，从技术角度来看，第一阶段是基于双协议栈（RFC4213）或基于隧道的机制，如通用路由封装（GRE）、IPv6快速部署（6rd）、通过IPv4云连接IPv6域（6to4）以及其他隧道机制。

双栈方式更加健壮，更容易排除故障和提供支持。基于网络运营商在问卷调查中提供的信息，双协议栈是目前在移动宽带网络、固定宽带网络和企业网中部署最广泛的IPv6解决方案，约占所有IPv6部署的50%。因此，对于愿意引进IPv6的运营商来说，最常见的方法是应用双栈过渡方案。

通过双栈，IPv6可以和其他网络功能升级一起引入，网络管理和信息系统的许多部分仍然可以在IPv4环境下工作。所以就避免了对这些系统进行重大升级以支持IPv6，这可能是IPv6过渡中最困难的任务。换句话说，网络管理和信息系统升级的成本和努力是适中的。其好处就是可以开始适应未来的服务，并节省NAT（网络地址转换）成本。

CPE在WAN（广域网）侧只有一个IPv6地址，并使用IPv6连接到运营商网关，如宽带网关（BNG）或分组网关（PGW）/用户面功能（UPF）。然而，主机和内容服务器仍然可以选择是IPv4或IPv6。例如，NAT64技术可以使IPv6主机访问IPv4服务器。主干网底层也可以选择IPv4或IPv6。

尽管在IPv6的引入阶段，双栈IPv6过渡是一个很好的解决方案，但从长远来看，它存在一些缺点，比如网络资源和状态的重复，以及网络运行的其他限制。因此，当IPv6增加到一定极限时，最好转为纯IPv6阶段。

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纯IPv6服务支持

第二个阶段即纯IPv6阶段，是由经济因素、经济策略和政府监管等诸多因素导致的一个复杂决定。

在另一个IPv6 RFC草案I-D.lmhp-v6ops-transition-comparison中，讨论并比较了最常见的纯IPv6服务交付过渡方案的技术优势，包括464XLAT、DS-Lite、Lightweight 4over6（lw4o6，是DS-Lite的一项优化方案）、MAP-E和MAP-T等，但没有提供明确的建议。

根据对网络运营商的调查，我们可以分析已经部署或将要部署的IPv6过渡技术。根据调查问卷的答案，以及ETSI-IP6-WhitePaper报告中的详细统计数据，除了双协议栈之外，移动宽带网络最广泛部署的IPv6过渡解决方案是464XLAT（RFC6877），固定宽带网络是DS-Lite（RFC6333），这两者都是纯IPv6解决方案。

从网络运营商的不同反馈来看，在某些情况下，如对于大型移动运营商或大型数据中心来说，甚至当其使用10.0.0.0/8这样的私有地址时，地址池也不够大。所以双协议栈对这种场景是不能满足需求的，因为它仍然需要分配IPv4地址。

此外，双协议栈还可能导致在IPv6和IPv4网络中的重复操作，这就增加了网络中的状态信息量，造成资源浪费。

因此，在某些情况下（如移动宽带网络或数据中心），纯IPv6阶段从一开始就会更有效率，因为双协议栈的IPv6引入阶段可能会消耗更多的资源（如运营商级地址转换CGNAT的成本）。

因此，在通常情况下，我们可以这样说，当双协议栈的缺点超过了纯IPv6的复杂性时，迁移到纯IPv6是有意义的。一些网络运营商已经开始了这一迁移过程，而其他运营商仍在等待。

参考文献（上下滑动查看）

[RFC1918] Rekhter, Y., Moskowitz, B., Karrenberg, D., de Groot, G.,and E. Lear, "Address Allocation for Private Internets",BCP 5, RFC 1918, DOI 10.17487/RFC1918, February 1996,<https://www.rfc-editor.org/info/rfc1918>.

[RFC4213] Nordmark, E. and R. Gilligan, "Basic Transition Mechanisms for IPv6 Hosts and Routers", RFC 4213,DOI 10.17487/RFC4213, October 2005,<https://www.rfc-editor.org/info/rfc4213>.

[RFC6333] Durand, A., Droms, R., Woodyatt, J., and Y. Lee, "Dual-Stack Lite Broadband Deployments Following IPv4 Exhaustion", RFC 6333, DOI 10.17487/RFC6333, August 2011,<https://www.rfc-editor.org/info/rfc6333>.

[RFC6877] Mawatari, M., Kawashima, M., and C. Byrne, "464XLAT:Combination of Statefuland Stateless Translation",RFC 6877, DOI 10.17487/RFC6877, April 2013,<https://www.rfc-editor.org/info/rfc6877>.

[RFC7381] Chittimaneni, K., Chown, T., Howard, L., Kuarsingh, V.,Pouffary, Y., and E. Vyncke, "Enterprise IPv6 Deployment Guidelines",RFC 7381, DOI 10.17487/RFC7381, October 2014,<https://www.rfc-editor.org/info/rfc7381>.

[ETSI-IP6-WhitePaper]ETSI , " E T S I White Paper No. 35: IPv6 Best Practices,Benefits, Transition Challenges and the Way Forward",ISBN 979-10-92620-31-1, 2020.

[I-D.lmhp-v6ops-transition-comparison]Lencse, G., Martinez, J., Howard, L., Patterson, R., and I. Farrer, "Pros and Cons of IPv6 Transition Technologies for IPv4aaS",draft-lmhp-v6ops-transition-comparison-06 (work in progress), January 2021.

翻译：杨望、张璞

责编：项阳

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