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清华大学徐明伟:IPv4-IPv6共存技术

  【搜狐IT消息】12月18日-19日,第二届CNGI工程技术论坛暨移动互联网国际峰会在北京召开,会上,工信部副部长奚国华、中国移动副总裁沙跃家、中国工程院副院长邬贺铨、以及各大设备厂商、终端制造商、内容服务提供商等出席了会议并做了主题演讲。

  以下是清华大学徐明伟的演讲实录。

  徐明伟:大家好,非常高兴有这样一个机会跟大家交流,我把我们工作情况跟大家交流一下,我报告的题目是IPv4-IPv6共存技术。今天上午很多专家已经介绍IPv4匮乏这样一个问题,那么我简要在说一下。我们面临的问题,其实是主要两个问题,一个全球的共有地址匮乏还有私有地址也要用尽。这样情况下可行一个方案就是过渡到IPv6,这样背景我们出现了一个新的问题怎么IPv4到IPv6,怎么让IPv6能够和IPv4很好一个共存。

  这张图我们很熟悉,是我们希望中一个IPv4IPv6过渡这样一个规划。终究是随着互联网规模增长IPv6部署越来越多,IPv4地址逐渐减少,但是实际情况不是像我们预期那样。网络规模在增长,但是IPv6部署没有我们预期那么好,部署并不是那么多,反而IPv4困乏问题还是越来越重要。这样一个情况下我们应该怎么解决这个问题。

  这里我们先简要分析一下IP地址困乏的问题,这里面我们给出几个图,第一个是很简单的。我们现在所有的IPv4可以访问的地址空间,我们定位一个A4集合。在这样一个集合用光情况下我们想到解决办法是:第一是使用NET在IPv4地址框架里面,我们用了一些私有地址,得到下面这个图,地址空间变成下面图,空间是有所加大。这样一个地址空间如果我们定义成A4N,是等于IPv4是我们放在用映射的地址,S可以认为私有网络个数,在这种情况下我们可以适当一定程度扩大了IPv4地址空间,但是这种做法不能根本解决IPv4地址不够用的问题,于是我们出现了IPv6技术。我们知道IPv6地址空间是非常大,应该说它的是可以满足我们的要求。但是我们面前一个新的问题,大多数用户和应用是基于IPv4,那么怎么样能够让IPv4和IPv6共存,成为我们需要解决的一个根本性的问题。

  在IPv4、IPv6共存的技术方案里面,有两类主要方案,一类翻译,一类隧道。简要分析在翻译方案里面,它的基本思想跟NET是类似,只不过放在两个不同地址组里面,一个IPv4一个IPv6。那么在上面这个图里面我们可以看到左边是一个IPv4地址空间,也是一个支持NET,右边是IPv6地址空间,在这样一个翻译方案里面我们从IPv4用户角度看,能够看到地址空间的大小是可以表示成A4N,这里面A4N是做地址影射,这样IPv4主机才可以访问到。IPv6是可以映射到IPv4地址空间里面的,我们可以让所有的IPv6地址空间里,地址都映射到IPv4地址空间,但是实际上我们是做不到这一点。因为我们知道IPv6地址空间特别大,要映射到少量IPv4地址空间,这个是非常困难的。

  那么这个刚才李老师讲到一个问题,在翻译或者IVI方案里面我们如果逐渐的把IPv4的地址空间向IPv6地址框架下迁移。每一个IPv4主机能够有一个对应的IPv6的地址的话,实际上就完成了IPv4到IPv6的过渡,也就是说我们可以做到向下面这个图一样在整个A6。IPv6这样一个地址空间里面每一个IPv4主机有一个IPv4地址这样IPv4、IPv6过渡就没有问题了。

  在这样一个翻译这样一个机制里面,我们举一个例子就是刚才李老师介绍IVI为例,看一下他的地址对应关系。在IVI里面,是有两类的翻译的机制,异类是无状态,一类是有状态,是一个1:N。在无状态情况下我们看到每一个IPv4地址有一个IPv6的地址跟他对应,每一个IPv6也有一个IPv4的地址跟他对应。这样的话那么在我们刚才给给出公式里面A4"跟A6”的情况是一样的, IPv4用户可以访问地址空间来讲并增大,但是我们可以访问到IPv6主机,而且是无状态,这里面也是有一个权衡的。那么如果是采用有状态最好情况下那么可以让A6”对于A6,但是里面发生冲突情况就比较多。

  另外一套机制是采用隧道机制,IPv4和IPv6是不是直接访问,IPv4空间里面主机是不能访问IPv6空间主机,只能穿越IPv6空间。它能带来什么好处?网络地址空间其实是有两部分用处,一部分是用给边缘网络主机服务器,分配地址。另外一部分是给核心网,给路由器交换机这样设备分配地址,我们可以认为这个-A4n=A4eE+A4T。在隧道这种方式情况下我们可以把这个用IPv6网络实现,这样我们把这些边缘IPv4网络通过一个核心IPv6把他们连接起来,那么就把A4T空间省出来可以分配给A4E,这样可以等于整个A4N了。对IPv4地址空间使用效率做了很大贡献。

  在这个隧道方案里面我们介绍一下我们以SOFTWIRE为例介绍一下,4OVERU是一个解决方案,当时需求在纯IPv6,通过在IPv6骨干网建立一些隧道,能够把这些IPv4连接起来,这个时候隧道方案早就有了。那么我们面临的问题是怎么样能够让隧道变成一个自动隧道,我们把IPv4路由进入到IPv6核心网络里面,现在IPv4网络里面路由表膨胀非常厉害,而且有很多的路由扰动情况,我们不希望把IPv4不好的东西引入到IPv6里面。我们提出一个采用一个扩展方式在IPv6核心网边缘我们叫做这些边界,路由器上使用功能传递IPv4到IPv6可达信息,这样减少了这个网络的机构。具体一点我们从控制平面和数据平面看一下,控制平面这个例子里面那么中间是一个IPv6核心网,后面是一个IPv4网络,PE2可以学习到信息,PE是双站路由器,通过IPv4路由到达NETC,然后转换成内部封装表是一个虚拟接口。这样一个关系通过MPBGP协议传导到比E1上,可以到BC,要对应PE2的虚接口。

  从这个数据层面看,比如说左边网络里面有一个主机A要发一个包给右边网络主机B,它的是一个IPv4的这样一个包到PN1路由器,查刚才我们建立路由表和封装表可以找到隧道起点,做了一个隧道封装。这样封装之后IPv6包IPv6核心网里面可以正装转化的,在IPv6这些不需要保存封装这些状态的。到PE2进行解封装,送给CE2,最后送到目的地。通过这样简单思想实现一个隧道的方案,现在其实我们面临两个问题,有翻译的方案,有隧道的方案。这两个方案是解决不同问题,一个是解决IPv4、IPv6直接相连,怎么翻译?一个是解决如何经过一个不同地址组的一个网络如何达到另外一个相同地址组。IPv4到IPv6,作为用户可能有不同需要,那么有什么访问IPv6有什么访问IPv4。而且现在翻译方案很多,用户怎么样有一个简单的一个部署方案,他在各种背景需求情况下简单的部署。

  那么我们就以校园网为例,在现在校园网有IPv4、也有IPv6用户,还有一些是双站既是IPv6也是IPv4的。现在网络连接是IPv4部分是直接连在IPv4的互联网上,IPv6部分是接到BACKLONE。这种对于我们过渡讲,不是一个希望的还是一个各走各的,今天是这样,我们希望明天网络结构内容变得简单一点。在边缘网络一个校园网络或者一个企业网,有一条线路连接到骨干网上去,这中间有一个设备我们叫XBOX。在一定时间里面IPv4、IPv6都是存在,他们之间需要有这样一个设备把他们连接起来。那么问题就集中在XBOX应该实现哪些功能。

  我们看一下对于XBOX应该有的功能,有这么几个基本功能,第一是基本的路由功能,显然是连接IPv4、IPv6了这个两种网络,当然要有IPv4、IPv6的路由。同时需要有一个把IPv4的路由传递到IPv6这样一个功能,在这个问题上应该说我们提出4OVER6的方案已经解决了这个问题。

  第二是翻译,这也是需要的。那么基本的包括网络层的翻译,还有些情况需要应用层,应该IVI是一个侯选方案。第三是封装和解封装,已经有很多封装、解封装方案,还有就是转需这是路由基本功能。所以作为XBOX应该具有这四个基本功能。

  我们又面临一个新的问题就是隧道和翻译这两个功能,我们把他合在一个设备里面实现。隧道是在网络边缘在和网络边缘做封装和解封装的。翻译这件事情怎么做?是在什么地方做?是在核心网和核心网之间做翻译还是在边缘网和边缘网之间做翻译,这是我们需要考虑一个问题。如果是在和核心网之间做翻译,面临一个问题核心网是之间是一个高度连接,这个时候一般通过硬件专需实现,翻译由硬件来实现,高速硬件转发还是有很多困难,特别是需要实现NRG功能还是很大难度。所以我们建议把翻译放在边缘网络和核心网络之间做合作。

  除此以外还有一些进一步考虑,比如说在路由可扩展方面,如果是在核心网翻译的话,需要把IPv4路由进入到IPv6骨干网,这个对扩展是不好的。如果在核心网之间放多个BBOH需要跑一些动态路由,但是如果放在边缘和核心之间用一个简单静态路由就可以实现。再有翻译的时候需要用到一些地址IPv4、IPv6地址,这个IPv4地址和IPv6地址分配由谁来作?是核心网还是又使用翻译边缘网络做。我们觉得由用户他们做,更为合理一点。这样的话我们就得到这样一个结构,在IPv6边界上我们在边缘网我们做了一个翻译,但是我们看到这里面可能有一些组合。比如说IPv4要访问IPv4的互联网,我们可以通过一个方式访问。如果IPv4要访问IPv6需要经过一个翻译访问这个IPv6,如果是IPv6的用户要访问IPv6直接相连就可以。如果IPv6要访问IPv4的话,这个就是我们刚才说的问题,在哪里做翻译?我们先作翻译,变成IPv4,经过隧道再送到IPv4骨干网,是这样的结构。这种组合如果需要很多设备实现也很复杂,希望是不是有一个设备把这些功能都完成了,既完成翻译功能也完成了设备的功能,我们给这个设备起了一个名字叫FET。他要有一个隧道的功能,有一个封装解封装功能还有一个就是翻译功能,当然还有一个最基本的路由功能。所有这些功能的设备我们叫做FET,有了它我们用户它也可以访问IPv4、IPv6网络,

  这样的话我们可以得到一个理想中一个网络的结构图,中间可以是OBACKBONE也可以跟IPv4相连,通过这些OBACKBONE把他们连接就可以了。对用户很简单有一个设备就可以了,可以做一种被不每一种技术做开发。在XBOX里面实现哪些协议我们可以给出一个例子。前面讲的,隧道我们可以使用Sofiwire并且实现封装解封装,在翻译这块我们可以通过IVI实现一个IPv4到IPv6,IPv6到IPv4过渡,路由就是基本路由功能,实现IPv6路由,IPv4路由以IPv4、IPv6之间的路由。

(责任编辑:张笑)

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