CGN在IPv6演进过程中的关键作用

中兴通讯 | 赵青 王军

CGN在IPv6演进过程中的关键作用

中兴通讯 | 赵青 王军

面对网络日新月异的发展，CGN需要高可靠、经济实惠、功能多样以及灵活多变。

在浩浩荡荡的IPv6变革中，运营商既要能保证现有的IPv4终端和业务正常使用，又要能实现真正的IPv6应用。所以，整个网络必将会长期处于IPv4和IPv6共存的状态。

面对IPv4向IPv6的演进，运营商大致的应对思路为：前期本着物尽其用的原则，充分发挥IPv4本身的潜能，使用NAT44技术；给用户分配IPv4私有地址，然后通过IPv4私有地址和IPv4公有地址的转换来访问公网；随后开始逐步引进IPv6地址。

为了实现以上网络模型，IPv6过渡技术主要包括三类技术：地址转换或者翻译技术、隧道技术和双栈技术。

而在这些IPv6过渡技术中，谁又能担负这样的历史使命？答案就是CGN（Carrier-grade NAT）。

时势造英雄——CGN

CGN（Carrier-grade NAT）即运营商级别的NAT（Network Address Translation）。在充满艰辛的IPv6演进初期，时势造就了这位英雄。CGN因拥有以下几个看家本领，而为IPv6平安渡过艰难的初期保驾护航。

1.NAT444（Network Address Translation 444）

CGN设备位于运营商内部，处于公共IPv4 Internet网络和私有IPv4地址网络的分界处，用来提供高性能的IPv4私有地址到公有地址的翻译。运营商为用户CPE分配一个私有的IPv4地址，而CPE上也为终端PC分配一个私有IPv4地址。这样，在CPE上进行“私有IP—私有IP”的NAT44翻译，在CGN上进行“私有IP—公有IP”的NAT44翻译，这也就是NAT444。

2.DS-Lite

在已有IPv6单栈网络上，为IPv4用户提供跨域IPv6网络的IPv4服务。DS-Lite CGN,也就是双栈CGN，它支持IPv4的终端用户通过IPv6的接入网访问IPv4的网络和服务。

DS-Lite是隧道技术（IPv4-in-IPv6隧道）与改进的NAT技术（以tunnel-id/IPv6地址为NAT表索引）的结合。用户侧设备将IPv4流量封装在IPv6隧道内，通过运营商的IPv6接入网络到达“网关”设备后终结IPv6隧道封装，再进行集中式NAT转换，最终转发至IPv4 Internet。

3.6RD（IPv6 Rapid Development）

IPv6演进初期，在IPv4网络中快速部署IPv6服务，为IPv6用户提供穿越IPv4网络的IPv6服务。当用户有IPv6接入需求时，CPE与6RD网关之间建立IPv6 over IPv4的隧道，IPv6通过隧道转发到6RD网关，而用户的IPv4访问继续通过原有的路径。

4.NAT64

新建IPv6网络，纯IPv6用户穿越IPv6网络访问IPv4服务平台。NAT64 Router实现IPv6-IPv4 NAT转换，在此过程中需要DNS64 Server配合，以实现基于A记录合成AAAA记录。

5.IVI

新建IPv6网络，实现纯IPv6用户和纯IPv4用户的互访。IVI Router实现IPv4和IPv6地址的映射，IVI DNS实现基于A记录合成AAAA记录。

CGN应用案例

中兴通讯已经在中国电信、法国电信，以及法国E-TERA等项目中，成功实现CGN设备的应用。

在中国电信无锡试点项目中，中兴通讯部署试点了DS-lite和NAT444两种主流的IPv4向IPv6过渡技术。并分别以集中式CGN和分布式CGN单板的方式实现IPv4、IPv6用户的正常业务访问。

在法国电信项目中，中兴通讯通过IPoEv6+DS-Lite解决方案，实现用户家庭网关采用IPv6接入，但仍然体验IPv4的丰富业务；调和了用户业务体验和IPv4地址短缺之间的矛盾。使用CGN热备+负载均衡，从而保障用户服务不间断。保证用户业务丰富性和用户体验质量。

在法国E-TERA项目中，中兴通讯的DS-Lite解决方案实现了多种部署方式的和谐共存，充分考虑运营商的技术与经济需求。E-TERA现网中存在性能各异的BRAS设备。在项目初期，出于设备现状和经济的考虑，中兴通讯采用“独立型集中式部署”。只在少量性能较好的BRAS设备上侧挂CGN设备，实现城域整网用户DS-Lite AFTR（Address Family Translation Router）功能。在项目中期，逐渐把很老旧BRAS设备下挂区域用户牵引到功能相对强劲的其他BRAS设备上。在项目末期，中兴通讯采用“独立型分布式部署”。在每个BRAS设备上侧挂CGN设备，单独实现相应BRAS设备下挂区域用户AFTR功能。（如图）

逆水行舟，不进则退——CGN发展趋势

CGN设备虽然目前已经有了一定的基本功，但是距离优雅还有一段距离。在面对网络的日新月异发展，CGN需要高可靠、经济实惠、功能多样以及灵活多变。CGN设备将通过以下技术实现上述需求。

1.高可靠性

对于网络客户体验而言，无论是从曾经到现在，以及未来，“高可靠性”越来越体现运营商的能力。目前，CGN的高可靠性主要通过“CGN冷备”和“CGN热备”来实现。

2.平台化、虚拟化

CGN平台化主要指在路由器平台基础上，使用通用的业务处理板来提供CGN功能，与具体的技术无关。CGN虚拟化主要指使用单台CGN设备模拟出多个CGN设备实例并行，在相互独立的资源空间内运行，服务不同的用户群，而互不影响。这样，一个运营商可以通过一台物理CGN设备提供多种服务；甚至多个小运营商可以使用同一台CGN物理设备来为各自的用户群提供多种服务。

3.组件化和融合化

4.增量化

每个运营商的网络环境不一样，规模不一样，技术路线和发展速度不一样，而且对网络改造思路也不一样。所以要求CGN设备可按需配置资源，按需叠加技术，按用户规模增量部署，按规模迁移部署位置等等，这同样需要CGN的平台化，虚拟化和组件化等技术演进的支撑。