可演进的下一代互联网架构

赵慧玲，陈运清，解冲锋，王 茜，史 凡

（中国电信股份有限公司北京研究院 北京100035）

1 前言

目前，随着IPv4地址的分配殆尽，全球互联网技术变革和我国下一代互联网发展都进入关键时期。AT&T、Verizon和Comcast等运营商均开始提供IPv6互联网接入服务，AT&T、NTT还推出了IPv6 VPN服务。截至2012年7月，AT&T已有100万户支持IPv6的DSL宽带接入用户，IPv6用户流量占网络总流量的7%。预计到2012年12月，AT&T IPv6 DSL宽带接入用户数将增长至500万户，IPv6数据流量将占网络总流量的20%。截至2012年9月，Verizon Wireless已发展190万户支持IPv6的LTE商用用户，IPv6数据流量占LTE网络流量的19%，占全网流量的6.7%。

在10个最流行的互联网网站中，目前已有5个支持IPv6，分别是谷歌、Facebook、YouTube、雅虎和维基百科。此外，Sony等电子消费品厂商和微软等通信软件厂商也纷纷在其产品中内置对IPv6的支持模块，其中Sony还明确提出“其所有产品都应基于IPv6”且“如果可能，希望在2015年底前尝试关闭局域网中的IPv4协议栈”。

中国电信很早就高度重视下一代互联网的发展，自2001年，积极开展包括IPv6技术在内的研发储备，密切跟踪国内外最新动态，积极参与国家层面的CNGI项目，利用大型项目进行应用示范，组织技术研究并制定标准，抓紧开展现网评估和现场试验。在参加国家CNGI项目方面，中国电信作为承建单位之一，全程参与了国家CNGI项目一期的建设，建设及投资规模在电信运营商中均位居首位。同时，作为CNGI两届专家委员会的成员单位，中国电信为CNGI国家战略规划研究报告建言献策。中国电信认为，下一代互联网是开放、安全、可扩展、覆盖全球、满足未来业务发展需求、以IPv6为核心的网络，具备海量IP地址、用户可溯源、能够提供高宽带的有线/无线接入和支撑物联网等新型应用规模发展能力，我国的互联网应该是与“国家宽带中国战略”相结合的可演进的下一代互联网架构。

2 现网过渡架构的研究及实践

网络架构的设计是网络规划和建设的关键，网络架构是指导网络设计的一系列高层原则，其目的是要确保构建网络的相关技术能有机地结合在一起，并使网络能按照预期目标运行。在一个特定的网络架构下，满足特定功能需求的技术方案具有多样性，对照网络架构中的原则进行技术选择并做出决策，进行详细的技术层面的设计。

基于IPv6的下一代互联网是宽带互联网、3G、三网融合、大客户专网等业务的融合承载平台，其网络结构和实现技术将直接影响传统互联网业务的可持续发展和未来新业务的拓展。在中国电信的统一安排下，中国电信股份有限公司北京研究院按照“管、端、云”架构对于下一互联网进行了深入、系统的研究，结合我国运营商网络的具体情况制定了国家CCSA的《基于IPv6下一代互联网组网架构及技术要求》标准。标准明确给出了基于IPv6的下一代互联网的组网参考架构，对网络的服务质量、可靠性、移动性、安全性以及关键业务承载能力提出了具体要求，下一代互联网架构应达到网络层次清晰化、网络结构扁平化、网络质量差异化、管理控制集中化等要求。从层次清晰化和结构扁平化角度，下一代互联网主要由接入网、城域网、骨干网3层架构组成；从质量差异化和管理集中化角度，下一代互联网应具备服务质量、网络可靠、移动和安全管理等能力。

下一代互联网是一个基础型、战略性、长期性的系统工程，同时具有前所未有的复杂性和艰巨性。在过去10年间，中国电信累计投入固定资产和研发费用超过10亿元，专业人员超过1 200人。目前，中国电信的下一代互联网试点网络已经形成对湖南、江苏、四川等省所涉及的骨干网、城域网和接入网的端到端覆盖，能支持当地40万用户的IPv6接入；并形成了40余项专利、20余项行业标准、50余项国际标准/草案，整体研发水平处于全球领先地位。中国电信作为运营商的代表，承建了CNGI国际交换中心；参与了CNGI网络建设，并先后为上海世界博览会（以下简称上海世博会）、深圳第26届世界大学生夏季运动会（以下简称深圳大运会）和中国—东盟博览会等提供了服务。中国电信已经形成了一整套“分区域、分阶段、分步骤”的网络部署、改造、业务开展的全流程方案。

中国电信通过对内稳步推进、对外积极合作两条主线的工作，在演进策略与技术研究、规范制定、现网设备评估、地址申请与挖潜、现网试点验证等方面取得了一定成果，为全面开展下一代互联网规模商用工作奠定了基础。主要内容涵盖如下方面。

·研究演进策略，明确路线选择——以双栈技术为基础支持IPv6，并通过部署DS-Lite、NAT444等过渡技术缓解地址压力，远期通过向IPv6演进最终解决地址匮乏问题，完善整网的IPv6能力。

·完善规范标准，提升设备能力——修订了IP网络设备、家庭网关等技术规范，将支持IPv6作为设备引用的关键项，提升了现网网络设备、终端的双栈支持能力；编制了DS-Lite、NAT444过渡技术的设备技术规范，推进厂商开发过渡技术网络侧网关设备。

·完成现网试点，打通业务流程——组织现场试验，选取湖南长沙、江苏无锡及四川成都的局部区域，针对地址消耗较大的有线宽带、无线宽带等业务进行了双栈及DS-Lite、NAT444过渡技术的网络和业务试验。通过升级改造网络及支撑系统，开展业务流程测试，实现了试点业务端到端的流程贯通。

·推动产业发展，加强地址工作——与工业和信息化部电信研究院、信息安全中心开展合作研究，并积极参与CNGI工作，推动国家战略及政策的出台。与清华大学成立联合实验室，与新浪、腾讯等CP/SP合作开展应用迁移方案研究及论证。

同期，中国电信还密切跟踪业界最新技术和业务的发展动向，综合评估这些新技术的发展对下一代互联网架构和演进带来的影响，持续关注核心技术的研究和核心专利的申请。目前中国电信已经在SDN及云计算与IPv6过渡技术的结合方面展开了深入研究，在地址资源池化、多个转发设备间流表同步、负载均衡等方面申请了多项发明专利。在推动轻型双栈的部署中，对原国际标准RFC6333进行了优化和扩展，通过两台集中式AFTR通告同一个IPv6地址的方式，实现基于任播地址的冗余和负载分担，即多台独立式AFTR设备组成AFTR云，终端可针对AFTR云自动实现网络发现、就近接入、冗余备份和流量均衡。这样，业务的隧道剥离、地址转换、端口分配、日志发送以及状态维护等功能全部交由AFTR云处理和实现。

在实际部署中，由于采用了云化的思路，可以将基于AFTR设备云提供冗余和负载分担的应用进行深化，采用集中式AFTR为分布式AFTR进行备份，从而每台分布式BRAS设备只需配置一块AFTR板卡就可以实现高可用性，满足电信级要求，此备份方式为全球首次应用，可以显著降低城域网过渡技术部署的成本，同时节约网络设备的槽位资源。

对于运营商网络来说，网络设备的升级是不够的，还要对已有的支撑系统进行升级，使其支持IPv6的业务属性。以轻型双栈技术为例，由于在原有的IPv4网络中引入了轻型双栈的宽带接入方式，因此用户的属性类别增多，在运营支撑系统方面进行了全球首次创新，新增新的用户属性，由CRM结合资源管理系统自动为用户设定，继而通过后台服务开通、业务激活、AAA系统实现联动，智能判断用户属性，然后将用户属性对应的业务模板代码下发到BRAS，由BRAS根据业务代码实现不同用户分配不同地址的策略，从而实现为不同的用户属性提供不同的上网业务。

在经过了上述现网实践后，中国电信同步开展了IPv6相关技术的持续创新工作。从技术研发、现网实践和业务尝试等角度看，目前已经达到全球领先水平。

从网络长期演进的角度出发，中国电信积极探索了将智能管道与IPv6进行有机结合的方式，开展了智能型网络的研究和实践，提出了下一代高智能网络架构以IPv6为基础，增强网络在感知、开放、高效方面的智能性，支持海量用户和终端、移动性业务、多网协同应用的可运营和可管理架构演进思路。

高智能网络具备五大特性：泛在性、感知性、高效性、开放性、可演进。

泛在性是实现下一代高智能网络的基础，要求网络具备IPv6的标识空间，支持IPv4与IPv6用户和业务的并存与互访，满足多样化的业务发展和多场景的用户接入；感知性是实现下一代高智能网络的核心，针对日益蓬勃发展的业务应用和用户的多样化行为特征，网络需具备全方位的感知能力，实现支持基于用户、应用、内容的智能化识别和分析，并在此基础上实现策略调度和路由选择；高效性是实现下一代高智能网络的重要途径，能够实现针对用户和应用需求的按需保障能力，实现智能流量调控能力，缓解不可控流向流量对网络资源的不合理消耗，并通过增强资源动态调控和按需质量保障能力，提高网络的自适应性以及内容分发的效率；开放性是下一代高智能网络的重点趋势，通过网络智能能力的开放，推动更多的机构和个人加入与网络感知、流量调度等网络能力和其他业务引擎相关的应用开发行列中，通过开放平台降低应用创新门槛，丰富应用种类和数量，从而满足个性化、多样化的用户需求；可演进指基于现有网络架构和设备，采用叠加系统或功能升级等方式构建下一代高智能网络架构，从而逐步在现有网络中升级而演进到目标架构。

高智能网络的架构分为业务平台层、承载控制层和承载层。

业务平台层作为上层应用的统一支撑平台和接口，为传统互联网应用以及移动互联网、三网融合、云计算等新兴应用提供调用各种业务能力和网络资源能力的方式，重点提供能力开放接口API、支持互联网应用向IPv6迁移的互通网关，同时提升运营商业务和网络能力的适应性，以最简单的方式适应新型应用发展的需求。

承载控制层向业务平台层提供满足业务需求并与承载网络能力相匹配的管理控制能力，承载控制层的核心能力是实现基于感知的策略控制和资源调度，通过对承载网络各层面（终端、网络层、业务层）信息的统计分析，针对不同的用户和应用需求，实现按需的网络资源配置和调用；能够基于底层路由虚拟化、路由开放等技术实现分层分域的网络适配，选择适合不同应用流量模型的路由、存储或计算资源，保障业务承载的质量，并提升承载网络的传送效率。

承载层支持各类用户终端有线/无线网络的无缝接入，支持终端的移动性管理和智能边缘控制，基于网络云化的智能转发架构进行设计，采用具有路由虚拟化、路由能力开放的新型路由设备，具备基于内容感知的路由优化能力，并最终实现应用可感知、内容可区分、路由可优化的路由转发体系。

3 中国电信的IPv6标准化实践

IETF是国际上IPv6的标准化主体，自1994年以来，IETF已经完成了涉及IPv6的基本协议、地址结构、邻居发现机制、地址分配机制等技术的标准化工作，发布了115个相关RFC。已经基本完成了对DNS扩展支持的IPv6的标准化工作，发布了11个相关RFC。与IPv4路由协议对应，IETF已完成了应用于IPv6网络中的路由MPLS协议标准的 制 定 工 作，发 布 了 包 括RIP、OSPF、ISIS、BGP、MPLS、LDP、VPN等路由MPLS协议，该类标准已经完善。

在IPv6过渡领域，目前的研究主要集中在IPv6的隧道技术（Softwire工作组）、翻译技术（Behave工作组）和运营部署考虑（v6ops）等，包括协议转换、地址翻译、隧道封装等技术方案。其中，IETF已制定的主流过渡技术包括RFC6334的DS-Lite技 术、RFC6146的 有 状 态NAT64技术、RFC6219的IVI技术以及RFC6147的DNS64技 术 等。

迄今为止，业界不仅对已制定的IPv6过渡技术存在较大的争议，对于IPv6实际演进中的运营部署要求也考虑较少，还存在大量可改进、可完善的空间，亟需在较短的时间内结合运营商的实际部署需求加以补充和完善。

中国电信自2001年起在下一代互联网领域进行了持久的探索和现网储备，历时10余年，聚焦CNGI试验网、技术研究、现网试验和应用示范工作。在大量实践和研究的基础上，中国电信与清华大学、工业和信息化部电信研究院、产业链各个合作单位等开展了紧密的合作研究，重点开展了在下一代互联网架构、政策和标准方面的研究，并联合进行国际IETF标准、国内行业标准的制定和推动，完成了9项行业标准、40项国际标准/草案的科研成果，起到了重要的产业带动作用。

4 结束语

总结而言，历经10年的大胆尝试，中国电信已经站在了IPv6发展的最前沿，达到了全球领先水平。伴随中国信息高速路发展的战略机遇期，中国电信将发挥持续推进、持久创新、先导引领的策略，打造IPv6高速智能管道，服务社会，为广大客户提供更好体验的IPv6服务。

1 Hinden R,Deering S.IP Version 6 Addressing Architecture.RFC4291,2006

2 Lind M,Ksiuant V,Park S,et al.Scenarios and Analysis for Introducing IPv6 into ISP Networks.RFC4029,2005

3 赵慧玲,史凡,陈运清.下一代互联网发展综述及整体架构演进思考.下一代互联网与应用研讨会论文集，2011

4 赵锋.国内外IPv6标准进展.下一代互联网与应用研讨会论文集，2011

5 王茜,陈运清,曹磊.智能管道架构及技术方案探讨.中兴通讯技术,2012(4)