三網融合與IPv6應用探討

朱永慶，鄒 潔

（中國電信股份有限公司廣東研究院 廣州 510630）

1 引言

2010年被稱為三網融合元年，三網融合為加速推動我國信息化進程提供了新的契機。服務對象、服務能力和技術需求的趨同是三網融合的基礎。隨著IP over everything,everything over IP理念的深入，IP成為網絡規劃和建設的事實標準。目前，電信網和廣播電視網都在向以IP協議為基礎的下一代網絡演進，這為三網融合奠定了重要的技術基礎。

IP地址作為IP網絡的最基礎地址資源，是三網融合的先決條件。伴隨著國內信息化進程的加速，IPv4地址資源呈現快速消耗的趨勢。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平穩過渡成為了各界關注的焦點，國內各大運營商正在積極推動IPv6的部署和應用。但是，受諸多因素的影響，終端用戶和產業鏈上游的CP/SP缺乏向IPv6遷移的動力，以致造成了目前IPv6部署和應用推進乏力的局面。三網融合加速了IPv6的部署和應用，本文就在三網融合進程中IPv6引入的關鍵問題進行探討。

2 三網融合對IP地址的需求

三網融合指電信網、廣播電視網和互聯網等網絡之間的融合，通過三網的互聯互通與資源共享，用戶獲得語音、數據和廣播電視等多種服務。

三網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的不斷追求。理想情況下，用戶只需關注服務的內容、質量和安全等因素，而無需關注服務的提供方式，因此，不管接入何種類型的網絡，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、數據和移動等服務。

具備語音、視頻、數據和移動等業務提供能力的網絡通常稱為具備“四重播放（Quad-play）”能力的網絡。目前，電信網、廣播電視網和互聯網都在向具備“四重播放”能力網絡方向演進：下一代廣播電視網（NGB）是以有線電視網數字化和移動多媒體廣播電視為基礎，實現視頻、語音、數據和移動業務等綜合承載的網絡；電信網則利用NGN技術實現基于分組的視頻、語音、數據和移動等業務綜合承載；正在向NGI方向演進的互聯網也基本具備“四重播放”能力。由于IP技術的開放性、經濟性以及在異構網絡整合方面的優勢，NGB、NGN及NGI等都選擇IP作為基礎網絡協議，因此IP是三網融合的技術基礎。

三網融合將產生巨大的IP地址需求，需求來自兩方面：近期，以IPTV為代表的視頻業務需要更大的IP尋址空間；遠期，物聯網等相關業務的大規模開展將使IP延展到更廣泛的網絡空間。

人類70%的信息源于視覺，視頻相關的信息服務一直是信息化工作的重點領域。在三網融合過程中，廣電運營商將會以IPTV業務為基礎向其他業務領域推進，而電信運營商則會利用三網融合政策開展IPTV業務，以占領新的制高點，因此IPTV是三網融合的主要切入點，將對IP地址產生大量需求。

（1）廣電網絡雙向改造所產生的地址需求

為適應三網融合的發展，廣電網絡需要進行雙向改造。廣電網絡的雙向改造過程實際上是網絡IP化的過程。據不完全統計，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雙向化改造，所需IP地址數量將非常巨大。

（2）手機電視業務所產生的地址需求

三網融合將進一步推動手機電視業務的發展。目前，我國手機用戶超過6.8億，隨著3G業務的興起及4G時代的到來，數據、游戲以及手機電視等業務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地址數目將大大超過目前國內所使用的IPv4地址總量。

（3）“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，充分利用現有平臺和相關資源，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一服務，實現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業務無縫切換，用戶可以在不同場所使用同一業務，因而可以提升用戶使用業務的便捷性、時效性、廣泛性和用戶的業務體驗，吸引更多用戶使用網絡業務，從而產生更多地址需求。

此外，三網融合還為物聯網等應用的規模開展提供了新的契機。物聯網的發展不僅依賴于傳感技術等的進步，更依賴于網絡的發展。物聯網發展的一個重要前提就是網絡范圍的延展，而三網融合將進一步推進新一代網絡基礎設施建設，擴大網絡覆蓋范圍，因此三網融合可以為物聯網相關業務的開展奠定更堅實的網絡基礎。從服務對象的角度來看，物聯網就是將互聯網的概念由人擴展到物。服務范圍的擴展，將使業務流量迅速增長。據知名調研公司Forrester Research預測，到2020年，物聯網業務與現有互聯網業務的比例將達到30∶1，尋址空間也可能從60億人口擴展到500億乃至上萬億的機器和物體。盡管是否實現每個物體的IP尋址還存在學術爭議，但IP空間的不斷延展是一個不爭事實，物聯網相關業務對IP地址的需求非常巨大。

3 IPv6引入困境及對策

相對于三網融合及后續業務開展所產生的巨大地址需求，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的互聯網體系將面臨地址枯竭的境地。目前，世界各國都在積極推進IPv6的部署和應用，以應對IPv4地址即將枯竭的局面。

IPv6協議并非是對IPv4協議的簡單升級，報文頭部特征和地址分配機制等方面的不同使得IPv6協議缺乏對IPv4協議的后向兼容性。IPv6的引入和應用是一個系統工程，不僅涉及終端升級、網絡改造、平臺遷移和用戶認知的提升，還涉及技術標準與IP地址資源分配管理等一系列內容，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平穩過渡的過程。

由IPv4向IPv6過渡的主要技術手段有雙棧技術、隧道技術和地址轉換技術等。最初，業界希望通過IPv4和IPv6雙棧方式實現IPv4向IPv6的平穩過渡。首先在終端和網絡上實現雙棧部署，使用戶可以同時獲得IPv4和IPv6的網絡資源和服務，伴隨著IPv6應用增加及IPv4應用向IPv6應用的遷移，人們就會逐漸淘汰IPv4而轉向IPv6。這種設想的前提是CP/SP已經開始提供基于IPv6的應用和服務并正在積極向IPv6遷移。

事實上，在IPv4向IPv6平穩過渡過程中，網絡應用對IPv6的支持是一個關鍵因素。出于對網絡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險，除少量大型CP/SP（如Google）和一些與網絡運營商合作的CP/SP外，幾乎沒有CP/SP主動提供基于IPv6的服務。在IPv6應用缺乏的條件下，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，應從IPv6產業鏈的關鍵環節入手，積極推進IPv4向IPv6的平穩過渡。

在IPv6產業鏈中，網絡運營商負責用戶和終端的地址分配，如果地址資源枯竭，將嚴重影響其業務的開展，所以包括電信運營商和廣電運營商在內的網絡運營商是IPv6引入的主要推動力量。同時，作為用戶與CP/SP之間的橋梁，網絡運營商的網絡承載能力至關重要：只有網絡具備大規模IPv6業務承載能力，CP/SP才有可能大規模提供基于IPv6的應用，用戶才能逐步接受IPv6。更為重要的是，運營商擁有自營業務，率先實現這部分業務的IPv6化，不僅可以改善IPv4網絡資源不足的局面，而且可以為IPv4向IPv6的遷移提供經驗，推動CP/SP向IPv6遷移。

因此，在IPv6引入過程中，應堅持網絡先行的原則，從電信和廣電運營商的網絡改造入手，通過網絡和支撐系統的改造和優化，使其具備IPv6能力。同時，從電信和廣電運營商的自營業務著手，開展基于IPv6的業務，進一步完善IPv6產業鏈，為IPv6業務的大規模開展夯實基礎。

作為三網融合業務的主要切入點，IPTV業務通常屬于廣電運營商和電信運營商的自營業務。IPTV系統從應用平臺、支撐系統、承載網絡到業務終端等都自成體系，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。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業務的地址需求，雖然可以暫時緩解IPv4地址短缺，但是無法解決后續融合型和開放型IPTV類業務對公有IP地址的需求問題，從而在根本上制約三網融合工作的進一步開展。因此，三網融合的開展與IPv6的引入相得益彰，廣電和電信運營商應充分利用三網融合背景下IPTV業務規模開展的有利條件，通過網絡基礎設施建設、改造和優化過程，推動IPv6規模部署。

4 三網融合過程中引入IPv6需關注的問題

現網設備主要基于IPv4，不可能短時間內通過設備置換的方式升級到IPv6。在三網融合過程中建設一張獨立的IPv6網絡同樣是不現實的。目前最可行的方式就是循序漸進，逐步實現IPv4向IPv6的過渡。在此過程中，應關注過渡方式、地址規劃和安全等問題。

4.1 根據具體情況選擇合理過渡方式

目前，主要的過渡技術有雙棧技術、隧道技術和協議轉換技術等。雙棧技術就是在設備上同時安裝IPv4和IPv6協議棧，應用程序根據DNS解析地址類型選擇使用IPv6或IPv4；隧道技術有多種實現方式，主要將IPv6報文作為IPv4的凈荷，實現IPv6孤島之間的互聯，或者以相反方式實現IPv4孤島之間的互聯；協議轉換技術通常應用在IPv6和IPv4網絡的交界處，實現IPv6主機與IPv4主機之間的互通。

每種過渡技術都有一定的適用場景，過渡技術的選擇，不僅要關注過渡過程對用戶體驗的影響，還應考慮網絡、終端和平臺的改造成本以及技術演進的復雜性。從表1可以看出，作為其他過渡技術的基礎，雙棧技術是實現IPv6節點與IPv4節點兼容的最直接方式，因此，在三網融合環境下，應遵照雙棧技術為主和其他過渡技術為輔的原則，針對不同企業的網絡及業務現狀，靈活調整策略，實現IPv6的引入。

廣電運營商網絡在三網融合初期的一個顯著特點是Quad-play業務剛起步，除IPTV業務外，語音和數據等業務都相對較少，移動業務基本沒有，用戶對外部網絡資源的訪問較少。針對雙向化改造程度的不同，廣電運營商網絡引入IPv6所采用的技術手段有所區別。

首先，需要對收集的資料進行質量控制，保障其可靠性。收集的資料必須經過當地城市規劃主管部門審批，主要是建筑工程規劃審批表、建設用地規劃許可證、建筑工程規劃許可證、審批規劃方案或詳規圖及電子版、審批單體建筑施工圖及電子版、勘測定界圖電子版、審批建設工程施工變更資料等。這些資料由建設單位提供圖紙復印件并加蓋建設單位公章，電子版應與紙質圖紙保持一致。

（1）即將或正在進行雙向改造的廣電運營商網絡

在這個過程中，用戶并不關心使用IPv4還是IPv6，只關注用戶體驗。用戶終端和IPTV平臺應優先使用IPv6，而接入和骨干網絡則應以雙棧為主，以應對語音和數據等需訪問外部網絡資源的情況。

（2）已經完成雙向改造的廣電運營商網絡

平臺、網絡和終端都已經采用了IPv4，為實現IPv4向IPv6的過渡，需要在網絡和平臺上啟用雙棧協議。對于新入網用戶，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，需要在家庭網關或網絡接入控制點啟用協議轉換技術，實現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平臺與承載網絡交界處啟用協議轉換技術，實現IPv6終端對IPv4資源的訪問；如果從IPTV平臺到終端的網絡路徑中存在IPv6孤島，則需要在IPv6孤島邊緣使用隧道技術，實現IPv6流量在IPv4環境下的穿越。

電信運營商已經建立了基本具備Quad-play能力的基于IPv4的網絡，在三網融合條件下，電信運營商通常不會為IPTV業務的開展而進行大規模網絡建設，只會在現有網絡基礎上進行優化，以滿足IPTV等業務大規模開展的需求。針對IPTV業務開展情況，電信運營商在IPv6引入過程中所采用的過渡技術應有所不同。

表1 IPv4向IPv6過渡技術比較

（1）尚未開展IPTV業務的電信運營商網絡

大部分電信運營商網絡都屬于此種類型。如果這部分網絡在開展IPTV業務的同時引入IPv6，可考慮IPTV平臺和終端直接采用IPv6，網絡啟用雙棧協議，從而實現IPTV業務的完全IPv6化。

（2）已經通過合作方式開展IPTV業務的電信運營商網絡

需要注意的是，盡管雙棧技術互通性好，實現簡單，在IPv4向IPv6的平穩過渡中扮演重要角色，但是雙棧技術并不能解決地址緊缺問題，還會增加內存開銷和CPU占用率，降低設備的性能，因此，只有在需要從IPv4向IPv6大規模過渡的場景中，才需要大規模部署雙棧協議。對于新建網絡和平臺，可直接部署IPv6，并通過協議轉換或隧道技術實現IPv4與IPv6的互通。

4.2 實現地址科學規劃和管理

IPv4地址資源稀缺局面的形成并非完全由于IPv4地址空間受限，IPv4地址的不合理分配與管理也是一個重要原因。盡管IPv6地址空間相對于IPv4有了極大擴展，但如果不在IPv6規模發展初期進行合理規劃，也會造成IPv6地址的極大浪費，重蹈IPv4的覆轍。

在IPv6地址體系結構的標準設計中，64位前綴與64位接口標識共同組成一個完整的IPv6地址。然而，如果不考慮地址聚合等因素，小于64位的子網前綴沒有太大現實意義。在可預見的未來，幾乎不會出現地址規模超過264個地址的局域網，如果采用標準的IPv6地址體系結構，將會造成IPv6地址空間的極大浪費。因此，在IPv6地址實際分配過程中，應考慮子網前綴大于64位的情況。

目前，IPv6地址配置方式包括手工配置、有狀態自動配置和無狀態自動配置三種。手工配置通常用于點對點鏈路或隧道節點的地址配置，RFC 3627指出點對點鏈路最好使用/64地址，而非/112地址，但是為了避免地址浪費，應盡量為點對點鏈路或隧道節點手工配置/127或/126的地址。盡管無狀態自動配置方式支持即插即用，終端可以在無需任何配置的條件下接入網絡，實現便捷接入，但這種方式需要通過EUI64規范所產生的64位接口標識形成一個符合IPv6標準地址結構的地址，在一定程度上造成了地址空間的浪費。筆者認為，在網絡改造過程中，應盡量避免采用無狀態自動地址配置方式。有狀態自動配置方式可實現任意長度子網前綴的IPv6地址配置，有利于IPv6地址的科學分配與管理，是目前比較可取的地址配置方式。

由于子網前綴大于64位的IPv6地址配置方式與標準的IPv6地址體系結構有一定沖突，因此，在實際使用過程中，應盡量避免與anycast、Embedded-RP及ISATAP地址等已經規定的地址范圍發生沖突。另外，這種地址分配方式更需要對地址的合理規劃，以實現IPv6地址前綴的有效聚合。相對于IPv4地址，IPv6地址需要占用更多的路由器資源。盡管IPv6采用層次化地址結構，如果不合理規劃地址塊分配，將難以實現IPv6地址前綴的有效聚合，造成路由表規模的迅速膨脹，不利于網絡收斂和轉發性能的提高。

4.3 關注安全問題

IPv4設計之初，就假設網絡是構建在一個安全可信的環境下，這種理念帶來了很多安全困擾。IPv6在設計之初就對網絡安全風險及其應對措施進行了充分考慮，并通過IPSec等機制在一定程度上解決了IPv4網絡中存在的一些安全問題。但是，作為網絡層協議，IPv6的引入依然無法解決目前IPv4網絡中面臨的鏈路層、應用層等安全問題。另外，新協議的引入，特別是IPv4網絡向IPv6網絡過渡過程中，也將給網絡帶來新的安全問題。

（1）無狀態地址自動配置的安全性

無狀態地址自動配置在很大程度上依賴于鄰居發現（neighbor discovery，ND）協議。ND協議可實現網絡配置過程的自動化，但是鏈路可信是ND協議正常運行的默認前提，當網絡中存在惡意節點時，ND協議的這一缺陷將使網絡面臨攻擊的風險。

（2）協議轉換技術的安全性

協議轉換技術需要對地址、報頭和協議進行轉換，對各種虛假信息較為敏感，能夠防范地址欺騙攻擊或不完整報文攻擊。但事物總具有兩面性，這種方式將耗費路由器的大量資源，對路由器性能要求較高。由于協議轉換設備是IPv4網絡與IPv6網絡的互通關鍵節點，如果攻擊者根據此特點對協議轉換設備發動拒絕服務攻擊，將造成IPv4與IPv6網絡之間的業務中斷。

5 結束語

三網融合的最終目的是推動我國信息化進程，為消費者提供多元的、豐富的、有特色的信息和文化產品。IPTV是目前惟一覆蓋了電信網、互聯網和廣播電視網的融合業務，是三網融合的理想切入點。

三網融合產生了巨大的IP地址需求，同時，三網融合初期IPTV業務的相對封閉性，為IPv6地址的引入提供了諸多有利條件，應該充分利用三網融合的歷史機遇，積極推進IPv6的部署和應用。

1 伍佑明等.IPv6技術及其在移動互聯網中的應用.電信科學,2009（6）

2 蘇軍根.實現IPTV大規模發展的關鍵技術分析.廣東通信技術,2009（3）