IPv6在國家電網 下一代行政交換網的應用

沈巍 王豐 李妮 李夢琳 張鵬 胡鵬

【摘要】? ? IPv6與IPv4技術對比，前者的應用優勢更為顯著。IPv6的最大寬度為128IP地址，其IP地址信息充足、資源充足，可提供較多的IP地址，能夠支持大量端口的使用。可解決IPv4地址信息不足問題。能夠實現協議的優化，可將接頭擴展，從而增強協議擴展能力;并且IP地址的數據容量、穩定性、網絡安全管理、移動性和服務水平都得到了顯著提升。IPv6技術要求所有終端長時間持有同一個IP地址，即時接入互聯網，可以有效推動新一代業務模式的轉變，可促進端到端業務的形成，可促進數字多媒體業務的發展。基于此，IPv6技術可切實滿足交換網絡的演變需求，能夠為下一代網絡IP技術的發展提供明確方向。

【關鍵詞】? ? IPv6? ? 國家電網? ? 行政交換網

引言：

下一代交換網絡是指具有時分復用負載的交換網絡系統。與原有的有TDM負載的交換網絡系統相比，在TDM上加載的交換網絡系統的互聯網交換節點是交換機器，而下一代交換網絡是指有IP負載的交換網絡系統。網絡交換節點是軟交換和IMS的節點。目前各行業的公共電信網和傳統交換網都開始向下一代交換網發展，并將向IP多媒體子系統（IMS）發展。IMS已經成為IP網絡中多媒體技術服務的管理核心。它采用IP包技術的操作系統，可以實現語音、視頻、圖像、文本等多媒體技術服務。它具有承載與管理分離、終端接口獨立、會話管理與業務控制分離三大優勢，已成為我國下一代信息交換網絡的主要發展方向。IMS也是IP網絡的主要應用之一。

一、下一代互聯網及其發展契機

IPv6，互聯網協議第6版的縮寫，也叫IPng （The Next Generation IP），是IETF為替代當前版本的IP（IPv4）而設計的下一代協議。也是IP的更新版本。根據互聯網設計的基本原則，互聯網上的每臺設備都必須分配一個IP地址，以確保它可以與其他設備通信。但隨著我國新型網絡設備的不斷發展和涌現，對地址的要求也越來越高，目前國內已經達到了IPv4地址提供的范圍。思科預測，接入網絡的移動設備數量將從2012年的68億美元增加到今年的74億美元，達到全球總人口。隨著IPv6的出現，這些問題將會消失。

首先，IPv6地址必須使用128B地址空間，也就是大約3.4×1038個地址，大約是IPv4提出的地址數量的7.9×1028倍[2]。所以應該說，IPv6對于網址幾乎有著無盡的生存空間。此外，與其他一些技術相比，IPv6是世界上唯一發展成熟的技術，適合大規模部署。因此，IPv6技術成為緩解位置資源短缺以滿足互聯網上日益增長的位置需求的最佳選擇。

IPv6是分組交換網絡中的網絡技術層協議。它給中國的IP網絡系統帶來了端到端的數據，這和IPv4的基本設計原理是一樣的。IPvI描述的正式版本最早出現在1998年12月頒布的國際互聯網工程任務組標準RFC2460中。

除了學習更多地址的問題及其顯著的相關特性外，IPv6還實現了許多IPv4沒有的新功能。首先簡化了地址資源的分配（比如無狀態地址可以手動設置）、網絡技術的重新編碼、通過中文網絡更換連接服務商時的路由器公告。然后，它還通過在端點上設置分片來簡化路由器的分類。網絡安全標準是IPv6架構的設計要求，涉及國際互聯網信息安全條約的IPSEC（互聯網協議安全）標準。

二、國家電網下一代行政交換網IPv6演進方案

（一）IPv6在國家電網下一代行政交換網中應用原則

1.嚴格遵循中國電網交換網發展規律，充分考慮中國電網承載網發展戰略，遵循承載網優先于交換網向IPv6演進的策略;跨省骨干網優先于省內/本地數據通信網向IPv6演進;交換網邊界優先于交換網核心設備向IPv6演進;寬帶用戶優先向IPv6演進，窄帶用戶維持IPv4。

2.用戶的服務體驗不會明顯降低。當用IMS核心網實現IPv4或IPv6協議轉換時，需要所有核心網網元同步切換，否則會直接影響當前業務。

3.為了盡可能降低運營壓力，保持IMS和公司運營活動的平穩發展和可持續發展，對于同一個IMS核心網的所有網元，組網時只觀察同一個IP協議的一個IP協議，只支持IPv4或IPv6。

4.為了保證過渡期間的使用安全和可管理，IMS接口網元如SBC必須支持雙棧，也就是說必須具備將IPv4和IPv6協議轉移到信令和媒體業務的功能，可確保IPv6終端業務的正常使用。

5. IMS互通網元（如MGCF/MGW、IBCF/TrGW）必須支持雙棧，并具備將IPv4、IPv6協議內容轉換為信令系統和媒體的功能，以保證IMS等網元在協議內容切換前后能夠順利互聯。

6.不影響目前的服務應用能力和體驗。為了保證ims核心網的所有業務在IPv4和IPv6協商切換之前或之后都能順利接入，目前的業務系統需要雙棧的支持，第三方網絡服務平臺，AS和IMS兩者之間，也需要雙棧支持，以應對IMS核心網的協商切換問題。

7.為保證在IPv4與IPv6協議交換前后，IMS核心網的各類業務、運維工作能夠及時完成，IMS計費、網管、同步服務及基礎網絡系統，提供雙棧支持。

（二）IPv6在國家電網下一代行政交換網中應用方案

1.國家電網下一代行政交換網及承載網演進方案

國家電網行政交換網不變，就新建交換網，選擇IP、扁平化組網方式，實行省、地區工程管理辦法。國內已有28家單位（總公司、27家省級）建立了IMS網絡，所有地方分支機構和國家直屬機構能夠接收問題省份的核心網，不同區域均建設了社會化IMS核心網元，實現了全省異地1+1榮滅方式，IMS核心技術設備建設在中國發展電網有限公司財務數據為全國通信網工業信息匯集提供機房，IMS業務都由的數據通信網絡中心統一承擔。728FFF21-533F-4236-8D59-7BCE81E4F887

IMSVPN已加入數據通信網絡，承接各地、各省IMS信令業務和媒體。IMSVPN應該覆蓋本地公司，合格的省級公司可覆蓋下屬公司。省屬、地方可部署CE設備，能夠提供匯接交換機，接入數據通信網絡PE設備，核心網可以借助獨立的物理通信、數據通信網相連，采用雙上行CE設備。將使用兩條獨立的專用數據傳輸鏈路，將IMS主匯接網絡節點和第二匯接網絡節點上的CE設備互聯，能夠確保網絡節點、設備數據信息的一致性，還可以實現不同匯節點的保護。大數據通信網是一個行業專用的通信網絡，主要滿足供電運營管理的需要，保障供電生產正常有效開展。

隨著公司業務的發展，逐步形成多層次網絡并存格局，包括覆蓋公司總部、分公司、省電力公司、直屬單位、三地災備中心和部分直調廠站的數據通信骨干網，以及省級數據通信網。國家電網公司數據通信骨干網建立了以西單集團、三大災備管理中心、太白廣路集團和區域集中節點為核心內容，以部門、區域集團和直屬部隊為骨干的三級MPLSVPN網絡。

2. IPv6在國家電網下一代行政交換網中的應用方案

交換網絡中的IPv6過渡模式是端到端的，涉及終端、網絡、服務、服務支持系統等。而且它與承載網的演進過程息息相關，不可能與IPv的演進同步。因此，IPv6在管理交換網絡中的演進是漸進的，有一定的演進過程。

根據上述大數據分析結論，按照中國從IMS向IPv 6過渡的原則，綜合考慮中國國家電網行政交換網和移動終端的現狀、IMS和承載網發展方案等諸多原因，按照中國國內運營商對于IMS IPv6的發展思路，綜合應用雙棧和翻譯技術，可以完成中國從IMS IPv4網絡向IPv 6的過渡，并建議如下演進方案：

初期演進：IMS對支撐網絡系統和骨干網進行了升級，支持IPv6，但部分支持網絡接入網和交換網的設備仍保留IPv4，支持網絡系統全部4個端口的骨干網也將進行升級，首先支持IPv6，這也涉及各省需要與IMS互聯。因為，公司總部和本地IMS網絡系統都將I-CSCF設置為本地核心網的出口，接收其他IMS網絡系統的電話申請;因此，公司總部和本地IMS網絡系統也將S-CSCF設置為IMS網絡系統跨省互聯的出口，將電話發送到被叫IMS網絡系統上的I-CSCF，以備日后電話連接;要求接入IMS承載網骨干網的交換設備優先升級到雙棧，包括I-CSCF、S-CSCF和一級ENUM/DNS。

演進中前期：承載網、骨干網、省級數據通信網升級支持IPv6，而城市、地區的數據通信網絡和終端仍為IPv4。考慮到省內數據通信網絡將優先考慮城市和地區的數據通信網絡，考慮升級支持IPv6，主要涉及省內IMS通信。現階段需要升級主備IMS核心網設備，支持IPv6。

演進階段：所有支撐網絡、骨干網絡、連接網絡等。升級以支持IPv6和少量IPv6端口。此階段重點工作是將省會/城市公司的數據移動網絡系統升級成IPv6，同時與IPv6聯網連接的端口交換機升級，組建為雙棧，以此解決IPv4端用戶使用與IPv6聯網連接的IMS業務的問題。它還完成了IPv6端口用戶和IPv4端口用戶之間的業務互聯，保證了IPv6或IPv4端口用戶可以通過雙棧SBC連接到IMS，實現了IPv4、IPv6用戶信令代理、多媒體dialing等，能夠有效傳遞地址，可為用戶提供相關的業務支持，以此可以升級為IPv6，如DHCP、DNS等。

（三）IPv6在IMS網絡的應用方案

由于向下一代交換網絡的發展是一個漸進的過程，目前互聯網上的IPv 4設備和用戶數量仍然巨大，下一代交換網絡需要逐步向IPv6過渡。IPv6在IMS網絡中的應用方案主要包括雙棧方案和邊界轉換方案。

1.雙棧方案

在雙棧方案設計中，規定IMS網絡系統中的每個網元都要同步支持IPv4和IPv6。在通過雙棧方案設計將IPv6引入IMS網絡系統時，規定IMS網絡中的每個網元都支持IPv4和IPv6雙棧，在IMS中的每個網元節點上同步實現IPv4和IPv6協議。

2. 邊界翻譯方案

邊界轉換方案是指在IMS網絡域中統一采用IPv4或IPv6地址。當需要互聯或互通的終端、接入網、應用服務器等網絡與IMS網絡域采用的IP版本不同時，在接入或互通邊界設置相應的IPv4和IPv6翻譯功能，完成信令和媒體層面的翻譯和轉換，實現IPv4終端、IPv6終端與IPv4和IPv6終端之間的翻譯和轉換。

根據不同的場景，IMS網絡對邊界功能有不同的要求。承載網向IPv6的發展通常優先于核心網IPv6。然而，隨著承載網向IPv6演進，IMS仍處于IPv4的核心網，有可能出現多種類型的演進場景，同時可對IMS核心網提出相應的技術要求。

（1）IPv4/v6終端接入IMS

當IMS核心網設備采用IPv4，承載網采用IPv6時，IMS網絡應支持IPv4/v6終端接入。IMS還應在端口和P-CSCF之間設置SBC，以確保IMS IPv4核網絡和IPv6支撐網絡在IPv4和IPv6端口之間具有相對連接能力。為了實現IPv4口、IPv6口、IPv4口、IPv6口之間的連接以及它們與應用之間的業務互聯，SBC應支持IPv4/IPv6雙棧。當與IPv6端口連接時，應能在用戶端口與核心網之間的SIP信令層面實現IPv6與IPv 4之間的轉換和交換功能，在IPv6端口注冊時，SBC可實現終端的IPv6與IPv4地址之間的綁定關聯;當任何端口或應用程序需要與IPv6端口連接建立會話時，使用SBC來提供IPv4和IPv6地址連接的綁定關系。當連接IPv4終端時，SBC應能在用戶終端與核心網之間的SDP信令層完成IPv6與IPv4之間的轉換功能。

（2）與其他IPv4/v6網絡互通

當IMS核心網設備使用IPv4，支撐網設備使用IPv6，并提供與其他IPv4、IPv6網絡互聯的支持時，需要IMS網絡的MGCF設備在信令層使IMSIPv 4網絡能夠提供與其他IPv6網絡互聯，并在IPv4、IPv6網絡發展過程中為業務信息互聯提供支持。通過IMS-MGW，IMS IPv6網絡可以在媒體層面與其他IPv4網絡進行通信，實現IPv6與IPv4網絡的業務互聯;同時，MGCF還應支持IPv4/v6雙棧，與IPv6網絡互聯時，應能在網絡間的SIP信令層實現IPv4和IPv6的轉換和交換功能。當與IPv4網絡互聯時，IMS-MGW應該能夠在網絡間的SDP信令層完成IPv6和IPv4之間的轉換功能。

三、結束語

綜上所述，目前國家電網公司已經建立了下一代行政交換網的IMS技術標準體系和IMS網絡建設思路，并開展了當前的網絡體系建設。考慮國內電網管理交換網終端現狀、IMS及承載網發展方案等因素，根據國內運營商對IMS IPv6的發展思路，建議進一步引入雙棧和翻譯技術，完成從IMS IPv4網絡到IPv6的轉換。

參? 考? 文? 獻

[1]孫曉東，李瀟，路陽.國網青海電力基于翻譯的IPv6升級改造方案設計及部署[J].電氣技術與經濟，2021（02）：44-46.

[2]李彬，刁燕燕，宋善坤.IPv6AFT過渡技術在電力信息網絡中的應用[J].數字技術與應用，2019，37（07）：43-44.

[3]任征東，欒文鵬，王鵬，等.基于IPv6的配電自動化系統通信網絡架構[J].電力建設，2017，38（05）：111-115.

作者單位：沈巍? ? 王豐? ? 李妮? ? 李夢琳? ? 張鵬? ? 胡鵬

湖北省電力勘測設計院有限公司728FFF21-533F-4236-8D59-7BCE81E4F887