IPv6在國家電網(wǎng) 下一代行政交換網(wǎng)的應(yīng)用

沈巍 王豐 李妮 李夢琳 張鵬 胡鵬

【摘要】? ? IPv6與IPv4技術(shù)對(duì)比，前者的應(yīng)用優(yōu)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?qū)崿F(xiàn)協(xié)議的優(yōu)化，可將接頭擴(kuò)展，從而增強(qiáng)協(xié)議擴(kuò)展能力;并且IP地址的數(shù)據(jù)容量、穩(wěn)定性、網(wǎng)絡(luò)安全管理、移動(dòng)性和服務(wù)水平都得到了顯著提升。IPv6技術(shù)要求所有終端長時(shí)間持有同一個(gè)IP地址，即時(shí)接入互聯(lián)網(wǎng)，可以有效推動(dòng)新一代業(yè)務(wù)模式的轉(zhuǎn)變，可促進(jìn)端到端業(yè)務(wù)的形成，可促進(jìn)數(shù)字多媒體業(yè)務(wù)的發(fā)展。基于此，IPv6技術(shù)可切實(shí)滿足交換網(wǎng)絡(luò)的演變需求，能夠?yàn)橄乱淮W(wǎng)絡(luò)IP技術(shù)的發(fā)展提供明確方向。

【關(guān)鍵詞】? ? IPv6? ? 國家電網(wǎng)? ? 行政交換網(wǎng)

引言：

下一代交換網(wǎng)絡(luò)是指具有時(shí)分復(fù)用負(fù)載的交換網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。與原有的有TDM負(fù)載的交換網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)相比，在TDM上加載的交換網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)交換節(jié)點(diǎn)是交換機(jī)器，而下一代交換網(wǎng)絡(luò)是指有IP負(fù)載的交換網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)交換節(jié)點(diǎn)是軟交換和IMS的節(jié)點(diǎn)。目前各行業(yè)的公共電信網(wǎng)和傳統(tǒng)交換網(wǎng)都開始向下一代交換網(wǎng)發(fā)展，并將向IP多媒體子系統(tǒng)（IMS）發(fā)展。IMS已經(jīng)成為IP網(wǎng)絡(luò)中多媒體技術(shù)服務(wù)的管理核心。它采用IP包技術(shù)的操作系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)語音、視頻、圖像、文本等多媒體技術(shù)服務(wù)。它具有承載與管理分離、終端接口獨(dú)立、會(huì)話管理與業(yè)務(wù)控制分離三大優(yōu)勢，已成為我國下一代信息交換網(wǎng)絡(luò)的主要發(fā)展方向。IMS也是IP網(wǎng)絡(luò)的主要應(yīng)用之一。

一、下一代互聯(lián)網(wǎng)及其發(fā)展契機(jī)

IPv6，互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議第6版的縮寫，也叫IPng （The Next Generation IP），是IETF為替代當(dāng)前版本的IP（IPv4）而設(shè)計(jì)的下一代協(xié)議。也是IP的更新版本。根據(jù)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)的基本原則，互聯(lián)網(wǎng)上的每臺(tái)設(shè)備都必須分配一個(gè)IP地址，以確保它可以與其他設(shè)備通信。但隨著我國新型網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的不斷發(fā)展和涌現(xiàn)，對(duì)地址的要求也越來越高，目前國內(nèi)已經(jīng)達(dá)到了IPv4地址提供的范圍。思科預(yù)測，接入網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)設(shè)備數(shù)量將從2012年的68億美元增加到今年的74億美元，達(dá)到全球總?cè)丝凇ｋS著IPv6的出現(xiàn)，這些問題將會(huì)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(gè)地址，大約是IPv4提出的地址數(shù)量的7.9×1028倍[2]。所以應(yīng)該說，IPv6對(duì)于網(wǎng)址幾乎有著無盡的生存空間。此外，與其他一些技術(shù)相比，IPv6是世界上唯一發(fā)展成熟的技術(shù)，適合大規(guī)模部署。因此，IPv6技術(shù)成為緩解位置資源短缺以滿足互聯(lián)網(wǎng)上日益增長的位置需求的最佳選擇。

IPv6是分組交換網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)層協(xié)議。它給中國的IP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)帶來了端到端的數(shù)據(jù)，這和IPv4的基本設(shè)計(jì)原理是一樣的。IPvI描述的正式版本最早出現(xiàn)在1998年12月頒布的國際互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組標(biāo)準(zhǔn)RFC2460中。

除了學(xué)習(xí)更多地址的問題及其顯著的相關(guān)特性外，IPv6還實(shí)現(xiàn)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(tài)地址可以手動(dòng)設(shè)置）、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的重新編碼、通過中文網(wǎng)絡(luò)更換連接服務(wù)商時(shí)的路由器公告。然后，它還通過在端點(diǎn)上設(shè)置分片來簡化路由器的分類。網(wǎng)絡(luò)安全標(biāo)準(zhǔn)是IPv6架構(gòu)的設(shè)計(jì)要求，涉及國際互聯(lián)網(wǎng)信息安全條約的IPSEC（互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議安全）標(biāo)準(zhǔn)。

二、國家電網(wǎng)下一代行政交換網(wǎng)IPv6演進(jìn)方案

（一）IPv6在國家電網(wǎng)下一代行政交換網(wǎng)中應(yīng)用原則

1.嚴(yán)格遵循中國電網(wǎng)交換網(wǎng)發(fā)展規(guī)律，充分考慮中國電網(wǎng)承載網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略，遵循承載網(wǎng)優(yōu)先于交換網(wǎng)向IPv6演進(jìn)的策略;跨省骨干網(wǎng)優(yōu)先于省內(nèi)/本地?cái)?shù)據(jù)通信網(wǎng)向IPv6演進(jìn);交換網(wǎng)邊界優(yōu)先于交換網(wǎng)核心設(shè)備向IPv6演進(jìn);寬帶用戶優(yōu)先向IPv6演進(jìn)，窄帶用戶維持IPv4。

2.用戶的服務(wù)體驗(yàn)不會(huì)明顯降低。當(dāng)用IMS核心網(wǎng)實(shí)現(xiàn)IPv4或IPv6協(xié)議轉(zhuǎn)換時(shí)，需要所有核心網(wǎng)網(wǎng)元同步切換，否則會(huì)直接影響當(dāng)前業(yè)務(wù)。

3.為了盡可能降低運(yùn)營壓力，保持IMS和公司運(yùn)營活動(dòng)的平穩(wěn)發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展，對(duì)于同一個(gè)IMS核心網(wǎng)的所有網(wǎng)元，組網(wǎng)時(shí)只觀察同一個(gè)IP協(xié)議的一個(gè)IP協(xié)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(wǎng)元如SBC必須支持雙棧，也就是說必須具備將IPv4和IPv6協(xié)議轉(zhuǎn)移到信令和媒體業(yè)務(wù)的功能，可確保IPv6終端業(yè)務(wù)的正常使用。

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

6.不影響目前的服務(wù)應(yīng)用能力和體驗(yàn)。為了保證ims核心網(wǎng)的所有業(yè)務(wù)在IPv4和IPv6協(xié)商切換之前或之后都能順利接入，目前的業(yè)務(wù)系統(tǒng)需要雙棧的支持，第三方網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺(tái)，AS和IMS兩者之間，也需要雙棧支持，以應(yīng)對(duì)IMS核心網(wǎng)的協(xié)商切換問題。

7.為保證在IPv4與IPv6協(xié)議交換前后，IMS核心網(wǎng)的各類業(yè)務(wù)、運(yùn)維工作能夠及時(shí)完成，IMS計(jì)費(fèi)、網(wǎng)管、同步服務(wù)及基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，提供雙棧支持。

（二）IPv6在國家電網(wǎng)下一代行政交換網(wǎng)中應(yīng)用方案

1.國家電網(wǎng)下一代行政交換網(wǎng)及承載網(wǎng)演進(jìn)方案

國家電網(wǎng)行政交換網(wǎng)不變，就新建交換網(wǎng)，選擇IP、扁平化組網(wǎng)方式，實(shí)行省、地區(qū)工程管理辦法。國內(nèi)已有28家單位（總公司、27家省級(jí)）建立了IMS網(wǎng)絡(luò)，所有地方分支機(jī)構(gòu)和國家直屬機(jī)構(gòu)能夠接收問題省份的核心網(wǎng)，不同區(qū)域均建設(shè)了社會(huì)化IMS核心網(wǎng)元，實(shí)現(xiàn)了全省異地1+1榮滅方式，IMS核心技術(shù)設(shè)備建設(shè)在中國發(fā)展電網(wǎng)有限公司財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)為全國通信網(wǎng)工業(yè)信息匯集提供機(jī)房，IMS業(yè)務(wù)都由的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)中心統(tǒng)一承擔(dān)。728FFF21-533F-4236-8D59-7BCE81E4F887

IMSVPN已加入數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，承接各地、各省IMS信令業(yè)務(wù)和媒體。IMSVPN應(yīng)該覆蓋本地公司，合格的省級(jí)公司可覆蓋下屬公司。省屬、地方可部署CE設(shè)備，能夠提供匯接交換機(jī)，接入數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)PE設(shè)備，核心網(wǎng)可以借助獨(dú)立的物理通信、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)相連，采用雙上行CE設(shè)備。將使用兩條獨(dú)立的專用數(shù)據(jù)傳輸鏈路，將IMS主匯接網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和第二匯接網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上的CE設(shè)備互聯(lián)，能夠確保網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、設(shè)備數(shù)據(jù)信息的一致性，還可以實(shí)現(xiàn)不同匯節(jié)點(diǎn)的保護(hù)。大數(shù)據(jù)通信網(wǎng)是一個(gè)行業(yè)專用的通信網(wǎng)絡(luò)，主要滿足供電運(yùn)營管理的需要，保障供電生產(chǎn)正常有效開展。

隨著公司業(yè)務(wù)的發(fā)展，逐步形成多層次網(wǎng)絡(luò)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(zāi)備中心和部分直調(diào)廠站的數(shù)據(jù)通信骨干網(wǎng)，以及省級(jí)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)。國家電網(wǎng)公司數(shù)據(jù)通信骨干網(wǎng)建立了以西單集團(tuán)、三大災(zāi)備管理中心、太白廣路集團(tuán)和區(qū)域集中節(jié)點(diǎn)為核心內(nèi)容，以部門、區(qū)域集團(tuán)和直屬部隊(duì)為骨干的三級(jí)MPLSVPN網(wǎng)絡(luò)。

2. IPv6在國家電網(wǎng)下一代行政交換網(wǎng)中的應(yīng)用方案

交換網(wǎng)絡(luò)中的IPv6過渡模式是端到端的，涉及終端、網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)、服務(wù)支持系統(tǒng)等。而且它與承載網(wǎng)的演進(jìn)過程息息相關(guān)，不可能與IPv的演進(jìn)同步。因此，IPv6在管理交換網(wǎng)絡(luò)中的演進(jìn)是漸進(jìn)的，有一定的演進(jìn)過程。

根據(jù)上述大數(shù)據(jù)分析結(jié)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(wǎng)行政交換網(wǎng)和移動(dòng)終端的現(xiàn)狀、IMS和承載網(wǎng)發(fā)展方案等諸多原因，按照中國國內(nèi)運(yùn)營商對(duì)于IMS IPv6的發(fā)展思路，綜合應(yīng)用雙棧和翻譯技術(shù)，可以完成中國從IMS IPv4網(wǎng)絡(luò)向IPv 6的過渡，并建議如下演進(jìn)方案：

初期演進(jìn)：IMS對(duì)支撐網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和骨干網(wǎng)進(jìn)行了升級(jí)，支持IPv6，但部分支持網(wǎng)絡(luò)接入網(wǎng)和交換網(wǎng)的設(shè)備仍保留IPv4，支持網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)全部4個(gè)端口的骨干網(wǎng)也將進(jìn)行升級(jí)，首先支持IPv6，這也涉及各省需要與IMS互聯(lián)。因?yàn)椋究偛亢捅镜豂MS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)都將I-CSCF設(shè)置為本地核心網(wǎng)的出口，接收其他IMS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的電話申請(qǐng);因此，公司總部和本地IMS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)也將S-CSCF設(shè)置為IMS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)跨省互聯(lián)的出口，將電話發(fā)送到被叫IMS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)上的I-CSCF，以備日后電話連接;要求接入IMS承載網(wǎng)骨干網(wǎng)的交換設(shè)備優(yōu)先升級(jí)到雙棧，包括I-CSCF、S-CSCF和一級(jí)ENUM/DNS。

演進(jìn)中前期：承載網(wǎng)、骨干網(wǎng)、省級(jí)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)升級(jí)支持IPv6，而城市、地區(qū)的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)和終端仍為IPv4。考慮到省內(nèi)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)將優(yōu)先考慮城市和地區(qū)的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，考慮升級(jí)支持IPv6，主要涉及省內(nèi)IMS通信。現(xiàn)階段需要升級(jí)主備IMS核心網(wǎng)設(shè)備，支持IPv6。

演進(jìn)階段：所有支撐網(wǎng)絡(luò)、骨干網(wǎng)絡(luò)、連接網(wǎng)絡(luò)等。升級(jí)以支持IPv6和少量IPv6端口。此階段重點(diǎn)工作是將省會(huì)/城市公司的數(shù)據(jù)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)升級(jí)成IPv6，同時(shí)與IPv6聯(lián)網(wǎng)連接的端口交換機(jī)升級(jí)，組建為雙棧，以此解決IPv4端用戶使用與IPv6聯(lián)網(wǎng)連接的IMS業(yè)務(wù)的問題。它還完成了IPv6端口用戶和IPv4端口用戶之間的業(yè)務(wù)互聯(lián)，保證了IPv6或IPv4端口用戶可以通過雙棧SBC連接到IMS，實(shí)現(xiàn)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(guān)的業(yè)務(wù)支持，以此可以升級(jí)為IPv6，如DHCP、DNS等。

（三）IPv6在IMS網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用方案

由于向下一代交換網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展是一個(gè)漸進(jìn)的過程，目前互聯(lián)網(wǎng)上的IPv 4設(shè)備和用戶數(shù)量仍然巨大，下一代交換網(wǎng)絡(luò)需要逐步向IPv6過渡。IPv6在IMS網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用方案主要包括雙棧方案和邊界轉(zhuǎn)換方案。

1.雙棧方案

在雙棧方案設(shè)計(jì)中，規(guī)定IMS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的每個(gè)網(wǎng)元都要同步支持IPv4和IPv6。在通過雙棧方案設(shè)計(jì)將IPv6引入IMS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時(shí)，規(guī)定IMS網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)網(wǎng)元都支持IPv4和IPv6雙棧，在IMS中的每個(gè)網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)上同步實(shí)現(xiàn)IPv4和IPv6協(xié)議。

2. 邊界翻譯方案

邊界轉(zhuǎn)換方案是指在IMS網(wǎng)絡(luò)域中統(tǒng)一采用IPv4或IPv6地址。當(dāng)需要互聯(lián)或互通的終端、接入網(wǎng)、應(yīng)用服務(wù)器等網(wǎng)絡(luò)與IMS網(wǎng)絡(luò)域采用的IP版本不同時(shí)，在接入或互通邊界設(shè)置相應(yīng)的IPv4和IPv6翻譯功能，完成信令和媒體層面的翻譯和轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)IPv4終端、IPv6終端與IPv4和IPv6終端之間的翻譯和轉(zhuǎn)換。

根據(jù)不同的場景，IMS網(wǎng)絡(luò)對(duì)邊界功能有不同的要求。承載網(wǎng)向IPv6的發(fā)展通常優(yōu)先于核心網(wǎng)IPv6。然而，隨著承載網(wǎng)向IPv6演進(jìn)，IMS仍處于IPv4的核心網(wǎng)，有可能出現(xiàn)多種類型的演進(jìn)場景，同時(shí)可對(duì)IMS核心網(wǎng)提出相應(yīng)的技術(shù)要求。

（1）IPv4/v6終端接入IMS

當(dāng)IMS核心網(wǎng)設(shè)備采用IPv4，承載網(wǎng)采用IPv6時(shí)，IMS網(wǎng)絡(luò)應(yīng)支持IPv4/v6終端接入。IMS還應(yīng)在端口和P-CSCF之間設(shè)置SBC，以確保IMS IPv4核網(wǎng)絡(luò)和IPv6支撐網(wǎng)絡(luò)在IPv4和IPv6端口之間具有相對(duì)連接能力。為了實(shí)現(xiàn)IPv4口、IPv6口、IPv4口、IPv6口之間的連接以及它們與應(yīng)用之間的業(yè)務(wù)互聯(lián)，SBC應(yīng)支持IPv4/IPv6雙棧。當(dāng)與IPv6端口連接時(shí)，應(yīng)能在用戶端口與核心網(wǎng)之間的SIP信令層面實(shí)現(xiàn)IPv6與IPv 4之間的轉(zhuǎn)換和交換功能，在IPv6端口注冊(cè)時(shí)，SBC可實(shí)現(xiàn)終端的IPv6與IPv4地址之間的綁定關(guān)聯(lián);當(dāng)任何端口或應(yīng)用程序需要與IPv6端口連接建立會(huì)話時(shí)，使用SBC來提供IPv4和IPv6地址連接的綁定關(guān)系。當(dāng)連接IPv4終端時(shí)，SBC應(yīng)能在用戶終端與核心網(wǎng)之間的SDP信令層完成IPv6與IPv4之間的轉(zhuǎn)換功能。

（2）與其他IPv4/v6網(wǎng)絡(luò)互通

當(dāng)IMS核心網(wǎng)設(shè)備使用IPv4，支撐網(wǎng)設(shè)備使用IPv6，并提供與其他IPv4、IPv6網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的支持時(shí)，需要IMS網(wǎng)絡(luò)的MGCF設(shè)備在信令層使IMSIPv 4網(wǎng)絡(luò)能夠提供與其他IPv6網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，并在IPv4、IPv6網(wǎng)絡(luò)發(fā)展過程中為業(yè)務(wù)信息互聯(lián)提供支持。通過IMS-MGW，IMS IPv6網(wǎng)絡(luò)可以在媒體層面與其他IPv4網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)IPv6與IPv4網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)互聯(lián);同時(shí)，MGCF還應(yīng)支持IPv4/v6雙棧，與IPv6網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)時(shí)，應(yīng)能在網(wǎng)絡(luò)間的SIP信令層實(shí)現(xiàn)IPv4和IPv6的轉(zhuǎn)換和交換功能。當(dāng)與IPv4網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)時(shí)，IMS-MGW應(yīng)該能夠在網(wǎng)絡(luò)間的SDP信令層完成IPv6和IPv4之間的轉(zhuǎn)換功能。

三、結(jié)束語

綜上所述，目前國家電網(wǎng)公司已經(jīng)建立了下一代行政交換網(wǎng)的IMS技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系和IMS網(wǎng)絡(luò)建設(shè)思路，并開展了當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)體系建設(shè)。考慮國內(nèi)電網(wǎng)管理交換網(wǎng)終端現(xiàn)狀、IMS及承載網(wǎng)發(fā)展方案等因素，根據(jù)國內(nèi)運(yùn)營商對(duì)IMS IPv6的發(fā)展思路，建議進(jìn)一步引入雙棧和翻譯技術(shù)，完成從IMS IPv4網(wǎng)絡(luò)到IPv6的轉(zhuǎn)換。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]孫曉東，李瀟，路陽.國網(wǎng)青海電力基于翻譯的IPv6升級(jí)改造方案設(shè)計(jì)及部署[J].電氣技術(shù)與經(jīng)濟(jì)，2021（02）：44-46.

[2]李彬，刁燕燕，宋善坤.IPv6AFT過渡技術(shù)在電力信息網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2019，37（07）：43-44.

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

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