鐵路通信網IPv6升級改造方案研究

摘要：隨著數字經濟和信息化的快速發展，互聯網協議第六版（IPv6）已經成為互聯網升級演進的必然趨勢。為滿足鐵路信息化發展的需求，鐵路通信網IPv6升級改造勢在必行。本文首先介紹了各項國鐵集團發布的鐵路IPv6相關技術標準，然后，從承載網和業務系統兩個方面分析了鐵路通信網IPv6升級改造的需求及原則，最后，以最具代表性的鐵路綜合視頻監控系統為例，詳細說明了IPv6的升級改造方案，以為鐵路新建、在建及改造工程項目提供范例。

關鍵詞：鐵路通信網；IPv6 數據通信網；業務系統；鐵路綜合視頻監控系統

一、引言

隨著數字經濟和物聯網技術的高速發展，目前廣泛應用的互聯網協議第四版（IPv4）逐漸出現地址資源耗盡、安全創新能力不足、服務質量難以保證等問題。在鐵路方面，對IP地址的需求也明顯增加。目前，各鐵路局各類網絡在用的IPv4地址資源均已使用大半，部分鐵路局IPv4地址資源使用率更是高達90%，已出現整體空間不足、局部資源匱乏等問題。相較于IPv4，IPv6能提供更多的地址資源，且能夠利用更短的報頭提供更快速的地址查找模式。因此，從IPv4地址向IPv6地址升級改造已經勢在必行。

為了貫徹落實網絡強國的重要思想，推進IPv6在鐵路各類網絡中的部署和應用，提高鐵路網絡地址資源使用的便捷性和管理的有效性，規范鐵路IPv6地址的分配、使用等工作，國鐵集團陸續發布了一系列相關文件。其中，《國鐵集團辦公廳關于印發lt;鐵路IPv6地址分配方案gt;的通知》（鐵辦信技[2021]87號）規定了鐵路IPv6的地址結構（一級標識代表所屬鐵路網絡類型，二級標識代表各組織機構，三級標識代表所屬機構的功能區域，四級標識代表功能區域中的功能用途）；《國鐵集團工電部關于修訂印發lt;鐵路通信網IP地址規劃總體方案gt;的通知》（工電通號函[2023]140號）規定了鐵路通信網IP地址的規劃及分配方案，確定了國鐵集團通信中心及所屬18個鐵路局/公司可支配的網絡地址和業務地址數量；《鐵路數據通信網編號規則及路由規范》（Q/CR 973-2023）規定了鐵路數據通信網的IP地址分配、路由配置、VPN設置、QoS設置、網絡狀態檢測、網絡安全配置等內容。

以上方案文件和規范標準，統一并明確了IPv6地址的分配方案，為鐵路新建線路設計、既有線路IPv6升級改造提供了先決條件。

二、鐵路通信網IPv6升級改造需求及原則

（一）鐵路通信網IPv6升級改造需求

1.承載網

鐵路承載網分為傳輸網和數據通信網。其中，數據通信網是IPv6地址升級改造的重點，采用單棧或雙棧的模式實現升級改造。

2.業務系統

鐵路主要通信業務系統設備的升級改造需求：

（1）接入網系統

目前，大部分的接入網系統采用基于有源光網絡的ONU設備或者采用基于無源光網絡的GPON設備。ONU設備利用2M通道與傳輸設備相連，無需IP地址，但存在設備逐步停產的問題；基于無源光網絡的GPON設備及后續可能使用的綜合接入設備（IAD設備）都是基于數據通信網的設備，均需提供IP地址。

（2）調度通信系統

目前，調度通信系統采用的是傳統調度交換機，用2M通道與傳輸設備相連，無需IP地址。后續基于IMS技術的多媒體調度通信系統設備將逐步代替傳統的調度交換機，并利用數據通信網提供數據通道，需要為多媒體調度系統設備提供IP地址。

（3）下一代移動通信系統

目前大面積使用的400M數字無線調度通信系統和GSM-R移動通信系統，均采用2M通道與傳輸設備相連，無需IP地址。這種方式將逐步往下一代移動通信系統OTDR數字無線調度系統和5G-R移動通信系統轉變。下一代移動通信系統設備可使用TCP/IP協議利用數據通信網提供數據通道，因此，需要為下一代移動通信系統設備提供IP地址。

（4）綜合視頻監控系統

隨著《鐵路區間線路視頻監控設置標準》（鐵建設〔2022〕93號）、《鐵路系統反恐怖防范要求》（GA1814-2023）文件的發布，視頻監控需覆蓋沿線重點地區，視頻監控攝像機的數量呈現爆發性增長。隨著新建線路/站房的建設和既有線路/站房的視頻監控補強，攝像機對IP地址的需求會越來越多。

除以上主要的通信業務系統外，還有應急通信系統、電源及設備環境監控系統等也需逐步采用滿足TCP/IP協議的設備，并利用數據通信網進行數據傳輸，也需要為其分配IP地址。

（二）鐵路通信網IPV6升級改造原則

根據鐵路通信網IPv6的升級改造需求，鐵路通信網IPv6的升級改造分為數據通信網升級改造和基于數據通信網的業務系統設備的升級改造。主要的升級改造原則可以分為以下幾點：

1.數據通信網局端節點優先升級改造

建議將各鐵路局數據通信網核心節點路由器及反射路由器優先進行升級改造，并結合各新建工程逐步完成既有匯聚路由器的升級改造，新建匯聚路由器和接入路由器直接采用IPv6接入。

2.新建業務系統設備直接采用IPv6接入

對于上述提到的多媒體調度通信系統、下一代移動通信系統（OTDR數字無線調度系統及5G-R移動通信系統）等新建業務系統的IPv6地址需求直接采用IPv6單棧模式接入。當需要與既有系統互聯互通的時候，不滿足單棧接入條件時采用IPv4/IPv6雙棧模式。

3.既有業務系統設備逐步升級改造

既有業務系統設備可參照數據通信網的升級改造思路，先升級改造鐵路局中心節點，后升級改造樞紐、線路中心節點，采用IPv4/IPv6雙棧模式；既有業務系統終端設備數量龐大，若無升級改造需求可不進行升級；既有業務系統新設的終端設備根據所在地數據通信網的升級改造情況，直接采用IPv6接入或IPv4/IPv6雙棧模式。

三、鐵路綜合視頻監控系統IPv6升級改造方案

鐵路綜合視頻監控系統作為典型的通信業務系統，利用數據通信網進行承載。在新線建設、既有線改造、視頻改造等眾多工程項目中，針對鐵路通信網IPv6的升級改造，往往會遇到鐵路綜合視頻監控系統與鐵路數據通信網升級改造不同步的情況。本小節以鐵路綜合視頻監控系統為例，分別論述在不同情況下的鐵路綜合視頻監控系統的IPv6升級改造方案。

（一）鐵路數據通信網先于鐵路綜合視頻監控系統升級改造

鐵路數據通信網先于鐵路綜合視頻監控系統完成IPv6升級改造。這種情況主要集中在數據通信網利用技改項目已經完成升級改造的工程，這個時候再進行鐵路綜合視頻監控系統升級改造時，可以采用IPv4/IPv6雙棧模式。使用該模式的前提是，鐵路局視頻區域節點已經完成了升級改造，支持IPv4/IPv6雙棧接入模式。

已完成IPv4/IPv6雙棧模式升級改造的視頻接入節點可以使用IPv6協議棧通過已完成改造的鐵路數據通信網與視頻區域節點進行通信；未完成IPv4/IPv6雙棧模式升級改造的視頻接入節點則仍通過鐵路數據通信網的IPv4協議棧與視頻區域節點進行通信。

既有的視頻接入節點至視頻前端部分無需進行升級改造，仍利用IPv4協議與其視頻區域節點進行通信即

可；新建的視頻接入節點，可全部選取支持雙棧的設備，可利用IPv6協議或IPv4協議與其視頻區域節點進行通信。

（二）鐵路綜合視頻監控系統先于鐵路數據通信網升級改造

鐵路綜合視頻監控系統先于鐵路數據通信網完成IPv6升級改造，這種情況主要集中在獨立的視頻改造工程項目。這類項目往往要求新建綜合視頻監控系統僅配置IPv6地址，此時會出現IPv6節點跨越IPv4鐵路數據通信網的情況，建議采用雙棧+6VPE技術來實現跨越。

該方案在視頻接入節點和視頻區域節點間采用6VPE技術。在視頻接入節點對應接入的接入層路由器（PE路由器）、視頻交換機、匯聚路由器上開啟6VPE功能：在PE路由器上開啟IPv4/IPv6雙棧模式，利用VPN的虛擬路由轉發表（VRF）處理綜合視頻監控系統終端設備的IPv6路由；視頻交換機通過光纖直連且獨立端口連接的方式與PE路由器交互；匯聚路由器通過MPLS轉發IPv6路由和IPv6數據。

（三）鐵路綜合視頻監控系統同時跨越已升級改造/未升級改造的鐵路數據通信網升級改造

鐵路綜合視頻監控系統需要同時跨越已IPv6升級改造和未IPv6升級改造的數據通信網進行升級改造。這種情況主要集中在本線需要跨越其他線路才能實現視頻流上傳至視頻區域節點的工程項目。建議采用雙棧+SRv6+EVPN技術。

該方案實現IPv6數據網接入IPv4數據網并承載IPv4業務。在部分路由器設備上開啟SRv6功能，構建SRv6域，并開啟EVPN功能承載IPv4用戶路由；既有數據網VPN使用MPLS-VPN；在SRv6域和MPLS域之間，采用路由重生成技術，實現SRv6和MPLS-VPN的互通映射。

四、結束語

隨著信息化的飛速發展，互聯網協議第六版（IPv6）以其海量的地址空間、擴展的功能特性，成為互聯網演變升級的必然趨勢、網絡技術創新的重要方向、網絡強國建設的基礎支撐，是未來工業互聯網、物聯網、云計算、5G、人工智能等發展的基礎。

本文從國鐵集團最新的IPv6相關標準規范入手，分析了鐵路通信網IPv6升級改造的需求和原則，再以鐵路綜合視頻監控系統為典型案例，分別提出了鐵路數據通信網先于鐵路綜合視頻監控系統、鐵路綜合視頻監控系統先于鐵路數據通信網，以及鐵路綜合視頻監控系統同時跨越已升級改造/未升級改造的鐵路數據通信網三種情況下的IPv6升級改造方案，為鐵路新建、在建和改造工程項目提供了理論基礎和支撐。

作者單位：胡迪尼 中鐵第四勘察設計院集團有限公司

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