2012年公有IP地址分配的正式结束,带来了整个行业的IPv6讨论热和试点热潮,最近似乎慢慢冷却了下来。或许这是我离开行业1年的原因,对业界的发展缺乏了解,希望如此。但是,对后IPv4年代,IPv6、私有IPv4网络如何部署和演进,本人对目前的业界思路有不同的观点在这里表达。

个人觉得这关系到网络演进的速度、成本和效率。未来超过10年的很长一段时间内,应该存在逻辑上三张并行的网络:公有IPv4、私有IPv4和IPv6,集中互联互通,并充分发挥CDN的作用。私有IPv4、IPv6网络要逻辑独立成网,而不是孤岛式的存在。目前网络边缘BRAS上部署NAT的方式,创造了无穷孤岛,投资巨大,应该被放弃。

IPv6和私有IPv4网络如何建设过渡是一个复杂的、系统的社会工程,超越了简单的技术范畴,也超出了运营商的职责范畴,需要产业链协同推动。IPv4向IPv6过渡有其内在的规律,我们只有在认识规律并遵循规律的基础上,顺势而为,才能获得成功。 这个规律就是过渡需要经历IPv4资产保值、IPv6准备和IPv6繁荣这三个演进阶段,我们只能在有限范围内缩短或者延长某一阶段的时间,但是无法颠倒顺序。不同阶段的场景和任务不同,所依赖的技术也不同,所以不同的技术将先后登场,是一场技术的接力赛。中间过渡技术在完成使命后,最后全部退出舞台,只留下IPv6造福人类。

一、IPv6产业链的起跑门槛是多少?

新贵与遗老续:IPv6的生而不活与IPv4的死而不僵

图1是1997年-2002年IPv4网络发展演进图,该阶段是IPv4从无到有,从小到大的快速发展过程。从IPv4发展历史可以看出,当上网终端和用户达到一定规模后,产业将进入良性发展。中国IPv4进入良性发展期,活跃商用用户和终端规模大概是300万,这个规模足以吸引内容提供商ICP前来淘金。由于已经有了IPv4网络,个人估计IPv6的良性发展起点为800万左右,这个规模用户群将足够吸引ICP前来淘金,类似于铁通现在的用户规模。

所以,现在政府、网络运营商和内容提供商应该一起努力,尽早在一定区域内发展800万用户的IPv6网络。有人不太赞同这个观点和数据,认为IPv4年代有电子邮件、FTP、网页流量等杀手级应用,才促成了IPv4的快速发展。现在IPv6没有杀手级的应用,不会再次起飞。个人不太认同,有人的地方,就有生意,传统的业务同样可以带动起飞,只是门槛高了一点。

二、演进的主要阶段及其特点

第一阶段:IPv4资产保值阶段。该阶段公有IPv4地址刚刚耗尽,存在巨大的IPv4资产,IPv6还没有准备好,互联网还需要继续发展。所以,该阶段的主要任务是确保互联网的继续发展,互联网业务的继续提供,网络、终端、应用、信息等等IPv4资产继续利用。因此,无奈之下,只能在运营商网络引入IPv4私有地址。为了实现私有IPv4和公有IPv4的互通,必须在运营商网络引入NAT444技术。

虽然NAT444技术在企业等得到广泛的使用,但是运营商级的NAT444在容量、可靠性、网络安全等方面的有特殊的要求,必须对现有NAT444技术进行必要的规范和完善;必须在开始引入私有地址的阶段进行系统而规范的地址和路由规划,便于实现未来向IPv6的平滑过渡;尽量将私有IPv4规模组网,实现IPv4私有地址之间的流量在网内转发,不经过NAT444,将通过NAT444流量降低到最小。具体见后面的部署论述。

私有IPv4将长期存在,这是客观规律。互联网是全球范围的,即使中国完成了IPv6,其他国家仍然是IPv4,尤其是美国和欧洲,他们拥有大量的IPv4地址,并且已经趋于发展饱和。所以全世界要实现V4向V6的全面升级,是超过10年的事件。

第二阶段,准备阶段。该阶段的主要任务是建设IPv6的网络,发展IPv6客户,培育IPv6应用。要实现IPv6真正规模商用,必须采用主流的PPPoE和DHCP方式实现用户接入和用户管理,必须构建全国、全球互通的IPv6网络,不允许IPv6孤岛存在,IPv4与IPv6网络集中互联互通。所以准备阶段的主要工作是实现物理上IPv4/V6双栈但是逻辑上两网并行的网络改造目标,主要工作是:实现终端和接入网络支持IPv4/V6,实现PPPoE和DHCP协议以及用户管理系支持IPv4/V6双栈,必须建成和完善IPv6的DNS系统,必须实现骨干网络具备IPv6的传送能力。骨干网络可以采用MPLS 6PE等技术。完成了以上工作后,网络的准备工作基本结束。世界范围内,该阶段将持续10多年。对于某一运营商,将花费5年左右时间。

第三阶段,繁荣阶段。该阶段IPv6已经成为主体,IPv6应用已经普及,网络已经逐步实现IPv6单栈,但是还存在少量的IPv4客户和应用,为此需要引入IPv4 over IPv6的技术,如传统的L2TP拨号接入技术,满足少量IPv4客户的需要。

以上过渡过程是客观规律,局部可以跨域,但是整体而言,无法跨域。

三、 过渡期网络架构

在向IPv6的过渡过程中,将长期存在逻辑上的三张并行的网络:现有IPv4网络、私有IPv4网络和IPv6网络。理论上讲,IPv4和私有IPv4网络是逻辑上的一张网络,两者是同一技术体系,私有和公有是人为划分的。为了保持IPv4网络的简单纯洁,保证现有IPv4客户和应用的持续稳定,将私有IPv4与IPv4网络分离开来是应该的。IPv4与IPv6是完全独立的网络体系,两者是并行的、永无交叉点的网络。单台物理设备支持IPv4/V6双栈,并没有改变两者独立独行、完全分离的本质。所以,将来会存在三张逻辑网络,各自有自己的网络组织和路由组织。

新贵与遗老续:IPv6的生而不活与IPv4的死而不僵图3:过渡期间网络架构图

为什么要将私有IPv4和IPv6单独成网,而不是将其限制在边缘,采用边缘孤岛模式?主要是减少穿越NAT的流量,减少投资,减少对应用的影响,便于与IDC中应用的互通,便于CDN的部署。有人担心集中互通,带来瓶颈,其实不然。

在发展初期,私有IPv4用户规模小,业务流量不会太大,所以NAT444的容量和Session数不是问题。当私有IPv4在线用户规模超过200万后,占流量30%并且消耗大量Session数的P2P流量将有很大部分在网内互通,当用户规模达到500万后,P2P的流量基本上可以限制在网内。同时,占 50%的视频流量可以通过CDN直接分发到私有IPv4网络内部,减轻NAT444的压力;私有IPv4独立组网后,IDC以及主流互联网应用可以与私有IPv4网络直达,绕开NAT444转换节点;私有IPv4网络内部点对点的用户文件传输,不必经过NAT444.

综合以上后,穿越NAT444的流量不会特别大,到了一定用户规模后,反而可能减少,大大节省投资。这就类似于中国电信163与中国网通169之间,由于各自拥有了巨大的客户群,互联互通带宽只有400G.而在电信和联通没有分开以前,163骨干网络南北之间的带宽占全网的1/3,现在只有联通和电信骨干网络带宽的1/100不到。流量哪里去了?被IDC/OTT双挂了,被CDN分发了。私有IPv4和IPv6独立组网后,同样会是这种现象。目前铁通大概1000万用户,互联互通的带宽大约几百G.现在通过缓存、CDN、引入OTT等方式,互联互通带宽基本处于稳定状态。几百G的NAT444,如果分布在3-4个互联点,在性能上根本不是问题。

其次,独立成网简化运行维护管理。将NAT444部署在BRAS等边缘化,将形成数以千计的孤岛和互联互通接点,这给运行维护和故障排查带来巨大的挑战,同时增加BRAS/SR的复杂度和投资。另外,分散的BRAS上部署NAT444和NAT64,统计复用利用率极低,单点故障多。

最后,在BRAS上部署NAT能力,必将只能由传统的设备制造商参与,尤其主流BRAS提供商,将阻碍社会其它技术力量的参与。NAT是一个专业的技术,NAT对应用有影响,尤其是NAT64,应该充分发挥全社会的技术力量和优势,给它们创造条件很有必要。

所以将私有IPv4单独组网,适度集中地与IPv4互通,既能够节省投资,又能够减轻维护。举例如下,对于1000万私有IPv4用户的网络,平均1M/用户,那么全部流量为10T.如果采用边缘模式,10T流量将全部穿越NAT444设备。如果1000万用户单独成网,估计只有20%左右的流量会穿越互联点,加上集中后的统计复用,总体将节省超过80%的投资。未来5年,中国将增加5000-8万用户,大概需要5-8个私有IPv4网络。IPv4与IPv6之间的互联互通情景和策略应该类似私有IPv4.

四、充分发挥CDN的重要作用

CDN能够将数据中心的应用和内容分发到私有IPv4、IPv6网络中。CDN从数据中心获取源内容和应用是采用公有IPv4地址,面向客户是私有IPV4或者IPv6.这样既完成了NAT444和NAT64的功能,又完成了ALG的功能,又实现了内容和应用的就近服务。CDN本身就可以作为业务提供给OTT等客户。所以,建议在IPv6的演进过程中,充分发挥CDN的作用。我们要跳出网络层,从更多层次思考解决方案。

我曾经问IPv6团队的朋友:如何衡量IPv6网络的规模和成功。他们普遍认为是用户数。我说:个人觉得IPv6的流量更加重要。如果在未来3年内,IPv6的流量能够占到10-15%,那你们就可以申请国家科技进步奖了。如果发展了1000万客户,但是不到1%的流量,这个就难以交代和验证。要发展IPv6的流量,最直接的就是做OTT视频,就是用CDN将视频应用拉到IPv6网络上。遗憾的是,运营商将CDN作为IPv6解决方案的一部分,没有接受。

为了便于部署CDN,私有IPv6和IPv6要规模组网。如果都是孤岛式的边缘存在,CDN将无法部署。

五、主动和消极的两种方式

IPv6的发展,必须应用平台、网络和终端三者同步前进,而运营商只掌握网络,所以,理论上它无法单独推动IPv6.所以消极为主。等到私有IPv4无处不在,NAT经过N次,这个时候,应用层的具体应用无法连接,用户跟踪、调度、分析、安全认证等无法进行,OTT们将积极投入,运营商顺势而为。

但是主动的途径也是有的,那就是IPTV业务。IPTV的平台、终端、网络都有运营商自己掌握,可以实施端到端的IPv6引入。有人说,IPTV是一个封闭的网络,没有必要引入V6,这个我同意。但是这种引入,目的是为了验证网络、培养维护团队,而不是优化业务。出发点不一样!

六、IPv6建设和过渡关键技术

如图3所示,IPv6建设和过渡期,技术主要分为三大类:骨干网络技术,接入网络技术和互联互通技术。

骨干网络技术主要有IPv6 Over MPLS、双栈和IPv6单栈单独建网,这三种方式将先后登场。首先是IPv6 over MPLS在初期使用,理论上能够承载无限制客户,实际承载1000-2000万客户是可行的,接着是双栈,再接着是单栈。从实际情况来看,骨干双栈阶段可以跳跃,直接进入IPv6单栈组网。

接入网络技术主要是PPPoE和DHCP为主,6RD、DS.lite、L2TP等隧道技术为辅。所以重点是推动BRAS/SR对PPPoE和DHCP在术对IPv6方面的支持,而不应该将6RD、DS.Lite等辅助技术作为准备的重点。如果要用隧道技术,传统成熟的L2TP也可以继续使用。

互联互通技术。V4与V6之间的互通,本质上是应用互通,而不是网络互通。IPv4与IPv6完全不同的编址体系,两者根本不可能互通。由于应用的多样化,应用互通必将存在多种翻译技术,如NAT46、IVI等等,实现应用互通的主体应该是内容和应用提供商,而不是网络运营商。从现在P2P、及时通信(IM)等应用穿越NAT44的实现方式看,ALG都是应用层自己解决,网络层只提供了NAT44的能力。在IPv4与IPv6互通方面,必将延续这种分工,ALG部分由内容提供商ICP去实现,运营商可以提供多种互通能力。

七、总结

在向IPv6过渡期间,网络架构存在3个稳态:IPv4网络、IPv4/V6双栈网络、IPv6网络,而IPv6 over IPv4和IPv4 Over IPv6都是暂态的、辅助的技术和接入方式。无论IPv4时代,还是IPv6时代,PPPoE和DHCP是接入方式的绝对主体,BRAS对双栈PPPoE和DHCP的支持是过渡的前提条件,是准备工作的重点内容。

CDN是促进IPv6发展的重要途径。虽然BRAS对PPPoE和DHCP的双栈的支持还不成熟,我们应该推动,宁愿等待,也不应该另寻它径,缘木求鱼。6RD、DS.lite这些技术是很好的技术,有其特殊的应用场景,但是对运营商来讲,它们只是辅助的接入方式,可以采用专用的设备来实现,不应该为此影响整个网络架构和设备形态。IPv6与IPv4的互连互通,必将存在多种技术和部署模式,必须是ICP为主导,运营商配合实现。

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