DS-Lite CGN实现网络IPv6平滑演进

IPv4/IPv6网络过渡早已成为业界共识，产业链和政府为实现该目标辛苦付出已超过10之久，然而时至今日我们取得的成绩和10年前的期望仍存在悬殊差距，而IPv4所能维持时间已经屈指可数，按照目前消耗速度，IANA和RIR未分配IPv4地址空间将分别在2011/2012年耗尽，IPv4/IPv6网络过渡需求变得越来越迫切。

网络IPv6演进为何进展缓慢

相比IPv4，IPv6具备地址充足，报头高效，即插即用，网络安全，端到端QoS以及良好移动IP等诸多优势，然而网络IPv6演进却进展缓慢，原因何在？

产业链发展不均衡是基本原因，网络IPv6演进涉及网络设备、终端、IT系统、业务系统以及应用程序等各个环节，虽然IPv6技术已经基本发展成熟，但产业链长期存在"木桶短板"现象，网络设备和IT系统已经基本具备IPv6商用部署能力，而绝大多数终端（PC除外）、业务系统和应用程序仍不具备IPv6商用能力，从而导致IPv6网络可支撑业务种类稀缺，运营商利益得不到体现，产业链不均衡从根本上制约了网络IPv6部署。

方案不完善是直接原因，目前骨干网IPv6演进方案已经基本成熟，可满足现阶段需求，但城域网演进方案仍未达到规模部署的程度，其主要问题为用户接入方案，目前存在两种思路，Native IPv6接入方案和双栈接入方案：Native IPv6方案，用户通过PPPoEv6/IPoEv6从IPv6 BNG获取IPv6地址等相关信息，并接入IPv6网络；双栈接入方案，用户通过Single PPP for both IPv4/IPv6或者IPoEv4/IPoEv6获取IPv4/IPv6配置信息，并接入双栈网络。Native IPv6方案可解决IPv4地址短缺，但由于目前绝大多数应用程序无法在纯IPv6主机正常启动，该方案限制了用户业务丰富性，无法适应现阶段网络特征（可应用于网络演进末期）；双栈接入方案，可保障用户业务丰富性，但由于该方案消耗公有IPv4地址，不具规模部署可行性，仅可作为试点技术。方案的不完善，导致网络IPv6演进迟迟不能取得成效。

为促进IPv6增量部署，基于DS-Lite CGN的网络演进方案正逐渐成为目前研究热点。

DS-Lite CGN技术简介

用户由于应用层软件或终端硬件局限等问题，无法短时间内大规模升级到IPv6，而且绝大多数ICP尚无升到IPv6的意愿，未来相当长时间内，网络中的主要流量仍将是IPv4-IPv4流量。基于理性看待IPv4和IPv6的发展关系，实现IPv4业务延续和促进IPv6部署，DS-lite方案被提出来。

DS-Lite实现模型如图1所示，其结合IPv4 in IPv6隧道和IPv4 NAT技术，由AFTR（Address Family Translation Router）和B4（Base Bridge Broadband element，通常为家庭网关或者用户终端 ）协作实施。

图1. DS-Lite模型

B4（家庭网关）开启DHCPv4 Server功能，为内部终端分配私有IPv4地址（若B4为终端，则B4固化私有IPv4地址），运营商网络通过静态配置或DHCPv6等方式通告AFTR位置信息（IPv6地址）。B4发起建立至AFTR的IPv4 in IPv6 隧道（Softwire），封装/解封装出向IPv4数据流/入向IPv6数据流（目的IPv6地址为B4 WAN接口IPv6地址）。

AFTR建立至B4的IPv4 in IPv6隧道（Softwire）并执行NAT功能，实现解封装/封装出向IPv6流量/入向IPv4流量和IPv4-IPv4 NAT。由于用户IPv4地址由用户自行分配，不同用户IPv4地址可能相同，为避免冲突， AFTR内部维护的NAT表项与普通IPv4 NAT不同，增加B4 的WAN接口IPv6地址以区分用户。

DS-Lite模型同时支持IPv6部署，AFTR和B4对IPv6流量执行Native 转发。

DS-Lite CGN部署方案

DS-Lite CGN实现模型分为独立型CGN和融合型CGN两类。独立型CGN整机功能专一，硬件实现DS-Lite AFTR；融合型CGN在BNG（BRAS）平台开发，采用专用业务单板实现DS-Lite，并提供PPPoEv6 /IPoEv6+DS-Lite实现用户接入和DS-Lite AFTR功能。目前业界已经存在相关产品，中兴通讯ZXR10 M6000即可实现独立型CGN又可作为融合型CGN部署。

CGN的部署方案采用独立型CGN还是融合型CGN，业界存有较大分歧，本文将对比分析两种方案的优缺点，并提出自己的观点。

独立型CGN部署方案：独立型CGN部署模型分为两大类：集中式部署和分布式部署。

集中式部署模型，用户通过PPPoEv6/IPoEv6从IPv6 BNG获取IPv6配置信息，并建立至CGN的Softwire，CGN双上联城域网核心CR路由器，实现城域整网用户DS-Lite AFTR功能，并成对部署以实现DS-Lite热备和负载分担，提供网络可用性。其部署模型如图2所示。

图2. 独立型CGN集中式部署模型

分布式部署模型，CGN侧挂城域业务边缘控制层设备IPv6 BNG，实现BNG下挂区域用户AFTR功能，其部署模型如图3所示。

图3. 独立型CGN分布式部署

融合型CGN部署方案：BNG部署PPPoEv6/IPoEv6+DS-Lite ，实现BNG下挂区域用户的IPv6接入和DS-Lite AFTR功能；由于部分现网BNG无法升级，为实现其下挂用户IPv6接入，现网IPv4 BNG作为LAC，IPv6 BNG集成LNS和CGN网关功能，IPv4 BNG（LAC）和IPv6 BNG（LNS）之间建立L2TP隧道，用户家庭网关（B4）和IPv6 BNG之间建立Softwire，从而实现用户IPv6接入，其部署模型如图4所示。

图4. 融合型CGN部署

独立型CGN方案和融合型CGN方案各有优劣，其对比分析如表1。

表1. 独立型CGN方案VS融合型CGN方案

目前来看，由于融合型CGN设备尚不完善，且方案存在现网业务中断风险，低可靠性和扩展性以及维护复杂等缺陷，而独立型CGN方案由于具有现网影响低，相对较高可靠性和扩展性，维护简单和设备升级简单等优点得到运营商的青睐，目前法国电信已经选择在其网络演进初期采用独立型CGN部署方案。

独立型CGN集中式部署方案实现低成本快速部署，不过用户规模受CGN限制，但由于CGN业务单板能力远高于BNG（5倍左右），且随着网络和业务逐渐实现Native IPv6或双栈，DS-Lite应用几率逐渐降低，其生命周期仅存在与网络演进初期和发展期。因此独立型CGN集中式部署方案可作为运营商网络演进最佳选择。独立型CGN分布式部署方案仅在大型城域网场景作为独立型CGN集中式部署的补充，以覆盖大规模用户。

DS-lite CGN理性看待IPv4/IPv6发展关系，实现了网络平滑演进，维护了运营商利益，促进了IPv6部署。

作者：牛启波 来源：中兴通讯