IPv4/IPv6过渡时期的DSL宽带接入

摘要　本文讨论了DSL和IPv6两种技术的互补性，对IPv4/IPv6混合组网环境下DSL宽带接入的实施方案作了分析。

1、引言

随着中国下一代互联网（CNGI）项目正式启动，IPv6将会在未来几年取代IPv4成为下一代互联网的标准协议。DSL作为目前应用最广的宽带接入技术，其特点决定了它在IPv6过渡时期仍会被广泛采用。因此，如何在IPv4/IPv6过渡时期的混合组网环境下实现电信级的DSL宽带接入已经成为电信运营商不可回避的一个重要课题。

2、DSL与IPv6

2.1　DSL技术简介

DSL（Digital Subscriber Line）即数字用户线，是指采用不同调制方式将信息在现有PSTN引入线上高速传输的技术，包括ADSL、RADSL、HDSL、SDSL和VDSL等，最高可达52Mbit/s的下行速率和6Mbit/s的上行速率。其各自特点如表1所示。

表1　DSL家族

与其他宽带接入技术相比，DSL有明显优势。首先，DSL可以利用现有的电话线路作为本地环路，不需要改变中心局交换软件，只在用户请求服务时才工作，降低接入成本。其次，DSL可以提供多种接入方式，可以满足不同的接入需求，并可提供VPN等附加服务。最后，DSL接入在认证、授权和计费方面比较成熟，支持速率控制、业务选择和策略控制等功能。虽然目前的DSL技术在带宽方面还不占优势，但考虑到上述优点和它对ATM和IP骨干网的良好支持，DSL仍然是目前应用最广和最具发展潜力的"最后一公里"接入技术。

2.2　DSL与IPv6的互补性

下一代Internet协议IPv6是针对目前普遍使用的IPv4协议的不足而提出的。与IPv4相比，IPv6在地址空间、分组处理效率、移动性、安全性和对QoS的支持等方面都有明显的优势。目前IPv6标准已经成型，技术方面的问题基本解决，全球网络将在未来几年全面进入从IPv4到IPv6的过渡时期。在IPv6的普及化进程中，电信级的IPv6宽带接入是一个重要环节。作为目前最具潜力的宽带接入技术，DSL在IPv6过渡期如何部署引人关注。事实上，DSL具备了与IPv6紧密融合的技术特征：

（1）DSL永久在线的特点使它比交换网接入耗费更多IP地址。DSL的全面发展加剧了IPv4地址短缺的问题。IPv6提供了128bit地址空间，可以彻底解决IP地址不足的问题。

（2）DSL和宽带互联网接入是同义的，充足的带宽为多个终端共享一个连接提供了可能。如果不进行NAT，而ISP又没有进一步限制，那么同一条DSL线路可以分配多个IP地址。然而这样大规模地在每条DSL线路上分配多个IPv4地址难免会造成地址浪费，也使路由变得更加复杂。IPv6近乎无限的地址空间可以实现分层地址，简化了路由管理和用户地址分配。

（3）DSL的永久在线为点对点软件的开发提供了理想的环境，例如互联网电话（ToIP）和多媒体文件交换。由于IPv6提供了真正的点对点通讯，之间不需经过地址转换设备（NAT/NAPT）转换为公网IP，因而十分适合点对点程序。

双栈协议、隧道技术和NAT-PT是IPv6协议解决过渡问题的基本技术，由于DSL现有架构对IPv6协议具有良好的适应性，因此将现有的DSL组网方案和IPv6过渡技术相融合可以解决IPv6过渡时期混合组网环境下DSL宽带接入的体系结构问题。

2.3　双栈过渡技术

在IPv6过渡技术中，双协议栈是指在节点中同时具有IPv4和IPv6两个协议栈，它既可以收发IPv4数据包，也可以收发IPv6数据包，使IPv4和IPv6新旧两种协议同时运行在同一个网络环境中。IPv4/v6双栈路由器是混合组网环境下最核心的网络设备，电信运营商在构建过渡环境下的双栈网络时，既可以考虑在原有IPv4网络体系中添加一些双栈路由器来支持IPv6，也可以考虑使用软件或用双栈路由器升级原有的IPv4路由器。相比之下，虽然将网络全面升级为双栈网络的工程复杂，成本也较高，但当IPv6发展到一定阶段，其业务量有了很大的增长，隧道技术必然不能解决问题，建立双栈网络甚至专用IPv6网络是大势所趋。DSL宽带接入网作为电信级运营网承载的用户数和数据量都十分巨大，使用隧道技术实现IPv6不但配置复杂，而且性能上也难以满足要求；因此，在过渡时期构建IPv4/v6双栈网络不可避免。

3、IPv6过渡时期DSL宽带接入方案

3.1　IPv4接入方案

目前普遍使用的DSL宽带接入架构如图1所示。一般住宅用户使用DSL Modem作为CPE；针对企业级应用，使用DSL Router可使组网更方便灵活。

图1　DSL接入参考结构和IPv4实现示例

3.2　过渡时期接入方案

在IPv6过渡时期的混合组网环境下，DSL服务供应商可以通过将接入网中的第三层设备（如主机和路由器等）升级为双栈设备以实现对混合组网环境下的DSL宽带接入的支持。以下是几种在IPv4/v6混合组网环境下可行的DSL宽带接入方案。

3.2.1　双栈桥接接入

方案一网络拓扑如图2所示。用户端安装了双栈的DSL接入路由器。路由器可以整合了DSL Modem，也可以通过以太网连接到外部的DSL Modem。ATM PVC建立在DSL Modem和ISP的BRAS接口之间。IPv4和IPv6包根据AAL5多协议封装标准被封装成ATM信元在PVC上直接转发。每种协议只有一条PVC通道。BRAS同时连接到ISP的IPv4和IPv6骨干网中。NSP需要接入IPv4和IPv6互联网的服务器和核心路由器也都接入到骨干网中。DSL接入路由器需要静态地配置IPv4公网地址和IPv6地址前缀，而不能根据每个连接动态配置。

图2　双栈桥接接入方案

3.2.2　双栈PPPoA/PPPOE接入

方案二网络拓扑如图3所示。CPE和BRAS设备的使用和桥接接入方案相同，所不同的是用户和ISP之间通过PPP动态连接，因此需要在骨干网中部署IPv4和IPv6接入所需的Radius服务器。根据接入路由器的不同，用户端和BRAS之间可以使用PPPoA或PPPoE建立连接。IPv4和IPv6连接参数保存在NSP的RADIUS数据库当中。DSL接入路由器和BAS之间只建立一条PPP链路，并在上面建立PPPv4（IPCP）和PPPv6（IPv6CP）会话。这使得IPv4和IPv6协议共用一个PPP标识。对于IPv4，BRAS和接入路由器之间建立起PPPv4会话并通过IPCP传递IPv4配置信息。对于IPv6，则通过PPPv6会话的IPv6CP实现。基于DHCPv6的地址前缀指派机制会向接入路由器分配IPv6前缀。随后这个前缀会在用户端公告，以实现IPv6终端的自动配置。

图3　双栈PPPoA/PPPoE接入方案

3.2.3　双栈PPP/L2TP隧道接入

方案三网络拓扑如图4所示。该方案中，PPPv4和PPPv6会话在用户DSL路由器和服务供应商L2TP网络服务器（LNS）之间建立。这个双PPP会话包括两个会话：第一个会话根据DSL线路的接口通过以太网（PPPoE）或ATM（PPPoA）在接入路由器和BRAS之间建立。第二个会话通过L2TP隧道在BRAS和LNS之间建立。BRAS作为L2TP接入集线器（LAC）使得用户端发起的PPP会话可以转发向LNS。用户端的验证和配置参数由RADIUS服务器管理。DHCPv6应用于LNS和用户DSL路由器之间的PPPv6链路上，LNS充当DHCPv6服务器，DSL路由器充当DHCPv6客户。值得一提的是，NAP主干仍旧使用IPv4。这意味着即便与NAP之间的互连仍然采用基于IPv4的L2TP，但NSP已经可以开始提供纯IPv6服务。

图4　企业双栈PPP/L2TP隧道接入方案

3.2.4　双栈PPPoE/桥接接入

方案四网络拓扑如图5所示。局域网通过DSL Modem桥接接入到DSL网络。在桥接接入的方式中，DSL Modem对于IP协议是完全透明的，无论是IPv4还是IPv6。这种架构下，每个用户只有一条ATM PVC。基于ATM的IPv4 PPPoE和IPv6以太网使用AAL5桥接方式在PVC上同时封装多种协议进行传送。IPv4接入通过建立在Modem和BAS之间基于ATM PVC的PPPv4会话实现；IPv6以同样的方式从RADIUS v6服务器获得用户端的网络前缀，IPv6用户使用该前缀自动配置。

图5　双栈PPPoE/桥接混合接入方案

3.3　方案比较

根据上面的介绍，可以对这几种实现方案进行如表2所示的对比。

表2　DSL宽带接入过渡方案对比

方案一保留了目前IPv4的应用方式；针对IPv6应用，基于DHCPv6的前缀指派机制可以简化网络管理。缺点是CPE需要使用双栈接入路由器，需要手工配置，增加了接入成本和复杂性。该方案适合为企业用户提供接入服务。

方案二主要的优点在于IPv4和IPv6有相似而统一的用户管理方式。除此以外，IPv4 IPCP和IPv6前缀指派的自动配置机制使得这一方案十分适合大规模的实施。但该方案仍存在方案一接入成本高的缺点，适合商用环境的接入。

方案三不仅提供了IPv4和IPv6双接入方案，而且提供了基于IPv4和IPv6双接入的附加服务，如安全，QoS和移动性。专为ISP通过L2TP与一个或多个NAP建立PPP会话而设计。特别适合ISP为使用IPv4和IPv6接入的企业用户提供附加服务。

方案四无需对CPE进行设置就可以十分方便的在目前的IPv4网络上实施，可以满足服务供应商在原来已经向用户提供IPv4 PPPoE互联网接入的基础上再新增真正的IPv6接入服务。它可以在用户现有的DSL Modem上提供新的IPv6服务，无须增加接入成本。允许多个终端通过一个DSL Modem使用多个公网IP，而以往IPv4架构只能通过在用户端安装路由器来支持多个接入终端。所有拥有公网地址的纯IPv6终端对于ISP都是可见的，这使得主机可以支持更多的服务，ISP也可以逐步关闭IPv4接入。该方案是过渡时期一种比较理想的家庭用户接入方案。

4、结束语

正当DSL宽带接入处于高速发展之际，IPv6的脚步已经临近。但IPv4的发展已有20多年的历史，几乎现有的每个网络及其连接设备都支持IPv4，必须经过一个IPv4和IPv6共存的过渡时期，再逐步过渡到IPv6。因此，如何在IPv4/IPv6过渡时期的混合组网环境下建设电信级DSL宽带接入网具有重要的理论和实用价值。本文在介绍DSL技术的基础上，讨论了DSL和IPv6两者的互补性，结合下一代互联网的发展趋势，对IPv4/IPv6混合组网环境下DSL宽带接入的实施方案作了研究和分析。具体应用中应根据实际情况选择合适的实施方案。

来源：中国联通网