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IPv6演进与创新技术:IPv6 + 技术

浏览:2432  来源:通信人在线  日期:2023-09-25

一、IPv6+概述

我们知道,互联网协议(IPInternet Protocol)目前有IPv4IPv6两个协议版本,且目前处于长期的共存阶段。然而,由于IPv4网络的地址已用竭(INAN20191126日已终止IPv4地址的分配),在用的IPv4网络将逐步推出历史舞台。目前的IPv6网络得到了国际社会的大力推广与部署,必将加速IPv4网络的出局。关键是随着IPv6网络的广泛应用,IPv6网络的优势得到了极大的彰显,它不仅是拥有巨大地址空间,同时,IPv6还具有更简单、更方便、更可扩展、更安全的特征,这些特有的特征,可以高效支撑移动互联网、物联网、云计算、大数据和人工智能等领域的快速发展。这就为IPv6技术的应用与演进带来了极大的空间,导致了IPv6+的起源,IPv6+技术即IPv6演进与创新技术。

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IPv6+IPv6海量地址为基础,包括SRv6、网络切片、IFITBIERv6等协议创新,和以网络分析、自动调优等网络智能化为代表的技术创新。IPv6+在智能、安全、超宽、广联接、确定性和低时延六个维度全面提升IP网络能力,助力打造无处不在的智能IP联接,构建万物互联的智能世界。下图 1给出了IPv6+网络能力概貌。

1 IPv6+网络能力概貌

5G和云时代,带宽需求巨大,连接数量极大,并且连接模型特别灵活;此外,智能时代,各种业务对SLAService Level Agreement,服务等级协定)保障的要求也更加严格,仅仅提供连通性显然不够,保障严格的时延、抖动、丢包等综合指标成为必须,随之而来的,是运维变得超级复杂。因此,IPv6+是面向5G和云时代的智能IP网络,需要具备智能超宽、智能联接、智能运维三大特征。

在我国,IPv6+技术的推广与应用得到了高度的重视。我国在2019年专门成立了IPv6+技术创新工作组。国家政府部门的工信部曾联合八部门于2023420日发布了《关于推进IPv6技术演进和应用创新发展的实施意见》(工信部联通信[2023] 45号),以推动“IPv6+”技术全面赋能重点行业转型升级,加快推进我国IPv6从“能用”到“好用”转变,构筑下一代互联网发展新优势。

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我国的企业即研究单位也积极的推入到推进IPv6技术演进和应用创新(IPv6+)发展的进程之中,为我国“IPv6+”技术全面赋能做出了极大的贡献。如我国的华为技术公司就为IETFIPv6+技术方面提交了50%以上的RFC文档。同时,强有力地推动其IPv6+技术在我国各行业各领域的应用与创新。目前可以说,我国已处于IPv6+技术的应用与创新发展的前列。

二、IPv6+的关键技术

1IPv6扩展分组头的利用

我们知道,IPv6的分组(Packet)格式是由IPv6基本分组头、IPv6扩展分组头以及上层协议数据单元(载荷)三部分组成。与IPv4报文(datagram)格式不同,专门增加了扩展分组头。正是因为引入了多种扩展分组头,在提高处理效率的同时增强了IPv6的灵活性,为IP协议提供了良好的扩展能力。扩展分组头中Next header字段指明下一个扩展分组头或上层协议类型。IETF的相关RFC文档定义了多种扩展分组头,用于不同的用途,如已成功应用于SRv6、网络切片、IFITBIERv6APN6等技术(见下述介绍)中,业界将这些统称为IPv6+技术。事实上,现在很多基于IPv6的创新都是在扩展分组头里进行修改,不改变IPv6基本报文头,这样做的好处在于一方面可以保障IPv6的可达性,另一方面,IPv6扩展头长度任意,理论上可以任意扩展,具备优异的灵活性和巨大的创新空间。

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2、基于IPv6的段路由(SRv6)技术及G-SRv6技术

基于IPv6的段路由(SRv6Segment Routing over IPv6)是新一代IP承载协议,可以简化并统一传统的复杂网络协议,是5G和云时代构建智能IP网络的基础。SRv6结合了Segment Routing的源路由优势和IPv6的简洁易扩展特质,而且具有多重编程空间,符合软件定义网络(SDNSoftware Defined Network)思想,是实现意图驱动网络的利器。SRv6技术旨在简化协议,端到端跨域协同,构建无处不在的任意联接,因此,SRv6的价值主要体现详见于下表2-2中。为了解决 SRv6 报文头开销过大的问题,华为公司联合业界的合作伙伴提出了通用 SRv6G-SRv6Generalized Segment Routing over IPv6)技术。

2-2SRv6技术和G-SRv6技术的价值体现

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3IP 网络切片技术

当今网络的发展,要实现从人与人联接到万物互联,连接数量和数据流量将持续快速上升。如果不加干预,网络必将越来越拥堵,越来越复杂,最终影响网络的业务性能。与交通系统的管理相似,通信网络也需要对网络实行“车道”划分和流量管理,此乃网络切片技术。网络切片是指在同一个共享的网络基础设施上提供多个逻辑网络(切片),每个逻辑网络服务于特定的业务类型或者行业用户,如下图 2-3 所示。每个网络切片都可以灵活定义自己的逻辑拓扑、SLA(服务等级协定)需求、可靠性和安全等级,以满足不同业务、行业或用户的差异化需求。运营商通过网络切片满足不同业务类型或行业用户的差异化网络连接和服务质量需求,不仅降低了建设多张专网的成本,而且可根据业务需求提供高度灵活的按需调配的网络服务,从而提升运营商的网络价值和变现能力,并助力各行各业的数字化转型。

2-3:网络切片示意图

网络切片是为了应对5G和云时代不断涌现的差异化业务需求提出的解决方案。同时,网络切片从广义上来说,是一整套解决方案,涉及无线接入网、IP 网络和移动核心网三个部分。对于 IP 网络的网络切片,其旨在一网多用,满足千行百业的确定性网络,其价值主要体现在下表2-3中所述。

2-3IP 网络的网络切片技术的价值体现

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4、随流检测(IFIT)技术

随流检测(IFITIn-situ Flow Information Telemetry)是一种通过对网络真实业务流进行特征标记,以直接检测网络的时延、丢包、抖动等性能指标的检测技术。IFIT与传统网络运维技术相比,具有高精度、实时性、可视化的优点,可以灵活适配多种业务场景,并进一步通过与大数据平台和智能算法的结合为智能运维的发展奠定坚实基础。如下图2-4所示,在业务流的头节点对报文进行染色,然后在业务流经过的每一跳设备上进行打卡,数据上送控制器后,由控制器进行统一的计算和分析,最后得到时延、抖动和丢包率等数据。IFIT技术旨在随流检测,业务体验可视可管理,其价值主要体现在下表2-4中所述。IFIT是由华为公司向IETF提交的标准化检测协议。

2-4:随流检测(IFIT)技术示意图

2-4:随流检测(IFIT)技术的价值体现

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5IPv6 封装的比特索引显式复制(BIERv6)技术

IPv6 封装的比特索引显式复制(BIERv6Bit Index Explicit Replication IPv6  encapsulation)技术是一种新型组播方案。BIERv6是利用IPv6扩展头、IPv6地址可达性及其可编程空间,以Native IPv6的方式实现的BIER多播架构,提供更好的多播部署能力和扩展支持后续Native IPv6特性的能力。如下图2-5所示,在跨地域组播组网中,头节点将组播接收者以比特字符串(Bit String)的形式进行编排,由头节点向外发送,中间节点根据报文头中的地址信息将数据向下一个节点进行无状态转发。不需要额外的组播协议,中间节点不需要为每条组播流维护状态,实现了协议极简,运维简化,同时收敛与组播流的数量无关,用户体验和可靠性也得到了极大的增强。BIERv6 可以高效承载 IPTV、视频会议、远程教育、远程医疗、在线直播等组播业务。BIERv6IPv6时代组播业务最佳承载方案,其价值主要体现在下表2-5中所述。

2-5BIERv6技术示意图

2-5BIERv6技术的价值体现

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6、应用感知的 IPv6 网络(APN6

应用感知的 IPv6 网络(APN6Application-aware IPv6 Networking)利用IPv6 分组自带的可编程空间,将应用信息(标识和/或网络性能需求)携带进入网络,使能网络感知应用及其需求,并为其提供相应SLA保障,进而为其提供精细的网络服务和精准的网络运维。如下图2-6所示;APN6旨在基于应用的差异化通道,实现网络精细化运营,其价值主要体现于下表2-6中。

2-6APN6技术示意图

2-6APN6技术的价值体现

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三、IPv6+的发展

上述的相关IPv6+的关键技术,均是利用IPv6的更先进、更简单、更方便、更可扩展、更安全的特征,对IPv6的演进与创新。关键是这种演进与创新是在不断的发展之中。目前在我国,IPv6+技术创新体系的发展分为三个阶段,其示意图详见下表3;其内容详见下表3,包括目标、特征等内容描述。

3IPv6+技术创新体系的发展三阶段示意图

3IPv6+技术创新体系的发展三阶段内容

IPv6+技术创新与发展已成为我国的一项基本国策。IPv6+技术创新,一方面依托我国IPv6规模部署进展成果,加速IPv6+技术在各行业的应用实践,另一方面,基于IPv6+充分释放IPv6灵活开放能力,实现网络升级,促进下一代互联网服务能力提升,为千行百业的数字化发展提供坚实的基础,更有效的推动IPv6规模部署。

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附录
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