宽带网络部署IPv6探讨
宽带网络部署IPv6探讨
虽然IETF的IPv6工作开始于1990年，但截至目前为止IPv6还是很少被用于个人业务上。虽然各国政府/机构一直在推动采用服务提供商部署IPv6，但是没有真正的商业上的驱动力，一方面没有新的应用需要IPv6，另一方面普遍认为IPv6的引入成本太高。上述原因导致了服务提供商很少关注在住宅宽带网络中引入IPv6。但是，随着公网IPv4地址的枯竭，智能手机和M2M设备的迅速普及，越来越多的人认识到需要通过引入IPv6来维持业务增长并为客户提供完善的服务。
从技术角度看IPv6与IPv4是不兼容的，并且IPv6中的一些新概念会改变宽带网络的运作模式：
IPv6的寻址方式：单播：LLA（链路本地地址），GUA（全球单播地址）和ULA（本地唯一地址），组播寻址，广播寻址的取消
IPv6报头的变化：例如下一个报头，等
SLAAC：无状态地址自动配置，不需要使用DHCP Server
缺省路由器支持使用路由器通告（RA）
DHCP PD：通过DHCP的前缀委派为家庭网络分配前缀地址
邻居发现（ND），MLD（组播侦听发现）等通过ICMP支持 尽管这些改变都有很好的理由，但是这些概念会影响IPv6如何在住宅用户网络部署，网络中各个网元对IPv6的支持程度也不尽相同。
终端设备硬件/操作系统
PC：MAC OS，Linux，Windows Vista /Windows 7具有良好的IPv6支持，而Windows XP可工作在双栈模式，Windows 98不支持IPv6
手机终端对IPv6的支持刚刚开始（Symbian，iPhone，Android等）
VoIP系统对IPv6的支持较较差
IPTV系统 /机顶盒对IPv6的支持较差
CPE/家庭网关
在新的xDSL / GPON/以太网设备上开始支持IPv6
接入节点
DSL / GPON/ 以太网设备：大多数厂商开始支持IPv6。
汇聚/边缘/核心网络设备
大多数设备很早就开始支持IPv6，有些已经部署了一段时间。
固定移动业务边缘节点（BNG / BRAS，媒体网关GGSN/ PGW）
BNG / BRAS：大多数厂商支持基于IPv6的PPPoX，IPoE（DHCPv6 / DHCPv6 PD）和LNS
GGSN / PGW：大多数厂商都支持3GPP R8和R7的IPv6架构
应用
最终用户应用程序：是否能在合适的操作系统上运行，是否能够运行IPv6 API从而支持IPv6网络连接
网站：是否支持IPv6寻址和连接
CDN：是否支持IPv6寻址和连接
上述因素对引入IPv6的影响取决于运营商所选择的网络设计。接下来会具体分析在在固定/移动网络中的引入IPv6的场景，因为大多数组播IPTV平台还没有准备好向IPv6迁移而大多数IPTV方案不需要使用公网IPv4地址，所以分析将集中在建立单播IPv6连接上。
PPPoE网络中引入IPv6
在使用PPPoE的电信网络环境中如何支持IPv6在宽带论坛的TR–187中有明确定义。在PPPoE/L2TP网络中引入IPv6不会对接入和汇聚网元产生任何影响。IPv6 PPP会话认证方式
与IPv4一样使用PAP/CHAP或option82，并且IPv4和IPv6会话的认证可以在同一个认证阶段同时进行。由于PPPoX IPv6CP只定义链路本地地址，全球IPv6地址通常由DHCP或SLAAC分配。在使用IPv6路由型家庭网关的情况下，在家庭网关和BNG/BRAS之间需要下列机制确保IPv6连接。
PPPoE IPv6CP用于链路本地地址分配（LLA）
DHCPv6的前缀委派（IA - PD）用于获取局域网地址前缀
无状态DHCPv6用于获取其他配置参数
当部署numbered RG模型时，有状态的DHCPv6（IA-NA）用于获取家庭网关的IPv6地址。而部署unnumbered RG模型时，则不是必需的
使用路由器通告分配默认网关
采用路由型家庭网关PPP模型时，建立IPv6连接的典型流程如下图所示：
图1 IPv6 PPPoE接入 – 路由型RG：DHCPv6 PD
另一种用于提供IPv6 PPPoE连接的方法是使用桥接型家庭网关，也称为主机模型。为确保在这个模型下的IPv6连接，在终端设备（通常是个人电脑）和BNG/BRAS之间需要执行下列机制。
PPPoE IPv6CP用于链路本地地址分配（LLA）
SLAAC用于为主机获得全球单播IPv6地址
无状态DHCP用于获取其他的配置参数
使用路由器通告分配默认网关
采用桥接型家庭网关PPP模型时，建立IPv6连接的典型流程如下图所示：
图2 IPv6 PPPoE接入 – 桥接型RG：SLAAC
提供PPPoE业务时，使用N:1 VLAN或1:1 VLAN的结构对于部署IPv6还是IPv4没有区别。在采用PPPoE的宽带网络中引入IPv6只对BNG和CPE/RG产生影响，对CPE/RG具体影响取决于家庭网络使用桥接模式还是路由模式。采用RADIUS进行认证/计费/COA时，还需要RADIUS支持一些新的属性。
IPoE网络中引入IPv6
在电信网络中支持IPv6 IPoE在宽带论坛中的TR–177中有详细定义。引入IPv6 IPoE对网络的影响主要取决于部署的VLAN模型是1:1模型还是N:1模型，以及家庭网络选择桥接型还是路由型部署模式。
当采用1:1 VLAN模型时，可以从VLAN ID判断家庭身份。因此引入IPv6时，只要现有的设备支持基本的IPv6转发机制，无论是接入网络还是汇聚网络都不需要有任何变化。而采用N:1 VLAN模型时，接入节点至少要支持LDRA（轻量级的DHCPv6中继代理），以确保BNG/BRAS知道收到的DHCP请求是从哪个用户发出的。同时，接入节点最好能够支持anti-spoofing。
使用IPv6路由型家庭网关部署DHCPv6，在家庭网关和BNG/BRAS之间需要执行下列机制以确保IPv6连接。
DHCPv6的前缀委派（IA-PD）：为家庭网关分配唯一的IPv6前缀在家庭网络中使用。
如果使用numbered RG模型，为家庭网关分配DHCPv6广域网地址
从BNG收到有效路由器通告后，设定BNG链路本地地址作为下一跳缺省路由
采用路由型家庭网关IPoE模型时，建立IPv6连接的典型流程如下图所示：
图3 IPv6 IPoE接入（xDSL/FTTx
接入）- 路由型RG：DHCPv6 PD
当部署桥接家庭网关模型来支持IPv6 IPoE时，对网络的影响取决于是采用DHCP还是SLAAC为终端设备分配地址。采用DHCP时，桥接型家庭网关IPoE模型与路由型家庭网关IPoE模型的主要区别是只对主机分配一个IA地址而不需要DHCP PD地址。值得关注的是要确保家庭网络中的IPv6设备之间的通信在本地完成的，不通过BNG。
而采用SLAAC则会带来一系列新的问题。在N:1的VLAN部署模型中，BNG不知道路由器请求消息是从哪个用户发来的，因此BNG不知道在路由器通告消息发送哪个前缀。为了解决这个问题，接入节点需要在路由器请求消息中增加一个线路标识选项，就像对DHCPv6所做的一样。与此同时，BNG/BRAS需要确保对应的路由器通告消息可以被接入节点转发到正确的用户处。
由于接入网络的split-horizon的转发行为，重复地址检测（DAD）消息不会被送给邻近的用户，BNG需要支持DAD代理功能帮助确保DAD功能正常工作。因为这些问题仍在IETF讨论，因此目前很少有BNG/接入设备支持这种场景。
移动网络中引入IPv6
移动网络中的IPv6连接场景在3GPP R7/R8等规范中定义得很清楚。建立IPv6连接所涉及的主要网元是UE和GGSN/PGW。
在移动网络中提供IPv6连接，在UE和GGSN/PGW之间需要运行下列机制：
SLAAC（路由器请求/路由器通告）使用/64地址提供IPv6连接
在创建的PDP响应中的PCO选项中提供DNS信息
从GGSN/PGW收到有效路由器通告后，设定GGSN/PGW的链路本地地址作为下一跳缺省路由
3GPP从R8开始定义了一种机制，在单一的PDP/Bearer Context上使用PDP type (IPv4IPv6)同时分配IPv4和IPv6地址。有了这一机制，引入IPv6时不需要额外创建PDP Context。然而，在R8之前，每种PDN类型（IPv4和IPv6）都需要一个PDP Context，这会降低GGSN的可扩展性。
图4 移动网络引入IPv6
在解决IPv4公网地址耗尽的问题和逐步引入IPv6的过程中有很多可能性，也会有很多部署的实际问题，阿尔卡特朗讯一直使用ISOCORE第三方独立实验室验证在各种IPv6部署场景下的部署细节。阿尔卡特朗讯将会通过细致的技术验证工作帮助固定和移动运营商在从IPv4向IPv6迁移的过程中做出正确的选择，并从技术和业务上解决多种纬度的问题。