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2020年12月22-23日，在南京舉辦的2020全球網(wǎng)絡技術（GNTC）大會上，中國電信、阿里巴巴、中國信息通信研究院和下一代互聯(lián)網(wǎng)工程中心聯(lián)合在會場搭建了“5G SA + IPv6 Only”測試驗證項目展臺，首次對外公開展示了基于純IPv6技術的5G SA組網(wǎng)試驗成果，為未來的多場景、多域的純IPv6網(wǎng)絡的商用設立標桿，助力運營商網(wǎng)絡和互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務全面從雙棧向純IPv6的演進。

1、背景介紹

“5G SA + IPv6 Only”僅采用IPv6地址實現(xiàn)設備互聯(lián)和終端編址，其首要目標是：在基本不使用IPv4協(xié)議棧的情況下，滿足5G SA網(wǎng)絡的各種新特性的運行要求，并支持對應用的端到端IPv6訪問。其難點是：采用純IPv6技術支持用戶訪問IPv6業(yè)務和現(xiàn)存IPv4業(yè)務，并確保網(wǎng)絡的正常運行和用戶體驗不降低。從2019年底開始，中國電信成立了包括集團總部、研究院、江蘇分公司、四川分公司相關人員在內(nèi)的項目組，在沒有國內(nèi)外先例的情況下，中國電信先行先試，創(chuàng)新性地制定了基于純IPv6技術的5G SA網(wǎng)絡整體組網(wǎng)方案，并在江蘇、四川兩地啟動了現(xiàn)網(wǎng)試驗。經(jīng)過一年多的努力，試驗效果達到預期目標，這是全球首個基于純IPv6的5G SA網(wǎng)絡案例，中國電信也成為全球首個進行“5G SA+ IPv6 Only”現(xiàn)網(wǎng)試驗的運營商。在應用IPv6改造方面，阿里巴巴2019年就提出了IPv6全功能改造目標，即在IPv6-only環(huán)境下也能夠保障全功能的端到端應用服務的性能和可用性。中國電信的“5G SA+ IPv6 Only”現(xiàn)網(wǎng)試驗為支持IPv6的應用提供了一個絕佳的“練兵場”。在應用IPv6支持度測試方面，中國信息通信研究院和下一代互聯(lián)網(wǎng)國家工程中心聯(lián)合制訂了測試規(guī)范并搭建測試環(huán)境，分別在Native IPv6和 DNS64+NAT64 網(wǎng)絡環(huán)境下對APP IPv6支持度進行全面評測。

2、技術方案簡介

制定基于純IPv6技術的5G SA網(wǎng)絡整體組網(wǎng)方案，需要綜合考慮5G網(wǎng)絡中的漫游、補充業(yè)務配置及與其他網(wǎng)絡系統(tǒng)相兼容等各種因素，并盡量采用國際上成熟的技術標準。整個方案分為用戶面、控制面和承載面三個部分：用戶面是與用戶傳輸相關的層面，它直接面向用戶終端并直接為用戶提供接入服務。用戶面考慮在終端只分配IPv6地址的情況下，同時保證IPv4和IPv6數(shù)據(jù)包在純IPv6網(wǎng)絡中正常轉(zhuǎn)發(fā)。為解決IPv4數(shù)據(jù)包在IPv6網(wǎng)絡中的轉(zhuǎn)發(fā)，引入國際主流標準464XLAT（RFC6877）的雙重翻譯技術，終端側部署CLAT功能，主要將入口IPv4數(shù)據(jù)包翻譯為IPv6數(shù)據(jù)包；網(wǎng)絡側部署DNS64和PLAT功能（即NAT64）在出口將IPv6數(shù)據(jù)包翻譯成IPv4數(shù)據(jù)包，從而實現(xiàn)純IPv6終端對于IPv6和現(xiàn)存IPv4業(yè)務的訪問。由于給移動終端只分配IPv6地址，因此很好地解決了由于IPv4地址嚴重不足導致的編址難題。控制面是指核心網(wǎng)設備之間的互連并且進行核心網(wǎng)協(xié)議交互的層面，考慮到對原有系統(tǒng)的兼容，新系統(tǒng)的易部署性，本方案在核心網(wǎng)內(nèi)部網(wǎng)元接口只配置IPv6協(xié)議，但在對外的互聯(lián)接口上仍配置IPv4/IPv6雙棧，以滿足新老系統(tǒng)之間協(xié)議的正常交互。承載面是指城域網(wǎng)、骨干網(wǎng)等用于承載用戶面和控制面的網(wǎng)絡，本次方案中的承載網(wǎng)采用6VPE技術來承載用戶面和控制面的IPv6流量。

圖1. 基于純IPv6組網(wǎng)的5G SA網(wǎng)絡環(huán)境

3、測試情況

項目組在基于純IPv6的5G SA網(wǎng)絡上進行了對網(wǎng)絡設備、終端、APP業(yè)務、用戶體驗等多方面的測試，測試結果表明了基于純IPv6的5G SA網(wǎng)絡具有可行性，未發(fā)現(xiàn)純IPv6引入所帶來的ALG等問題。對終端的測試表明：市場上所有上市的安卓和IOS操作系統(tǒng)的主流5G終端支持純IPv6功能在客戶端的CLAT功能，并且可以在5G SA環(huán)境下良好運行。在業(yè)務測試方面，包括TOP 100在內(nèi)的200多種APP全部正常運行，當然5G本身的基本業(yè)務如語音，短信等業(yè)務也正常。在中國電信的基于純IPv6的5G SA網(wǎng)絡環(huán)境具備后，阿里巴巴、中國信息通信研究院和下一代互聯(lián)網(wǎng)工程中心聯(lián)合測試了典型互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務的運行情況。測試表明，包括高德地圖、釘釘在內(nèi)的十幾款阿里APP均支持純IPv6。

在測試中也發(fā)現(xiàn)了有一些需要產(chǎn)業(yè)界提升改進的地方。如前所述，464XLAT采用了NAT64轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)純IPv6終端訪問現(xiàn)存的IPv4業(yè)務，項目組對現(xiàn)有的主流NAT64設備做了功能和性能測試，發(fā)現(xiàn)NAT64的基本功能具備但是性能與NAT44相比較低，因此建議隨著后續(xù)網(wǎng)絡的演進和NAT64設備的商用，需廠商進一步提升設備的性能。NAT64轉(zhuǎn)換較適用于IPv4流量占比較少的情況，因此現(xiàn)階段仍需更大力度的推進業(yè)務的遷移，提升端-網(wǎng)-云-應用的端到端純IPv6能力，這樣降低對NAT64設備的依賴性，并使得更多業(yè)務享受先進的IPv6技術帶來的各項優(yōu)勢和服務。

4、GNTC大會現(xiàn)場聯(lián)合展示

在2020年度GNTC大會的展臺區(qū)，項目組聯(lián)合搭建了純IPv6環(huán)境并展示了現(xiàn)網(wǎng)試驗成果，受到了與會者的廣泛關注，各界人士前來觀看和現(xiàn)場體驗5G純IPv6環(huán)境?，F(xiàn)場體驗區(qū)為參觀者展示了純IPv6的5G SA現(xiàn)網(wǎng)環(huán)境下的業(yè)務承載和訪問能力，在純IPv6的5G SA網(wǎng)絡環(huán)境下，餓了么、淘寶等在內(nèi)的各類IPv6/IPv4互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務運行正常，其中優(yōu)酷視頻APP的全部功能更是支持Native IPv6（業(yè)務全部由IPv6協(xié)議承載，不經(jīng)過NAT64轉(zhuǎn)換），為業(yè)界呈現(xiàn)了商用的端、網(wǎng)、云、用純IPv6演進的終極形態(tài)和效果。

圖2. 阿里APP純IPv6支持情況測試

圖3. 項目組給鄔賀銓院士等參觀者介紹“5G SA+ IPv6 Only”的展示

5、未來展望

本“5G + IPv6 Only”案例是我國電信運營商和互聯(lián)網(wǎng)服務提供商探索商用網(wǎng)絡從雙棧向純IPv6演進中先行技術試驗邁出的第一步，項目成功證明了在5G SA場景下部署純IPv6技術的可行性。未來純IPv6將從單一場景逐步擴大到多場景，最終形成以IPv6為核心的信息基礎設施。中國電信已在新近發(fā)布的《云網(wǎng)融合的2030白皮書》中提出面向多場景、多域純IPv6網(wǎng)絡的“全IPv6網(wǎng)絡”的目標，并提出：“IP骨干網(wǎng)絡逐步采取純IPv6進行路由和轉(zhuǎn)發(fā)，全面支持基于IPv6的安全管控，結合SRv6等增強型技術實現(xiàn)端到端IPv6智能性，并通過在網(wǎng)絡邊緣適配IPv4業(yè)務，提供IPv4流量的承載和穿越” 。阿里巴巴集團應用在2020年雙十一已經(jīng)支持全功能全鏈路支持IPv6，在未來三年會有更多的應用支持IPv6-only端到端訪問，中國電信、阿里巴巴、中國信息通信研究院和下一代互聯(lián)網(wǎng)國家工程中心將聯(lián)合打造純IPv6的產(chǎn)業(yè)生態(tài)，共同推動中國IPv6規(guī)模部署工作和向全IPv6網(wǎng)絡（All-IPv6）的演進升級，為業(yè)界提供引領性的示范，同時吸引更多志同道合的單位加入其中，為實現(xiàn)我國網(wǎng)絡強國的戰(zhàn)略目標貢獻一份力量。