IPv6網承載NGN和3G業務的測試和研究

摘要：介紹了中興通訊與某電信公司聯合進行的IPv6和其承載下一代網絡（NGN）及3G的測試。詳細介紹了3個測試階段的目的及內容。通過該測試可得知IPv6網絡輕載、實施IPv6 QoS和IAD在IPv6網“移動”等，在IPv6網絡上承載NGN等業務在技術上實現是可行的。

關鍵詞：IPv6；NGN；3G

Abstract： In this paper， we describe the three stages of tests on IPv6 and its effectiveness in bearing NGN and 3G services. These tests were conducted by ZTE and a well-known telecom company in China. We describe the test objectives and give a detailed account of each stage. An IPv6 network can bear NGN and 3G services and provide a light load， IP QoS assurance， and IAD mobility.

Key words： IPv6； NGN； 3G

中圖分類號：TP393.03 文獻標志碼：A 文章編號：1009-6868 （2013） 04-0049-05

隨著互聯網規模的持續增長，新需求、新業務的發展[1]，2011年2月3日，互聯網名稱與數字地址分配機構（ICANN）宣布IPv4地址總池已經耗盡。解決該問題唯一有效的辦法就是引入IPv6地址體系。

為研究IPv6技術及其承載新型下一代網絡（NGN）、3G等業務，中興通訊于2004年11月開始與華南某著名電信分公司聯合進行IPv6及其承載NGN及3G的測試。2004年9月13-17日，廣東電信研發中心新技術部也對中興通訊IPv6網絡設備做了測試。

1 IPv6測試的必要性

從IPv4過渡到IPv6，總體的原則是一致的，主要變化是從32位地址變成了128位。從IPv4到IPv6的遷移，將涉及到網絡的幾乎所有方面，具體包括：終端應用、操作系統、路由器等網絡設備、鏈路層承載以及有關路由和應用協議等。

由于IPv4網絡的龐大基礎網絡、互聯網內容提供商（ICP）的規模應用，以及IPv6引入的漸進性，預估從IPv4到IPv6的演進會是一個相當長的過程。由于技術的復雜性以及網絡業務的多樣性，前期對IPv6的有關情況做摸底和測試是非常必要的。

由于寬帶網絡業務的發展，IPv4地址的短缺、耗盡以及NGN網絡、3G網絡的發展需求，具有更大地址空間的IPv6將成為新的核心網絡設備所必須支持的功能。其特征包括IPv4、IPv6和多協議標簽交換（MPLS）等多協議支持，超大容量的交換、大型協議的支持以及超大路由表容量、高可靠性、安全性以及可擴展性等。

以軟交換為代表的NGN，軟交換的組網是完全基于數據網絡特別是IP分組網絡的。從技術需求角度看，軟交換對IP承載網主要的要求包括：輕載、高可靠性、高性能、服務質量（QoS）、安全、流量工程等。由于基于軟交換的即時通訊等增值ICP業務的大量開展、IPv4地址的缺乏，IPv6將會被使用。而從業務的開展和網絡的運維看，數據網絡應該支持MPLS及其虛擬專用網絡（MPLS VPN）等技術，用于軟交換網絡和其他網絡的隔離。

總之，IPv6的引入對設備供應商和運營商等都是一個巨大的機遇和挑戰。

2 IPv6聯合測試的目標和

階段

2.1總體目標

通過雙方對IPv6的聯合測試，驗證了IPv4/v6雙棧設備的有關功能、組網過渡技術和承載NGN、3G等業務，并確立了測試總體目標任務。

·驗證IPv6的有關功能以及其技術先進性；

·進行過渡組網技術測試：研究將現有的IPv4網絡如何遷移到IPv6網絡的技術可行性，或者引入IPv6的時機分析等；

·探討引入新的業務NGN、3G等在IPv6架構平臺的可能性；

·指導中興通訊IPv6網絡產品進一步優化設計；

·積累技術經驗，為盡早部署IPv6網絡做儲備；

·研究新業務和新技術，例如用戶可以在華南某著名電信分公司IP城域網內實現移動，不需要改變IP地址等。

2.2 測試3個階段

IPv6是一種新技術，因此IPv6在新地址體系架構、QoS、移動性、過渡技術和組網以及IPv6本身等方面還處于發展階段。為了有效地做好IPv6測試工作并平穩過渡到IPv6網絡，我們將分3個不同階段來實施聯合測試。

第1階段：實現IPv6和IPv4互通及現有NGN語音業務承載

·IPv6終端通過雙棧網絡訪問IPv6服務器；

·雙棧路由器ZXR10 T64E采用4in6隧道，并且通過城域網接入IPv6用戶；

·雙棧路由器ZXR10 T64E，在條件許可的情況下，通過隧道接入中國下一代互聯網（CNGI）或6Bone等IPv6骨干網；

·NAT-PT功能：IPv6和IPv4網絡互通，并采用網絡地址協議轉換NAT-PT；

·IPv6網絡和IPv4網絡分別接入綜合接入設備（IAD），承載語音業務，同時位于IPv4網絡SS1能控制接入IPv4網和IPv6網的IAD，提供QoS保證。

第1階段測試的目的在于：實現IPv6和IPv4網絡互通及對原有NGN業務的支持和兼容性，并在IPv6網絡承載原有IPv4 NGN業務（通過4in6隧道），另外IPv4 NGN平滑升級IPv6 NGN，同時兼容現網IPv4 NGN業務（IPv6 NGN將在第3階段考慮測試）。

第2階段：實現IPv6的相關移動性和QoS

（1）IPv6移動性

·為常規網絡節點和移動網絡節點的網絡應用提供透明的數據傳輸（兩者都感覺不到移動性的存在）；

·每一個實現新協議的節點都支持一定的移動功能，以實現整個互聯網對移動性的支持；

·在引入移動性的同時，不能帶來安全性方面的問題。

（2）IPv6 QOS

·測試IPv6基本規范，支持互聯網控制消息協議ICMP在IPv6協議下的新版本（ICMPv6）、鄰居發現（ND），并實現了“plug and play”（主機和路由器之間自動進行的地址前綴的請求和通告）功能；

·支持QoS，并且實現QoS的多種機制；

·測試IPv6多域分類器（MF），分類基于Flow Label、源地址、目的地址、源端口、目的端口、協議號以及流量類別等等，其中地址為128位的IPv6地址；

·測試IPv6差分服務代碼點（DSCP）標注在流量類別字段；

·測試中興通訊提供的一個專門的OS封裝層，可支持多種OS。

第2階段測試的目的在于：實現高級性能測試，為實驗商用做準備。

第3階段：實驗IPv6小區和承載3G、NGN

（1）尋找一個高檔小區，提供兩種接入

·高速上網：上網用戶的計算機等終端支持IPv6；

·IAD接入：軟交換終端采用支持IPv6 IAD。

（2）面向下一代網絡和3G

·承載支持純IPv6的NGN測試；

·承載3G測試。

第3階段測試的目的在于：進入實驗商用階段。

3 IPv6聯合測試的組網方案

IPv6的聯合測試組網如圖1所示。雙棧核心路由器ZXR10 T64E和ZXR10 T128采用單模千兆以太網跨越IPv4的城域網互聯，另外采用155M POS3直接互聯，以便與ZXR10 G3608高性能雙棧路由器形成一個獨立的IPv6網絡。

兩臺ZXR10 G3608高性能雙棧路由器采用POS3分別接入雙棧核心路由器ZXR10 T64E和ZXR10 T128。二層以太網交換機則ZXR10 2826E采用GE分別接入雙棧核心路由器ZXR10 T64E和ZXR10 T128。

3G試驗網組網如圖2所示。位于樞紐機房和科技園機房的兩臺IPv4/v6雙棧核心路由器ZXR10 GER，采用多模POS 155M接口接入IPv4城域網，并采用快速以太網（FE）接口接入核心網（CN）。ZXR10 GER與MSTP的EI接口分別連接無線網絡控制器（RNC）、NodeB基站B06C-S111、基站B09-S1/1/1的75歐姆通道化/非通道化E1接口，驗證了3G業務在IPv6網絡上的移動性等。

4 第3階段測試方案介紹

在整個聯合測試中，第3階段涉及到對業務的承載業務測試，是測試的核心目標。

4.1 環境準備

4.1.1 電源動力

·ZXR10 T64E/T128：電源DC、功率：滿配置最大功耗< 1 600 W；

·ZXR10 GER/G3608：電源DC、功率：滿配置最大功耗< 400 W；

·ZXR10 2826E：電源DC、功率：最大功耗<28 W；

·IPv6的服務器和終端：AC；

·IAD：AC；

·AP：AC。

4.1.2 IPV4和IPV6地址

合作的電信公司為IAD和V4用戶終端提供20個IPv4地址，并且還可以為設備和IPv6用戶終端提供16個IPv4地址。

4.1.3鏈路接口

可由ZXR10 T64E/T128提供兩個GE接口：多模SC接口500 m/850 nm、單模SC接口10 km/1 310 nm；或由T64E/T128提供兩個POS 48接口：單模15 km/1 310 nm、LC接口，接入現有的IPv4城域網。

4.2測試方案

第3階段測試是對IPv6應用的驗證和擴展研究，為將來IPv6的商用積累了技術和經驗。該方案采用在高檔小區建立純IPv6網絡，并且在這個網絡上承載NGN相關業務，來實現純粹的IPv6承載NGN業務，并和IPv4承載的NGN實現互通。組網圖（如圖3所示）和第1階段、第2階段的組網類似：只是要在純IPv6網絡域內設置一臺SS控制器。與原先的實現方案不同的是：IPv6網絡域內的SS控制器和IAD設備要支持IPv4/v6雙協議棧。

從圖3可以看出，實現IPv6承載NGN業務，需有兩個重要改變：

（1）IAD和SS控制器須支持IPv6協議。IAD須支持基于SS信令的地址配置；SS須支持基于SS信令的地址注冊，該信令是支持的128位的IPV6地址，諸如基于IPv6的SIP和H323/248等信令。

（2）在IPv6網內的IAD必須能和IPv4網絡中的基于IPv4的IAD實現互通。這樣就必須在與SS相連的T128路由器上支持相關的應用層網關技術，實現分別承載于IPv4和IPv6的SS信令之間的轉換，同時要配合NAT-PT功能為IPv4網絡域內的IAD分配臨時的IPv6地址等。因此在T64E/T128上要實現NAT-PT+SIP/H323_ALG功能。

上述是簡單的IPv4網絡域內的IAD與IPv6域內的IAD設備互通所需要的承載層支持，這實際上是NGN網絡發展的一個起步功能，而更多的NGN業務的研究以及NGN網絡的演進等問題的研究，將在第3階段測試和實驗中進行實踐研究。所以建議第3階段的具體測試內容可以分成兩部分：

（1）IPv6承載NGN的基本實現方法研究，包括支持IPv6的IAD和SS控制器，IPv6網絡域內的IAD設備互通，以及以IPv6和IPv4網絡域內的IAD設備互通為目的過渡技術的相關測試。

（2）實現上述功能后，可以將廣泛的NGN應用和業務在上述網絡中進行試驗驗證，以便對于NGN網絡的業務開展和網絡演進進行實踐積累。

第1部分內容側重于IPv6網絡對NGN的承載功能，文章將詳細介紹；而第二部分內容則是側重于NGN的網絡應用和業務研究。

4.2.1 IPv6承載NGN的基本功能測試

IPv6承載NGN網絡在實現上必須滿足兩點：IAD和SS控制器支持雙棧；SIP/H323等信令協議支持IPv6承載。滿足這兩點基本可以實現IPv6對NGN網絡的承載功能。另外，因為存在IPv4承載的NGN網絡，因此對過渡技術的支持也是必不可少的，因此諸如SIP/H323的應用層網關技術也必須實現。鑒于此種情況，該部分測試就要側重于這3點[1]。

（1）IAD和SS控制器支持雙棧

首先對于軟交換設備包括控制器和IAD支持雙棧必須要滿足IPv6的基本協議功能，包括：

·對于IAD設備要支持有狀態和無狀態地址的自動配置；

·SS控制器支持基于IPv6的地址注冊；

·SIP/H323等一些信令支持IPv6的承載；

·支持號碼、網絡標示和IPv6地址間的映射和綁定。

（2）IPv6網絡域內的IAD設備之間的互通

實驗環境如圖3所示，測試內容如下：

·在IPv6網絡域內的IAD-1和IAD-3都是雙棧設備，SS支持IPv6的地址注冊，兩者都支持基于IPv6承載的SIP/h323信令，這樣就可以實現IAD-1和IAD-3之間的視頻電話的相關業務。

·改變IAD-1的網絡接入位置，通過地址的無狀態或有狀態的自動配置，獲得新的IPv6地址，并與原有或新的網絡標示或號碼進行綁定刷新，使得IAD-1可仍用原來的號碼或者使用新的號碼與IAD-3實現互通，這樣就實現了IAD用戶的移動性和ISP的方便快捷的更新。

·通過對不同的IAD用戶的接入端口或者IP地址，設置不同的QOS策略和優先級隊列，實現端到端的QOS實現等基本網絡功能驗證。

·安全性測試，包括IPSec的實現、用戶接入的認證加密實現、訪問控制列表（ACL）實現等。

（3）分別位于IPv6和IPv4網絡域內的IAD用戶的互通

這部分內容主要是檢驗不同網絡域內的IAD用戶之間的互通，目的是對未來NGN網絡的過渡技術進行實踐。因為位于不同網絡域內的IAD用戶使用的地址格式是不一致的，因此必須要在與SS控制器相連的T128上啟動NAT-PT，實現IPv4和IPv6地址的綁定，同時結合SIP/H323等信令協議在不同網絡域內的翻譯轉換網關技術[2]，才能實現兩者的互通。測試內容包括：

·因為涉及到NAT-PT+SIP/H323_ALG功能的實現，必然會對網絡的性能產生影響，所以這部分的測試除了功能實現以外，還必須進行性能測試，測試內容包括NAT-PT+SIP/H323_ALG的處理能力測試（包括IPv6地址池的大小、IPv6和IPv4地址映射表的容量、動態映射規則的條目、同時進行會話的條目數等和NAT-PT相關的性能測試）。

·在啟用了NAT-PT+SIP/H323_ALG的端口上的轉發性能測試（POS155、GE等接口的線速轉發等）。

·因為NAT-PT的使用破壞了用戶的端到端實現，因此對于網絡的安全也是這部分實現的重要組成部分，包括ACL、用戶認證等。

上述內容只是針對IPv6承載NGN網絡的簡單實現，而NGN是一個廣義的概念，它包含了正在發生的網絡構建方式的多種變革。僅作上述的試驗還是遠遠不夠的，下面就NGN網絡的一些內容，包括它的網絡構建特點和新業務的開展進行描述，結合我們的實現網絡進行深入測試、探討和研究。該部分內容包括：

（1）業務能力和業務體系結構

·闡述NGN提供的電信業務，應用業務與網絡分離；

·建立適當的業務體系結構，著重解決在接口處支持不同的商用模型和不同環境下的無縫通信；

·考慮后向兼容性，從現有的業務和系統演進。

（2）NGN中服務與網絡之間的互操作性

·復雜系統互操作性實現；

·標準一致性認證實現。

（3）NGN中尋址功能支持

·端點尋址，可以使用IP地址和E.164電話號碼兩種方式；

·能夠將一個E.164號碼翻譯成端點地址，如一個移動號碼的選路基于網絡信息或通用個人通信（UPT）號碼；

·NGN的IP話機等使用因特網域名系統（DNS）可識別的命名，IP話機選路到特定端點進行呼叫；

·用戶設備能夠利用內部數據或外部數據庫將用戶輸入翻譯成端點地址；

·路由協議在NGN功能體系和參考模型中，用戶U平面、C平面和M平面流基于IPv6的協議族和機制（例如IPv6地址自動配置、DNS業務、業務的發現等）；

·在NGN范圍內考慮IPv6能力的綜合有線和無線網絡體系；

·使用IPv6協議及IPv4協議的媒體網關體系和功能模塊（包括IPv4與IPv6互通與變換功能）；

·使用基于IPv6控制和管理流的傳送網體系。

（4）NGN網絡的QOS實驗與研究

·本次IPv6 QoS測試研究提出了基于以太網的IP接入網絡的QoS架構，并規定一個分層的參考模型，同時給出協議需求及實施方法。軟交換業務的等級采用802.1P COS=1第1類金牌等級[3]。

·IP網絡演進成為NGN網絡的一種端到端QoS架構，尤其是在核心網絡中，MPLS做為一種關鍵技術而應得以支持，從而方便地提供虛擬專用網絡（VPN）、流量工程和服務質量路由。

（5）NGN的一般業務實現

在IPv6網上驗證NGN的一般業務，包括3個層面：實現傳統的PSTN業務，需要掌握相關的技術，為傳統PSTN網絡改造和退網設備替換做準備；傳輸層和承載層提供L1/L2 VPN、電路出租、CDN等業務；固網和移動網的融合業務，要求NGN網絡和移動網絡在業務層面上能夠互通，在網絡層面上，能夠共享一定的網絡資源。

4.2.2 側重于NGN的網絡應用和特色

業務測試

NGN特色業務包括：

·針對集團用戶的IP CENTREX、IP VPN、統一通信等；

·基于ADSL的寬帶多媒體的相關業務；

·針對新建小區的基于LAN的綜合業務；

·針對流動客戶群的綜合信息超市。

這些內容目前都還是在研究的初級階段，例如SIP/H323_ALG處于研制階段，IAD和軟交換控制設備SS1b支持IPv6處于開發階段。這部分實際上是一個針對IPv6承載NGN網絡的技術實現和業務開展的長期研究目標，目的是為將來的實驗奠定一些基礎。雙方在該領域建立堅實的合作伙伴關系，共同推進IPv6和NGN網絡的實現、發展和演進[4]。

5 結束語

IPv6網絡輕載、實施IPv6 QoS和IAD在IPv6網“移動”等，在IPv6網絡上承載NGN等業務在技術上實現是可行的。

采用3G業務的IPv6 QoS設為第二等級和雙棧路由器承載，部署3G網絡在技術上是可行的。

因要穿越IPv4的IP城域網并存在大量的IPv4設備及應用，測試人員需要做大量的配置命令，如第1、2階段的測試功能項超過54項，配置命令228條，故實現起來比較復雜。

隨著4over6軟線隧道、NAT444和DS-Lite等新技術不斷涌現和10多年的研制及積累，低成本的向IPv6演進已經成熟，并且已列入“十二五”的發展戰略，因此向IPv6演進是一個近期的漸進過程。

參考文獻

[1] 崔勇， 陳煜馳. 下一代互聯網4over6軟線隧道技術過渡技術[J]. 中興通訊技術， 2013，19（2）： 21-24

[2] 尚鳳軍，任宇森，蘇暢.一種快速觸發的移動IPv6管理方案[J].重慶郵電學院學報（自然科學版），2010（6），828-833.

[3] 王淑惠，譚清中，唐彥，肖亮. IPv6是物聯網最佳的尋址技術[J].數字通信，2011（3），28-31.

[4] 彭龍，胡進峰.基于正斜率增益放大的新型中頻放大電器[J].雷達科學與技術，2012（3），112-116.

作者簡介

甘玉璽，清華大學碩士畢業；現就職于中興通訊股份有限公司，任主任工程師，從事推動數據通信、軟交換、云計算、LTE-GoTa、IP高清視頻會議和綠色動力電源等在政府和企業中商用；已發表論文10篇。

金志虎，日本名古屋產業大學畢業；現就職于深圳市芽莊電子有限公司，任開發工程師，現從事IP數據通信研發和無線產品電路板測試設計等，擅長IT軟件開發；已發表論文1篇。

楊瑾，南京郵電大學碩士畢業；現就職于中興通訊股份有限公司，任主任工程師，從事IP數據通信研究及其知識產權布局等；已發表論文3篇。