鄔賀銓：IPv6發(fā)展趨勢(shì)與技術(shù)創(chuàng)新

鄔賀銓

中國(guó)工程院院士、推進(jìn)IPv6規(guī)模部署專家委員會(huì)主任

在首屆IPv6技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新大賽啟動(dòng)會(huì)上，中國(guó)工程院院士、推進(jìn)IPv6規(guī)模部署專家委員會(huì)主任鄔賀銓對(duì)IPv6發(fā)展趨勢(shì)和IPv6創(chuàng)新技術(shù)進(jìn)行了分析、解讀和展望。他表示，IPv6開(kāi)創(chuàng)了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的創(chuàng)新空間，希望中國(guó)企業(yè)和機(jī)構(gòu)進(jìn)一步在互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)制定方面貢獻(xiàn)力量，引領(lǐng)IPv6創(chuàng)新發(fā)展。

IPv6發(fā)展呈現(xiàn)三大趨勢(shì)

趨勢(shì)一：從IPv4向IPv6的過(guò)渡在加速

據(jù)APNIC（亞太互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息中心）統(tǒng)計(jì)，到今年6月底，全球IPv6活躍用戶數(shù)占網(wǎng)民數(shù)之比已經(jīng)超過(guò)31%。根據(jù)我國(guó)推進(jìn)IPv6規(guī)模部署專家委員會(huì)統(tǒng)計(jì)，截至今年5月，中國(guó)IPv6活躍用戶占比已達(dá)67%，IPv6流量分別占城域網(wǎng)流量的10.8%和LTE移動(dòng)網(wǎng)流量的40.8%。數(shù)據(jù)表明，IPv4正在加速向IPv6過(guò)渡。

趨勢(shì)二：從IPv4/IPv6雙棧向IPv6單棧發(fā)展

從全球范圍看，IPv4/IPv6雙棧向IPv6單棧演進(jìn)的方向越來(lái)越明顯。純IPv6不僅向IPv6過(guò)渡更徹底，而且使網(wǎng)絡(luò)更簡(jiǎn)單。其中，美國(guó)把IPv6單棧看成是網(wǎng)絡(luò)面向未來(lái)創(chuàng)新增長(zhǎng)的唯一選擇，并計(jì)劃到2025年，聯(lián)邦網(wǎng)絡(luò)80%將是IPv6單棧。

趨勢(shì)三：從IPv6向IPv6+發(fā)展

采用IPv6的動(dòng)力不再只是補(bǔ)充IPv4地址的不足，而是看重IPv6地址空間能力的拓展與創(chuàng)新潛力的開(kāi)發(fā)，以及IPv6與新一代信息技術(shù)的全面融合，并發(fā)揮乘數(shù)效應(yīng)。

IPv6技術(shù)創(chuàng)新

基于IPv6的應(yīng)用感知網(wǎng)絡(luò)（APN6）

傳統(tǒng)的IP報(bào)頭僅包含源地址、目的地址等選路基本信息，網(wǎng)絡(luò)無(wú)法識(shí)別該IP包承載的業(yè)務(wù)和服務(wù)等級(jí)（SLA）要求，運(yùn)營(yíng)商難以提供差異化的服務(wù)和精細(xì)化的運(yùn)營(yíng)。

而在APN6的幀頭格式中，能夠標(biāo)識(shí)APP ID、用戶ID、服務(wù)等級(jí)（SLA）、會(huì)話ID（Session ID）等應(yīng)用標(biāo)識(shí)信息，并且可以承載帶寬、時(shí)延、抖動(dòng)、丟包率等應(yīng)用需求信息，可以從IPv6地址里直接感知業(yè)務(wù)。

例如，利用應(yīng)用感知網(wǎng)絡(luò)（APN），企業(yè)敏感數(shù)據(jù)在本地處理，一般數(shù)據(jù)上云處理，在多云場(chǎng)景下可按APN選最合適的云。再如，捕獲多路視頻的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）需要邊緣計(jì)算與APN來(lái)提供與其帶寬、時(shí)延、可靠性需求相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

此外，現(xiàn)有的APN6只對(duì)信道的性能有要求，期待未來(lái)在APN6中開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)安全分級(jí)標(biāo)記的能力，來(lái)支持對(duì)跨境數(shù)據(jù)流動(dòng)的管理。

基于IPv6的隨流檢測(cè)（iFIT）

傳統(tǒng)的檢測(cè)方式采用發(fā)送檢測(cè)報(bào)文的間接測(cè)試方式，不能保證檢測(cè)報(bào)文與真實(shí)業(yè)務(wù)路徑一致，丟包檢測(cè)精度只能達(dá)到10-3。

IPv6開(kāi)創(chuàng)了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的創(chuàng)新空間，希望中國(guó)企業(yè)和機(jī)構(gòu)進(jìn)一步在互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)制定方面貢獻(xiàn)力量，引領(lǐng)IPv6創(chuàng)新發(fā)展。

而iFIT技術(shù)無(wú)需外掛探針，將OAM（操作管理和維護(hù)）指令攜帶在用戶報(bào)文中。處理節(jié)點(diǎn)根據(jù)報(bào)文中的OAM指令信息，收集數(shù)據(jù)并處理。

iFIT具有多方面優(yōu)勢(shì)：一是高精準(zhǔn)度、真實(shí)業(yè)務(wù)。基于真實(shí)業(yè)務(wù)流染色檢測(cè)，丟包檢測(cè)率達(dá)10-6。二是場(chǎng)景、指標(biāo)豐富。可檢測(cè)丟包、時(shí)延、路徑還原，還可開(kāi)發(fā)跨境數(shù)據(jù)流動(dòng)管理能力。三是易部署運(yùn)維。頭節(jié)點(diǎn)定制，中間/尾節(jié)點(diǎn)全局使能；并能按需檢測(cè)，逐跳定界。

關(guān)于iFIT下一步標(biāo)準(zhǔn)化工作，要關(guān)注的是插入監(jiān)測(cè)信號(hào)的流的比例與選擇、自適應(yīng)的監(jiān)測(cè)抽樣率等。

基于IPv6的分段選路（SRv6）

SRv6是在IPv6地址擴(kuò)展頭中指定流量轉(zhuǎn)發(fā)路徑，通過(guò)路徑中節(jié)點(diǎn)不斷更新目的地址完成逐跳轉(zhuǎn)發(fā)，支持低時(shí)延、組播、快速倒換和高可靠并發(fā)。

在控制協(xié)議上，SRv6只需要邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議（BGP）和內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（IGP）；在業(yè)務(wù)配置上，只有源與宿兩端；中間的封裝協(xié)議則只有IP協(xié)議。由此看來(lái)，IPv4地址功能單一，需要靠增加協(xié)議來(lái)支撐新應(yīng)用；而IPv6增強(qiáng)地址功能，能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行瘦身，簡(jiǎn)單有效。

舉個(gè)例子，中國(guó)建行、農(nóng)行等大型金融機(jī)構(gòu)都建設(shè)了基于SRv6的骨干網(wǎng)，用來(lái)實(shí)施海外支行、本地支行與區(qū)域數(shù)據(jù)中心的互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了智能調(diào)優(yōu)、極速上云、業(yè)務(wù)可視、擴(kuò)容無(wú)感。

基于IPv6的位索引顯式復(fù)制組播技術(shù)（BIERv6）

組播應(yīng)用于視頻會(huì)議和游戲、氣象云圖發(fā)布、股市數(shù)據(jù)向訂閱者發(fā)布、數(shù)據(jù)中心間數(shù)據(jù)交互等。傳統(tǒng)PIM（協(xié)議無(wú)關(guān)組播）有N個(gè)VPN客戶，且每客戶有M個(gè)組播業(yè)務(wù)時(shí)，運(yùn)營(yíng)商核心層設(shè)備需維護(hù)N×M個(gè)組播流狀態(tài)信息，這會(huì)讓傳統(tǒng)組播不堪重負(fù)。尤其在疫情期間，視頻會(huì)議等應(yīng)用更加廣泛，傳統(tǒng)組播的問(wèn)題也愈發(fā)凸顯。

BIER組播通過(guò)全網(wǎng)洪泛建立BIER鏈路狀態(tài)庫(kù)，在組播流量的出入節(jié)點(diǎn)保留組播狀態(tài)信息，中間節(jié)點(diǎn)不感知組播流，不建立組播轉(zhuǎn)發(fā)樹(shù)，也不維護(hù)組播轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)信息，高效完成組播報(bào)文分發(fā)。

BIERv6組播的優(yōu)勢(shì)在于：一是協(xié)議簡(jiǎn)化，僅IGP/BGP，無(wú)組播轉(zhuǎn)發(fā)樹(shù)；二是易組大網(wǎng)，中間節(jié)點(diǎn)不感知業(yè)務(wù)，僅單張轉(zhuǎn)發(fā)表；三是配置簡(jiǎn)單，僅在頭節(jié)點(diǎn)配置，現(xiàn)網(wǎng)用IPv6轉(zhuǎn)發(fā)；四是保障體驗(yàn)，新用戶一跳加入，迅速獲得業(yè)務(wù)。

IPv6的多歸屬（Multi Homing）特性

IPv6的多歸屬功能可為終端的一個(gè)PDU（協(xié)議數(shù)據(jù)單元）會(huì)話分配多個(gè)IPv6前綴，有如下的應(yīng)用：適應(yīng)同一個(gè)PDU會(huì)話中所含的有不同服務(wù)質(zhì)量要求的業(yè)務(wù)；為移動(dòng)邊緣計(jì)算提供基于源地址的分流應(yīng)用；為5G網(wǎng)絡(luò)提供先建后斷的業(yè)務(wù)連續(xù)性模式，減少切換中斷時(shí)延，提高可靠性；支持核心網(wǎng)控制面與用戶面功能（UPF）分離，實(shí)現(xiàn)企業(yè)敏感數(shù)據(jù)與外網(wǎng)安全隔離。

IPv6多歸屬功能的實(shí)現(xiàn)包括：UPF基于數(shù)據(jù)包的源地址分流上行業(yè)務(wù)，主機(jī)選擇不同的源地址，多宿主站點(diǎn)與ISP（互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商）共用網(wǎng)關(guān)來(lái)轉(zhuǎn)換源地址。

確定性IP（Deterministic IP，DIP）

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的一些場(chǎng)景需要控制數(shù)據(jù)到達(dá)的時(shí)延和抖動(dòng)。在IPv6包頭中新增Flow Label（流標(biāo)簽）字段，入PE（入口邊緣節(jié)點(diǎn)）按業(yè)務(wù)流的QoS（服務(wù)質(zhì)量）要求放行網(wǎng)絡(luò)可滿足該條件的流。同時(shí)，通過(guò)SRv6向入PE下發(fā)路徑，同一個(gè)流的前后數(shù)據(jù)包需要路徑綁定，支持沿途資源預(yù)留。

如果將發(fā)送時(shí)間劃分為等長(zhǎng)的周期T，數(shù)據(jù)包按周期進(jìn)行排隊(duì)和轉(zhuǎn)發(fā)，最大的抖動(dòng)控制在2T。報(bào)文在入PE被整形到T0，會(huì)產(chǎn)生最大為T(mén)的抖動(dòng)。報(bào)文在出PE（出口邊緣節(jié)點(diǎn)）某個(gè)T周期發(fā)出，因與其他核心節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的報(bào)文重排隊(duì)，可能會(huì)引入最大為T(mén)的抖動(dòng)。

確定性IP涉及的技術(shù)有：

SRv6路徑規(guī)劃。云化引擎獲取網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和報(bào)文流的抖動(dòng)要求并計(jì)算路徑，對(duì)允許接入的流預(yù)留資源，形成面向連接的路徑。

邊緣整形技術(shù)。在入PE對(duì)一條流的多個(gè)報(bào)文進(jìn)行整形，放入合適的門(mén)控隊(duì)列中。

門(mén)控調(diào)度技術(shù)。多個(gè)門(mén)控用于確定性IP流，每隔10μs輪流打開(kāi)一個(gè)門(mén)控。小量門(mén)控對(duì)普通IP流永遠(yuǎn)開(kāi)放。

IPv6的一個(gè)重要應(yīng)用是云網(wǎng)協(xié)同/算網(wǎng)協(xié)同。

周期映射技術(shù)。入PE在T0周期內(nèi)的報(bào)文，通過(guò)計(jì)算轉(zhuǎn)到其他核心節(jié)點(diǎn)的T2周期，同時(shí)加入的還有來(lái)自其他入PE的報(bào)文。

雙發(fā)選收技術(shù)。為提高可靠性在入PE復(fù)制流到另一路徑，在出PE擇先選取。

IPv6支持云網(wǎng)/算網(wǎng)協(xié)同

IPv6的一個(gè)重要應(yīng)用是云網(wǎng)協(xié)同/算網(wǎng)協(xié)同。現(xiàn)代企業(yè)會(huì)使用多云，比如私有云、公有云、混合云，可以通過(guò)邊緣計(jì)算連接到數(shù)據(jù)源和用戶。由此可以提高企業(yè)的話語(yǔ)權(quán)，增加安全性，增加業(yè)務(wù)能力。

很多企業(yè)都用到人工智能，但并不意味著每個(gè)企業(yè)都會(huì)自建新的系統(tǒng)，企業(yè)可以單純作為一個(gè)算力網(wǎng)的業(yè)務(wù)消費(fèi)者。算力網(wǎng)業(yè)務(wù)消費(fèi)者與算力網(wǎng)業(yè)務(wù)提供者通過(guò)算力網(wǎng)的交易平臺(tái)結(jié)合在一起，在AI使能平臺(tái)的支持下，通過(guò)算力網(wǎng)控制面，直接連接到云網(wǎng)邊端，從而實(shí)現(xiàn)云網(wǎng)協(xié)同。

云網(wǎng)協(xié)同調(diào)度可優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源，跨域免配置，實(shí)現(xiàn)分鐘級(jí)開(kāi)通，應(yīng)用級(jí)保障。而SRv6可成為整合云網(wǎng)邊端算的統(tǒng)一通信協(xié)議，配置效率可提高60%。

IPv6開(kāi)創(chuàng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)創(chuàng)新空間

上述IPv6+技術(shù)支持云網(wǎng)邊端協(xié)同統(tǒng)一承載，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)可感知及精準(zhǔn)配置，適應(yīng)智能算力服務(wù)的需要。IPv6+潛力很大，還有很大的創(chuàng)新空間待開(kāi)發(fā)。

在互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)制定方面，從IPv4到IPv6，中國(guó)的貢獻(xiàn)占比顯著提升。以IETF的提交文稿計(jì)算，在IPv4時(shí)代，中國(guó)在整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的貢獻(xiàn)只占5%；在IPv6時(shí)代，這個(gè)數(shù)據(jù)上升到20%；而現(xiàn)在，進(jìn)入IPv6+階段，中國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)文稿貢獻(xiàn)率有時(shí)甚至高達(dá)85%。

近年來(lái)，以華為、中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通、中國(guó)電信、清華大學(xué)、中國(guó)信通院等為代表的中國(guó)企業(yè)、學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)，在互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)制定方面的貢獻(xiàn)度逐年提升，在國(guó)際IPv6創(chuàng)新方面已形成主導(dǎo)力量。下一步，我們應(yīng)該繼續(xù)發(fā)揮力量，引領(lǐng)IPv6創(chuàng)新發(fā)展，開(kāi)拓IPv6需求和應(yīng)用空間。