《電子技術應用》
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三網融合與IPv6應用探討

2010-08-30
作者:來源:物聯世界

       1   引言 
  
  2010年被稱為三網融合元年,三網融合為加速推動我國信息化進程提供了新的契機。服務對象、服務能力和技術需求的趨同是三網融合的基礎。
  隨著IP over everything, everything over IP理念的深入,IP成為網絡規劃和建設的事實標準。目前,電信網和廣播電視網都在向以IP協議為基礎的下一代網絡演進,這為三網融合奠定了重要的技術基礎。
  IP地址作為IP網絡的最基礎地址資源,是三網融合的先決條件。伴隨著國內信息化進程的加速,IPv4地址資源呈現快速消耗的趨勢。IPv4地址分配機制的不合理性,使得可用的IPv4地址資源越來越少,瀕臨枯竭。為改變IPv4地址資源受限所造成的被動局面,由IPv4向IPv6平穩過渡成為了各界關注的焦點,國內各大運營商正在積極推動IPv6的部署和應用。但是,受諸多因素的影響,終端用戶和產業鏈上游的CP/SP缺乏向IPv6遷移的動力,以致造成了目前IPv6部署和應用推進乏力的局面。三網融合加速了IPv6的部署和應用,本文就在三網融合進程中IPv6引入的關鍵問題進行探討。
  2   三網融合對IP地址的需求
  三網融合指電信網、廣播電視網和互聯網等網絡之間的融合,通過三網的互聯互通與資源共享,用戶獲得語音、數據和廣播電視等多種服務。
  三網融合的終極動力源于用戶需求,用戶需求則源于對生活品質的不斷追求。理想情況下,用戶只需關注服務的內容、質量和安全等因素,而無需關注服務的提供方式,因此,不管接入何種類型的網絡,用戶都希望在任何時間、任何地點和任何方式下獲得語音、視頻、數據和移動等服務。
  具備語音、視頻、數據和移動等業務提供能力的網絡通常稱為具備“四重播放(Quad-play)”能力的網絡。目前,電信網、廣播電視網和互聯網都在向具備“四重播放”能力網絡方向演進:下一代廣播電視網(NGB)是以有線電視網數字化和移動多媒體廣播電視為基礎,實現視頻、語音、數據和移動業務等綜合承載的網絡;電信網則利用NGN技術實現基于分組的視頻、語音、數據和移動等業務綜合承載;正在向NGI方向演進的互聯網也基本具備“四重播放”能力。由于IP技術的開放性、經濟性以及在異構網絡整合方面的優勢,NGB、NGN及NGI等都選擇IP作為基礎網絡協議,因此IP是三網融合的技術基礎。

  三網融合將產生巨大的IP地址需求,需求來自兩方面:近期,以IPTV為代表的視頻業務需要更大的IP尋址空間;遠期,物聯網等相關業務的大規模開展將使IP延展到更廣泛的網絡空間。
  人類70%的信息源于視覺,視頻相關的信息服務一直是信息化工作的重點領域。在三網融合過程中,廣電運營商將會以IPTV業務為基礎向其他業務領域推進,而電信運營商則會利用三網融合政策開展IPTV業務,以占領新的制高點,因此IPTV是三網融合的主要切入點,將對IP地址產生大量需求。
  (1)廣電網絡雙向改造所產生的地址需求
  為適應三網融合的發展,廣電網絡需要進行雙向改造。廣電網絡的雙向改造過程實際上是網絡IP化的過程。據不完全統計,目前我國電視機的社會擁有量約有5億臺,如果這些電視終端全部實現雙向化改造,所需IP地址數量將非常巨大。
  (2)手機電視業務所產生的地址需求
  三網融合將進一步推動手機電視業務的發展。目前,我國手機用戶超過6.8億,隨著3G業務的興起及4G時代的到來,數據、游戲以及手機電視等業務將成為人們生活中不可或缺的部分。如果為每個手機都分配一個IP地址,所需的IP地址數目將大大超過目前國內所使用的IPv4地址總量。
  (3)“三屏合一”催生的地址需求
  2010年被稱為“三屏合一”元年。“三屏合一”就是以用戶為核心,充分利用現有平臺和相關資源,在電視屏、電腦屏和手機屏等屏幕之間通過視頻資訊傳遞互補和統一服務,實現多個屏幕彼此的價值拓展。“三屏合一”場景下,不同終端之間可實現業務無縫切換,用戶可以在不同場所使用同一業務,因而可以提升用戶使用業務的便捷性、時效性、廣泛性和用戶的業務體驗,吸引更多用戶使用網絡業務,從而產生更多地址需求。
  此外,三網融合還為物聯網等應用的規模開展提供了新的契機。物聯網的發展不僅依賴于傳感技術等的進步,更依賴于網絡的發展。物聯網發展的一個重要前提就是網絡范圍的延展,而三網融合將進一步推進新一代網絡基礎設施建設,擴大網絡覆蓋范圍,因此三網融合可以為物聯網相關業務的開展奠定更堅實的網絡基礎。從服務對象的角度來看,物聯網就是將互聯網的概念由人擴展到物。服務范圍的擴展,將使業務流量迅速增長。據知名調研公司Forrester Research預測,到2020年,物聯網業務與現有互聯網業務的比例將達到30∶1,尋址空間也可能從60億人口擴展到500億乃至上萬億的機器和物體。盡管是否實現每個物體的IP尋址還存在學術爭議,但IP空間的不斷延展是一個不爭事實,物聯網相關業務對IP地址的需求非常巨大。

  3   IPv6引入困境及對策
  相對于三網融合及后續業務開展所產生的巨大地址需求,IPv4地址資源卻瀕臨枯竭,目前僅剩3億左右的IP地址尚未分配,而在2012年之前,全球的IPv4地址將分配完畢,屆時全球基于IPv4的互聯網體系將面臨地址枯竭的境地。目前,世界各國都在積極推進IPv6的部署和應用,以應對IPv4地址即將枯竭的局面。
  IPv6協議并非是對IPv4協議的簡單升級,報文頭部特征和地址分配機制等方面的不同使得IPv6協議缺乏對IPv4協議的后向兼容性。IPv6的引入和應用是一個系統工程,不僅涉及終端升級、網絡改造、平臺遷移和用戶認知的提升,還涉及技術標準與IP地址資源分配管理等一系列內容,因此IPv6的引入不可能一蹴而就,IPv4與IPv6將長期共存,IPv6的引入過程將是IPv4向IPv6平穩過渡的過程。
  由IPv4向IPv6過渡的主要技術手段有雙棧技術、隧道技術和地址轉換技術等。最初,業界希望通過IPv4和IPv6雙棧方式實現IPv4向IPv6的平穩過渡。首先在終端和網絡上實現雙棧部署,使用戶可以同時獲得IPv4和IPv6的網絡資源和服務,伴隨著IPv6應用增加及IPv4應用向IPv6應用的遷移,人們就會逐漸淘汰IPv4而轉向IPv6。這種設想的前提是CP/SP已經開始提供基于IPv6的應用和服務并正在積極向IPv6遷移。
     
        事實上,在IPv4向IPv6平穩過渡過程中,網絡應用對IPv6的支持是一個關鍵因素。出于對網絡和終端支持能力的疑慮,并考慮到向IPv6遷移過程中的改造成本和風險,除少量大型CP/SP(如Google)和一些與網絡運營商合作的CP/SP外,幾乎沒有CP/SP主動提供基于IPv6的服務。在IPv6應用缺乏的條件下,用戶自然缺乏使用IPv6的動力。在CP/SP和用戶缺乏使用IPv6意愿的情況下,IPv6的引入進程非常緩慢。
  鑒于目前IPv6引入的困境以及IPv4地址資源加速消耗的情況,應從IPv6產業鏈的關鍵環節入手,積極推進IPv4向IPv6的平穩過渡。
  在IPv6產業鏈中,網絡運營商負責用戶和終端的地址分配,如果地址資源枯竭,將嚴重影響其業務的開展,所以包括電信運營商和廣電運營商在內的網絡運營商是IPv6引入的主要推動力量。同時,作為用戶與CP/SP之間的橋梁,網絡運營商的網絡承載能力至關重要:只有網絡具備大規模IPv6業務承載能力,CP/SP才有可能大規模提供基于IPv6的應用,用戶才能逐步接受IPv6。更為重要的是,運營商擁有自營業務,率先實現這部分業務的IPv6化,不僅可以改善IPv4網絡資源不足的局面,而且可以為IPv4向IPv6的遷移提供經驗,推動CP/SP向IPv6遷移。
  因此,在IPv6引入過程中,應堅持網絡先行的原則,從電信和廣電運營商的網絡改造入手,通過網絡和支撐系統的改造和優化,使其具備IPv6能力。同時,從電信和廣電運營商的自營業務著手,開展基于IPv6的業務,進一步完善IPv6產業鏈,為IPv6業務的大規模開展夯實基礎。
  作為三網融合業務的主要切入點,IPTV業務通常屬于廣電運營商和電信運營商的自營業務。IPTV系統從應用平臺、支撐系統、承載網絡到業務終端等都自成體系,相對封閉,這種封閉性有利于廣電運營商和電信運營商的有效管控,也有利于IPv6的有效部署和推進。另一方面,在IPv4地址將枯竭的情況下,如果采用IPv4私有地址方式來滿足IPTV業務的地址需求,雖然可以暫時緩解IPv4地址短缺,但是無法解決后續融合型和開放型IPTV類業務對公有IP地址的需求問題,從而在根本上制約三網融合工作的進一步開展。因此,三網融合的開展與IPv6的引入相得益彰,廣電和電信運營商應充分利用三網融合背景下IPTV業務規模開展的有利條件,通過網絡基礎設施建設、改造和優化過程,推動IPv6規模部署。

  4   三網融合過程中引入IPv6需關注的問題
  現網設備主要基于IPv4,不可能短時間內通過設備置換的方式升級到IPv6。在三網融合過程中建設一張獨立的IPv6網絡同樣是不現實的。目前最可行的方式就是循序漸進,逐步實現IPv4向IPv6的過渡。在此過程中,應關注過渡方式、地址規劃和安全等問題。
  4.1   根據具體情況選擇合理過渡方式
  目前,主要的過渡技術有雙棧技術、隧道技術和協議轉換技術等。雙棧技術就是在設備上同時安裝IPv4和IPv6協議棧,應用程序根據DNS解析地址類型選擇使用IPv6或IPv4;隧道技術有多種實現方式,主要將IPv6報文作為IPv4的凈荷,實現IPv6孤島之間的互聯,或者以相反方式實現IPv4孤島之間的互聯;協議轉換技術通常應用在IPv6和IPv4網絡的交界處,實現IPv6主機與IPv4主機之間的互通。
  每種過渡技術都有一定的適用場景,過渡技術的選擇,不僅要關注過渡過程對用戶體驗的影響,還應考慮網絡、終端和平臺的改造成本以及技術演進的復雜性。從表1可以看出,作為其他過渡技術的基礎,雙棧技術是實現IPv6節點與IPv4節點兼容的最直接方式,因此,在三網融合環境下,應遵照雙棧技術為主和其他過渡技術為輔的原則,針對不同企業的網絡及業務現狀,靈活調整策略,實現IPv6的引入。
 
  廣電運營商網絡在三網融合初期的一個顯著特點是Quad-play業務剛起步,除IPTV業務外,語音和數據等業務都相對較少,移動業務基本沒有,用戶對外部網絡資源的訪問較少。針對雙向化改造程度的不同,廣電運營商網絡引入IPv6所采用的技術手段有所區別。
  (1)即將或正在進行雙向改造的廣電運營商網絡
  在這個過程中,用戶并不關心使用IPv4還是IPv6,只關注用戶體驗。用戶終端和IPTV平臺應優先使用IPv6,而接入和骨干網絡則應以雙棧為主,以應對語音和數據等需訪問外部網絡資源的情況。
  (2)已經完成雙向改造的廣電運營商網絡
  平臺、網絡和終端都已經采用了IPv4,為實現IPv4向IPv6的過渡,需要在網絡和平臺上啟用雙棧協議。對于新入網用戶,IPTV終端可直接采用IPv6;對于老用戶則需要在IPTV終端上啟用雙棧協議,使該用戶逐步由IPv4向IPv6遷移。如果終端只支持IPv4而不支持雙棧,需要在家庭網關或網絡接入控制點啟用協議轉換技術,實現IPv4終端對IPv6資源的訪問;如果平臺只支持IPv4而不支持雙棧,需要在IPTV平臺與承載網絡交界處啟用協議轉換技術,實現IPv6終端對IPv4資源的訪問;如果從IPTV平臺到終端的網絡路徑中存在IPv6孤島,則需要在IPv6孤島邊緣使用隧道技術,實現IPv6流量在IPv4環境下的穿越。
  電信運營商已經建立了基本具備Quad-play能力的基于IPv4的網絡,在三網融合條件下,電信運營商通常不會為IPTV業務的開展而進行大規模網絡建設,只會在現有網絡基礎上進行優化,以滿足IPTV等業務大規模開展的需求。針對IPTV業務開展情況,電信運營商在IPv6引入過程中所采用的過渡技術應有所不同。

  (1)尚未開展IPTV業務的電信運營商網絡
  大部分電信運營商網絡都屬于此種類型。如果這部分網絡在開展IPTV業務的同時引入IPv6,可考慮IPTV平臺和終端直接采用IPv6,網絡啟用雙棧協議,從而實現IPTV業務的完全IPv6化。
  (2)已經通過合作方式開展IPTV業務的電信運營商網絡
  目前,只有小部分電信運營商網絡通過與具有IPTV運營牌照的企業合作開展了IPTV業務。由于老用戶已經采用了IPv4終端,為實現向IPv6的過渡,必須從業務平臺到終端全部啟用雙棧;對于新入網用戶,可直接使用基于IPv6的IPTV終端。如果終端只支持IPv4而不支持雙棧,需要在家庭網關或網絡接入控制點啟用協議轉換技術,實現IPv4終端對IPv6資源的訪問;如果平臺只支持IPv4而不支持雙棧,需要在IPTV平臺與承載網絡交界處啟用協議轉換技術,實現IPv6終端對IPv4資源的訪問;如果從IPTV平臺到終端的網絡路徑中存在IPv6孤島,則需要在IPv6孤島邊緣使用隧道技術,實現IPv6流量在IPv4環境下的穿越。
  需要注意的是,盡管雙棧技術互通性好,實現簡單,在IPv4向IPv6的平穩過渡中扮演重要角色,但是雙棧技術并不能解決地址緊缺問題,還會增加內存開銷和CPU占用率,降低設備的性能,因此,只有在需要從IPv4向IPv6大規模過渡的場景中,才需要大規模部署雙棧協議。對于新建網絡和平臺,可直接部署IPv6,并通過協議轉換或隧道技術實現IPv4與IPv6的互通。

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