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广电网
2010/8/13 11:07

三网融合与IPv6应用探讨

电信科学  朱永庆 邹洁

1   引言

2010年被称为三网融合元年,三网融合为加速推动我国信息化进程提供了新的契机。服务对象、服务能力和技术需求的趋同是三网融合的基础。随着IP over everything, everything over IP理念的深入,IP成为网络规划和建设的事实标准。目前,电信网和广播电视网都在向以IP协议为基础的下一代网络演进,这为三网融合奠定了重要的技术基础。

IP地址作为IP网络的最基础地址资源,是三网融合的先决条件。伴随着国内信息化进程的加速,IPv4地址资源呈现快速消耗的趋势。IPv4地址分配机制的不合理性,使得可用的IPv4地址资源越来越少,濒临枯竭。为改变IPv4地址资源受限所造成的被动局面,由IPv4向IPv6平稳过渡成为了各界关注的焦点,国内各大运营商正在积极推动IPv6的部署和应用。但是,受诸多因素的影响,终端用户和产业链上游的CP/SP缺乏向IPv6迁移的动力,以致造成了目前IPv6部署和应用推进乏力的局面。三网融合加速了IPv6的部署和应用,本文就在三网融合进程中IPv6引入的关键问题进行探讨。

2   三网融合对IP地址的需求

三网融合指电信网、广播电视网和互联网等网络之间的融合,通过三网的互联互通与资源共享,用户获得语音、数据和广播电视等多种服务。

三网融合的终极动力源于用户需求,用户需求则源于对生活品质的不断追求。理想情况下,用户只需关注服务的内容、质量和安全等因素,而无需关注服务的提供方式,因此,不管接入何种类型的网络,用户都希望在任何时间、任何地点和任何方式下获得语音、视频、数据和移动等服务。

具备语音、视频、数据和移动等业务提供能力的网络通常称为具备“四重播放(Quad-play)”能力的网络。目前,电信网、广播电视网和互联网都在向具备“四重播放”能力网络方向演进:下一代广播电视网(NGB)是以有线电视网数字化和移动多媒体广播电视为基础,实现视频、语音、数据和移动业务等综合承载的网络;电信网则利用NGN技术实现基于分组的视频、语音、数据和移动等业务综合承载;正在向NGI方向演进的互联网也基本具备“四重播放”能力。由于IP技术的开放性、经济性以及在异构网络整合方面的优势,NGB、NGN及NGI等都选择IP作为基础网络协议,因此IP是三网融合的技术基础。

三网融合将产生巨大的IP地址需求,需求来自两方面:近期,以IPTV为代表的视频业务需要更大的IP寻址空间;远期,物联网等相关业务的大规模开展将使IP延展到更广泛的网络空间。

人类70%的信息源于视觉,视频相关的信息服务一直是信息化工作的重点领域。在三网融合过程中,广电运营商将会以IPTV业务为基础向其他业务领域推进,而电信运营商则会利用三网融合政策开展IPTV业务,以占领新的制高点,因此IPTV是三网融合的主要切入点,将对IP地址产生大量需求。

(1)广电网络双向改造所产生的地址需求

为适应三网融合的发展,广电网络需要进行双向改造。广电网络的双向改造过程实际上是网络IP化的过程。据不完全统计,目前我国电视机的社会拥有量约有5亿台,如果这些电视终端全部实现双向化改造,所需IP地址数量将非常巨大。

(2)手机电视业务所产生的地址需求

三网融合将进一步推动手机电视业务的发展。目前,我国手机用户超过6.8亿,随着3G业务的兴起及4G时代的到来,数据、游戏以及手机电视等业务将成为人们生活中不可或缺的部分。如果为每个手机都分配一个IP地址,所需的IP地址数目将大大超过目前国内所使用的IPv4地址总量。

(3)“三屏合一”催生的地址需求

2010年被称为“三屏合一”元年。“三屏合一”就是以用户为核心,充分利用现有平台和相关资源,在电视屏、电脑屏和手机屏等屏幕之间通过视频资讯传递互补和统一服务,实现多个屏幕彼此的价值拓展。“三屏合一”场景下,不同终端之间可实现业务无缝切换,用户可以在不同场所使用同一业务,因而可以提升用户使用业务的便捷性、时效性、广泛性和用户的业务体验,吸引更多用户使用网络业务,从而产生更多地址需求。

此外,三网融合还为物联网等应用的规模开展提供了新的契机。物联网的发展不仅依赖于传感技术等的进步,更依赖于网络的发展。物联网发展的一个重要前提就是网络范围的延展,而三网融合将进一步推进新一代网络基础设施建设,扩大网络覆盖范围,因此三网融合可以为物联网相关业务的开展奠定更坚实的网络基础。从服务对象的角度来看,物联网就是将互联网的概念由人扩展到物。服务范围的扩展,将使业务流量迅速增长。据知名调研公司Forrester Research预测,到2020年,物联网业务与现有互联网业务的比例将达到30∶1,寻址空间也可能从60亿人口扩展到500亿乃至上万亿的机器和物体。尽管是否实现每个物体的IP寻址还存在学术争议,但IP空间的不断延展是一个不争事实,物联网相关业务对IP地址的需求非常巨大。

3   IPv6引入困境及对策

相对于三网融合及后续业务开展所产生的巨大地址需求,IPv4地址资源却濒临枯竭,目前仅剩3亿左右的IP地址尚未分配,而在2012年之前,全球的IPv4地址将分配完毕,届时全球基于IPv4的互联网体系将面临地址枯竭的境地。目前,世界各国都在积极推进IPv6的部署和应用,以应对IPv4地址即将枯竭的局面。

IPv6协议并非是对IPv4协议的简单升级,报文头部特征和地址分配机制等方面的不同使得IPv6协议缺乏对IPv4协议的后向兼容性。IPv6的引入和应用是一个系统工程,不仅涉及终端升级、网络改造、平台迁移和用户认知的提升,还涉及技术标准与IP地址资源分配管理等一系列内容,因此IPv6的引入不可能一蹴而就,IPv4与IPv6将长期共存,IPv6的引入过程将是IPv4向IPv6平稳过渡的过程。

由IPv4向IPv6过渡的主要技术手段有双栈技术、隧道技术和地址转换技术等。最初,业界希望通过IPv4和IPv6双栈方式实现IPv4向IPv6的平稳过渡。首先在终端和网络上实现双栈部署,使用户可以同时获得IPv4和IPv6的网络资源和服务,伴随着IPv6应用增加及IPv4应用向IPv6应用的迁移,人们就会逐渐淘汰IPv4而转向IPv6。这种设想的前提是CP/SP已经开始提供基于IPv6的应用和服务并正在积极向IPv6迁移。

事实上,在IPv4向IPv6平稳过渡过程中,网络应用对IPv6的支持是一个关键因素。出于对网络和终端支持能力的疑虑,并考虑到向IPv6迁移过程中的改造成本和风险,除少量大型CP/SP(如Google)和一些与网络运营商合作的CP/SP外,几乎没有CP/SP主动提供基于IPv6的服务。在IPv6应用缺乏的条件下,用户自然缺乏使用IPv6的动力。在CP/SP和用户缺乏使用IPv6意愿的情况下,IPv6的引入进程非常缓慢。

鉴于目前IPv6引入的困境以及IPv4地址资源加速消耗的情况,应从IPv6产业链的关键环节入手,积极推进IPv4向IPv6的平稳过渡。

在IPv6产业链中,网络运营商负责用户和终端的地址分配,如果地址资源枯竭,将严重影响其业务的开展,所以包括电信运营商和广电运营商在内的网络运营商是IPv6引入的主要推动力量。同时,作为用户与CP/SP之间的桥梁,网络运营商的网络承载能力至关重要:只有网络具备大规模IPv6业务承载能力,CP/SP才有可能大规模提供基于IPv6的应用,用户才能逐步接受IPv6。更为重要的是,运营商拥有自营业务,率先实现这部分业务的IPv6化,不仅可以改善IPv4网络资源不足的局面,而且可以为IPv4向IPv6的迁移提供经验,推动CP/SP向IPv6迁移。

因此,在IPv6引入过程中,应坚持网络先行的原则,从电信和广电运营商的网络改造入手,通过网络和支撑系统的改造和优化,使其具备IPv6能力。同时,从电信和广电运营商的自营业务着手,开展基于IPv6的业务,进一步完善IPv6产业链,为IPv6业务的大规模开展夯实基础。

作为三网融合业务的主要切入点,IPTV业务通常属于广电运营商和电信运营商的自营业务。IPTV系统从应用平台、支撑系统、承载网络到业务终端等都自成体系,相对封闭,这种封闭性有利于广电运营商和电信运营商的有效管控,也有利于IPv6的有效部署和推进。另一方面,在IPv4地址将枯竭的情况下,如果采用IPv4私有地址方式来满足IPTV业务的地址需求,虽然可以暂时缓解IPv4地址短缺,但是无法解决后续融合型和开放型IPTV类业务对公有IP地址的需求问题,从而在根本上制约三网融合工作的进一步开展。因此,三网融合的开展与IPv6的引入相得益彰,广电和电信运营商应充分利用三网融合背景下IPTV业务规模开展的有利条件,通过网络基础设施建设、改造和优化过程,推动IPv6规模部署。

4   三网融合过程中引入IPv6需关注的问题

现网设备主要基于IPv4,不可能短时间内通过设备置换的方式升级到IPv6。在三网融合过程中建设一张独立的IPv6网络同样是不现实的。目前最可行的方式就是循序渐进,逐步实现IPv4向IPv6的过渡。在此过程中,应关注过渡方式、地址规划和安全等问题。

4.1   根据具体情况选择合理过渡方式

目前,主要的过渡技术有双栈技术、隧道技术和协议转换技术等。双栈技术就是在设备上同时安装IPv4和IPv6协议栈,应用程序根据DNS解析地址类型选择使用IPv6或IPv4;隧道技术有多种实现方式,主要将IPv6报文作为IPv4的净荷,实现IPv6孤岛之间的互联,或者以相反方式实现IPv4孤岛之间的互联;协议转换技术通常应用在IPv6和IPv4网络的交界处,实现IPv6主机与IPv4主机之间的互通。

每种过渡技术都有一定的适用场景,过渡技术的选择,不仅要关注过渡过程对用户体验的影响,还应考虑网络、终端和平台的改造成本以及技术演进的复杂性。从表1可以看出,作为其他过渡技术的基础,双栈技术是实现IPv6节点与IPv4节点兼容的最直接方式,因此,在三网融合环境下,应遵照双栈技术为主和其他过渡技术为辅的原则,针对不同企业的网络及业务现状,灵活调整策略,实现IPv6的引入。

三网融合与IPv6应用探讨

广电运营商网络在三网融合初期的一个显著特点是Quad-play业务刚起步,除IPTV业务外,语音和数据等业务都相对较少,移动业务基本没有,用户对外部网络资源的访问较少。针对双向化改造程度的不同,广电运营商网络引入IPv6所采用的技术手段有所区别。

(1)即将或正在进行双向改造的广电运营商网络

在这个过程中,用户并不关心使用IPv4还是IPv6,只关注用户体验。用户终端和IPTV平台应优先使用IPv6,而接入和骨干网络则应以双栈为主,以应对语音和数据等需访问外部网络资源的情况。

(2)已经完成双向改造的广电运营商网络

平台、网络和终端都已经采用了IPv4,为实现IPv4向IPv6的过渡,需要在网络和平台上启用双栈协议。对于新入网用户,IPTV终端可直接采用IPv6;对于老用户则需要在IPTV终端上启用双栈协议,使该用户逐步由IPv4向IPv6迁移。如果终端只支持IPv4而不支持双栈,需要在家庭网关或网络接入控制点启用协议转换技术,实现IPv4终端对IPv6资源的访问;如果平台只支持IPv4而不支持双栈,需要在IPTV平台与承载网络交界处启用协议转换技术,实现IPv6终端对IPv4资源的访问;如果从IPTV平台到终端的网络路径中存在IPv6孤岛,则需要在IPv6孤岛边缘使用隧道技术,实现IPv6流量在IPv4环境下的穿越。

电信运营商已经建立了基本具备Quad-play能力的基于IPv4的网络,在三网融合条件下,电信运营商通常不会为IPTV业务的开展而进行大规模网络建设,只会在现有网络基础上进行优化,以满足IPTV等业务大规模开展的需求。针对IPTV业务开展情况,电信运营商在IPv6引入过程中所采用的过渡技术应有所不同。

(1)尚未开展IPTV业务的电信运营商网络

大部分电信运营商网络都属于此种类型。如果这部分网络在开展IPTV业务的同时引入IPv6,可考虑IPTV平台和终端直接采用IPv6,网络启用双栈协议,从而实现IPTV业务的完全IPv6化。

(2)已经通过合作方式开展IPTV业务的电信运营商网络

目前,只有小部分电信运营商网络通过与具有IPTV运营牌照的企业合作开展了IPTV业务。由于老用户已经采用了IPv4终端,为实现向IPv6的过渡,必须从业务平台到终端全部启用双栈;对于新入网用户,可直接使用基于IPv6的IPTV终端。如果终端只支持IPv4而不支持双栈,需要在家庭网关或网络接入控制点启用协议转换技术,实现IPv4终端对IPv6资源的访问;如果平台只支持IPv4而不支持双栈,需要在IPTV平台与承载网络交界处启用协议转换技术,实现IPv6终端对IPv4资源的访问;如果从IPTV平台到终端的网络路径中存在IPv6孤岛,则需要在IPv6孤岛边缘使用隧道技术,实现IPv6流量在IPv4环境下的穿越。

需要注意的是,尽管双栈技术互通性好,实现简单,在IPv4向IPv6的平稳过渡中扮演重要角色,但是双栈技术并不能解决地址紧缺问题,还会增加内存开销和CPU占用率,降低设备的性能,因此,只有在需要从IPv4向IPv6大规模过渡的场景中,才需要大规模部署双栈协议。对于新建网络和平台,可直接部署IPv6,并通过协议转换或隧道技术实现IPv4与IPv6的互通。

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