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    5G獨立組網(5G SA)的IPv6單棧驗證——中國電信集團有限公司IPv6規模部署和應用案例
    2022-08-11 中國網信網
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    一、概述

    中國電信踐行國家戰略,積極推動IPv6的規模部署工作,2003年到2017年間,持續進行IPv6技術研究、網絡升級試點和試商用。2017年“兩辦”IPv6行動計劃發布之后,中國電信進一步加快IPv6規模部署的步伐,在網絡基礎設施、應用基礎設施、自營應用等方面進行深度改造,目前已進入了IPv4/IPv6雙棧運行的階段。

    雙棧網絡是一個網絡向IPv6演進的過渡階段,不適合作為長期的部署和運營狀態:首先,雙棧網絡需要維護兩套邏輯網絡,管理和維護成本高(CAPEX和OPEX);網絡設備的設計需要支持雙協議棧,設備復雜度高,也導致資源不能得到更有效的配置;再者,雙棧網絡要考慮給終端分配包括IPv4地址在內的兩套地址,沒有解決地址不足的問題;最后,由于雙棧協議暴露面較大,因此帶來較多的安全性風險。下一步網絡將從雙棧進一步向IPv6單棧過渡,最終形成以IPv6協議為核心通信協議的信息基礎設施。

    從全球發展趨勢來看,2016年互聯網標準化組織IETF IAB聲明,新協議不要兼容IPv4,而要基于IPv6,新協議和技術將以IPv6為創新平臺。2020年美國預算辦公室的IT政策辦公室也發布指南要求美國各機構盡快完成向IPv6的過渡,確保到2025財年末,聯邦網絡上超過80%的IP資源是IPv6單棧的。從我國網絡的狀態來看,現階段已進入擺脫IPv4依賴,面向純IPv6網絡演進和部署的一個絕佳的歷史時機,推動我國網絡基礎設施向純IPv6的演進。

    3GPP對于5G相關的標準設計和設備實現上均已要求支持IPv6協議,各通信設備制造商提供的網絡設備和終端同樣也支持IPv6。中國電信的5G網絡從建設起就同步啟動了IPv6,在控制面網元內部互聯端口全部使用了IPv6單棧,目前在用戶面主要為終端分配IPv6地址和IPv4地址。同時,5G獨立組網的網絡設備和終端設備比較新,并且處于商用的初期,對于IP地址需求量大,適于開展IPv6單棧網絡的現網試驗。

    二、做法與經驗

    IPv6單棧規模部署的難點之一在于如何保持支持IPv4業務的正常使用。盡管國內互聯網業務大部分已經進行雙棧改造,但仍有部分業務只支持IPv4,國外互聯網業務也基本類似。作為全球互聯網的一部分,5G獨立組網的IPv6單棧部署的目標是實現終端在只從網絡側獲得IPv6地址的條件下,用戶通過5G網絡能夠正常訪問互聯網的IPv4業務和IPv6業務。

    從技術成熟度和全球其它運營商的部署經驗來看,464XLAT技術是當前解決移動網單?;淖罴逊桨?。該技術要求終端支持CLAT功能,網絡側部署NAT64和DNS64功能。目前主流的5G手機終端系統如IOS和Android終端產品中很早支持了IPv6單棧的CLAT能力,國內防火墻設備基本支持NAT64功能,DNS支持464XLAT必需的DNS64功能和Pref64前綴發現協議,因此本試驗選擇了464XLAT技術實現5G獨立組網的單棧部署。

    國際上雖然有運營商在4G網絡上部署IPv6單棧方案的案例,但在國內運營商并沒有NAT64/DNS64單棧技術規模商用的先例,特別是在5G SA網絡上進行部署試驗尚屬首例。5G SA網絡和4G網絡架構和功能相比,有很大的不同,如漫游方式,因此直接照搬4G的IPv6單棧組網方案是不可能的。

    2020年,中國電信在5G SA網絡上成功開展了基于NAT64/DNS64的IPv6單棧試驗,自主摸索和攻克IPv6單棧技術在5G網絡上的多項技術和組網部署難題。

    圖1 5G獨立組網IPv6單棧網絡架構示意圖

    項目實施共分為四個階段:

    1)技術論證和組網方案制定

    工作組團隊在綜合分析單棧技術對無線網、承載網、核心網、IT支撐系統、溯源方案、終端要求的基礎上,編制了在5G獨立組網上部署IPv6單棧技術端到端的整體技術方案。

    同時,從技術成熟度和投資節省度兩個方面,調研和分析了可具備NAT64和DNS64的設備類型,明確了通過現網進行NAT44的防火墻設備進行升級使其支持NAT64,將現網DNS設備升級,使其支持DNS64。

    2)關鍵設備評估測試

    設計運行在防火墻設備的NAT64功能和性能測試方案,測試用例包含12個功能大項和5個性能大項。并以此測試用例對多家主流防火墻設備進行了NAT64功能和性能的測試。測試結果驗證,2020年被測防火墻設備均支持NAT64功能,但性能上還有一定的提升空間,在總體總能力上符合NAT64的要求,完全可以滿足現網試驗要求。

    3)現網試驗和驗證

    在中國電信的江蘇和四川現網開展端到端的單棧方案測試驗證,并對市面上的5G SA終端進行CLAT功能驗證。

    對主流12個廠家和20款5G SA終端,涵蓋市場主流的手機操作系統,包含主流手機芯片廠家的多個芯片,1款CPE設備進行測試,共計19項測試全部通過。

    同時,對包含跨省漫游、4G/5G切換、TOP100 APP的遍歷測試等在內的共計16個測試項開展測試,在IPv6單棧環境下全部測試通過。

    4)用戶體驗測試

    在IPv6單?,F網試驗環境中,加載了友好用戶的在線體驗用戶,參與體驗IPv6單棧環境。期間沒有發現在IPv6單棧環境下的用戶IPv6體驗異常。

    三、成效與亮點

    現網的測試和用戶試用表明,5G SA終端在只從網絡側獲得IPv6地址的情況下正常訪問互聯網業務,用戶體驗良好,基于IPv6單協議棧就可以享受5G網絡提供的各項業務。其次,由于網絡維護者為網絡和用戶只配置單套協議地址,維護負擔顯著降低。該技術驗證具有如下意義:

    一是開創了國內商用網絡從雙棧向IPv6單棧演進的先河,使得網絡回歸單一協議棧架構,簡潔清晰,為后續網絡層面IPv6單棧的規模部署提供了參照依據。

    二是提供了移動網絡這種用戶場景模式下的IPv6單棧部署的技術方案,為物聯網等其它同類場景的單棧部署提供組網方案基礎。

    三是有效提升了IPv6流量,解決了雙棧模式下因為雙協議優先選擇的機制不合理而導致的IPv6鏈接數較少的問題。

    四是提高了通信網絡的運營能力。為用戶僅分配IPv6地址,不用分配IPv4地址,不僅簡化了用戶地址的分配機制,而容易地基于IPv6地址進行流量負載均衡。

    本案例為國內商用網絡真正意義上的IPv6單棧案例,本案例中制定的5G SA網絡IPv6單棧組網方案總體是成功的,融合了包括5G和IPv6的兩種最新網絡技術,充分發揮了兩種技術的優勢,本案例的成功證明商用網絡向IPv6單棧演進是可行的。

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