面向3G移动通信的IPV6核心网络解决方案 - 全文

　　1、IPv6的市场驱动力

　　由于近年来 Internet及互联网络应用的蓬勃发展， 使用网络的人口数量及新加入互联网的计算机迅速增加， 目前Internet 上采用的32位IPv4地址结构的可用地址已经面临地址严重短缺的问题。全球宽带接入模式的普及和宽带上网人数的急剧增加，改变了过去人们使用拨号上网方式，用户终端设备始终在线数目的大量增加加剧了IPv4地址的消耗。

　　另外全球范围内WLAN、2.5、3G无线移动数据网络的发展加快了以互联网为核心的通信模式的形成， 由于移动通信用户的增长要比固定网用户快得多，特别是各种具有联网功能的移动终端的迅猛发展，考虑到随时随地的、任何形式、直接的个人多媒体通讯的需要，现有的IPv4已经远远不能满足网络市场对地址空间、端到端的IP连接、服务质量、网络安全和移动性能的要求。

　　2、3G移动通信系统体系结构中的IPv6

　　无线通信方式是通讯网络的最灵活的接入方式，而数据通信产业和无线通信产业的技术融合是最终实现“Any to Any”的通信的关键所在。互联网及数据通信产业的发展加快了无线通信产业的演进，使无线通信产业在技术上能更好的满足对数据业务（主要是IP业务）快速增长的需求。而第三代移动通信系统3G将启动移动通信的互联网时代。

　　无论是3GPP的UMTS还是3GPP2的CDMA2000系统，它们的系统架构都将向全IP的方向演进和发展的。包括对语音、数据、多媒体等业务形式的承载是基于IP的；端到端的业务呼叫模型是基于IP的；RAN及CN核心的网络交换和呼叫控制也是基于IP的。而在3G/B3G的系统规划中，3GPP、3GPP2规范的方向均确定了IPv6是3G/B3G网络承载、业务应用的发展方向。在3G/B3G的IMS阶段，网络系统（包括分组域和电路域）将全面基于或兼容IPv6。

　　人们在了解3GPP/3GPP2体系中的IPv6时经常会产生混乱，这是由于IPv6处于两个不同的层面造成的。首先是数据承载层面，在这里用户数据流量经过运营商PLMN从MS流向PDN。另一个是传输承载层面，它与数据承载层面是两个不同的逻辑层面。概括来讲，IPv6会出现在3GPP/3GPP2标准里的四个区域。如图2所示2个在用户数据承载层面， 2个在传输承载层面。下图介绍了IPv6在该体系中的应用环境及其作用。

　　有一点需要澄清。 首先“IP承载服务”它描述了PLMN中的用户数据服务承载平面，并非传输承载平面。为了更好的理解数据承载平面与传输承载平面，请参见图3。我们看到图中有两个不同的IP层，橙色（包括IMS使用的绿色）部分是承载用户数据的IP层。它是用来在UE和应用之间传送UDP或TCP的网络层。另外在PLMN中，运营商的网络里还存在另一套IP协议栈。但如图所示，它属于另一个层面，即传输承载层面。

　　3、数据承载层面的IPv6

　　数据承载层面的范围从MS到MS希望访问的提供服务的网络（在3G标准中称为PDN）设备，在端到端的呼叫模型中可能是另一个MS。在用户的数据承载层面，IMS（IP Multimedia Subsystem，图2中绿色的部分）与IPv6是很重要的部分，因为3GPP标准要求IMS使用IPv6，并确立了其唯一性。请注意，3GPP2出于两种体系融合的考虑，也同样采用了这样的IMS协议模式。IMS IPv6数据流会从MS流向PDN，进入移动运营商的IM子域。IMS使用SIP作为控制平面来控制用户数据。用户数据会流向提供SIP应用的Intranet、Internet、ASP或WASP。这正是图2、3中绿色箭头所表示的部分。从支持双栈（IPv4、IPv6）的MS起，3G系统中所有关连IMS呼叫流程的所有网元将必须支持IPv6。包括支持双栈的MS、分组网关及Pi网络侧的网络地址，SIP控制平面的CSCF等，涉及MS的IPv6地址分配、简单IP、移动IP业务PPP会话的用户在PDSN路由汇聚，FA与HA的管道，HA的COA地址绑定表的更新等等。这意味着在实施IMS的阶段，采用IPv6作为核心网络（包括分组、电路域）的承载网络将是最佳的选择。 同时通过IPv6网络中QoS技术的实施，针对不同业务等级、流量模型的要求，充分保证对3G网络移动终端的不同等级的业务应用的、不同的SLA要求实现端到端（同一管理域内）的服务质量保证。在3G正式商用前会有不同阶段，如不同厂家设备的融合、测试试验以及部署等。现阶段最突出的问题是IETF与3GPP/3GPP2 SIP网元之间的差异，以及IMS与外部使用IPv4的SIP设备之间的互通性。

　　4、传输承载层面的IPv6

　　在传输承载层面有两个重要部分需要考虑。按3GPP/3GPP2术语讲就是核心网络（CN：Core Network）和无线接入网络（RAN：Radio Access Network），它们都可以或应该使用IPv6。传输承载层面存在于RAN网络的承载层、R-P/Gn接口和3G的CN网络层面（如Gp接口）， IPv6作为可选项出现。

　　在CN和RAN中传输承载层面并不作任何用户界面的数据转发决定。只有在PDSN/GGSN处才开始进行一部分基于IP包头的转发判断。更多的智能选路处理过程都发生在GGSN的Gi接口和PDSN的Pi接口之后。在MS与PDSN/GGSN之间，关于应用的IP层经过隧道被传送。在3GPP 的UMTS系统中，CN的传输使用隧道协议GTP（GPRS Tunnel Protocol）支持MS与GGSN的连接。在GPRS（2.5G）中GTP只出现在SGSN与GGSN之间；在UMTS环境中GTP还连接在相关的RNC（Radio Network Controller）与SGSN上。GTP可以使用IPv4或IPv6。正如我们前面所讲的，传输承载平面的IP（这里的GTP IP层）版本完全与数据承载平面独立。从MS经过上行链路链接到PDSN/GGSN，或从GGSN经下行链路传送到MS。当IP数据包从MS被投递到PDSN/GGSN时，它的IP路由和转发就将要真正开始了。

　　5、面向3G的IPV6核心网络解决方案

　　IPv6是未来3G系统网络发展的一项基础要求。它具有极大的地址空间，它能容纳移动网络的发展，容纳大量“peer-to-peer”、“any-to-any”的通讯。IMS也基于上述原因采用了IPv6技术。我们有很多种方法可以在运营商核心骨干网络上集成IPv6服务：可在多个不同数据链路层上运行IPv6专网、双堆栈IPv4-IPv6骨干网、或者利用现有的MPLS骨干网等等。如果IPv6数据流量和所产生的营业收入符合双方商定的必要投资和风险，那么用户就可以在骨干网上部署这些解决方案。

　　我们需要一种方式，能够在商用环境中建造可靠的IP核心网络，以服务于当前的技术需求（如GPRS），并可以承载IPv6。这是对那些解决IPv4向IPv6过渡、共存问题工具的基本要求。要解决各种服务所提出的不同需求，网络需要提供一系列可靠和扩展性能力，MPLS是IP核心网设计的关键部分。

　　5.1.、Cisco 6PE解决方案

　　6PE对IPv4和IPv6提供了具有相同能力、弹性和扩展性的MPLS主干网：快速转发、带有快速重路由的流量工程、VPN以及对核心网性能不产生影响的DiffServ。所有IPv6功能均在网络边缘进行处理，实现IPv6流量的平滑注入。6PE避免了那些由于目前无法支持IPv6而产生的商业风险，同时也避免了为此修改目前核心网络所产生的风险。对于数据承载平面（GPRS和IMS），PDN要将IPv6数据流量路由到APN以及通讯的对端。 PDN可以是唯一的网络（如移动运营商的PDN），也可以是从移动运营商到应用提供商之间的一系列网络。IPv4和IPv6可以使用相同的MPLS特性。在任何情况下，PE设备负责IP数据的路由工作，核心网只负责转发数据。我们已经展示了MPLS网络是如何支持用户终端设备之间实现移动无线IP传输。图5对PDN进行了概括。

　　6PE是一种非常容易部署的解决方案，它能在运营商需要时，很快地为其实现IPv6。使用MPLS 6PE，任何IPv6流量都不会影响统一主干网络内的其他流量。应用业务不会因为IPv6的引入而被影响。IPv6服务以一种可扩展的方式灵活地从网络边缘处引入，不需要任何IPv6寻址限制，也不会使稳定而可控制的IPv4骨干网遭受风险。

　　Cisco正在与IETF组织合作以确保相应标准化工作的顺利进展。具体说，Cisco 6PE 方案符合IETF组织就“采用BGP而连接跨越多个IPv4云的IPv6域”［IPv6_BGP］而颁布的最新版本的标准草案。

　　5.2.、纯IPv6 MPLS核心网络解决方案

　　另一种方式就是使用一个运行IPv6 MPLS核心路由器，组建新的纯IPv6的网络，或对现有MPLS骨干网络的P和PE路由器都进行完全的网络升级，并为IPv4和IPv6提供双控制界面，核心IGP和标签分发协议要求进行升级。

　　Cisco的IPv6 网络解决方案将 满足3G不同阶段的网络演进要求。我们可以把3G系统演进的网络分成两个大的步骤，即传统移动电路域向全IP演进阶段和整个系统向IMS演进两个大的阶段。在针对第一个阶段， Cisco的IPv6解决方案可提供针对电路域IP化的整体要求提供可靠保证；在IMS系统演进阶段，可充分利用Cisco的IPv6网络为3G系统的网络和业务提供高效的承载服务及业务优化。