面向3G移動通信系統IPv6解決方案

1.　　 IPv6的市場驅動力

　　由于近年來 Internet及互聯網絡應用的蓬勃發展, 使用網絡的人口數量及新加入互聯網的計算機迅速增加, 目前Internet 上采用的32位IPv4地址結構的可用地址已經面臨地址嚴重短缺的問題。全球寬帶接入模式的普及和寬帶上網人數的急劇增加，改變了過去人們使用撥號上網方式，用戶終端設備始終在線數目的大量增加加劇了IPv4地址的消耗。

　　另外全球范圍內WLAN、2.5、3G無線移動數據網絡的發展加快了以互聯網為核心的通信模式的形成, 由于移動通信用戶的增長要比固定網用戶快得多，特別是各種具有聯網功能的移動終端的迅猛發展，考慮到隨時隨地的、任何形式、直接的個人多媒體通訊的需要，現有的IPv4已經遠遠不能滿足網絡市場對地址空間、端到端的IP連接、服務質量、網絡安全和移動性能的要求。

　　2.3G移動通信系統體系結構中的IPv6

　　無線通信方式是通訊網絡的最靈活的接入方式，而數據通信產業和無線通信產業的技術融合是最終實現“Any to Any”的通信的關鍵所在。互聯網及數據通信產業的發展加快了無線通信產業的演進，使無線通信產業在技術上能更好的滿足對數據業務(主要是IP業務)快速增長的需求。而第三代移動通信系統3G將啟動移動通信的互聯網時代。

　　無論是3GPP的UMTS還是3GPP2的CDMA2000系統，它們的系統架構都將向全IP的方向演進和發展的。包括對語音、數據、多媒體等業務形式的承載是基于IP的；端到端的業務呼叫模型是基于IP的；RAN及CN核心的網絡交換和呼叫控制也是基于IP的。而在3G/B3G的系統規劃中，3GPP、3GPP2規范的方向均確定了IPv6是3G/B3G網絡承載、業務應用的發展方向。在3G/B3G的IMS階段，網絡系統（包括分組域和電路域）將全面基于或兼容IPv6。

　　人們在了解3GPP/3GPP2體系中的IPv6時經常會產生混亂，這是由于IPv6處于兩個不同的層面造成的。首先是數據承載層面，在這里用戶數據流量經過運營商PLMN從MS流向PDN。另一個是傳輸承載層面，它與數據承載層面是兩個不同的邏輯層面。概括來講，IPv6會出現在3GPP/3GPP2標準里的四個區域。如圖2所示2個在用戶數據承載層面， 2個在傳輸承載層面。下圖介紹了IPv6在該體系中的應用環境及其作用.

　　有一點需要澄清. 首先“IP承載服務”它描述了PLMN中的用戶數據服務承載平面，并非傳輸承載平面。為了更好的理解數據承載平面與傳輸承載平面，請參見圖3。我們看到圖中有兩個不同的IP層，橙色（包括IMS使用的綠色）部分是承載用戶數據的IP層。它是用來在UE和應用之間傳送UDP或TCP的網絡層。另外在PLMN中，運營商的網絡里還存在另一套IP協議棧。但如圖所示，它屬于另一個層面，即傳輸承載層面。

　　3.　　 數據承載層面的IPv6

　　數據承載層面的范圍從MS到MS希望訪問的提供服務的網絡（在3G標準中稱為PDN）設備，在端到端的呼叫模型中可能是另一個MS。在用戶的數據承載層面，IMS（IP Multimedia Subsystem，圖2中綠色的部分）與IPv6是很重要的部分，因為3GPP標準要求IMS使用IPv6，并確立了其唯一性。請注意，3GPP2出于兩種體系融合的考慮，也同樣采用了這樣的IMS協議模式。IMS IPv6數據流會從MS流向PDN，進入移動運營商的IM子域。IMS使用SIP作為控制平面來控制用戶數據。用戶數據會流向提供SIP應用的Intranet、Internet、ASP或WASP。這正是圖2、3中綠色箭頭所表示的部分。從支持雙棧（IPv4、IPv6）的MS起，3G系統中所有關連IMS呼叫流程的所有網元將必須支持IPv6。包括支持雙棧的MS、分組網關及Pi網絡側的網絡地址，SIP控制平面的CSCF等，涉及MS的IPv6地址分配、簡單IP、移動IP業務PPP會話的用戶在PDSN路由匯聚，FA與HA的管道，HA的COA地址綁定表的更新等等。這意味著在實施IMS的階段,采用IPv6作為核心網絡（包括分組、電路域）的承載網絡將是最佳的選擇. 同時通過IPv6網絡中QoS技術的實施，針對不同業務等級、流量模型的要求，充分保證對3G網絡移動終端的不同等級的業務應用的、不同的SLA要求實現端到端（同一管理域內）的服務質量保證。在3G正式商用前會有不同階段，如不同廠家設備的融合、測試試驗以及部署等。現階段最突出的問題是IETF與3GPP/3GPP2 SIP網元之間的差異，以及IMS與外部使用IPv4的SIP設備之間的互通性。

　　4.　　 傳輸承載層面的IPv6

　　在傳輸承載層面有兩個重要部分需要考慮。按3GPP/3GPP2術語講就是核心網絡（CN：Core Network）和無線接入網絡（RAN：Radio Access Network），它們都可以或應該使用IPv6。傳輸承載層面存在于RAN網絡的承載層、R-P/Gn接口和3G的CN網絡層面（如Gp接口）， IPv6作為可選項出現。

　　在CN和RAN中傳輸承載層面并不作任何用戶界面的數據轉發決定。只有在PDSN/GGSN處才開始進行一部分基于IP包頭的轉發判斷。更多的智能選路處理過程都發生在GGSN的Gi接口和PDSN的Pi接口之后。在MS與PDSN/GGSN之間，關于應用的IP層經過隧道被傳送。在3GPP 的UMTS系統中，CN的傳輸使用隧道協議GTP（GPRS Tunnel Protocol）支持MS與GGSN的連接。在GPRS（2.5G）中GTP只出現在SGSN與GGSN之間；在UMTS環境中GTP還連接在相關的RNC（Radio Network Controller）與SGSN上。GTP可以使用IPv4或IPv6。正如我們前面所講的，傳輸承載平面的IP（這里的GTP IP層）版本完全與數據承載平面獨立。從MS經過上行鏈路鏈接到PDSN/GGSN，或從GGSN經下行鏈路傳送到MS。當IP數據包從MS被投遞到PDSN/GGSN時，它的IP路由和轉發就將要真正開始了。

　　5.面向3G的IPV6核心網絡解決方案

　　IPv6是未來3G系統網絡發展的一項基礎要求。它具有極大的地址空間，它能容納移動網絡的發展，容納大量“peer-to-peer”、“any-to-any”的通訊。IMS也基于上述原因采用了IPv6技術。我們有很多種方法可以在運營商核心骨干網絡上集成IPv6服務：可在多個不同數據鏈路層上運行IPv6專網、雙堆棧IPv4-IPv6骨干網、或者利用現有的MPLS骨干網等等。如果IPv6數據流量和所產生的營業收入符合雙方商定的必要投資和風險，那么用戶就可以在骨干網上部署這些解決方案。

　　我們需要一種方式，能夠在商用環境中建造可靠的IP核心網絡，以服務于當前的技術需求（如GPRS），并可以承載IPv6。這是對那些解決IPv4向IPv6過渡、共存問題工具的基本要求。要解決各種服務所提出的不同需求，網絡需要提供一系列可靠和擴展性能力，MPLS是IP核心網設計的關鍵部分。

　　5.1. Cisco 6PE解決方案

　　6PE對IPv4和IPv6提供了具有相同能力、彈性和擴展性的MPLS主干網：快速轉發、帶有快速重路由的流量工程、VPN以及對核心網性能不產生影響的DiffServ。所有IPv6功能均在網絡邊緣進行處理，實現IPv6流量的平滑注入。6PE避免了那些由于目前無法支持IPv6而產生的商業風險，同時也避免了為此修改目前核心網絡所產生的風險。對于數據承載平面（GPRS和IMS），PDN要將IPv6數據流量路由到APN以及通訊的對端。 PDN可以是唯一的網絡（如移動運營商的PDN），也可以是從移動運營商到應用提供商之間的一系列網絡。IPv4和IPv6可以使用相同的MPLS特性。在任何情況下，PE設備負責IP數據的路由工作，核心網只負責轉發數據。我們已經展示了MPLS網絡是如何支持用戶終端設備之間實現移動無線IP傳輸。圖5對PDN進行了概括。

　　6PE是一種非常容易部署的解決方案，它能在運營商需要時，很快地為其實現IPv6。使用MPLS 6PE，任何IPv6流量都不會影響統一主干網絡內的其他流量。應用業務不會因為IPv6的引入而被影響。IPv6服務以一種可擴展的方式靈活地從網絡邊緣處引入，不需要任何IPv6尋址限制，也不會使穩定而可控制的IPv4骨干網遭受風險。

　　Cisco正在與IETF組織合作以確保相應標準化工作的順利進展。具體說，Cisco 6PE 方案符合IETF組織就“采用BGP而連接跨越多個IPv4云的IPv6域”[IPv6_BGP]而頒布的最新版本的標準草案。

　　5.2. 純IPv6 MPLS核心網絡解決方案

　　另一種方式就是使用一個運行IPv6 MPLS核心路由器，組建新的純IPv6的網絡，或對現有MPLS骨干網絡的P和PE路由器都進行完全的網絡升級，并為IPv4和IPv6提供雙控制界面，核心IGP和標簽分發協議要求進行升級。

　　Cisco的IPv6 網絡解決方案將 滿足3G不同階段的網絡演進要求。我們可以把3G系統演進的網絡分成兩個大的步驟，即傳統移動電路域向全IP演進階段和整個系統向IMS演進兩個大的階段。在針對第一個階段， Cisco的IPv6解決方案可提供針對電路域IP化的整體要求提供可靠保證；在IMS系統演進階段，可充分利用Cisco的IPv6網絡為3G系統的網絡和業務提供高效的承載服務及業務優化。