城域網IPv6過渡技術—4v6場景技術總結
為什么會存在4v6應用場景?主要是從“云-管-端”的IPv6狀態決定的,“云”側IPv4類業務豐富,IPv6驅動力小,所以“云”在較長一段時間內還是以IPv4類業務為主。“管”側的IPv6化程度高,設備IPv6支持能力強。“端”側IPv4用戶仍在發展,雖然部分在向IPv6遷移,但是龐大的IPv4用戶群仍會存在。因此“云-管-端”的這種“IP v4為主-IPv6 Ready-IPv4為主”狀態,決定了在IPv6過渡過程中,4over6場景將是一個重要的研究領域。與此同時,IETF也產生了眾多針對4over6場景的過渡技術,比如DS-lite、Public 4over6、Lightweight 4voer6、464XLAT、MAP-T、MAP-E等。
個人對4over6的過渡技術做了如下分類:
按照“狀態”分為:有狀態、無狀態、輕狀態。
有狀態Stateful:4v6設備需維護user-session station,狀態維護、查詢和溯源均需要設備資源支持;4v6設備通過動態方式使用地址池資源完成映射,分配靈活,用戶每次上線分配的地址資源有可能不同。代表性技術為:DS-lite。
無狀態Stateless:4v6地址映射方式是強相關,地址分配在一定程度上受限。4v6設備無需維護user-session station,僅需要執行4v6映射算法即可,節省設備資源投入。無狀態技術對于簡化網絡、提升管理效率和平滑演進方面有顯著優勢。代表技術為:MAP-E和MAP-T。
狀態Lightweight:是有狀態技術的一種優化,主要目的是•降低Stateful對設備的資源需求,通過用戶級session來減少會話數量和維護工作量;每用戶的4v6地址資源分配可以采用獨立方式進行配置和管理,實現IPv4與IPv6管理的分離。代表技術為:Public 4over6、Lightweight 4over6。
按照“NAT44部署”分為:集中式NAT44和分布式NAT44。
集中式NAT44:指私網IPv4用戶的數據包在CE上僅進行4v6處理,而NA44處理在集中式CGN設備上進行。優勢在于集中進行IPv4地址管理和分配,地址利用率高;劣勢在于集中式NAT44對設備資源要求高。代表技術為DS-lite。
分布式NAT44:指私網IPv4用戶的數據包在CE上進行NAT44和4v6處理,集中式4v6設備僅進行4v6處理。優勢在于充分利用CE的資源實現NAT44,降低集中式4v6設備的資源需求;劣勢在于需要提前進行公網IPv4地址的分配和管理,預分配地址的方式影響IPv4地址利用率。代表技術為Public 4over6、Lightweight 4over6、MAP-E和MAP-T。
按照“報文封裝”分為:隧道和翻譯。
隧道方式:主要由IETF Software工作組完成。在隧道端點將IPv4報文進行封裝和解封裝,在IPv6網絡中以外層IPv6報頭進行轉發。代表技術為DS-lite、Public 4over6、LAFT6、MAP-E。
翻譯方式:主要由IETF Behave工作組完成。在IPv4-IPv6網絡邊界進行NAT翻譯,在IPv6網絡中以IPv6報文進行轉發。代表技術為464XLAT、MAP-E。
下一節將總結性地分析和對比下DS-lite、Lightweight 4over6、Public 4over6、MAP-E、MAP-T、464XLAT等過渡技術。
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我們重新總結梳理下4over6場景的主流IPv6過渡技術。
DS-lite技術:是一種有狀態、集中式NAT44、隧道方式的過渡技術。CE不獲取公網IPv4地址或者端口信息,CGN執行隧道封裝和解封裝并且執行NAT44,需要維護大量的session信息,技術文檔狀態為RFC 6333(Proposed Standard)。
Lightweight 4over6技術:是一種輕狀態、分布式NAT44、隧道方式的過渡技術,是DS-lite的擴展,主要是將NAT44下移到CE上執行,CGN執行隧道封裝和解封裝,需要維護基于用戶的session而不需要維護每個流的session。同時需要新增CE獲得A+P的機制(PCP或者DHCPv4 over IPv6方式)。目前技術文檔狀態為WG draft(截止2013年11月)
Public 4over6:是一種輕狀態、分布式NAT44、隧道方式的過渡技術,是Lightweight 4over6的補充,CE直接獲得一個共享的IPv4地址,可以應用于特殊業務(比如增值業務、VIP客戶等),CGN執行隧道封裝和解決封裝,僅維護基于用戶的session信息。同時需要新增CE獲得IPv4地址的機制(DHCPv4 over IPv6方式)。目前技術文檔狀態為RFC 7040(Informational)。
MAP-E:是一種無狀態、分布式NAT44、隧道方式的過渡技術。MAP-CE設備執行NAT44、無狀態映射和隧道封裝/解封裝,MAP-BR采用無狀態映射的封裝和解封裝,無需記錄session信息。MAP-CE通過DHCPv6擴展屬性來獲得BMR、FMR、BR等信息。目前技術文檔狀態為WG draft。(截止2013年11月)
MAP-T:是一種無狀態、分布式NAT44、翻譯方式的過渡技術。與MAP-E的技術相同,唯一區別在于報文的封裝格式,MAP-T采用翻譯方式,在IPv6域中只有一層IPv6報頭。MAP-CE通過DHCPv6擴展屬性來獲得BMR、FMR、DMR等信息,目前技術文檔狀態為WG draft。(截止到2013年11月)
464XLAT:是一種無狀態和有狀態結合、集中式NAT44、翻譯方式的過渡技術。在CLAT(CPE)和PLAT(CGN)上執行IPv4-IPv6翻譯,CLAT上執行無狀態地址IPv4-IPv6翻譯(1:1),參考RFC6052內嵌IPv4地址格式;PALT上執行有狀態地址IPv4-IPv6翻譯,集中處理、維護私網IPv4到公網IPv4的NAT44。CLAT無需新增協議獲取任何IPv4信息,完全自由分配用戶私網地址。目前技術文檔狀態為RFC 6877(Informational)。
4over6場景是IPv6演進中重要的應用場景之一。4over6技術的發展經歷從有狀態、輕狀態到無狀態的不斷發展,目前比較成熟的技術為有狀態的DS-lite,但個人認為,從功能需求、可擴展性和可維護性上分析,無狀態優勢比較明顯。NAT44分布到CPE的思想將成為降低集中式CGN性能需求的主要思路,并且在LAFT6、Public 4over6、MAP中得到運用。在隧道和翻譯兩種技術選擇中,隧道由于比較完成的保存了IPv4報文的信息,而翻譯采用兩次XLAT過程使得IPv4報文信息有所丟失,并且會引入ALG問題,因此隧道為主的過渡技術將更為實用。因此個人預測,4over6技術的研究逐步向“無狀態、NAT44分布、隧道”方式演進,預計MAP-E技術將越來越受到關注。