IPv6在国家电网 下一代行政交换网的应用

沈巍 王丰 李妮 李梦琳 张鹏 胡鹏

【摘要】    IPv6与IPv4技术对比，前者的应用优势更为显著。IPv6的最大宽度为128IP地址，其IP地址信息充足、资源充足，可提供较多的IP地址，能够支持大量端口的使用。可解决IPv4地址信息不足问题。能够实现协议的优化，可将接头扩展，从而增强协议扩展能力;并且IP地址的数据容量、稳定性、网络安全管理、移动性和服务水平都得到了显著提升。IPv6技术要求所有终端长时间持有同一个IP地址，即时接入互联网，可以有效推动新一代业务模式的转变，可促进端到端业务的形成，可促进数字多媒体业务的发展。基于此，IPv6技术可切實满足交换网络的演变需求，能够为下一代网络IP技术的发展提供明确方向。

【关键词】    IPv6    国家电网    行政交换网

引言：

下一代交换网络是指具有时分复用负载的交换网络系统。与原有的有TDM负载的交换网络系统相比，在TDM上加载的交换网络系统的互联网交换节点是交换机器，而下一代交换网络是指有IP负载的交换网络系统。网络交换节点是软交换和IMS的节点。目前各行业的公共电信网和传统交换网都开始向下一代交换网发展，并将向IP多媒体子系统（IMS）发展。IMS已经成为IP网络中多媒体技术服务的管理核心。它采用IP包技术的操作系统，可以实现语音、视频、图像、文本等多媒体技术服务。它具有承载与管理分离、终端接口独立、会话管理与业务控制分离三大优势，已成为我国下一代信息交换网络的主要发展方向。IMS也是IP网络的主要应用之一。

一、下一代互联网及其发展契机

IPv6，互联网协议第6版的缩写，也叫IPng （The Next Generation IP），是IETF为替代当前版本的IP（IPv4）而设计的下一代协议。也是IP的更新版本。根据互联网设计的基本原则，互联网上的每台设备都必须分配一个IP地址，以确保它可以与其他设备通信。但随着我国新型网络设备的不断发展和涌现，对地址的要求也越来越高，目前国内已经达到了IPv4地址提供的范围。思科预测，接入网络的移动设备数量将从2012年的68亿美元增加到今年的74亿美元，达到全球总人口。随着IPv6的出现，这些问题将会消失。

首先，IPv6地址必须使用128B地址空间，也就是大约3.4×1038个地址，大约是IPv4提出的地址数量的7.9×1028倍[2]。所以应该说，IPv6对于网址几乎有着无尽的生存空间。此外，与其他一些技术相比，IPv6是世界上唯一发展成熟的技术，适合大规模部署。因此，IPv6技术成为缓解位置资源短缺以满足互联网上日益增长的位置需求的最佳选择。

IPv6是分组交换网络中的网络技术层协议。它给中国的IP网络系统带来了端到端的数据，这和IPv4的基本设计原理是一样的。IPvI描述的正式版本最早出现在1998年12月颁布的国际互联网工程任务组标准RFC2460中。

除了学习更多地址的问题及其显著的相关特性外，IPv6还实现了许多IPv4没有的新功能。首先简化了地址资源的分配（比如无状态地址可以手动设置）、网络技术的重新编码、通过中文网络更换连接服务商时的路由器公告。然后，它还通过在端点上设置分片来简化路由器的分类。网络安全标准是IPv6架构的设计要求，涉及国际互联网信息安全条约的IPSEC（互联网协议安全）标准。

二、国家电网下一代行政交换网IPv6演进方案

（一）IPv6在国家电网下一代行政交换网中应用原则

1.严格遵循中国电网交换网发展规律，充分考虑中国电网承载网发展战略，遵循承载网优先于交换网向IPv6演进的策略;跨省骨干网优先于省内/本地数据通信网向IPv6演进;交换网边界优先于交换网核心设备向IPv6演进;宽带用户优先向IPv6演进，窄带用户维持IPv4。

2.用户的服务体验不会明显降低。当用IMS核心网实现IPv4或IPv6协议转换时，需要所有核心网网元同步切换，否则会直接影响当前业务。

3.为了尽可能降低运营压力，保持IMS和公司运营活动的平稳发展和可持续发展，对于同一个IMS核心网的所有网元，组网时只观察同一个IP协议的一个IP协议，只支持IPv4或IPv6。

4.为了保证过渡期间的使用安全和可管理，IMS接口网元如SBC必须支持双栈，也就是说必须具备将IPv4和IPv6协议转移到信令和媒体业务的功能，可确保IPv6终端业务的正常使用。

5. IMS互通网元（如MGCF/MGW、IBCF/TrGW）必须支持双栈，并具备将IPv4、IPv6协议内容转换为信令系统和媒体的功能，以保证IMS等网元在协议内容切换前后能够顺利互联。

6.不影响目前的服务应用能力和体验。为了保证ims核心网的所有业务在IPv4和IPv6协商切换之前或之后都能顺利接入，目前的业务系统需要双栈的支持，第三方网络服务平台，AS和IMS两者之间，也需要双栈支持，以应对IMS核心网的协商切换问题。

7.为保证在IPv4与IPv6协议交换前后，IMS核心网的各类业务、运维工作能够及时完成，IMS计费、网管、同步服务及基础网络系统，提供双栈支持。

（二）IPv6在国家电网下一代行政交换网中应用方案

1.国家电网下一代行政交换网及承载网演进方案

国家电网行政交换网不变，就新建交换网，选择IP、扁平化组网方式，实行省、地区工程管理办法。国内已有28家单位（总公司、27家省级）建立了IMS网络，所有地方分支机构和国家直属机构能够接收问题省份的核心网，不同区域均建设了社会化IMS核心网元，实现了全省异地1+1荣灭方式，IMS核心技术设备建设在中国发展电网有限公司财务数据为全国通信网工业信息汇集提供机房，IMS业务都由的数据通信网络中心统一承担。728FFF21-533F-4236-8D59-7BCE81E4F887

IMSVPN已加入数据通信网络，承接各地、各省IMS信令业务和媒体。IMSVPN应该覆盖本地公司，合格的省级公司可覆盖下属公司。省属、地方可部署CE设备，能够提供汇接交换机，接入数据通信网络PE设备，核心网可以借助独立的物理通信、数据通信网相连，采用双上行CE设备。将使用两条独立的专用数据传输链路，将IMS主汇接网络节点和第二汇接网络节点上的CE设备互联，能够确保网络节点、设备数据信息的一致性，还可以实现不同汇节点的保护。大数据通信网是一个行业专用的通信网络，主要满足供电运营管理的需要，保障供电生产正常有效开展。

随着公司业务的发展，逐步形成多层次网络并存格局，包括覆盖公司总部、分公司、省电力公司、直属单位、三地灾备中心和部分直调厂站的数据通信骨干网，以及省级数据通信网。国家电网公司数据通信骨干網建立了以西单集团、三大灾备管理中心、太白广路集团和区域集中节点为核心内容，以部门、区域集团和直属部队为骨干的三级MPLSVPN网络。

2. IPv6在国家电网下一代行政交换网中的应用方案

交换网络中的IPv6过渡模式是端到端的，涉及终端、网络、服务、服务支持系统等。而且它与承载网的演进过程息息相关，不可能与IPv的演进同步。因此，IPv6在管理交换网络中的演进是渐进的，有一定的演进过程。

根据上述大数据分析结论，按照中国从IMS向IPv 6过渡的原则，综合考虑中国国家电网行政交换网和移动终端的现状、IMS和承载网发展方案等诸多原因，按照中国国内运营商对于IMS IPv6的发展思路，综合应用双栈和翻译技术，可以完成中国从IMS IPv4网络向IPv 6的过渡，并建议如下演进方案：

初期演进：IMS对支撑网络系统和骨干网进行了升级，支持IPv6，但部分支持网络接入网和交换网的设备仍保留IPv4，支持网络系统全部4个端口的骨干网也将进行升级，首先支持IPv6，这也涉及各省需要与IMS互联。因为，公司总部和本地IMS网络系统都将I-CSCF设置为本地核心网的出口，接收其他IMS网络系统的电话申请;因此，公司总部和本地IMS网络系统也将S-CSCF设置为IMS网络系统跨省互联的出口，将电话发送到被叫IMS网络系统上的I-CSCF，以备日后电话连接;要求接入IMS承载网骨干网的交换设备优先升级到双栈，包括I-CSCF、S-CSCF和一级ENUM/DNS。

演进中前期：承载网、骨干网、省级数据通信网升级支持IPv6，而城市、地区的数据通信网络和终端仍为IPv4。考虑到省内数据通信网络将优先考虑城市和地区的数据通信网络，考虑升级支持IPv6，主要涉及省内IMS通信。现阶段需要升级主备IMS核心网设备，支持IPv6。

演进阶段：所有支撑网络、骨干网络、连接网络等。升级以支持IPv6和少量IPv6端口。此阶段重点工作是将省会/城市公司的数据移动网络系统升级成IPv6，同时与IPv6联网连接的端口交换机升级，组建为双栈，以此解决IPv4端用户使用与IPv6联网连接的IMS业务的问题。它还完成了IPv6端口用户和IPv4端口用户之间的业务互联，保证了IPv6或IPv4端口用户可以通过双栈SBC连接到IMS，实现了IPv4、IPv6用户信令代理、多媒体dialing等，能够有效传递地址，可为用户提供相关的业务支持，以此可以升级为IPv6，如DHCP、DNS等。

（三）IPv6在IMS网络的应用方案

由于向下一代交换网络的发展是一个渐进的过程，目前互联网上的IPv 4设备和用户数量仍然巨大，下一代交换网络需要逐步向IPv6过渡。IPv6在IMS网络中的应用方案主要包括双栈方案和边界转换方案。

1.双栈方案

在双栈方案设计中，规定IMS网络系统中的每个网元都要同步支持IPv4和IPv6。在通过双栈方案设计将IPv6引入IMS网络系统时，规定IMS网络中的每个网元都支持IPv4和IPv6双栈，在IMS中的每个网元节点上同步实现IPv4和IPv6协议。

2. 边界翻译方案

边界转换方案是指在IMS网络域中统一采用IPv4或IPv6地址。当需要互联或互通的终端、接入网、应用服务器等网络与IMS网络域采用的IP版本不同时，在接入或互通边界设置相应的IPv4和IPv6翻译功能，完成信令和媒体层面的翻译和转换，实现IPv4终端、IPv6终端与IPv4和IPv6终端之间的翻译和转换。

根据不同的场景，IMS网络对边界功能有不同的要求。承载网向IPv6的发展通常优先于核心网IPv6。然而，随着承载网向IPv6演进，IMS仍处于IPv4的核心网，有可能出现多种类型的演进场景，同时可对IMS核心网提出相应的技术要求。

（1）IPv4/v6终端接入IMS

当IMS核心网设备采用IPv4，承载网采用IPv6时，IMS网络应支持IPv4/v6终端接入。IMS还应在端口和P-CSCF之间设置SBC，以确保IMS IPv4核网络和IPv6支撑网络在IPv4和IPv6端口之间具有相对连接能力。为了实现IPv4口、IPv6口、IPv4口、IPv6口之间的连接以及它们与应用之间的业务互联，SBC应支持IPv4/IPv6双栈。当与IPv6端口连接时，应能在用户端口与核心网之间的SIP信令层面实现IPv6与IPv 4之间的转换和交换功能，在IPv6端口注册时，SBC可实现终端的IPv6与IPv4地址之间的绑定关联;当任何端口或应用程序需要与IPv6端口连接建立会话时，使用SBC来提供IPv4和IPv6地址连接的绑定关系。当连接IPv4终端时，SBC应能在用户终端与核心网之间的SDP信令层完成IPv6与IPv4之间的转换功能。

（2）与其他IPv4/v6网络互通

当IMS核心网设备使用IPv4，支撑网设备使用IPv6，并提供与其他IPv4、IPv6网络互联的支持时，需要IMS网络的MGCF设备在信令层使IMSIPv 4网络能够提供与其他IPv6网络互联，并在IPv4、IPv6网络发展过程中为业务信息互联提供支持。通过IMS-MGW，IMS IPv6网络可以在媒体层面与其他IPv4网络进行通信，实现IPv6与IPv4网络的业务互联;同时，MGCF还应支持IPv4/v6双栈，与IPv6网络互联时，应能在网络间的SIP信令层实现IPv4和IPv6的转换和交换功能。当与IPv4网络互联时，IMS-MGW应该能够在网络间的SDP信令层完成IPv6和IPv4之间的转换功能。

三、结束语

综上所述，目前国家电网公司已经建立了下一代行政交换网的IMS技术标准体系和IMS网络建设思路，并开展了当前的网络体系建设。考虑国内电网管理交换网终端现状、IMS及承载网发展方案等因素，根据国内运营商对IMS IPv6的发展思路，建议进一步引入双栈和翻译技术，完成从IMS IPv4网络到IPv6的转换。

参  考  文  献

[1]孙晓东，李潇，路阳.国网青海电力基于翻译的IPv6升级改造方案设计及部署[J].电气技术与经济，2021（02）：44-46.

[2]李彬，刁燕燕，宋善坤.IPv6AFT过渡技术在电力信息网络中的应用[J].数字技术与应用，2019，37（07）：43-44.

[3]任征东，栾文鹏，王鹏，等.基于IPv6的配电自动化系统通信网络架构[J].电力建设，2017，38（05）：111-115.

作者单位：沈巍    王丰    李妮    李梦琳    张鹏    胡鹏

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