构建运营级IPv6网络

构建运营级IPv6网络
陈运清 等编著
ISBN 978-7-121-15117-0
2012年3月出版
定价：59.00元
16开
332页
直面现实难题 解读关键技术 厚积薄发力作 引领全面转型

内 容 简 介

全球IPv4地址分配的枯竭，使以IPv6为代表的下一代互联网技术成为万众瞩目的焦点！
本书以多维视角，对IPv6的标准体系进行了较全面的梳理，翔实地解读了IPv6网络构建、IPv6业务发展、IPv6过渡演进和运营级IPv6网络构建等内容。
中国电信是世界上最大的互联网运营商之一，其技术选择对于产业链的发展具有重要影响。本书是中国电信专家厚积薄发之作，分享了他们多年来在该领域内的众多实践案例，适合于各位互联网从业者阅读。

推荐序

随着全球地址分配机构（IANA）于2011年2月3日正式宣布将其最后的468万个IPv4地址平均分到全球5个地区的互联网络信息中心，亚太互联网信息中心（APNIC）于4月15日宣布正常可分配的IPv4地址告罄，在当前IPv4地址逐渐枯竭的关键时候，由IPv4向IPv6过渡的需求已经变得十分紧迫。从达成目标角度而言，只有采用IPv6才能从根本上解决IP地址的可扩展性问题，满足移动互联网、物联网、云计算等新兴应用和海量终端对于IP地址的需求，确保下一代互联网的健康发展。
然而，IPv4向IPv6的过渡是一项分阶段、分规模的长期而复杂的系统工程，涉及技术、网络、应用、用户、终端以及政策环境、产业链等方方面面的问题。迄今为止，业界有关IPv6的部署应用还都局限于企业级的方案，仅在局部非商用网络中开展了一定范围的IPv6网络和业务示范。在网络技术的规模部署、用户的鉴权管理、业务应用的全面提供等方面亟需运营级网络构建的案例和经验，以进一步解决业务策略、技术规范、支撑系统、运营管理等方方面面的问题，使得IPv6的演进可以从试商用阶段迈向规模部署阶段。
同时，由于目前诸多IPv6过渡技术还未完全成熟，全球各大运营商均处于探索试验期，未出台明确的IPv4向IPv6的过渡演进路线。这给我国实施IPv6过渡技术带来了重大的挑战和机遇。如何将世界上最大规模宽带用户的IPv4网络平滑过渡到IPv6网络是一个极具创新挑战的复杂难题。如何充分结合现有网络的实际情况，研究切实可操作、可部署的IPv6网络、终端及业务的端到端IPv6过渡解决方案是我们面临的具体目标。本书对现有各种IPv6过渡技术进行了详尽的分析，并有创新思路解决方案的介绍。
为了帮助业界更好地掌握IPv6技术，并结合网络现状开展IPv6的部署实践和技术创新，本书首次从商用网角度介绍IPv6，以最新的IPv6协议与标准为核心，围绕IPv6的核心技术协议，IPv6在运营级网络中的演进思路、解决方案、设备情况，以及IPv6业务发展，进行了深入浅出的阐述，对IPv6成功的示范应用网络也进行了介绍，并对下一代互联网的发展趋势进行了分析，既有全盘的运营思考，又不失技术前瞻性，是研究和实践IPv6技术的有益参考。
本书由中国电信北京研究院的下一代互联网团队联合编写。书中分享了该团队多年来对于IPv6的理论研究和网络实际部署的经验，是其知识的提炼和总结。相信全书的系统化描述将会使广大读者受益。
赵慧玲

前 言

21世纪第2个十年已经到来，这也是IPv6技术十年磨一剑，在中国进入商用元年的伊始。2011年2月3日，IANA正式宣布分配完最后的468万个IP地址，APNIC的地址也即将分配完毕。而与此同时，全球互联网用户规模不断扩大，中国也在2008年后，一跃成为全球互联网用户规模最大的国家，互联网用户数高达4.2亿。
互联网用户数的大幅增加，以及各类应用的蓬勃发展，都对IP地址提出了越来越高的需求。然而，由于互联网的发展起源及历史因素，IPv4地址资源分布和用户规模严重不平衡，造成了IP地址短缺问题的不均衡性。在所有RIR分配的IPv4地址中，将近一半为美国所有，在美国平均每个公民拥有IPv4地址4.865个，韩国为2.047个，日本为1.454个，而中国仅为0.197个。随着互联网的进一步发展和普及，尤其是移动互联网、物联网、家庭网络、IPTV、手机电视等应用的发展，IP地址资源枯竭的问题将会严重地制约我国互联网的应用和发展。我国所面临的IP地址紧缺的问题在全球都是最为严重的。因此，解决IP地址制约所带来的问题，实现IPv4向IPv6过渡在我国就更为迫切。
然而，IPv6的发展是一个复杂而长期的过程，涉及技术、网络、应用、用户、终端及政策环境、产业链等方方面面，任何一个环节的缺失都会成为IPv6发展的障碍。
首先，内容和终端是制约IPv6应用的主要瓶颈。内容和终端是带动IPv6产业链的重要环节。但是，目前全球IPv6内容及应用仍然较少且缺乏吸引力，移动终端、计算机主流操作系统（Windows XP）、家庭网关等对于IPv6的支持程度较弱，这些也都制约了下一代互联网的发展。其次，目前向IPv6过渡的关键技术还不具备规模商用部署的条件。由于IPv6与IPv4两种协议在网络上将长期共存，因此，必须引入IPv6过渡技术以解决与现有IPv4业务应用的互通问题，但目前这类技术的设备成熟度还有待进一步提高。最后，向下一代互联网IPv6过渡的过程长且复杂，部署实施难度较大。这一过程中，除需网络设备支持IPv6外，还需要解决业务策略、技术规范、支撑系统、运营管理等方面的问题，需要全面考虑并提前作好准备。
目前，各国政府和产业链都高度重视IPv6的演进和发展。就国外而言，美国联邦政府CIO理事会在2009年发布了美国政府关于向IPv6过渡的路线图和时间表建议；欧盟于2008年发表了《欧洲部署IPv6行动计划》；日本政府则于2010年发布了“e-Japan计划”重点支持IPv6。一些国际主流运营商也开始实施向IPv6的过渡计划。如Comcast、法电均制定了IPv6过渡阶段步骤，对关键性的过渡技术进行测试验证；NTT已建设覆盖全球的 IPv6 服务架构，并提供了如IPTV、M2M等IPv6示范应用；Comcast于2010年4月推出了IPv6服务。
就国内而言，我国下一代互联网已发展多年。从20世纪90年代末开始，我国的一些研究机构、高校、厂商及运营商就陆续开始跟踪和关注IPv6技术的发展，也相继建成了一些 IPv6的试验床和实验网。2003年经国务院批准，由国家发改委牵头联合八部委组织实施了中国下一代互联网示范工程（CNGI），成立了CNGI专利委员会，取得了丰硕的前瞻性科研成果，对发展IPv6用户进行了积极的探索和尝试，并就我国的下一代互联网发展战略提出了相关建议。同时，国内运营商和设备制造商都积极参与了下一代互联网的工作。三大运营商都已经开始针对IPv6进行跟踪研究：中国电信在湖南、江苏等地启动下一代互联网试点工作，并已在湖南等部分地区、2010年上海世博会上提供IPv6服务，在2011年深圳大运会上提供IPv6的应用；中国移动和中国联通也都在进行相关的跟踪研究工作。国内的设备制造商也开展了IPv6的设备研发，目前主流设备厂商的网络核心设备都已经全面支持IPv6。此外，腾讯、新浪、盛大等大型CP/SP也已有IPv6的相关研发计划。
在此背景下，我们编写了本书，以IPv6协议与标准为核心，围绕IPv6的核心技术协议、IPv6在网络部署时的演进思路及IPv6业务发展进行了深入浅出的阐述，并对下一代互联网的发展趋势进行了分析。通过阅读本书，读者应能全面掌握IPv6的技术要素，深刻领会IPv6在运营级网络中的实施要领，从而真正指导实践工作。
本书的主要内容包括IPv6技术标准体系回顾、IPv6新技术进展、IPv6网络演进，以及IPv6业务与展望。其中，IPv6技术标准部分（第1章至第3章）涵盖了IPv6的核心标准；IPv6新技术进展部分（第4章至第7章）重点介绍了IPv6标准技术中近年来发展的新变化和新技术；IPv6网络演进部分（第8章至第14章）包含了IPv6网络演进的各个层面，并对相关案例和产业链设备支持情况进行了说明；IPv6业务和展望部分（第15章和第16章）主要阐述了现有业务的IPv6部署，以及对下一代互联网的展望。
第1章介绍国内外互联网发展的历程、IPv4地址分配现状、IPv6发展现状，以及IPv6的标准化进展，让读者对IPv6的重要性、紧迫性有深刻体会，掌握IPv6发展情况，并了解IPv6的新业务和新应用。
第2章介绍IPv6的基础协议。读者应能掌握IPv6地址分类及结构，熟悉IPv6基本报头结构，了解IPv6扩展报头结构及应用，熟悉ICMPv6信息类型及报文结构，掌握IPv6邻居发现协议，掌握DHCPv6消息交互流程，同时，能够熟悉IPv6中DNS功能的扩展。
第3章介绍IPv6的路由协议，重点在IPv4路由协议的基础上阐述IPv6与IPv4路由协议的差异。读者将能够在掌握原有IPv4路由协议的基础上，对IPv6的路由协议RIPng、OSPFv3、BGP4+及IPv6 IS-IS有进一步的深入理解。
第4章介绍IPv6的过渡技术，这些技术在IPv4与IPv6的长期共存期是非常重要的，让读者了解IPv4与IPv6共存期的三类重点过渡技术：双栈、隧道和协议翻译，同时，理解不同的过渡技术对于不同的应用场景的适应性。
第5章介绍IPv6的安全技术，对IPv6安全问题的基本概念进行全面的阐述，并重点对基于IPv6的ACL、IPSec、SAVI、地址溯源等加以介绍和分析，使读者了解这些关键性IPv6安全技术的原理和特性。
第6章介绍IPv6的组播技术，包括IPv6组播地址格式和有效范围定义、组播成员发现协议、组播协议等，并对IPv4网络向IPv6网络过渡过程中组播技术如何适应不同的过渡场景进行深入的阐述。
第7章介绍IPv6的移动性，包括IPv6的主机移动性和网络移动性的基本协议，让读者能够对IPv6的移动性有全面的认识和了解。
第8章介绍运营商网络中IPv6的演进，提出下一代互联网演进的场景和原则，明确现有网络向下一代互联网演进的三种过渡模式：新建模式、端到端双栈模式和阶段过渡模式，并通过分析各种过渡模式的不同特点，提出适合部署的运营商条件。
第9～12章分别从骨干网、城域网、移动网和支撑系统中部署IPv6的解决方案，让读者了解不同网络的特征、网络演进的原则和场景、过渡技术解决方案等，从而全面掌握在网络中引入IPv6所涉及的改造点和过渡方法。
第13章介绍IPv6的部署案例，包括各国政府的IPv6部署计划和主要运营商的IPv6部署方案。了解各国的IPv6部署对于研究现有网络的发展有一定借鉴意义。
第14章介绍IPv6网络设备的实现，重点阐述目前主流设备厂家的设备实现情况，让读者了解不同厂商的IPv6主要设备及研发情况。
第15章介绍现有业务的IPv6部署，通过对现有网络运营中最具代表性的几种业务的IPv6演进进行分析，并结合对CP/SP应用的IPv6迁移介绍，让读者了解这些业务IPv6化的关键要点和实现方式。
第16章介绍下一代互联网的发展趋势。重点说明基于IPv6的下一代互联网的总体演进趋势，并对未来的物联网应用和移动互联网新应用需求进行深入分析。
本书部分内容和案例来自于作者的实践经验和研究成果，同时，本书的写作得到了中国电信集团公司和中国电信北京研究院的支持，并参考了大量的业界成果和相关技术资料，在此一并表示感谢。
下一代互联网IPv6作为一个新的技术和产业，涵盖的知识范围较广，同时仍在快速发展和演进过程中。由于作者水平有限，书中难免存在谬误，欢迎读者批评、指正。

目 录

┃第1章┃ IPv6概述 1
┃第2章┃ IPv6基础协议 31
┃第3章┃ IPv6路由协议 59
┃第4章┃ IPv6过渡技术 81
┃第5章┃ IPv6安全技术 115
┃第6章┃ IPv6组播 129
┃第7章┃ IPv6的移动性 144
┃第8章┃ 运营商网络中的IPv6演进 167
┃第9章┃ 骨干网IPv6部署 181
┃第10章┃ 城域网IPv6部署 193
┃第11章┃ 移动网的IPv6部署 202
┃第12章┃ 支撑系统的IPv6改造及部署 221
┃第13章┃ IPv6部署实施案例 252
┃第14章┃ IPv6网络设备的实现 264
┃第15章┃ 现有业务的IPv6部署 277
┃第16章┃ 下一代互联网的发展趋势 292