从IETF动态看IPv6的发展趋势

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所属分类：安全闲碎
摘要：IETF是全球制定互联网技术标准的最权威的标准化组织。在IPv6获得全球性的部署和应用的同时，IETF对于IPv6系列协议继续进行完善，并制定了各种基于IPv6基础技术的新型技术的标准。在调研IETF IPv6各项工作最新动态的基础上，分析判断IPv6在未来的发展趋势，以及其对于网络发展的影响。

引言

众所周知，互联网工程任务组（Internet Engineering Task Force，IETF）是致力于全球互联网标准研究和制定的大型标准化组织。尽管它是一个非政府的学术与工程标准化组织，但其制定的标准在国际互联网界具有最高的影响力和权威性。IETF向所有对该行业感兴趣的人士开放，汇聚了与互联网架构和互联网顺利运作相关的网络设计者、运营者和研究开发人 员。在运作方式上，IETF主要采取了工作组（Working Group，WG）的形式，每个工作组围绕一个技术主题制定相关的技术标准，目前IETF有100多个活跃的工作组。IETF的产出成果主要是一系列以编号排定的文件（Request For Comments，RFC）。自成立三十多年来，IETF已制定了近9000项RFC，这些成果支撑起了整个互联网的标准体系和运行。
自1994年起，IETF组织全球互联网工程师和专家积极参与IPv6技术标准、过渡、运营等各方面标准的制定工作，最终形成了IPv6的系列标准。IPv6是用于替换IPv4的新一代网络层协议，在吸取IPv4标准制定和运营中的经验教训的基础上，结合最新的软硬件及业务的发展打磨优化出来的新一版协议，是全球专家共同努力的结果。在2016年年底，IETF的国际互联网架构委员会（Internet Architecture Board，IAB）发布了关于IPv6的声明，即停止要求在新的或者扩展协议里面和IPv4协议的兼容，将来的IETF协议制定和优化工作应该基于IPv6来进行。因此，IPv6是IETF明确选定的替代IPv4协议的网络层协议，除此之外没有其他。
作为互联网的新一版网络层协议，IPv6协议具有通用性，与信息网络系统中的端、管、云、用等各个环节均密切相关，即每个环节都涉及到对于IPv6的支持。由于协议设计工作量大，IPv6工作在IETF并不是由单个工作组进行，而是由多个工作组共同推动，代表性的工作组包括6man、v6ops、softwire、sunset4、6lo、spring等，每个工作组都有其任务定位和目标（见图1）。此外，尽管有些工作组不是专门负责制定IPv6标准，但其工作和IPv6具有密切的关系，如制定DHCP标准的DHC工作组等。
从IETF动态看IPv6的发展趋势
图1  IPv6的工作在IETF的分布情况
由于IETF在国际互联网界的独特而重要的地位，它的最新动态就成为互联网技术的风向标。本文总结了近几年IETF在IPv6的基础技术、运营、网络可编程以及物联网等方面的最近动态和进展，从个人视角评估和判断IPv6的技术发展趋势及对于网络发展的影响。

2  IETF的IPv6技术动态

2.1IPv6基础技术

通常来说，IPv6的基础技术就是定义IPv6的基本报头、扩展包头、分段、上层处理等方面的技术，IPv6基础技术就是以 RFC8200为代表的系列RFC标准，在IPv6技术体系中具有根本性的地位。其他IPv6相关技术（如基于IPv6的源路由SRv6）都构建在IPv6基础技术之上，因此IPv6基础技术也就是核心技术。其他新的标准制定时必须参考RFC 8200标准，并遵循其中的规定才能最终有效。在IETF内，6man负责维护IPv6基础技术，是制定、升级和推荐IPv6协议成为互联网标准的工作组，6man也是在IETF讨论 IPv6相关问题的主要场所。对于其他工作组提出的修改或者扩展IPv6协议的文稿，6man将进行自行评估，该文稿在发布以前必须征得6man的认可和支持，因此6man在IETF内具有高度的话语权。2017年，6man在对IPv6的上一版RFC——RFC 2640进行更新后发布了新版的IPv6技术规范——RFC 8200，实现了IPv6从“标准草案（Draft Standard）”到“正式标准（Standard Track）”的转变，IPv6正式成为互联网标准也说明IPv6基本技术已经成熟，从技术的角度已经具备高度的可用性。需要说明的是，并不是所有的RFC都是IETF标准。正因为基础技术标准的重要性，包括6man在内的IETF对于IPv6标准更新时非常谨慎，原则上并不支持对于IPv6标准进行频繁的、重大的修改或扩展。
目前，6man讨论的立项文稿包括“记录路径的MTU的扩展报头” “用于IPv6被动式性能测量方式的TLV参数在扩展包头中的定义” “ 利用扩展SLAAC生成临时地址”等，均是在IPv6基础技术上提出的新的优化方案。6man特别重视IPv6的安全性，特别是保护用户的隐私和信息安全性，以文稿“利用扩展SLAAC生成临时地址”为例，其提出了扩展SLAAC从而生成随时间可变的随机化接口标识符，通过地址可变限制了监听者基于IPv6地址收集和关联用户行为的时间窗口。SRv6是当前IETF的主要工作热点之一，可以说是自从IPv6过渡技术高潮之后的另外一次标准化高潮，由于SRv6是基于IPv6的路由扩展报头来实现，因此很多文稿也在 6man开展讨论，如SRv6的OAM文稿。
从IPv4向IPv6的过渡技术也是IPv6的基础技术的组成部分，过去IETF针对不同场景需求制定了多项过渡技术，包括隧道类的DS-Lite、Lw4over6、6rd、4rd和MAP-E等，还有翻译类的NAT64、MAP-T等，但过渡技术标准的制定基本已经结束，负责制定过渡技术的工作组Behave和Softwire已经关闭。

2.2IPv6网络运营

IPv6网络运营的研究工作主要在v6ops开展，该工作组重点讨论现有或者新建网络中如何部署和运营IPv6，并为IPv6的运行提供指南。v6ops的研究需求主要来自于运营商和用户，因此和运营商的网络运营具有密切的关系，当前v6ops研究的重点包括以下内容。
( 1 ) 向纯IPv6的演进已成为新的热点，考虑到纯IPv6是网络演进的必然趋势，纯IPv6的问题在v6ops的重视程度越来越高。2016年，v6ops在会议中开始进行纯IPv6的体验，并在每次会议上鼓励参会者使用体验。目前，纯IPv6方面的工作组文稿如“CDN场景下464XLAT的优化建议”,464XLAT是一种基于无状态翻译和有状态翻译的纯IPv6过渡技术，目前受到业界的高度关注。这篇文稿提出了464XLAT架构下，纯IPv4的应用客户端或者终端在访问双栈的CDN节点、缓存以及其他网络时遇到的问题，即在目的节点配置了IPv6地址的情况下，由于客户端通过DNS只能获得目的地的IPv4地址，此时数据流只能通过NAT64设备去访问目的服务器，而不能直接通过IPv6去访问，相当于走了一条非最优的路径，因此本文稿建议对于464XLAT进行优化，并提出了3条优化建议，分别为基于DNS/路由的方案、CLAT中基于DNS-proxy-EAM的方案和CLAT中基于DNSprovider-EAM的方案。
( 2 ) v6ops研究IPv6网络运营的需求规范，如路由器和客户侧CPE设备的功能定义，其中RFC 8585定义了对IPv6 CPE路由器的基本要求，特别是对于过渡技术的支持，与上一版RFC7084不同之处在于提出了对于464XLAT的支持。而RFC7084仅要求支持双栈、DS-Lite和6RD，这也说明464XLAT的应用范围从移动宽带场景逐渐向固定宽带接入场景延伸。
( 3 ) v6ops解决IPv6运营过程中出现的具体问题并给出相应的解决办法，或者将这些问题交付给其他技术工作组解决，因此 v6ops是其他工作组制定技术标准的需求来源方之一。例如，文稿“首跳路由器的邻居缓存记录”，通常IPv6节点采用RFC4861确定邻居的链路层地址已经发现和维护可达性信息。在终端采用一个新的IPv6地址时，其首跳路由器的邻居发现状态不可见导致达到数据包被丢弃，近几次会议讨论了针对此问题的可能解决办法，并且提到如果涉及到协议层面的工作，建议放到6man工作组开展。
( 4 ) v6ops也支持运营者在IPv6运营方面的实践和经验分享，比较突出的也可能最终以RFC发布，如我国CERENT牵头编写的RFC6219。

2.3面向网络可编程的SRv6技术

SRv6是构建在IPv6数据平面的源路由技术，结合原生IPv6技术和SDN架构实现网络的可编程能力。最近一年来，SRv6标准进展迅速，其关键数据平面SRH草案于2020年3月发布为标准 RFC8754，标志着SRv6基本封装格式的标准化，这是SRv6标准化的重要里程碑。SRv6的核心文稿SRv6网络编程目前已经过了WGLC的阶段，正在IESG审核阶段，预计不久的未来将发布称为RFC。SRv6控制平面的IS-IS、BGP、BGP-LS等均已经被工作组接收，其中控制平面的IS-IS扩展已经过了WGLC阶段，即将进入IESG Review阶段。从整体来看，当前SRv6的基础标准化工作已经接近完成，标准初步成熟并可支持商业部署。
目前，SRv6标准的主要热点在OAM和压缩等工作上。OAM文稿是SRv6的基础特性之一，目前SRv6 OAM文稿已经成为工作组文稿，随着OAM工作的推动成熟，SRv6基础特性基本完成标准化工作；第二个热点是SRv6压缩工作，该工作当前是SRv6领域的重点，竞争也非常激烈。目前，业界已经提出了多个方案，比如 G-SRv6、Micro Segment等方案。从技术上看，两种方式都基于SRH方案，相互兼容，未来可以共同推进；另一个解决SRv6开销问题的方案是CRH，其与SRv6不兼容，目前正在申请工作组接收，但遭遇行业内较多反对声音，目前尚未被接收。从技术发展趋势看，SRv6将成为IP在提升网络智能化的重要手段，而且优化SRv6的方案应该基于SRv6的基础进行优化，从而减少兼容成本。

2.4物联网

IPv6具有海量的地址空间和良好的自主配置能力，因此是给物联网节点提供连接的最佳的网络技术。然而，物联网的节点一般资源极其有限，这些网络的节点具有有限的能量供应、存储、计算处理或带宽资源，而且物联网终端运行的环境相对常规终端条件更加多样和苛刻，这些都决定了在这类网络上需要对于IPv6协议进行适配和优化，从而使IPv6适应于在资源有限的节点组成的网络上运行，简称6lo网络。IETF在IPv6与物联网融合方面的工作主要分布在6lo、6tisch等工作组。6lo主要是研究将IPv6适配在多种类型的6loWPAN通信技术上并制定相关标准。目前，热点文稿有“6lo网络上的地址受保护的邻居发现协议”“6lo骨干网路由器” “6loWPAN选择性分段恢复”等，多项文稿已经完成了最后的征求意见环节,等待发布成RFC。6tisch负责制定运行在IEEE 802.15.4时隙调频（TSCH）模式上的IPv6的架构和技术标准，TSCH是在2012年引入并作为IEEE 802.15.4的MAC部分的增补，目前IPv6 over TSCH的网络架构文稿已经成熟，预计很快就要发布为RFC。此外，IoT网络还包括基于蜂窝的NB-IoT网络，其遵循了3GPP制定的移动网IPv6地址分配和路由管理机制，如地址管理方面采用的是SLAAC 方式，这些标准随着IPv6在移动网络上的应用而获得应用。

3  IPv6技术趋势分析

从以上几个工作组的新近动态来看，IPv6技术具有如下发展趋势。

3.1遵循互联网的开放式架构促进开放化发展(Open）

首先，IETF是将IPv6作为未来互联网演进的根本性技术，目前没有能与IPv6并驾齐驱的其他候选技术，而且其他所有的网络层技术更新和创新都是在IPv6的基础上进行。而且，基于IPv6的互联网总体上还是延续了IPv4时代互联网的开放式端到端（End-to-End）架构，即“网络是一个服务于各种业务的通用系统，和应用层相关的功能不要放置在网络的核心”。互联网的开放式架构把应用层的创新开放给了用户，才使得互联网的业务空前繁荣，也促使互联网特别是移动互联网的成功，因此说开放性是互联网成功的精髓也毫不为过。在互联网的发展过程中，随着互联网从学术网络向商业化网络的转变，各方从自己的利益出发希望调整甚至改变互联网的架构，如尝试将网络做成封闭式，但最终都以失败而告终。可以预见，未来随着IPv6的进一步引入，网络的开放式架构将持续发挥作用。

3.2纯IPv6将使得网络回简洁(Concise)

纯IPv6以IPv6协议作为网络的基础通信协议，提倡更多的互联网服务提供商的业务向IPv6迁移。在这种方案中，网络采用IPv6编址，即网络给终端只分配IPv6地址，不分配私有地址。纯IPv6在近期内也不是完全杜绝IPv4，而是将IPv4作为IPv6基础网络的业务，即“IPv4 as a Service”。由于网络只需维护IPv6协议栈，因此 IPv6单栈网络比双栈网络更加简洁，网络的管理维护负担显著减小。尽管纯IPv6在IETF的讨论是在近三四年才热起来，但在全球由于有IETF相关技术标准的支撑，早在2014年时已有运营商开始在4G网络采用464XLAT/NAT64实现纯IPv6规模部署的案例，目前有更多运营商的4G网络采用了纯IPv6技术，并取得了良好的效果。目前有固网和移动网采用同样的纯IPv6技术的趋势，此时需要家庭网关和企业网关CPE均支持464XLAT，这样在网络侧只采用一种NAT——NAT64，这对于综合性运营商来说有利于简化网络的运营。
引入纯IPv6的好处是利用IPv6海量地址满足了终端的编址需求，解决了地址不足的问题。新的业务场景，如工业互联网、物联网、车路协同等，没有IPv4的历史包袱，更应该在新的起点上采用纯IPv6技术来发展，而不是沿用老的IPv4协议。不可否认的是，在当前IPv4业务流量仍处于主流的情况下，我国的网络仍处于引入IPv6的过渡阶段，在网络从双栈向纯IPv6演进的过程中，网络层演进会相对较快一些，而业务完全迁移到纯IPv6将会需要较长时间。

3.3SRv6促进网络的智能化(Programmable)

从技术角度看，SRv6可以简化网络的状态和协议，适应云网融合和5G发展的趋势，同时也提供了更好的网络可编程能力，在跨域方面也比SR-MPLS更易部署，因此将成为IP网络未来发展的方向。结合目前SRv6标准成熟度，目前世界范围已经有超过十多家的商业部署案例，而我国的中国电信和中国联通更是SRv6部署的先驱。从产业的角度看，应该借助我国IPv6基础设施的优势，在推动我国IPv6部署的同时，先试先行加速推动SRv6试点，简化 IP网络管理。随着SRv6商业部署的推进，更多的网络需求将会出现，如网络切片、IFIT和APN6等，我国运营商和设备商可以在这些新技术领域引导国际上IP网络未来发展的方向。

3.4IPv6物联网促进网络的普适化(Ubiquitous)

随着物联网上IPv6相关技术逐渐成熟，互联网从面向人的通信逐渐延伸到人-物通信、物-物通信，终端的数量将从几十亿级向百亿级甚至千亿级发展，支撑这么庞大的网络，也只有IPv6技术才能做到。在我国各行业推进数字化转型的过程中，物联网是重要的一个环节，物联网节点负责数据的采集、处理和控制，物联网传感器的爆炸式增长使数字孪生成为可能。与采用IPv4或者其他私有协议相比，采用IPv6协议将使得网络架构更加灵活，数据采集的覆盖范围进一步扩大，相应地也带来物联网设备成本的降低。另外，IPv6的特点将满足物联网特有的一些需求，如基于IP地址的反向控制，这在IPv4网络中是难以做到的。从可行性来说，随着物联网芯片性能的提升，物联网终端内的资源已经可运行完整的IPv6协议栈，并具备商用化的能力。IPv6在物联网的广泛应用也将反过来推动IPv6技术本身的升级完善，如在路由、安全及可管理性等方面提出新的需求。

4  结束语

作为下一代互联网的核心和基础性的技术，IPv6正在成为未来网络空间竞争和话语权的重要抓手，IPv6影响着中国在未来全球ICT竞争中的地位和作为全球下一代互联网网络和资源中心的布局。2017年，《推进IPv6规模部署行动计划》明确指出，“IPv6能够提供充足的网络地址和广阔的创新空间，是全球公认的下一代互联网商业应用解决方案”，这一论断为IPv6在建设我国网络强国中的重要作用给出了准确定位，也为我国互联网基础设施的发展指明了正确的方向。IETF是制定以IPv6为代表的互联网技术标准的主要组织，其新近的动向反映了互联网网络技术的发展趋势，因此观察IETF的技术动态对于准确把握网络技术发展及趋势，并支撑我国的信息网络建设具有重要作用。
本文在梳理调研IETF内与IPv6技术比较密切的几个工作组工作的基础上，分析了IPv6的技术趋势，即未来向开放化、纯IPv6化、智能化及普适性方向发展。我国产业界应该顺应趋势，一方面积极参与国际的互联网技术创新，参与互联网规则的制定，为国际互联网的发展作贡献，成为全球下一代互联网发展的主导力量；另一方面，推进IPv6技术的产业化应用，特别是发挥IPv6的技术优势，将IPv6和云网融合、工业互联网、智慧城市等新兴场景结合，促进IPv6与经济社会各领域的深度融合应用，也促进我国信息基础设施的升级换代。
本文刊于《信息通信技术与政策》2020年第8期，为便于排版已省去参考文献。


原文来源：信息通信技术与政策

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