前言

伴随云计算、物联网等技术的广泛应用，通信网络的规模不断扩大，网络服务内容也更加多样化，技术、经济和安全等多方面因素正在推动互联网向纯IPv6过渡。当前全球超过12亿网民正在使用IPv6，一些国家的IPv6渗透率甚至已经超过60%，一些大型网络和数据中心已经将其内部网络改造为纯IPv6环境，而具有战略前瞻性的大型企业也正在努力将其企业网络迁移到纯IPv6环境。

本篇报告内容总结自ETSI（欧洲电信标准化协会）白皮书《IPv6 Best Practices, Benefits, Transition Challenges and the WayForward》（2020年8月发布），旨在探讨纯IPv6部署的实践案例和产业发展方向。

一、产业已做好准备向纯IPv6过渡

ETSI认为向IPv6过渡分为两个阶段：第一阶段引入IPv6，第二阶段转入纯IPv6网络。第一阶段是为了积累IPv6相关经验，并适应未来的服务，如物联网、车联网。在这个阶段，IPv6的流量可能会比IPv4低，但会比IPv4更快地增加。当IPv6流量增加到一定的限度时，就可以向纯IPv6网络转变，只通过IPv6提供服务，以简化网络，减少资本支出和运营支出。此外，该白皮书还得出以下结论：

  • 由于IPv4地址空间自2010年以来已经耗尽，IPv6正成为信息和通信技术行业的优先事项，5G、云计算、物联网等技术需要使用IPv6，政府和标准机构需要IPv6，设备-网络-内容通信价值链也要求采用IPv6。

  • IPv6在用户数、内容占比、流量等各项指标上的增长速度都快于IPv4。这证明互联网行业的主要参与者已在战略上决定大规模投资和部署IPv6，以支持互联网的发展。

  • 移动宽带(MBB)、固定宽带(FBB)和企业服务的IPv6过渡方案已经准备就绪。

  • 大量的云服务提供商和运营商已经成功部署和使用IPv6，同时大量的公司已经开始转向或计划提供纯IPv6服务。

  • 智能电网、车辆网、工厂自动化、过程控制和楼宇自动化等垂直行业应用将大大受益于支持IPv6的机器对机器通信。在过去十年中，IETF、ETSI和IEC等标准开发组织致力于推动基于IPv6的物联网技术开发，例如受限环境应用、低功耗无线通信和大规模通信和安全等。

  • IPv6对5G、低功耗无线、SDN/NFV、确定性网络、云计算等未来技术的增强创新将使整个行业受益，尤其是需求利益相关者（如政府、终端用户、企业以及互联网服务提供商/网络运营商）和供应利益相关者（如互联网和电信设备商以及垂直行业供应商）。此外，IPv6支持抽象底层技术的Overlay网络，能够在大规模虚拟化环境中提供持续可靠的服务。

二、全球化企业纯IPv6内部网络部署案例

1、企业转向纯IPv6动力

白皮书例举了多个部署案例，包括运营商、内容提供商、企业以及公共设施提供商。从一般用户角度看，企业的部署案例更具有代表性。这个全球化的大企业配置了双栈内部网络，当前正专注于将一部分改造为IPv6单栈，同时最终目标是在整个内部网络运行IPv6单栈。有四件事情促使他们决定在内部网络上转向纯IPv6。

首先，IPv4地址耗尽。他们需要向外部客户提供可公开路由的地址，因此从2011年开始，重新编号了私有地址（10/8地址空间）,但是根据消耗量和需求预测未来两到三年内也将耗尽。他们也没有剩余的大地址块，虽然具有较小的地址块，但是人们喜欢较大的块来帮助管理虚拟机等设备。此外他们还致力于回收内部网络中不使用的IPv4地址，但是不久的将来也会耗尽，因此需要为此做好准备。

第二，运行双栈网络会使网络更加复杂，包括故障排除时间、安全和QoS策略。

第三，私有IPv4的大量使用使得企业并购后的网络融合相当困难，因为必须在网络环境中插入更多的NAT，以实现网络环境和被收购公司之间的通信。

第四，行业压力。来自其他合作伙伴的压力是很大的，要求他们部署IPv6。这使得他们对IPv6的认识更加深刻，因为他们需要准备IPv6专用的测试环境，以便合作伙伴能够验证互操作的正确性。

2、部署纯IPv6观察到的进一步好处

1）部署IPv6带来了更规范的IP地址规划方式。人们通常认为IPv6很难读，但事实并非如此，地址前缀可以帮助知道它来自世界的哪个地方，而对于本地地址，可以使用一个聚合的前缀而仅需改后面的地址位。而对于IPv4，这是不可能的。

2）纯IPv6网络可以摆脱对传统协议的依赖，而这意味着不必像现在这样在内部网络中做多层NAT。他们观察到网络连接速度变得更快，他们认为一方面是受益于未受到NAT的限制，另一方面也可能受益于IPv6网络中的程序代码更新，代码质量可能更好。而从更宏观的角度来看，相对IPv4，IPv6的路由表组织得更好，数据到达目的地的速度可能会更快。

三、IPv6的创新与未来发展方向

1、新应用服务需要IPv6创新

采用IPv6不再是可有可无，全球向IPv6的过渡正在进行，而且已经进行了多年。所有互联网技术标准机构和网络设备供应商都已认可IPv6，并将其视为解决IPv4地址短缺问题的标准解决方案。事实上，全球每个互联网注册机构都强烈建议立即采用IPv6。

随着时间的推移，许多技术和经济上的权宜之计被开发出来，试图延长IPv4的寿命，但所有这些措施都增加了网络基础设施的成本和复杂性，并对创新造成重大的技术和经济障碍，全面过渡到IPv6是确保互联网技术和服务增长和创新的唯一可行选择。

5G、物联网、云计算等新技术的广泛应用，进一步推动了IPv6的网络的部署，也促进IPv6演化出新的特性：

  • 网络编程。因为运营商需要提供快速服务和定制化服务，以满足客户的特定要求，在这一点上，作为基于IPv6的SRv6可编程性概念具有现实意义。

  • 低延迟。延迟敏感应用的兴起要求网络在处理数据时具有最小的延迟和抖动，IPv6 可以很容易地与低延迟技术相结合。

  • 网络切片。一些增强型业务需要专门的网络资源来实现与网络中其他业务的隔离。这就提出了在一个共同的基础设施上建立多个逻辑网络和虚拟化网络，即切片的要求。SRv6和IPv6的端到端模型都允许网络切片。

  • 物联网。万物互联的世界对设备寻址和可到达性有强烈的需求。在这种情况下，整个128位的地址可以实现更多的灵活性，可以在不使用NAT的情况下进行分配，一些物联网应用甚至要求IPv6地址在设备的生命周期内保持不变，这样可以通过IPv6地址轻松地访问和控制设备。

2、IPv6创新推动互联网发展

图：IPv6创新推动互联网发展

网络的发展需要与时代的要求相匹配。为适应5G和云计算带来的新要求，基于IPv6+协议创以及IPv6+AI的增强型创新，在提升用户体验，降低成本等方面不断创造价值。以SRv6为代表，结合网络分析、智能调优等智能创新技术，能够实现智能路径规划、业务开通提速、运维自动化、质量可视化、SLA保障、应用感知等能力。

1）IPv6+协议创新：激发业务创新，提升用户体验

IPv6报文设计为未来网络加载新应用提供了足够的支撑。这一特点使得IPv6相关协议不断发展，使IPv6成为无限可能。例如，IPv6上的分段路由（SRv6）是一种源路由技术。通过IPv6的扩展头，为每个节点或链路分配段，头节点将这些段组合成段序列，引导数据包按照段序列转发，从而实现网络的编程能力。因此，以SRv6、BIER、APN6等为代表的协议创新，将帮助IP网络满足5G承载和云网融合的需求，为云专线、视频云、游戏加速、云办公等场景赋能，为不同业务、客户端和云端重构场景提供敏捷的差异化网络服务。

2）IPv6+人工智能：维护成本更低

包括机器学习和自然语言处理在内的人工智能，提供了更广泛的网络智能化方案。同时，IPv6的可扩展性和灵活性为人工智能的网络数据采集提供了便利。在人工智能的辅助下，IPv6网络在5G、专线业务、家庭宽带等业务场景中都能有智能化的应用机会，如基于IPv6的智能路由、网络故障分析、根源分析与定位、自愈与预测、网络资源安排与管理、IPv6智能安全等。

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