GB/T 44598-2024 多域IPv6单栈网络总体技术要求

　　ICS 33. 040.40 CCS L 78

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 44598—2024

　　多域 IPv6 单栈网络总体技术要求

　　Overalltechnicalrequirementsofmulti-domain IPv6-only network

　　2024-09-29发布 2025-01-01实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 44598—2024

　　目 次

　　前言 Ⅲ

　　1 范围 1

　　2 规范性引用文件 1

　　3 术语和定义 1

　　4 缩略语 2

　　5 通则 3

　　6 基本通信场景 5

　　6. 1 IPv6业务端到端通信 5

　　6. 2 IPv4业务端到端通信 5

　　6. 3 IPv6主机访问 IPv4业务的通信 6

　　6. 4 IPv4主机访问 IPv6业务的通信 6

　　6. 5 L2/L3VPN等业务通信 6

　　7 主干网总体技术要求 6

　　7. 1 通则 6

　　7. 2 编址要求 7

　　7. 3 路由要求 8

　　7. 3. 1 IPv6路由 8

　　7. 3. 2 地址映射规则 8

　　7. 4 转发要求 9

　　7. 4. 1 IPv6-to-IPv6转发 9

　　7. 4. 2 IPv4-to-IPv4转发 9

　　7. 4. 3 IPv4-to-IPv6转发 11

　　8 系统构成 11

　　9 接入侧 IPV6单栈技术要求 13

　　10 主干网与接入侧的协同要求 13

　　10. 1 与 464XLAT接入方式衔接 13

　　10. 2 与 IPv4/IPv6双栈接入方式衔接 13

　　11 与外部网络的互联互通要求 14

　　11. 1 与 IPv4/IPv6双栈网络之间的互联互通 14

　　11. 2 与纯 IPv4网络之间的互联互通 14

　　11. 3 与 IPv6单栈网络之间的互联互通 15

　　12 SRV6支撑技术要求 15

　　Ⅰ

　　GB/T 44598—2024

　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1. 1—2020《标准化工作导则 第 1部分 :标准化文件的结构和起草规则》的规定起草 。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利 。本文件的发布机构不承担识别专利的责任 。

　　本文件由中华人民共和国工业和信息化部提出 。

　　本文件由全国通信标准化技术委员会(SAC/TC485)归 口 。

　　本文件起草单位 : 中国电信集团有限公司 、清华大学 、中国联合网络通信集团有限公司 、中国信息通信研究院 、下一代互联网关键技术和评测北京市工程研究中心有限公司 、阿里云计算有限公司 、华为技术有限公司 、中兴通讯股份有限公司 、新华三技术有限公司 、中国信息通信科技集团有限公司 、中通服咨询设计研究院有限公司 。

　　本文件主要起草人 :解冲 锋 、李 星 、马 晨 昊 、李 聪 、董 国 珍 、韩 国 梁 、曹 蓟 光 、高 巍 、何 晓 峰 、宋 林 健 、宋阳 、彭书萍 、万晓兰 、汪俊芳 、冯小芳 。

　　Ⅲ

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　　多域 IPv6 单栈网络总体技术要求

　　1 范围

　　本文件规定了多域 IPv6单栈网络的场景需求 、总体框架 、编址要求 、路由要求 、转发要求 、主干网与接入侧协同 、与外部网络的互联互通以及 SRv6支撑技术等方面的技术要求 。

　　本文件适用于多域 IPv6单栈的网络建设和运营以及支持多域 IPv6单栈网络设备的开发 。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款 。其中 , 注 日期的引用文件 ,仅该日期对应的版本适用于本文件 ;不注日期的引用文件 ,其最新版本(包括所有的修改单) 适用于本文件 。

　　IETF RFC 4760

　　BGP-4的多协议扩展(Multiprotocol extensions forBGP-4)

　　IETF RFC 6052

　　IPv4/IPv6转换器的 IPv6寻址(IPv6 addressing ofIPv4/IPv6 translators)

　　IETF RFC 6333

　　IPv4耗 尽 后 的 双 栈 精 简 版 宽 带 部 署 (Dual-Stack lite broadband deployments

　　following IPv4 exhaustion)

　　IETF RFC 6877 464XLAT:有状态和无状态翻译的结合(464XLAT:Combination ofstatefuland stateless translation)

　　IETF RFC 7596 轻量级 4over6:对于 DS-Lite架构的扩展(Lightweight4over6: an extension to the dual-stack lite architecture)

　　IETF RFC 7597

　　使用封装进行地址和端口映射(MAP-E)[Mapping ofaddressand portwith en-

　　capsulation(MAP-E)] IETF RFC 7599

　　使用翻 译 进 行 地 址 和 端 口 映 射(MAP-T)[Mapping of address and port using

　　translation(MAP-T)] IETF RFC 7915

　　IP/ICMP翻译算法(IP/ICMP translation algorithm)

　　IETF RFC 8402

　　分段路由架构(Segmentrouting architecture)

　　IETF RFC 8754

　　SRv6扩展报头 SRH[IPv6segmentrouting header(SRH)]

　　IETF RFC 8986

　　SRv6网络编程[segmentrouting over IPv6(SRv6)network programming]

　　3 术语和定义

　　下列术语和定义适用于本文件 。

　　3. 1

　　IPv6 单栈网络 IPv6-only network

　　采用 IPv6单协议栈进行路由和转发的网络 。

　　注 : IPv6单栈网络也被称为纯 IPv6网络 。

　　3.2

　　入口节点 ingressnode

　　业务数据包流入多域 IPv6单栈主干网时的边缘节点 。注 : 负责将 IPv4数据包转换成 IPv6数据包 。

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　　3.3

　　出 口节点 egressnode

　　业务数据包流出多域 IPv6单栈主干网时的边缘节点 。

　　注 : 负责将 IPv6数据包恢复成 IPv4数据包 。

　　3.4

　　合成 IPv6 地址 compositeIPv6 address

　　使用全网统一的地址映射规则将 IPv4地址映射生成的 IPv6地址 。

　　注 : 合成 IPv6地址的空间是运营商全部 IPv6地址空间的子集 ,并不是所有的 IPv6地址都能作为合成 IPv6地址 。 3.5

　　IPv6 映射前缀 IPv6 mappingprefix

　　用于将 IPv4地址映射生成其对应的 IPv6地址时采用的 IPv6前缀 。

　　注 : 通常是添加在 IPv4地址前面 ,在本文件中用 Pref6表示 。

　　3.6

　　缺省转换网关 defaultADPT gateway

　　向 IPv6单栈网络中发布缺省 IPv6映射前缀的 PE设备 。

　　3.7

　　映射规则数据库 mapping ruledatabase

　　PE设备内用于存储 IPv4地址块和 IPv6映射前缀之间映射关系的数据库 。

　　4 缩略语

　　下列缩略语适用于本文件 。

　　ADPT:适配器(Adapter)

　　AS: 自治系统(Automonous System)

　　ASBR: 自治系统边界路由器(Autonomous System Boundary Router)

　　BGP:边界网关协议(Boder Gateway Protocol)

　　BR:边界路由器(Border Router)

　　CPE:客户前置设备(CustomerPremise Equipment)

　　DNS:域名系统(Domain Name System)

　　DS-Lite:轻量级双栈(Dual-Stack Lite)

　　EBGP:外部边界网关协议(ExternalBorder Gateway Protocol)

　　IGP: 内部网关协议(Interior Gateway Protocol)

　　IDC:互联网数据中心(InternetDataCenter)

　　IETF: 国际互联网工程任务组(The InternetEngineering TaskForce)

　　IP:互联网协议(InternetProtocol)

　　IPv4:互联网协议第四版(InternetProtocolversion4)

　　IPv6:互联网协议第六版(InternetProtocolversion6)

　　IS-IS: 中间系统到中间系统(Intermediate System-to-Intermediate System)

　　MAP-E:使用封装进行地址和端口映射(Mapping ofAddress and Portwith Encapsulation)

　　MAP-T:使用翻译进行地址和端口映射(Mapping ofAddress and Portusing Translation)

　　MD: 映射数据库(Mapping Database)

　　MP-BGP:BGP-4的多协议扩展(MultiProtocolExtensions forBGP-4)

　　MSE:多业务边缘(Multi-Service Edge)

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　　NAT: 网络地址转换(Network Address Translator)

　　OSPF:开放式最短路径优先(Open ShortestPath First)

　　P:服务提供商网络核心路由器(Provider Router)

　　PE:服务提供商网络边缘路由器(Provider Edge)

　　PGW :分组数据网关(PacketGateway)

　　RP:规则处理(Rule Processing)

　　RT:规则传送(Rule Transportation)

　　PT:数据包转换(PacketTransformation)

　　SA:独立组网(StandAlone)

　　SD-WAN:软件定义广域网(Software Defined Wide Area Network)

　　SR:分段路由(SegmentRouting)

　　SRH :分段路由头(SegmentRouting Header)

　　SRv6:构建于 IPv6数据平面之上的分段路由(SegmentRouting over IPv6Data Plane)

　　UPF:用户平面功能(UserPlane Function)

　　vBRAS:虚拟宽带接入服务器(VirtualBroadband Remote Access Server)

　　VPN:虚拟专用网(VitrualPrivate Network)

　　464XLAT:464翻译器(464Translator)

　　5 通则

　　多域 IPv6单栈网络指的是由多个自治系统组成 、由统一的机构管理运营的 IPv6单栈网络系统 ,如图 1所示 ,每个自治系统和场景均采用 IPv6单栈方式组网和运营 ,并且相互之间通过 IPv6单栈方式互联互通 。多域 IPv6单栈网络是网络从 IPv4/IPv6双栈网络演进的目标 , 随着 IPv6技术的成熟 , 网络中间的设备可逐渐关闭 IPv4协议运行 ,成为 IPv6单栈型多域网络 。多域 IPv6单栈网络应仅在网络边缘的 PE设备上保留 IPv4特性 ,支持存量 IPv4业务数据的接入 ,确保用户体验不降低 。

　　多域 IPv6单栈网络应对于不同类型的客户 ,如 :家庭用户 、企业用户 、移动用户 、云用户等 ,提供接入和数据转发等服务 ,支持固定/移动互联网访问 、专线 、L2/L3 VPN、SD-WAN 以及计算 、存储和低时延等场景的业务要求 ,支持 IPv6业务数据和存量 IPv4业务数据的承载与传送 。

　　图 1 多域 IPv6 单栈场景示意图

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　　组成多域 IPv6单 栈 网 络 的 各 自 治 系 统 内 部 应 自 行 选 择 内 部 网 关 协 议 IGP 进 行 路 由 发 现 和 传播 ,共同维护内部路由消息的一致性 , 内部路由信息应包含了到本自治系统内所有目的站的路由 。

　　在多域 IPv6单栈网络中 , 当源主机和目的主机位于不同的 自治系统中时 ,需要进行跨域传送数据包 。在控制面 ,应支持域间路由的发现和传播 ,每个自治系统应选取一个或多个处于自治系统边界的路由器作为代表 , 向其他 BGP路由器邻居通告 IPv6路由信息 。本文件要求基于 IETF RFC 4760所规定的 MP-BGP 的协议及其扩展交换 IPv6和 IPv4的网络可达性信息 。基于控制面交换的路由信息 ,路由器应在转发面进行 IPv6数据包的交换和转发 ,应支持和外部 IPv6和 IPv4网络的互通 。

　　本文件基于图 2 的网络框架说明多域 IPv6单栈网络技术要求 ,本网络是由网络运营商 C1运营 ,并由 AS1、AS2和 AS3多自治系统组成的 IP 网络 ,各自治系统之间通过 BGP协议交换路由并进行域间数据交换 ; 网络运营商 C2的 AS4网络 、网络运营商 C3的 AS5网络是运营商 C1的邻居网络 ,其分别与AS2网络基于 BGP协议进行对等互联 。

　　图 2 多域 IPv6 单栈网络总体框架示意图

　　多域 IPv6单栈网络涵盖采用专用硬件形态和云化技术构建的虚拟化网络设备和主机 。位于多域IPv6单栈网络边缘的 PE设备包括 :

　　a) 接入类 PE设备 :位于网络边缘 、可给用户提供 IPv6单栈接入服务的网络设备 ,也可为现存的IPv4用 户提 供 接 入 服 务 的 三 层 网 络 设 备 , 如 : BRAS/MSE、vBRAS-UP、LTE 网 络 中 的PGW/CGN、5G SA 网络中的 UPF/防火墙 、IDC 中的接入路由器等 ;

　　b) 互通类 PE设备 :指与外部网络具有直接互联链路 、运行 EBGP协议的域间三层网络设备 ,如图 2 中的 BR1和 BR2。

　　位于多域 IPv6单栈网络核心的 P设备与外部没有直接连接关系的三层网络设备 ,如图 2 中的 R3、 R4,与外部 网 络 之 间 没 有 直 接 连 接 关 系 的 域 间 BGP 路 由 器 也 属 于 P 设 备 , 如 R1、R2、R5、R6、R7和 R8。

　　多域 IPv6单栈网络内部应只采用 IPv6协议交换路由和转发业务数据 ,P设备之间互联均应采用IPv6协议 ,相关接口只配置 IPv6地 址,如 图 2 中 的 域 间 R1-R2、R6-R8、R5-R7之 间 的 连 接 , 均 只 采 用IPv6协议交换数据 。多域 IPv6单栈网络支持与外部 IPv4网络的互通 , 与外部其他网络设备互联的接口均根据需求配置 IPv4地址 。

　　多域 IPv6单栈网络总体分为三部分 :IPv6单栈接入为主的接入段 、IPv6单栈主干段 、外部网络互通段 ,各部分之间相互协同共同构成 IPv6单栈网络体系 ,如图 3所示 。

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　　图 3 多域 IPv6 单栈网络的组成部分

　　多域 IPv6单栈网络的客户应主要通过 IPv6单栈的方式接入 , 即 CPE/终端到网络的边缘设备 PE之间只支持 IPv6协议 ,典型的 IPv6单栈接入技术包括 :IETF RFC 6877定义的 464XLAT技术 、IETF RFC 6333定义的 DS-Lite技术 、IETF RFC 7599定义的 MAP-T技术 、IETF RFC 7597定义的 MAP-E技术和 IETF RFC 7596定义的 Lightweight4over6技术等 。

　　本文件并不是定义 IPv6网络的所有特性 ,涉及 IPv6的新特性会在其他相关标准中定义 。

　　6 基本通信场景

　　6. 1 IPv6 业务端到端通信

　　如图 4所示 ,在本模式中 ,通过 IPv6接入的主机 H1可发起访问接入本多域 IPv6单栈网络(以下简称 “本网络 ”)或者外部其他自治系统的 IPv6主机 H2,并进行双向 IPv6的数据通信 。

　　图 4 IPv6 业务端到端通信的场景

　　6.2 IPv4业务端到端通信

　　如图 5所示 ,在本模式中 , IPv4主 机 H1可 穿 越 本 IPv6 网 络 并 访 问 接 入 本 网 络 或 者 外 部 网 络 的IPv4主机 H2,并进行双向数据通信 。

　　图 5 IPv4业务穿越多域 IPv6 单栈网络的场景

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　　6.3 IPv6 主机访问 IPv4业务的通信

　　如图 6所示 ,在本模式中 ,通过 IPv6单栈接入的主机 H1发起访问接入本网络或者外部其他自治系统内的 IPv4主机 H2,并进行双向数据通信 。

　　图 6 IPv6 主机访问 IPv4业务的通信

　　6.4 IPv4主机访问 IPv6 业务的通信

　　如图 7所示 ,在本模式中 ,通过 IPv4接入的主机 H1可发起访问接入本网络或者外部其他自治系统内的 IPv6主机 H2,包括 IPv6单栈的云服务 ,并进行双向数据通 信 。此 种 情 况 下 , 如 果 主 机 H2 的IPv6地址是随机的通用地址,由于难以支持由 H1发起的访问而使得通信较难进行 , 因此 H2 的 IPv6地址一般是由公有 IPv4地址变换生成的合成 IPv6地址(见 6. 2) 。

　　图 7 IPv4主机访问 IPv6 业务的通信

　　6.5 L2/L3VPN等业务通信

　　在其他系统(如管理系统或控制器)的配合下 ,多域 IPv6单栈的网络支持二层 VPN、三层 VPN 和SD-WAN等业务的建立和数据通信 ,并满足客户的安全隔离和性能保障要求 。

　　7 主干网总体技术要求

　　7. 1 通则

　　如图 8所示 ,多域 IPv6单栈网络应支持现存 IPv4业务数据的传送 ,运行在入 口 PE(即 PE1) 上的ADPT功能需要将 IPv4业务数据包转换成 IPv6数据包 ,并通过 IPv6路由转发系统送达到正确的出 口PE(即 PE2) ,然后恢复成 IPv4数据包 。ADPT 的组成及功能定义见第 7章 。

　　图 8 从入口 PE 到出 口 PE传输 IPv4业务数据示意图

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　　多域 IPv6单栈网络的所有 PE预先配置各自的映射前缀 Pref6,应优先采用将全网中 PE 的映射前缀长度配置成一致的方式 。 多域 IPv6单栈网络应将 IPv4地址空间映射到 IPv6地 址 空 间 中 , 并 形 成IPv4地址块 与 其 所 关 联 的 PE 的 IPv6 映 射 前 缀 的 对 应 关 系 : (IPv4地 址 块 : 关 联 PE 的 映 射 前 缀Pref6) 。对于特定 IPv4地址块 ,其关联 PE就是指在其 IPv4 网络侧收到含有该 IPv4地址块路由通告的 PE。

　　以上映射关系包含在地址映射规则中 ,其内容定义见 6. 2. 3。

　　7.2 编址要求

　　PE设备上的 IPv4和 IPv6地址之间的映射是无状态映射 , 即 PE不必为 IPv4-IPv6地址映射保持和维护地址级或用户级映射表项 ,从 IPv4地址映射到 IPv6地址就是在该 IPv4地址上添加映射前缀Pref6生成其对应的 合 成 IPv6地 址,如 图 9 所 示 。 反 之 , 当 要 将 合 成 IPv6地 址 中 变 换 成 IPv4地 址时 ,只需提取其后 32位即可 。这种已专门用作映射 IPv4地址空间的 IPv6地址子空间中不允许再分配给其他 IPv6主机使用 。所有 IPv4地址均应优先通过地址映射规则映射为合成 IPv6地址,合成的 IPv6地址也应能够反向被映射回 IPv4地址 。具体的地址映射方式应符合 IETF RFC 6052所规定的要求 。本文件的示例中 Pref6长度为 96,也应支持根据实际需求选择其他长度 ,如 :64、48或者其他更短长度 。

　　图 9 从 IPv4地址到 IPv6 地址的无状态映射示意图

　　网络运营商可根据自己的运营需求为每台 PE设备配置单个映射前缀或者一组映射前缀 。

　　当 IPv4数据包进入多 域 IPv6单 栈 网 络 时 , 对 于 数 据 包 的 源 IPv4地 址,入 口 PE 应 使 用 自 己 的Pref6合成新的源 IPv6地址 ;对于目的 IPv4地址,入 口 PE在本地映射规则数据库中查找所对应的地址映射规则 ,若找到 ,应利用地址映射规则中的映射前缀合成新的 目 的 IPv6地址,如图 10所示 。入 口PE将 IPv4数据包转换成 IPv6数据包 ,然后在 IPv6网络中进行域内和跨域传送 。

　　图 10 基于地址映射规则进行 IPv4-IPv6 数据包转换

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　　出 口 PE从网内接收 到 IPv6数 据 包 后 , 应 能 够 去 除 IPv6数 据 包 中 源 和 目 的 IPv6地 址 的 映 射 前缀 ,剩下的 32位即为原始 IPv4地址,并将 IPv6数据包恢复为 IPv4数据包 。

　　对于部分资源相对较少的 PE,其映射规则数据库 MD 中并不存储所有的 IPv4地址块的地址映射规则 ,此时网络应设置缺省转换网关 ,缺省转换网关向其他 PE通告缺省地址映射规则 。 当入 口 PE在本地找不到某 IPv4地址的映射前缀时 ,则可采用缺省地址映射规则中的映射前缀 Pref6生成 IPv6地址,并将转换后的 IPv6数据包转发到缺省转换网关 。

　　7.3 路由要求

　　7.3. 1 IPv6 路由

　　IPv6路由交换方式应和双栈网络中的 IPv6路由交换方式相同 。

　　如图 11所示 ,PE2通过 IBGP 向域内 BGP邻居通告一系列可达的 IPv6路由前缀 。路由器 PE1和PE3收到 PE2发布的 路 由 更 新 通 告 后 , 将 IPv6路 由 信 息 存 储 在 本 地 路 由 表 中 。 为 避 免 出 现 路 由 黑洞 ,IPv6单栈网络中应支持 IGP和 BGP 的路由同步 。

　　图 11 IPv6 路由的通告示意图

　　7.3.2 地址映射规则

　　地址映射规则由 PE生成 ,应至少包含如下信息 。

　　—IPv4地址块 。

　　—PE 的 IPv6映射前缀 Pref6。

　　为(—)—了将(—IP)I(v)P(4)v4(地)业(址)务(源)数(类)据(型)准,l传送(oca)l;到(1)网:r络(e)la出(y)) 口。,PE设备间应预先交换 IPv4地址块的地址映射规

　　—PE设备数据转发类型=0,1,2(0:translation orencapsulation;1:encapsulation;2:translation) 。

　　则 ,该过程应通过扩展 MP-BGP协议或其他控制协议进行 。

　　如图 12所示 ,AS3和 AS4为运行 IPv4协议的网络 ,AS4的 BR2和 AS2上的 PE2为 EBGP对等体关系 。BR2向 PE2通告某条 IPv4路由信息 ,PE2 中的 ADPT 生成地址映射规则 。 多域网络内 PE设备间通过 IBGP和 EBGP交互地址映射规则 ,如步骤 1、2 和 3 所示 。对于不认识本扩展相关属性的BGP路由器 ,则可直接忽略 ,并应按照常规 BGP机制处理 BGP路由消息 。

　　图 12 通过 BGP协议传送地址映射规则

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　　对于并非通过 EBGP对等体收到 、而是源自配置在边缘接入设备中的客户地址块 ,则出 口 PE应利用接入设备中配置的客户公有 IPv4地址块信息(或者配置在 NAT设备中的公有 IPv4地址信息) 生成地址映射规则 。

　　PE1在收到地址映射规则后 ,则 :

　　a) 提取地址映射规则表项并存储在映射规则数据库 MD 中 ;

　　b) 如果 BGP对等体是 IPv4对等体 ,则从地址映射规则中提取 IPv4路由 ,并通过 EBGP通告给其他自治系统的 IPv4对等体 ,如图 12 中的步骤 4所示 。

　　对特定 IPv4地址块 ,入 口 PE可能会从多个出 口 PE 收到多条地址映射规则 , 即到达该 IPv4地址块存在多条网络路径 ,入 口 PE设备应优先选择最优网络路径给自己使用 。

　　7.4 转发要求

　　7.4. 1 IPv6-to-IPv6 转发

　　本方式是常规的 IPv6数据包转发 ,对应 5. 1 中的 IPv6端到端通信场景 。

　　7.4.2 IPv4-to-IPv4转发

　　本方式对应 5. 2 中的 IPv4端到端通信场景 ,满足 IPv4主机通过 IPv6单栈网络与 IPv4 目的主机互通的要求 。在收到 IPv4数据包时 ,入 口 PE 的 ADPT将其转换为 IPv6数据包 ,其源地址和目的地址根据 6. 2 中的方式进行映射变换 ,然后查找本地路由表为其选择下一条及出接口并进行转发 。 多域 IPv6单栈网络应同时支持翻译和封装两种技术 。

　　a) 翻译 ,指将 IPv4数据包转 换 为 IPv6数 据 包 或 反 向 转 换 ,从 IPv4到 IPv6数 据 包 的 翻 译 遵 循IETF RFC 6052和 IETF RFC 7915定义的方法 。假设进入多域 IPv6单栈网络的 IPv4数据包的源地址为 192. 0. 2. 1/24, 目的地址为 203. 0. 113. 1/24,入 口 PE1 的映射前缀为 2001:DB8:

　　0:0:0:1: :/96, 出 口 PE2的映射前缀为 2001:DB8:0:0:0:2: :/96,PE1通过 6. 3. 2 过程预先获得 IPv4 目的地址所关联的 PE2的地址映射前缀 ,其转发过程如图 13所示 。转发步骤如下 。

　　图 13 基于翻译的 IPv4-to-IPv4转发过程示意图

　　1) 主机 H1要 访 问 主 机 H2 时 , 首 先 生 成 源 地 址 为 192. 0. 2. 1、目 的 地 址 为 203. 0. 113. 1 的IPv4数据包 。

　　2) 当 IPv4数据包到达入 口 PE1处时 ,PE1设备解析 IPv4数据包 ,并在 PE1 内的地址映

　　射规则数据库中查找目的地址 203. 0. 113. 1所对应的地址映射规则 , 当查找到该地址对应的映射前缀为 2001:DB8:0: 0: 0: 2: :/96。PE1使 用 本 地 的 映 射 前 缀 2001: DB8: 0: 0: 0:

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　　1: :/96将源 IPv4地 址 转 换 为 IPv6 源 地 址,使 用 PE2 的 映 射 前 缀 2001: DB8: 0: 0: 0: 2: :/96将 IPv4数据包的目的地址转换为 IPv6 目的地址 。

　　3) 步骤 2 生成的 IPv6数据包穿越 IPv6单栈网络到达出 口 PE2处 ,PE2解析数据包 ,发现目的 IPv6地址前缀与本设备的映射前缀相同 ,则依据 IETF RFC 6052和 IETF RFC 7915中的翻译方法将 IPv6数 据 包 还 原 为 IPv4数 据 包 , 并 发 送 至 目 的 主 机 H2所 在 的 IPv4网络 。

　　在 PE设备间分配不同 Pref6或 Pref6组时 ,Pref6可标出所关联的 IPv4 目 的 地 址 的 路由 , 因此可基于目的地址中的 Pref6信息对于新生成的 IPv6数据包进行选路 。

　　b) 封装 ,指在不改变原有 IPv4数据包的前提下 ,PE 中 ADPT 将 IPv4数据包封装在 IPv6数据包中 ,然后在多域 IPv6网络中传输 。 和翻译方式相同 ,封装所需要的 IPv6报头的源地址和 目的地址由 地 址 映 射 规 则 变 换 生 成 , 见 6. 2 中 地 址 映 射 方 式 。 如 图 14所 示 , 假 定 要 进 入 多 域IPv6单栈网络的 IPv4数据包的源地址为 192. 0. 2. 1/24, 目的地址为 203. 0. 113. 1/24,PE1设备的映射前 缀 为 2001: DB8: 0: 0: 0: 1: :/96, PE2 设 备 的 映 射 前 缀 为 2001: DB8: 0: 0: 0: 2: :/

　　96,其转发过程如图 14所示 。转发步骤如下 。

　　图 14 基于封装的 IPv4-to-IPv4转发过程示意图

　　1) 主机 H1要 访 问 主 机 H2 时 , 首 先 生 成 源 地 址 为 192. 0. 2. 1、目 的 地 址 为 203. 0. 113. 1 的IPv4数据包 。

　　2) 当 IPv4数据包到达入 口 PE1处时 ,PE1设备解析 IPv4数据包 ,并在 PE1 内的映射规

　　则数据库中查找目的地址 203. 0. 113. 1所对应的地址映射规则 , 当查找到该地址对应的映射前缀为 2001:DB8:0:0:0:2: :/96。PE1使用本地的映射前缀 2001:DB8: 1: :/96将源IPv4地址生成为 IPv6源地址,使用 PE2 的映射前缀 2001: DB8: 0: 0: 0: 2: :/96将 IPv4数据包的目的地 址 生 成 IPv6 目 的 地 址 。 将 原 IPv4数 据 包 作 为 IPv6数 据 包 的 净 荷 部分 ,并添加 IPv6报头封装成 IPv6数据包 ,然后发送到 IPv6网络中进行传送 。

　　3) 步骤 2 生成的 IPv6数据包穿越 IPv6单栈网络到达出 口 PE2处 ,PE2发现其目的地址前缀与自身配置的映射前缀匹配 ,则对 IPv6数据包解封装 ,去掉 IPv6报头 ,然后将解封装后的 IPv4报文发送到 IPv4网络中 。

　　和翻译方式相同 ,Pref6可标出所关联的 IPv4 目的地址的路由 , 因此可基于目的地址中的 Pref6信息对于生成的 IPv6数据包进行选路 。

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　　数据包穿越 IPv6单栈网络达到出 口 PE时 , 出 口 PE可根据数据包的报头中的 Nextheader字段的值决定是反翻译还是解封装 。

　　7.4.3 IPv4-to-IPv6 转发

　　本方式对应 5. 3 中的 IPv4主机访问 IPv6业务 , 网络使用单次翻译技术实现 IPv4主机和 IPv6业务的通信 ,要求被访问的主机 H2采用合成 IPv6地址 。其转发过程如图 15所示 。

　　图 15 IPv4-to-IPv6 转发过程示意图

　　图 15 中 ,假定主机 H1 的地址为 192. 0. 2. 1/24,PE1设备的前缀为 2001:DB8:0:0:0: 1: :/96,PE2设备的映 射 前 缀 为 2001: DB8: 0: 0: 0: 2: :/96, 并 向 IPv6 网 络 发 布 2001: DB8: 0: 0: 0: 2: :/96对 应 的IPv6路由 。 主机 H2地址为 2001:DB8:0:0:0:2:203. 0. 113. 1,其对应的 IPv4地址为 203. 0. 113. 1。转发步骤如下 :

　　a) 主机 H1要访问主机 H2时 ,首先生成源地址为 192. 0. 2. 1、目的地址为 203. 0. 113. 1 的 IPv4数据包 ;

　　b) 当 IPv4数 据 包 到 达 入 口 PE1处 时 , PE1解 析 IPv4数 据 包 , 并 在 本 地 查 找 目 的 地 址 203. 0.

　　113. 1所对应的网络出口为 PE2设备 ,其映射前缀 2001:DB8:0:0:0:2: :/96,然后基于地址映射规则将 IPv4数据包翻译成 IPv6数据包并发送至 IPv6网络中 ;

　　c) PE2收到 IPv6数据包后 ,直接将 IPv6数据包转发到主机 H2所在的网络中 。

　　此外 ,IPv6主机访问 IPv4业务的通信场景由接入侧 IPv6单栈技术配合实现 ,见第 8章 。

　　8 系统构成

　　多域 IPv6单栈网络的系统功能主要是在 PE 和 P设备中实现 。PE 内的 ADPT 是 IPv6单栈网络边缘适配 IPv4业务流量 、满足其承载要求 ,其组 成 包 括 : 规 则 处 理(RP) 、规 则 传 送(RT) 、数 据 包 转 换(PT)三个功能模块 ,如图 16所示 。

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　　标引符号说明 :

　　RD4—IPv4路由数据库 ;

　　RD6—IPv6路由数据库 ;

　　MD —IPv4-IPv6映射规则数据库 。

　　图 16ADPT 的功能组成

　　每个功能的要求如下 。

　　a) 规则处理(RP) 。

　　RP模块处理 PE 的 IPv4地址块和 IPv6映射前缀之间的映射关系 。

　　在 PE 中有一个映射规则数据库 MD,用于存储从其他 PE接收的所有地址映射规则表项 。RP模块向映射规则数据库提供管理功能 ,应包括在 MD 中插入 、修改或删除地址映射规则 。

　　RP模块通过与 RT模块之间的接口传输地址映射规则 。PE可通过从其 IPv4 BGP路由实例中提取 IPv4地址块 ,并 结 合 自 己 的 Pref6生 成 地 址 映 射 规 则 , 然 后 将 地 址 映 射 规 则 发 送 到RT模块 。相应地 ,RP从 RT模块接收到其他 PE发送的地址映射规则 ,并将其存储在本地映射规则数据库 MD 中 。

　　对于某些 IPv4地址块 ,PE 的映射规则数据库中将没有相应的地址映射规则 ,为此定义了缺省出 口网关 ,将缺省 IPv6映射规则与其他 PE 的缺省映射前缀一起发布 。

　　b) 规则传送(RT) 。

　　RT模块负责在 BGP路由层与其他 PE交换地址映射规则信息 。 在 IPv4数据传输过程之前应进行地址映射规则的交换 ,否则 , 由于缺少与其目标地址对应的 IPv6映射前缀 ,来 自 IPv4网络的数据将被丢弃 。

　　当接收到来自 RP 的地址映射规则传送请求时 ,RT模块将地址映射规则转换为适合 IPv6路由系统中传输的数据结构 ,并将其发送到 IPv6路由引擎 。相反 , 当从 IPv6路由引擎接收到路由信息时 ,RT模块将从路由信息中提取地址映射规则并将其发送到 RP模块 。

　　c) 数据包转换(PT) 。

　　PT模块主要在数据面进行 IPv4与 IPv6数据包间的转换处理 :

　　1) 对 从 IPv4 网 络 侧 接 收 到 的 IPv4数 据 包 , PT 模 块 结 合 MD 中 维 护 的 地 址 映 射 规 则 将IPv4源和目的地址映射生成其对应的 IPv6源和目的地址,并根据该表项的出 口 PE 的转发类型利用协议翻译或者封装方式将 IPv4数据包转换为 IPv6数据包 ;

　　2) 对从 IPv6单栈网 络 侧 收 到 的 IPv6数 据 包 , 当 其 目 的 地 址 与 本 PE 的 映 射 前 缀 匹 配 时 , PT模块将其源和目的 IPv6地址中分别提取其 IPv4源和 目 的地址,并将 IPv6数据包转换为 IPv4数据包 ,然后转发给 IPv4网络侧 。

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　　9 接入侧 IPv6 单栈技术要求

　　多域 IPv6单栈网络在 接 入 段 应 支 持 IETF RFC 6877定 义 的 464XLAT 技 术 。 在 网 络 侧 为 终 端(包括移动终端和 CPE等)只分配 IPv6地址的情况下 ,支持终端上的应用客户端对网络侧 IPv6和 IPv4业务的访问 ,并支持客户端之间端到端通信 ,也支持 UE/CPE为其他终端提供热点服务 。

　　10 主干网与接入侧的协同要求

　　10. 1 与 464XLAT接入方式衔接

　　多域 IPv6单栈网络应先采用 IPv6单栈接入方式 。 如图 17所示 , 移动核心网的 PGW/UPF为用户 UE/CPE只分配 IPv6地址,为了支持用户对于 IPv4业务的访问 ,在 NAT64上配置 IPv4地址池 ,并支持私有 IPv6地址到公网 IPv4地址的映射 。 NAT64通常采用 N: 1 的 IPv4地 址 复 用 模 式 , 即 多 个IPv6用户共享一个 IPv4公有地址 。PGW/UPF与 PE-1之间的 L1接口对应 IPv6通路 ,对于 IPv6数据包则按照常规 IPv6方式进行转发 。NAT64与 PE-1之间的 L3接口对应 IPv4通路 ,在 IPv4通路上的数据包为 IPv4数据包 ,且源地址和目的地址均为公网 IPv4地址 。

　　图 17 与 464XLAT接入方式衔接

　　对于上行 IPv4业务数据流 ,处理方式如下 :

　　当访问 IPv4网络中的资源时 ,用户 UE在 DNS64获得 AAAA类的解析结果后发出 IPv6访问 ,该上行流量将被路由转发至 NAT64路由器上 。经过 NAT64转换后 ,数据包的源地址和目的地址都是IPv4公有地址,然后 IPv4数据包进入 PE1并由 ADPT处理 ,对于 IPv4源地址,利用 PE1的 Pref6-1生成 IPv6源地 址 , 对 于 IPv4 目 的 地 址 , 利 用 出 口 PE2 的 Pref6-2 生 成 IPv6 目 的 地 址 , 并 生 成 新 的IPv6包 。

　　对于下行 IPv4业务数据流 ,处理方式如下 :

　　a) PE-1接收到 IPv6数据包 ,如果其目的 IPv6地址与映射前缀 Pref6-1匹配 ,则恢复为 IPv4数据包 ,并且转发给 NAT64,按照 NAT64转换方式进行处理 ;

　　b) 对于接收到的其他 IPv6数据包 ,PE-1则通过 IPv6通路按照常规的 IPv6方式进行转发 。

　　10.2 与 IPv4/IPv6 双栈接入方式衔接

　　多域 IPv6单栈网络兼容支持双栈或 IPv4单栈接入方式 。如图 18所示 , 城 域 网 给 用 户同 时 分 配IPv6地址和 IPv4地址,在 NAT44网关上配置 IPv4地址池 ,并支持私有 IPv4地址到公网 IPv4地址的映射 。NAT44网关通常采用 N:1 的 IPv4地址复用模式 , 即多个用户共享一个 IPv4公有地址 。具有IPv4与 IPv6并行的转发通路 :城域网 BNG 与 PE-1之间的 L1接口对应 IPv6通路 ,该通路按照常规方式进行 IPv6转 发 ; NAT44 网 关 与 PE-1之 间 的 L3接 口 对 应 IPv4通 路 , 在 IPv4通 路 上 的 数 据 包 为IPv4数据包 ,且源地址和目的地址均为公网 IPv4地址 。

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　　图 18 与 IPv4/IPv6 私网双栈接入方式衔接

　　对于上行 IPv4业务数据流 ,处理方式如下 :

　　从用户终端发送的 IPv4数据包 ,经过 NAT44网关转换后 ,数据包的源地址和 目 的地址都是公有IPv4地址,然后 IPv4数据包通过 L3接口进入 PE1并由 ADPT处理 ,对于 IPv4数据包的源地址,利用PE1的 Pref6-1合成生成 IPv6源地址 ;对于 IPv4数据包的 目 的地址,利用出 口 PE2 的 Pref6-2合成生成 IPv6 目的地址,并生成新的 IPv6数据包 。

　　对于下行 IPv4业务数据流 ,处理方式如下 :

　　a) PE1接收到数据包 ,如果其目的 IPv6地址与映射前缀 Pref6-1匹配 ,则恢复为 IPv4数据包 ,并且转发给 NAT44网关 ,按照 NAT44转换方式进行处理 ;

　　b) 对于接收到的其他 IPv6数据包 ,PE-1则通过 IPv6通路按照常规的 IPv6方式进行转发 。

　　11 与外部网络的互联互通要求

　　11. 1 与 IPv4/IPv6 双栈网络之间的互联互通

　　如图 19所示 ,运营商 C1为多域 IPv6单栈网络 ,其要和运营商 C2实现互联互通 ,运营商 C1 的 自治系统 AS1与运营商 C2的自治系统 AS2直接互通 ,AS2为 IPv4/IPv6双栈网络 ,PE1和 PE2为 BGP对等体 ,PE1与 PE2之间通过双栈协议互联和交换 IPv4/IPv6路由信息 ,并进行数据转发 :

　　a) 对于 IPv6业务数据流 ,PE1与 PE2之间应通过 MP-BGP交换 IPv6路由信息 ,并进行 IPv6数据流的交换 ;

　　b) 对于 IPv4业务数据流 ,PE1与 PE2之间应通过 IPv4栈协议互联和交换路由 ,PE1将 IPv6数据包还原成 IPv4数据包后发送给 PE2,在相反方向上则进行相反的变换 。

　　图 19 与双栈网络之间的互联互通

　　11.2 与纯 IPv4网络之间的互联互通

　　如果 AS2为纯 IPv4网络 ,AS1 的 PE1与 AS2 的 PE2之 间 应 仅 通 过 IPv4栈 协 议 互 联 和 交 换 路

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　　由 ,PE1中的 ADPT将合成的 IPv6数据包还原成 IPv4数据包然后发送给对方 ,在相反方向上则进行相反的变换 ,如图 20所示 。

　　图 20 与纯 IPv4网络之间的互联互通

　　11.3 与 IPv6 单栈网络之间的互联互通

　　如果 AS2为多域 IPv6单栈网络 ,则应优先采用 IPv6单栈方式互通 。

　　a) 对于 IPv6业务数据流 ,应通过 MP-BGP交换 IPv6路由信息 ,并进行 IPv6数据包的交换 。

　　b) 对于 IPv4业务数据流 ,PE1和 PE2应通过扩展的 MP-BGP协议交换各自的 IPv4-IPv6地址映射规则 。如图 21所示 ,对于目的地为 AS2 中某个出 口 PE 的 IPv4数据包 , AS1 中的入 口PE可按照目的地址的地址映射规则将其转换为 IPv6数据包 。在穿越 AS1网络后 ,AS1的出口 PE1可将 IPv6数据包直接发给 PE2,PE2收到后在 AS2网络内转发到出 口 PE,然后再将其还原成 IPv4数据包 。

　　图 21 与 IPv6 单栈网络之间的互联互通

　　12 SRv6 支撑技术要求

　　多域 IPv6单栈网络要求支持包括 IETF RFC 8402、IETF RFC 8754和 IETF RFC 8986中定义的SRv6能力 。

　　多域 IPv6单栈网络中 ,ADPT处理的是 IPv6数据包的基本报头 ,基于地址映射规则实现 IPv4报头与 IPv6报头之间的转换 ,SRv6主要处理的是 IPv6数据包中的 SRH 扩展报头 。

　　业务实例按照业务流的类型分为两类 :IPv4业务实例和 IPv6业务实例 ,如图 22所示 。

　　对于不需调用 SRv6能 力的 IPv4业 务 实 例 S1, 生 成 的 IPv4数 据 包 在 进 入 多 域 IPv6单 栈 网 络

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　　时 ,应通过入 口 PE 的 ADPT将业务流转换成 IPv6数据包并转发 。对于需调用 SRv6能力的 IPv4业务实例 S2,应首先由入 口 PE 的 ADPT将其 IPv4数据包转换成 IPv6数据包 ,然后再根据业务需求插入扩展报头 SRH ,再进行基于 SRv6的路由转发 。

　　对于 IPv6业务实例发出的业务流 ,根据需求决定是否使用 SRv6能力 。对于需要调用 SRv6能力的业务 S3发出的 IPv6数据包 ,应插入 SRH 扩展报头 ,并基于 SRv6进行选路 。对于不需要调用 SRv6能力的业务 S4发出的 IPv6数据包 ,应直接按照 IPv6常规方式转发 。

　　图 22 ADPT与 SRv6 在网络中的位置关系示意图

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