李偉波，楊國良，劉承

睿哲科技股份有限公司，廣東 廣州 510630

引言

1969年10月互聯(lián)網(wǎng)誕生至今已有四十多年發(fā)展歷程，而 IPv4 從 1981年RFC791 規(guī)范起，至今也有三十余年歷史。IPv4 簡單實用且交互操作性良好，因而可以從早期小規(guī)?；ヂ?lián)網(wǎng)絡(luò)迅速擴展到如今的全球范圍。雖然 IPv4 在過去取得了輝煌的業(yè)績，但目前可供分配的地址已然消耗殆盡，這直接制約了現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)的可持續(xù)發(fā)展。為了應(yīng)對 IPv4 地址枯竭的現(xiàn)實并滿足日益膨脹的地址需求，IETF (Interact Engineering Task Force，互聯(lián)網(wǎng)工程專門工作組) 早在上世紀(jì) 90年代初已開始著手研究 IPv6 (互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議第六版本) 這一下一代互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的核心標(biāo)準(zhǔn)。IPv6 具有技術(shù)成熟、地址資源豐富、安全可靠等特點，被業(yè)界及各國視為互聯(lián)網(wǎng)演進(jìn)的必由之路。

我國政府對 IPv6 下一代互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展非常重視，先后發(fā)布了一系列相關(guān)政策給予支持和引導(dǎo)。2017年11月26日，中共中央辦公廳、國務(wù)院辦公廳印發(fā)了《推進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議第六版 (IPv6) 規(guī)模部署行動計劃》。根據(jù)該行動計劃，我國要用 5 到 10年時間，形成下一代互聯(lián)網(wǎng)自主技術(shù)體系和產(chǎn)業(yè)生態(tài)，建成全球最大規(guī)模的IPv6 商業(yè)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)下一代互聯(lián)網(wǎng)在經(jīng)濟社會各領(lǐng)域深度融合應(yīng)用，成為全球下一代互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的重要主導(dǎo)力量。

值得注意的是，《行動計劃》對數(shù)據(jù)中心及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)也提出了具體的目標(biāo)和行動步驟。其提出的目標(biāo)包括：到 2018年末，超大型互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心(IDC)、國內(nèi)用戶量排名前 50 位的商業(yè)網(wǎng)站及應(yīng)用、排名前 5 位的內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò) (CDN)、排名前 10 位云服務(wù)平臺的50% 云產(chǎn)品都要全面支持 IPv6；到 2020年末，大型互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心、國內(nèi)用戶量排名前 100位的商業(yè)網(wǎng)站及應(yīng)用、排名前 10 位的內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)、排名前 10 位云服務(wù)平臺的全部云產(chǎn)品都要全面支持 IPv6。此外，隨著近些年來大數(shù)據(jù)、電子商務(wù)、云計算等業(yè)務(wù)的廣泛推廣及部署，IPv4 地址日益短缺的問題已成為阻礙數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)發(fā)展的主要矛盾之一，國內(nèi)外 IPv6 用戶比例的不斷提升也要求數(shù)據(jù)中心在業(yè)務(wù)層面盡早支持 IPv6。

簡而言之，數(shù)據(jù)中心 IPv6 升級勢在必行。然而，由于數(shù)據(jù)中心龐大的網(wǎng)站規(guī)模及應(yīng)用的復(fù)雜性，使得IPv4 到 IPv6 的過渡必須是一個循序漸進(jìn)的過程，在體驗 IPv6 帶來的好處的同時仍要能與網(wǎng)絡(luò)中其余的IPv4用戶通信。能否順利地實現(xiàn)從 IPv4 到 IPv6 的過渡也是 IPv6 能否取得成功的一個重要因素。

1 IPv6 應(yīng)用遷移技術(shù)

由于 IPv4 和 IPv6 協(xié)議互不兼容，導(dǎo)致向 IPv6演進(jìn)的過程中，產(chǎn)生了很多網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用的遷移過渡技術(shù)。數(shù)據(jù)中心網(wǎng)站應(yīng)用 IPv6 升級的目的是原來僅支持用戶通過 IPv4 協(xié)議訪問并獲取服務(wù)的網(wǎng)站經(jīng)過技術(shù)升級或改造后，能夠支持用戶通過 IPv6 協(xié)議訪問并獲取服務(wù)。當(dāng)前，網(wǎng)站應(yīng)用 IPv6 升級改造的技術(shù)路線主要有雙棧、隧道和翻譯等三種技術(shù)。

1.1 雙棧技術(shù)

雙棧技術(shù)是指涉及到網(wǎng)站業(yè)務(wù)交互的從用戶側(cè)到網(wǎng)絡(luò)側(cè)的所有軟硬件設(shè)備同時支持 IPv4 和 IPv6 兩個協(xié)議棧，即雙棧節(jié)點使用 IPv4 協(xié)議棧與 IPv4 節(jié)點進(jìn)行通訊，使用 IPv6 協(xié)議棧與 IPv6 節(jié)點進(jìn)行通訊。IPv4 地址短缺的問題雖然無法通過雙棧技術(shù)來解決，雙棧技術(shù)卻是實施另外兩種過渡方法的基礎(chǔ)，即不管是通過隧道還是翻譯，相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)或終端設(shè)備都必須支持雙棧技術(shù)，以雙棧技術(shù)為基礎(chǔ)才可考慮如何引入其它技術(shù)。

雙棧技術(shù)被認(rèn)為是改造最為徹底的一種網(wǎng)站 IPv6升級改造技術(shù)，單棧協(xié)議用戶之間的互通效果較好。但該技術(shù)涉及到服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、操作系統(tǒng)及網(wǎng)站應(yīng)用系統(tǒng)的軟硬件升級，投資較大且改造周期長，比較適合于架構(gòu)和業(yè)務(wù)比較簡單的網(wǎng)站 IPv6 升級改造。

由于 IPv4 和 IPv6 的程序代碼不完全一樣，所以網(wǎng)站應(yīng)用的雙棧化基本上都需要重寫代碼，對網(wǎng)頁中的以下內(nèi)容進(jìn)行修改：

(1) 把網(wǎng)頁中以 IPv4 地址直接寫入的文件 URL或鏈接 URL 更換成域名；

(2) 把網(wǎng)頁代碼中無法處理 IPv6 地址的程序或函數(shù)更換成同時支持 IPv4 和 IPv6 的函數(shù)和程序。

(3) 把程序中存儲 IP 地址的數(shù)據(jù)空間更換為同時支持 IPv4 (32 位) 和 IPv6 (128 位) 的變量結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或 API。

此外，即使本網(wǎng)站應(yīng)用已采取雙棧技術(shù)全面升級網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用程序，但網(wǎng)站頁面上還包含其他網(wǎng)站內(nèi)容的鏈接 (外鏈)，被引用的其他網(wǎng)站并未做升級，IPv6 用戶訪問該網(wǎng)站時會出現(xiàn)響應(yīng)緩慢、部分內(nèi)容無法顯示、部分功能無法使用等情況，該問題被稱為“天窗”問題。大型網(wǎng)站往往架構(gòu)復(fù)雜，存在多個欄目且互相引用，單方面的升級改造不可避免地存在“天窗”問題。

1.2 隧道技術(shù)

隧道技術(shù)通過對報文的封裝、解封裝，使得兩個同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)能夠在一個異構(gòu)網(wǎng) 絡(luò)的兩邊橋接起來從而實現(xiàn)相互通信。提供兩個 IPv6 站點之間通過 IPv4 網(wǎng)絡(luò)連 接實現(xiàn)通訊的技術(shù)，以及兩個 IPv4 站點之同通過 IPv6 網(wǎng)絡(luò)連接。

隧道技術(shù)的優(yōu)點是網(wǎng)站只需要新增一個 IPv6 隧道服務(wù)器，應(yīng)用系統(tǒng)本身基本不影響，方便快速部署，缺點是需用戶安裝相應(yīng)的IPv6 隧道軟件，普適性和方便性都有局限，且無法解決“天窗”問題。

該技術(shù)主要適用于 C/S 模型的應(yīng)用環(huán)境，或者用戶可安裝終端的場景，不適宜在數(shù)據(jù)中心 ICP 側(cè)廣泛部署。

1.3 翻譯技術(shù)

翻譯技術(shù)就是在 IPv6 用戶和 IPv4 網(wǎng)站間部署協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備，建立 IPv6/IPv4 之間地址和端口的映射關(guān)系，以實現(xiàn)透明的IPv6 和 IPv4 互訪。典型技術(shù)有SPACE6 (Service-Provider’s Application Cloud-based Engine for IPv6 Transition)。

SPACE6 是一種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議技術(shù)和應(yīng)用層協(xié)議翻譯技術(shù)相融合的全新技術(shù)，能把單棧 IPv4 網(wǎng)站或單棧 IPv6 網(wǎng)站的內(nèi)容自動發(fā)布到 IPv4 和 IPv6 兩個網(wǎng)絡(luò)層面，從而快速實現(xiàn)網(wǎng)站的雙棧化升級，而且部署靈活，與物理位置無關(guān)，網(wǎng)站只需要在其授權(quán) DNS 上增加一條相應(yīng)的AAAA 記錄即可。SPACE6 技術(shù)還能解決網(wǎng)站中由于外鏈導(dǎo)致的“天窗”問題，具有更好的用戶體驗。

在技術(shù)實現(xiàn)方面，SPACE6 的協(xié)議轉(zhuǎn)換技術(shù)從網(wǎng)絡(luò)層延伸到應(yīng)用層，直接修改特定應(yīng)用 Payload 中與協(xié)議相關(guān)的內(nèi)容，其他流量則在網(wǎng)絡(luò)層直接轉(zhuǎn)換。SPACE6 采用云計算分布式處理技術(shù)，解決性能問題的同時大大提升了系統(tǒng)的擴展能力，還能便捷地提供內(nèi)容分發(fā)，網(wǎng)絡(luò)加速和流量本地化等附加功能。

除此之外，國內(nèi)還存在采用 NAT64、IVI 等解決方法解決應(yīng)用層互通問題， NAT64 和 IVI 均屬于網(wǎng)絡(luò)層過渡技術(shù)，即只能做到在網(wǎng)絡(luò)層面上將 IPv6 報文轉(zhuǎn)化為IPv4 報文，不能解決應(yīng)用層外鏈導(dǎo)致的“天窗”問題。

1.4 三種技術(shù)比較

不同過渡技術(shù)有不同的應(yīng)用場景。在選擇數(shù)據(jù)中心網(wǎng)站應(yīng)用 IPv6 升級技術(shù)時，需要確保托管客戶使用的便捷性，在實現(xiàn)快速遷移，不影響現(xiàn)有業(yè)務(wù)和投入太大人力物力的前提下，盡量實現(xiàn)無縫互通。

2 數(shù)據(jù)中心 IPv6 演進(jìn)升級

數(shù)據(jù)中心在向 IPv6 演進(jìn)升級的過程中，需要做以下工作。

(1) IPv6 互聯(lián)網(wǎng)接入，通過電信基礎(chǔ)運營商實現(xiàn)IPv6 互聯(lián)網(wǎng)出口的接入。

(2) 數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò) IPv6 升級。數(shù)據(jù)中心骨干網(wǎng)及接入承載網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行 IPv6 升級，將所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備同時開啟 IPv4、IPv6 兩個協(xié)議棧。

表1 IPv4-IPv6 互通技術(shù)對比Table 1 Comparision of IPv4-IPv6 interconnection technologies

(3) 數(shù)據(jù)中心應(yīng)用基礎(chǔ)設(shè)施的升級。即對 DNS、云平臺、網(wǎng)管監(jiān)控系統(tǒng)等的升級，使之同時支持IPv4、IPv6 兩個協(xié)議棧。

(4) ICP 托管客戶網(wǎng)站應(yīng)用服務(wù)等的IPv6 升級。使得 HTTP、HTTPS、POP3 等應(yīng)用服務(wù)能同時支持IPv4 或 IPv6 客戶端的訪問。

對于數(shù)據(jù)中心來說，由于 ICP 托管客戶的業(yè)務(wù)復(fù)雜性和多樣性，使得 ICP 托管客戶的網(wǎng)站應(yīng)用服務(wù) IPv6升級是數(shù)據(jù)中心在 IPv6 演進(jìn)升級中面臨的最大挑戰(zhàn)。

3 數(shù)據(jù)中心應(yīng)用服務(wù) IPv6 升級

對于 ICP 托管客戶來說，改造 IPv4 互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，除代碼重寫和協(xié)議翻譯以外，沒有更多有效的解決方案?？墒谴a重寫的代價非常大，時間周期也很長，同時由于升級初期 IPv6 用戶少，ICP 面臨高投入低回報的尷尬局面。

睿哲 6aaS (IPv6 as a Service) 是 IPv6 即服務(wù)的解決方案，該平臺采用分布式部署架構(gòu)，結(jié)合SPACE6、GRE、DSLite、云計算、大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)，具備網(wǎng)絡(luò)層轉(zhuǎn)換、應(yīng)用層翻譯、云服務(wù)、內(nèi)容分發(fā)、IPv6 升級等能力，可按需提供 IPv6 升級、IPv4/IPv6 內(nèi)容分發(fā)和內(nèi)容加速服務(wù)，為企業(yè)提供低成本、高效率的IPv6 應(yīng)用遷移解決方案。6aaS 系統(tǒng)架構(gòu)圖，如圖1 所示。

6aaS 平臺適用于下一代互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)等發(fā)展領(lǐng)域，可解決 IPv4 網(wǎng)絡(luò)和 IPv6 網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)容互通問題，可協(xié)助數(shù)據(jù)中心 ICP 客戶在不修改現(xiàn)有網(wǎng)站系統(tǒng)的情況下，快速完成現(xiàn)有 IPv4 網(wǎng)站和 IPv6 網(wǎng)站的遷移和內(nèi)容加速。通過該技術(shù)，IPv6 用戶可以訪問 IPv4網(wǎng)站內(nèi)容，IPv4 用戶也可以訪問 IPv6 網(wǎng)站內(nèi)容，并同時支持 IP 訪問和域名訪問。從而在一定程度上解決了因為 IPv4 網(wǎng)站短時間內(nèi)無法轉(zhuǎn)換成 IPv6 網(wǎng)站，而導(dǎo)致的IPv6 應(yīng)用匱乏、IPv6 網(wǎng)絡(luò)發(fā)展受阻的問題，并避免 IPv4 和 IPv6 網(wǎng)絡(luò)對接過程中，對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的依賴，保證 IPv4 和 IPv6 主機之間的無縫互通。

基于 6aaS 平臺技術(shù)構(gòu)建的IPv4-IPv6 互通平臺能幫助 IPv4 網(wǎng)站實現(xiàn)快速雙?；墶．?dāng)希望增加一個網(wǎng)站客戶時，首先平臺需要增加網(wǎng)站的域名信息，其次網(wǎng)站需要在其授權(quán)的DNS 服務(wù)器上為對應(yīng)域名增加相應(yīng)的AAAA 記錄，記錄的具體內(nèi)容為平臺為該網(wǎng)站分配的IPv6 地址，至于網(wǎng)站本身的網(wǎng)絡(luò)部署和程序架構(gòu)都不需要做任何修改。

圖1 6aaS 系統(tǒng)架構(gòu)Fig.1 6aas system architecture diagram

圖2 IPv4-IPv6 互通業(yè)務(wù)訪問流程Fig.2 IPv4-IPv6 interoperation procedure

當(dāng) IPv6 單棧用戶準(zhǔn)備訪問通過該平臺升級的網(wǎng)站時，用戶首先向運營商 DNS (或自行指定的DNS)查詢網(wǎng)站所對應(yīng)的IP 地址，IPv6 用戶發(fā)出的DNS 請求類型為 AAAA，運營商 DNS 則從網(wǎng)站授權(quán) DNS上獲得相應(yīng)的AAAA 記錄，并把對應(yīng)的IPv6 地址反饋給用戶。該 IPv6 地址實際上就是平臺給網(wǎng)站分配的IPv6 地址。IPv6 用戶向解析回來的IPv6 地址發(fā)出HTTP 請求，該請求被路由到平臺上，平臺將從網(wǎng)站同步過來的信息直接反饋給用戶，從而幫助網(wǎng)站滿足IPv6 用戶的訪問需求，實現(xiàn)網(wǎng)站雙棧化的目的。IPv4單棧用戶訪問 IPv6 網(wǎng)站時，業(yè)務(wù)流程與 IPv6 單棧用戶 IPv4 網(wǎng)站的流程類似。

對用戶而言平臺是完全透明的，而且平臺可提供智能緩存和內(nèi)容加速功能，比原網(wǎng)站具有更快的響應(yīng)速度，達(dá)到更好的用戶體驗。

4 結(jié)束語

通過睿哲 6aaS 平臺技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心應(yīng)用服務(wù)IPv6 快速升級，既不改變現(xiàn)有應(yīng)用服務(wù)架構(gòu)，也不影響用戶體驗感知，是 IPv4 應(yīng)用服務(wù)向 IPv6 演進(jìn)的最佳方案。