2020年12月22-23日，在南京舉辦的2020全球網絡技術（GNTC）大會上，中國電信、阿裏巴巴、中國信息通信研究院和下一代互聯網工程中心聯合在會場搭建了“5G SA + IPv6 Only”測試驗證項目展台，首次對外公開展示了基於純IPv6技術的5G SA組網試驗成果，為未來的多場景、多域的純IPv6網絡的商用設立標杆，助力運營商網絡和互聯網業務全麵從雙棧向純IPv6的演進。

1、背景介紹

“5G SA + IPv6 Only”僅采用IPv6地址實現設備互聯和終端編址，其首要目標是：在基本不使用IPv4協議棧的情況下，滿足5G SA網絡的各種新特性的運行要求，並支持對應用的端到端IPv6訪問。其難點是：采用純IPv6技術支持用戶訪問IPv6業務和現存IPv4業務，並確保網絡的正常運行和用戶體驗不降低。從2019年底開始，中國電信成立了包括集團總部、研究院、江蘇分公司、四川分公司相關人員在內的項目組，在沒有國內外先例的情況下，中國電信先行先試，創新性地製定了基於純IPv6技術的5G SA網絡整體組網方案，並在江蘇、四川兩地啟動了現網試驗。經過一年多的努力，試驗效果達到預期目標，這是全球首個基於純IPv6的5G SA網絡案例，中國電信也成為全球首個進行“5G SA+ IPv6 Only”現網試驗的運營商。在應用IPv6改造方麵，阿裏巴巴2019年就提出了IPv6全功能改造目標，即在IPv6-only環境下也能夠保障全功能的端到端應用服務的性能和可用性。中國電信的“5G SA+ IPv6 Only”現網試驗為支持IPv6的應用提供了一個絕佳的“練兵場”。在應用IPv6支持度測試方麵，中國信息通信研究院和下一代互聯網國家工程中心聯合製訂了測試規範並搭建測試環境，分別在Native IPv6和 DNS64+NAT64 網絡環境下對APP IPv6支持度進行全麵評測。

2、技術方案簡介

製定基於純IPv6技術的5G SA網絡整體組網方案，需要綜合考慮5G網絡中的漫遊、補充業務配置及與其他網絡係統相兼容等各種因素，並盡量采用國際上成熟的技術標準。整個方案分為用戶麵、控製麵和承載麵三個部分：用戶麵是與用戶傳輸相關的層麵，它直接麵向用戶終端並直接為用戶提供接入服務。用戶麵考慮在終端隻分配IPv6地址的情況下，同時保證IPv4和IPv6數據包在純IPv6網絡中正常轉發。為解決IPv4數據包在IPv6網絡中的轉發，引入國際主流標準464XLAT（RFC6877）的雙重翻譯技術，終端側部署CLAT功能，主要將入口IPv4數據包翻譯為IPv6數據包；網絡側部署DNS64和PLAT功能（即NAT64）在出口將IPv6數據包翻譯成IPv4數據包，從而實現純IPv6終端對於IPv6和現存IPv4業務的訪問。由於給移動終端隻分配IPv6地址，因此很好地解決了由於IPv4地址嚴重不足導致的編址難題。控製麵是指核心網設備之間的互連並且進行核心網協議交互的層麵，考慮到對原有係統的兼容，新係統的易部署性，本方案在核心網內部網元接口隻配置IPv6協議，但在對外的互聯接口上仍配置IPv4/IPv6雙棧，以滿足新老係統之間協議的正常交互。承載麵是指城域網、骨幹網等用於承載用戶麵和控製麵的網絡，本次方案中的承載網采用6VPE技術來承載用戶麵和控製麵的IPv6流量。

圖1. 基於純IPv6組網的5G SA網絡環境

3、測試情況

項目組在基於純IPv6的5G SA網絡上進行了對網絡設備、終端、APP業務、用戶體驗等多方麵的測試，測試結果表明了基於純IPv6的5G SA網絡具有可行性，未發現純IPv6引入所帶來的ALG等問題。對終端的測試表明：市場上所有上市的安卓和IOS操作係統的主流5G終端支持純IPv6功能在客戶端的CLAT功能，並且可以在5G SA環境下良好運行。在業務測試方麵，包括TOP 100在內的200多種APP全部正常運行，當然5G本身的基本業務如語音，短信等業務也正常。在中國電信的基於純IPv6的5G SA網絡環境具備後，阿裏巴巴、中國信息通信研究院和下一代互聯網工程中心聯合測試了典型互聯網業務的運行情況。測試表明，包括高德地圖、釘釘在內的十幾款阿裏APP均支持純IPv6。

在測試中也發現了有一些需要產業界提升改進的地方。如前所述，464XLAT采用了NAT64轉換來實現純IPv6終端訪問現存的IPv4業務，項目組對現有的主流NAT64設備做了功能和性能測試，發現NAT64的基本功能具備但是性能與NAT44相比較低，因此建議隨著後續網絡的演進和NAT64設備的商用，需廠商進一步提升設備的性能。NAT64轉換較適用於IPv4流量占比較少的情況，因此現階段仍需更大力度的推進業務的遷移，提升端-網-雲-應用的端到端純IPv6能力，這樣降低對NAT64設備的依賴性，並使得更多業務享受先進的IPv6技術帶來的各項優勢和服務。

4、GNTC大會現場聯合展示

在2020年度GNTC大會的展台區，項目組聯合搭建了純IPv6環境並展示了現網試驗成果，受到了與會者的廣泛關注，各界人士前來觀看和現場體驗5G純IPv6環境。現場體驗區為參觀者展示了純IPv6的5G SA現網環境下的業務承載和訪問能力，在純IPv6的5G SA網絡環境下，餓了麽、淘寶等在內的各類IPv6/IPv4互聯網業務運行正常，其中優酷視頻APP的全部功能更是支持Native IPv6（業務全部由IPv6協議承載，不經過NAT64轉換），為業界呈現了商用的端、網、雲、用純IPv6演進的終極形態和效果。

圖2. 阿裏APP純IPv6支持情況測試

圖3. 項目組給鄔賀銓院士等參觀者介紹“5G SA+ IPv6 Only”的展示

5、未來展望

本“5G + IPv6 Only”案例是我國電信運營商和互聯網服務提供商探索商用網絡從雙棧向純IPv6演進中先行技術試驗邁出的第一步，項目成功證明了在5G SA場景下部署純IPv6技術的可行性。未來純IPv6將從單一場景逐步擴大到多場景，最終形成以IPv6為核心的信息基礎設施。中國電信已在新近發布的《雲網融合的2030白皮書》中提出麵向多場景、多域純IPv6網絡的“全IPv6網絡”的目標，並提出：“IP骨幹網絡逐步采取純IPv6進行路由和轉發，全麵支持基於IPv6的安全管控，結合SRv6等增強型技術實現端到端IPv6智能性，並通過在網絡邊緣適配IPv4業務，提供IPv4流量的承載和穿越” 。阿裏巴巴集團應用在2020年雙十一已經支持全功能全鏈路支持IPv6，在未來三年會有更多的應用支持IPv6-only端到端訪問，中國電信、阿裏巴巴、中國信息通信研究院和下一代互聯網國家工程中心將聯合打造純IPv6的產業生態，共同推動中國IPv6規模部署工作和向全IPv6網絡（All-IPv6）的演進升級，為業界提供引領性的示範，同時吸引更多誌同道合的單位加入其中，為實現我國網絡強國的戰略目標貢獻一份力量。