面向3G移动通信的IPV6核心网络解决方案
1、ipv6的市场驱动力
由于近年来 internet及互联网络应用的蓬勃发展， 使用网络的人口数量及新加入互联网的计算机迅速增加， 目前internet 上采用的32位ipv4地址结构的可用地址已经面临地址严重短缺的问题。全球宽带接入模式的普及和宽带上网人数的急剧增加，改变了过去人们使用拨号上网方式，用户终端设备始终在线数目的大量增加加剧了ipv4地址的消耗。
另外全球范围内wlan、2.5、3g无线移动数据网络的发展加快了以互联网为核心的通信模式的形成， 由于移动通信用户的增长要比固定网用户快得多，特别是各种具有联网功能的移动终端的迅猛发展，考虑到随时随地的、任何形式、直接的个人多媒体通讯的需要，现有的ipv4已经远远不能满足网络市场对地址空间、端到端的ip连接、服务质量、网络安全和移动性能的要求。
2、3g移动通信系统体系结构中的ipv6
无线通信方式是通讯网络的最灵活的接入方式，而数据通信产业和无线通信产业的技术融合是最终实现“any to any”的通信的关键所在。互联网及数据通信产业的发展加快了无线通信产业的演进，使无线通信产业在技术上能更好的满足对数据业务（主要是ip业务）快速增长的需求。而第三代移动通信系统3g将启动移动通信的互联网时代。
无论是3gpp的umts还是3gpp2的cdma2000系统，它们的系统架构都将向全ip的方向演进和发展的。包括对语音、数据、多媒体等业务形式的承载是基于ip的；端到端的业务呼叫模型是基于ip的；ran及cn核心的网络交换和呼叫控制也是基于ip的。而在3g/b3g的系统规划中，3gpp、3gpp2规范的方向均确定了ipv6是3g/b3g网络承载、业务应用的发展方向。在3g/b3g的ims阶段，网络系统（包括分组域和电路域）将全面基于或兼容ipv6。
人们在了解3gpp/3gpp2体系中的ipv6时经常会产生混乱，这是由于ipv6处于两个不同的层面造成的。首先是数据承载层面，在这里用户数据流量经过运营商plmn从ms流向pdn。另一个是传输承载层面，它与数据承载层面是两个不同的逻辑层面。概括来讲，ipv6会出现在3gpp/3gpp2标准里的四个区域。如图2所示2个在用户数据承载层面， 2个在传输承载层面。下图介绍了ipv6在该体系中的应用环境及其作用。
有一点需要澄清。 首先“ip承载服务”它描述了plmn中的用户数据服务承载平面，并非传输承载平面。为了更好的理解数据承载平面与传输承载平面，请参见图3。我们看到图中有两个不同的ip层，橙色（包括ims使用的绿色）部分是承载用户数据的ip层。它是用来在ue和应用之间传送udp或tcp的网络层。另外在plmn中，运营商的网络里还存在另一套ip协议栈。但如图所示，它属于另一个层面，即传输承载层面。
3、数据承载层面的ipv6
数据承载层面的范围从ms到ms希望访问的提供服务的网络（在3g标准中称为pdn）设备，在端到端的呼叫模型中可能是另一个ms。在用户的数据承载层面，ims（ip multimedia subsystem，图2中绿色的部分）与ipv6是很重要的部分，因为3gpp标准要求ims使用ipv6，并确立了其唯一性。请注意，3gpp2出于两种体系融合的考虑，也同样采用了这样的ims协议模式。ims ipv6数据流会从ms流向pdn，进入移动运营商的im子域。ims使用sip作为控制平面来控制用户数据。用户数据会流向提供sip应用的intranet、internet、asp或wasp。这正是图2、3中绿色箭头所表示的部分。从支持双栈（ipv4、ipv6）的ms起，3g系统中所有关连ims呼叫流程的所有网元将必须支持ipv6。包括支持双栈的ms、分组网关及pi网络侧的网络地址，sip控制平面的cscf等，涉及ms的ipv6地址分配、简单ip、移动ip业务ppp会话的用户在pdsn路由汇聚，fa与ha的管道，ha的coa地址绑定表的更新等等。这意味着在实施ims的阶段，采用ipv6作为核心网络（包括分组、电路域）的承载网络将是最佳的选择。 同时通过ipv6网络中qos技术的实施，针对不同业务等级、流量模型的要求，充分保证对3g网络移动终端的不同等级的业务应用的、不同的sla要求实现端到端（同一管理域内）的服务质量保证。在3g正式商用前会有不同阶段，如不同厂家设备的融合、测试试验以及部署等。现阶段最突出的问题是ietf与3gpp/3gpp2 sip网元之间的差异，以及ims与外部使用ipv4的sip设备之间的互通性。
4、传输承载层面的ipv6
在传输承载层面有两个重要部分需要考虑。按3gpp/3gpp2术语讲就是核心网络（cn：core network）和无线接入网络（ran：radio access network），它们都可以或应该使用ipv6。传输承载层面存在于ran网络的承载层、r-p/gn接口和3g的cn网络层面（如gp接口）， ipv6作为可选项出现。
在cn和ran中传输承载层面并不作任何用户界面的数据转发决定。只有在pdsn/ggsn处才开始进行一部分基于ip包头的转发判断。更多的智能选路处理过程都发生在ggsn的gi接口和pdsn的pi接口之后。在ms与pdsn/ggsn之间，关于应用的ip层经过隧道被传送。在3gpp 的umts系统中，cn的传输使用隧道协议gtp（gprs tunnel protocol）支持ms与ggsn的连接。在gprs（2.5g）中gtp只出现在sgsn与ggsn之间；在umts环境中gtp还连接在相关的rnc（radio network controller）与sgsn上。gtp可以使用ipv4或ipv6。正如我们前面所讲的，传输承载平面的ip（这里的gtp ip层）版本完全与数据承载平面独立。从ms经过上行链路链接到pdsn/ggsn，或从ggsn经下行链路传送到ms。当ip数据包从ms被投递到pdsn/ggsn时，它的ip路由和转发就将要真正开始了。
5、面向3g的ipv6核心网络解决方案
ipv6是未来3g系统网络发展的一项基础要求。它具有极大的地址空间，它能容纳移动网络的发展，容纳大量“peer-to-peer”、“any-to-any”的通讯。ims也基于上述原因采用了ipv6技术。我们有很多种方法可以在运营商核心骨干网络上集成ipv6服务：可在多个不同数据链路层上运行ipv6专网、双堆栈ipv4-ipv6骨干网、或者利用现有的mpls骨干网等等。如果ipv6数据流量和所产生的营业收入符合双方商定的必要投资和风险，那么用户就可以在骨干网上部署这些解决方案。
我们需要一种方式，能够在商用环境中建造可靠的ip核心网络，以服务于当前的技术需求（如gprs），并可以承载ipv6。这是对那些解决ipv4向ipv6过渡、共存问题工具的基本要求。要解决各种服务所提出的不同需求，网络需要提供一系列可靠和扩展性能力，mpls是ip核心网设计的关键部分。
5.1.、cisco 6pe解决方案
6pe对ipv4和ipv6提供了具有相同能力、弹性和扩展性的mpls主干网：快速转发、带有快速重路由的流量工程、vpn以及对核心网性能不产生影响的diffserv。所有ipv6功能均在网络边缘进行处理，实现ipv6流量的平滑注入。6pe避免了那些由于目前无法支持ipv6而产生的商业风险，同时也避免了为此修改目前核心网络所产生的风险。对于数据承载平面（gprs和ims），pdn要将ipv6数据流量路由到apn以及通讯的对端。 pdn可以是唯一的网络（如移动运营商的pdn），也可以是从移动运营商到应用提供商之间的一系列网络。ipv4和ipv6可以使用相同的mpls特性。在任何情况下，pe设备负责ip数据的路由工作，核心网只负责转发数据。我们已经展示了mpls网络是如何支持用户终端设备之间实现移动无线ip传输。图5对pdn进行了概括。
6pe是一种非常容易部署的解决方案，它能在运营商需要时，很快地为其实现ipv6。使用mpls 6pe，任何ipv6流量都不会影响统一主干网络内的其他流量。应用业务不会因为ipv6的引入而被影响。ipv6服务以一种可扩展的方式灵活地从网络边缘处引入，不需要任何ipv6寻址限制，也不会使稳定而可控制的ipv4骨干网遭受风险。
cisco正在与ietf组织合作以确保相应标准化工作的顺利进展。具体说，cisco 6pe 方案符合ietf组织就“采用bgp而连接跨越多个ipv4云的ipv6域”［ipv6_bgp］而颁布的最新版本的标准草案。
5.2.、纯ipv6 mpls核心网络解决方案
另一种方式就是使用一个运行ipv6 mpls核心路由器，组建新的纯ipv6的网络，或对现有mpls骨干网络的p和pe路由器都进行完全的网络升级，并为ipv4和ipv6提供双控制界面，核心igp和标签分发协议要求进行升级。
cisco的ipv6 网络解决方案将 满足3g不同阶段的网络演进要求。我们可以把3g系统演进的网络分成两个大的步骤，即传统移动电路域向全ip演进阶段和整个系统向ims演进两个大的阶段。在针对第一个阶段， cisco的ipv6解决方案可提供针对电路域ip化的整体要求提供可靠保证；在ims系统演进阶段，可充分利用cisco的ipv6网络为3g系统的网络和业务提供高效的承载服务及业务优化。
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无线通信方式是通讯网络的最灵活的接入方式，而数据通信产业和无线通信产业的技术融合是最终实现“any to any”的通信的关键所在。互联网及数据通信产业的发展加快了无线通信产业的演进，使无线通信产业在技术上能更好的满足对数据业务（主要是ip业务）快速增长的需求。而第三代移动通信系统3g将启动移动通信的互联网时代。
无论是3gpp的umts还是3gpp2的cdma2000系统，它们的系统架构都将向全ip的方向演进和发展的。包括对语音、数据、多媒体等业务形式的承载是基于ip的；端到端的业务呼叫模型是基于ip的；ran及cn核心的网络交换和呼叫控制也是基于ip的。而在3g/b3g的系统规划中，3gpp、3gpp2规范的方向均确定了ipv6是3g/b3g网络承载、业务应用的发展方向。在3g/b3g的ims阶段，网络系统（包括分组域和电路域）将全面基于或兼容ipv6。
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有一点需要澄清。 首先“ip承载服务”它描述了plmn中的用户数据服务承载平面，并非传输承载平面。为了更好的理解数据承载平面与传输承载平面，请参见图3。我们看到图中有两个不同的ip层，橙色（包括ims使用的绿色）部分是承载用户数据的ip层。它是用来在ue和应用之间传送udp或tcp的网络层。另外在plmn中，运营商的网络里还存在另一套ip协议栈。但如图所示，它属于另一个层面，即传输承载层面。
3、数据承载层面的ipv6
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5、面向3g的ipv6核心网络解决方案
ipv6是未来3g系统网络发展的一项基础要求。它具有极大的地址空间，它能容纳移动网络的发展，容纳大量“peer-to-peer”、“any-to-any”的通讯。ims也基于上述原因采用了ipv6技术。我们有很多种方法可以在运营商核心骨干网络上集成ipv6服务：可在多个不同数据链路层上运行ipv6专网、双堆栈ipv4-ipv6骨干网、或者利用现有的mpls骨干网等等。如果ipv6数据流量和所产生的营业收入符合双方商定的必要投资和风险，那么用户就可以在骨干网上部署这些解决方案。
我们需要一种方式，能够在商用环境中建造可靠的ip核心网络，以服务于当前的技术需求（如gprs），并可以承载ipv6。这是对那些解决ipv4向ipv6过渡、共存问题工具的基本要求。要解决各种服务所提出的不同需求，网络需要提供一系列可靠和扩展性能力，mpls是ip核心网设计的关键部分。
5.1.、cisco 6pe解决方案
6pe对ipv4和ipv6提供了具有相同能力、弹性和扩展性的mpls主干网：快速转发、带有快速重路由的流量工程、vpn以及对核心网性能不产生影响的diffserv。所有ipv6功能均在网络边缘进行处理，实现ipv6流量的平滑注入。6pe避免了那些由于目前无法支持ipv6而产生的商业风险，同时也避免了为此修改目前核心网络所产生的风险。对于数据承载平面（gprs和ims），pdn要将ipv6数据流量路由到apn以及通讯的对端。 pdn可以是唯一的网络（如移动运营商的pdn），也可以是从移动运营商到应用提供商之间的一系列网络。ipv4和ipv6可以使用相同的mpls特性。在任何情况下，pe设备负责ip数据的路由工作，核心网只负责转发数据。我们已经展示了mpls网络是如何支持用户终端设备之间实现移动无线ip传输。图5对pdn进行了概括。
6pe是一种非常容易部署的解决方案，它能在运营商需要时，很快地为其实现ipv6。使用mpls 6pe，任何ipv6流量都不会影响统一主干网络内的其他流量。应用业务不会因为ipv6的引入而被影响。ipv6服务以一种可扩展的方式灵活地从网络边缘处引入，不需要任何ipv6寻址限制，也不会使稳定而可控制的ipv4骨干网遭受风险。
cisco正在与ietf组织合作以确保相应标准化工作的顺利进展。具体说，cisco 6pe 方案符合ietf组织就“采用bgp而连接跨越多个ipv4云的ipv6域”［ipv6_bgp］而颁布的最新版本的标准草案。
5.2.、纯ipv6 mpls核心网络解决方案
另一种方式就是使用一个运行ipv6 mpls核心路由器，组建新的纯ipv6的网络，或对现有mpls骨干网络的p和pe路由器都进行完全的网络升级，并为ipv4和ipv6提供双控制界面，核心igp和标签分发协议要求进行升级。
cisco的ipv6 网络解决方案将 满足3g不同阶段的网络演进要求。我们可以把3g系统演进的网络分成两个大的步骤，即传统移动电路域向全ip演进阶段和整个系统向ims演进两个大的阶段。在针对第一个阶段， cisco的ipv6解决方案可提供针对电路域ip化的整体要求提供可靠保证；在ims系统演进阶段，可充分利用cisco的ipv6网络为3g系统的网络和业务提供高效的承载服务及业务优化。
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