作者简介
解冲锋
中国电信股份有限公司研究院 IPv6领域高级专家，ETSI IP6 ISG副主席，教授级高级工程师，博士，国务院政府特殊津贴获得者，主要研究方向为IP网络架构、IPv6、SDN/NFV、物联网、网络移动性及互联网安全等，曾参与编写IETF RFC 4篇，申请授权专利20余项。
论文引用格式：
解冲锋. 从IETF动态看IPv6的发展趋势[J]. 信息通信技术与政策, 2020(8):12-17.
∗ 基金项目：国家高新技术研究发展（863）计划项目（No.2011AA01A002）资助
从IETF动态看IPv6的发展趋势*
解冲锋
（中国电信股份有限公司研究院，北京 102209）
摘要：IETF是全球制定互联网技术标准的最权威的标准化组织。在IPv6获得全球性的部署和应用的同时，IETF对于IPv6系列协议继续进行完善，并制定了各种基于IPv6基础技术的新型技术的标准。在调研IETF IPv6各项工作最新动态的基础上，分析判断IPv6在未来的发展趋势，以及其对于网络发展的影响。
关键词：IPv6；SRv6；纯IPv6；IETF
1 引言
众所周知，互联网工程任务组（Internet Engineering Task Force，IETF）是致力于全球互联网标准研究和制定的大型标准化组织。尽管它是一个非政府的学术与工程标准化组织，但其制定的标准在国际互联网界具有最高的影响力和权威性。IETF向所有对该行业感兴趣的人士开放，汇聚了与互联网架构和互联网顺利运作相关的网络设计者、运营者和研究开发人 员。在运作方式上，IETF主要采取了工作组（Working Group，WG）的形式，每个工作组围绕一个技术主题制定相关的技术标准，目前IETF有100多个活跃的工作组。IETF的产出成果主要是一系列以编号排定的文件（Request For Comments，RFC）。自成立三十多年来，IETF已制定了近9000项RFC，这些成果支撑起了整个互联网的标准体系和运行。
自1994年起，IETF组织全球互联网工程师和专家积极参与IPv6技术标准、过渡、运营等各方面标准的制定工作，最终形成了IPv6的系列标准。IPv6是用于替换IPv4的新一代网络层协议，在吸取IPv4标准制定和运营中的经验教训的基础上，结合最新的软硬件及业务的发展打磨优化出来的新一版协议，是全球专家共同努力的结果。在2016年年底，IETF的国际互联网架构委员会（Internet Architecture Board，IAB）发布了关于IPv6的声明，即停止要求在新的或者扩展协议里面和IPv4协议的兼容，将来的IETF协议制定和优化工作应该基于IPv6来进行。因此，IPv6是IETF明确选定的替代IPv4协议的网络层协议，除此之外没有其他。
作为互联网的新一版网络层协议，IPv6协议具有通用性，与信息网络系统中的端、管、云、用等各个环节均密切相关，即每个环节都涉及到对于IPv6的支持。由于协议设计工作量大，IPv6工作在IETF并不是由单个工作组进行，而是由多个工作组共同推动，代表性的工作组包括6man、v6ops、softwire、sunset4、6lo、spring等，每个工作组都有其任务定位和目标（见图1）。此外，尽管有些工作组不是专门负责制定IPv6标准，但其工作和IPv6具有密切的关系，如制定DHCP标准的DHC工作组等。
图1 IPv6的工作在IETF的分布情况
由于IETF在国际互联网界的独特而重要的地位，它的最新动态就成为互联网技术的风向标。本文总结了近几年IETF在IPv6的基础技术、运营、网络可编程以及物联网等方面的最近动态和进展，从个人视角评估和判断IPv6的技术发展趋势及对于网络发展的影响。
2 IETF的IPv6技术动态
2.1 IPv6基础技术
通常来说，IPv6的基础技术就是定义IPv6的基本报头、扩展包头、分段、上层处理等方面的技术，IPv6基础技术就是以 RFC8200为代表的系列RFC标准，在IPv6技术体系中具有根本性的地位。其他IPv6相关技术（如基于IPv6的源路由SRv6）都构建在IPv6基础技术之上，因此IPv6基础技术也就是核心技术。其他新的标准制定时必须参考RFC 8200标准，并遵循其中的规定才能最终有效。在IETF内，6man负责维护IPv6基础技术，是制定、升级和推荐IPv6协议成为互联网标准的工作组，6man也是在IETF讨论 IPv6相关问题的主要场所。对于其他工作组提出的修改或者扩展IPv6协议的文稿，6man将进行自行评估，该文稿在发布以前必须征得6man的认可和支持，因此6man在IETF内具有高度的话语权。2017年，6man在对IPv6的上一版RFC——RFC 2640进行更新后发布了新版的IPv6技术规范——RFC 8200，实现了IPv6从“标准草案（Draft Standard）”到“正式标准（Standard Track）”的转变，IPv6正式成为互联网标准也说明IPv6基本技术已经成熟，从技术的角度已经具备高度的可用性[13]。需要说明的是，并不是所有的RFC都是IETF标准。正因为基础技术标准的重要性，包括6man在内的IETF对于IPv6标准更新时非常谨慎，原则上并不支持对于IPv6标准进行频繁的、重大的修改或扩展。
目前，6man讨论的立项文稿包括“记录路径的MTU的扩展报头[14]” “用于IPv6被动式性能测量方式的TLV参数在扩展包头中的定义[19]” “ 利用扩展SLAAC生成临时地址[20]”等，均是在IPv6基础技术上提出的新的优化方案。6man特别重视IPv6的安全性，特别是保护用户的隐私和信息安全性，以文稿“利用扩展SLAAC生成临时地址”为例，其提出了扩展SLAAC从而生成随时间可变的随机化接口标识符，通过地址可变限制了监听者基于IPv6地址收集和关联用户行为的时间窗口。SRv6是当前IETF的主要工作热点之一，可以说是自从IPv6过渡技术高潮之后的另外一次标准化高潮，由于SRv6是基于IPv6的路由扩展报头来实现，因此很多文稿也在 6man开展讨论，如SRv6的OAM文稿[21]。
从IPv4向IPv6的过渡技术也是IPv6的基础技术的组成部分，过去IETF针对不同场景需求制定了多项过渡技术，包括隧道类的DS-Lite、Lw4over6、6rd、4rd和MAP-E等，还有翻译类的NAT64、MAP-T等，但过渡技术标准的制定基本已经结束，负责制定过渡技术的工作组Behave和Softwire已经关闭。
2.2 IPv6网络运营
IPv6网络运营的研究工作主要在v6ops开展，该工作组重点讨论现有或者新建网络中如何部署和运营IPv6，并为IPv6的运行提供指南。v6ops的研究需求主要来自于运营商和用户，因此和运营商的网络运营具有密切的关系，当前v6ops研究的重点包括以下内容。
（1）向纯IPv6的演进已成为新的热点，考虑到纯IPv6是网络演进的必然趋势，纯IPv6的问题在v6ops的重视程度越来越高[10]。2016年，v6ops在会议中开始进行纯IPv6的体验，并在每次会议上鼓励参会者使用体验。目前，纯IPv6方面的工作组文稿如“CDN场景下464XLAT[2]的优化建议[8]”,464XLAT是一种基于无状态翻译[4-5]和有状态翻译[6]的纯IPv6过渡技术，目前受到业界的高度关注。这篇文稿提出了464XLAT架构下，纯IPv4的应用客户端或者终端在访问双栈的CDN节点、缓存以及其他网络时遇到的问题，即在目的节点配置了IPv6地址的情况下，由于客户端通过DNS只能获得目的地的IPv4地址，此时数据流只能通过NAT64设备去访问目的服务器，而不能直接通过IPv6去访问，相当于走了一条非最优的路径，因此本文稿建议对于464XLAT进行优化，并提出了3条优化建议，分别为基于DNS/路由的方案、CLAT中基于DNS-proxy-EAM的方案和CLAT中基于DNSprovider-EAM的方案。
（2）v6ops研究IPv6网络运营的需求规范，如路由器和客户侧CPE设备的功能定义，其中RFC 8585[1]定义了对IPv6 CPE路由器的基本要求，特别是对于过渡技术的支持，与上一版RFC7084不同之处在于提出了对于464XLAT的支持。而RFC7084仅要求支持双栈、DS-Lite和6RD，这也说明464XLAT的应用范围从移动宽带场景逐渐向固定宽带接入场景延伸。
（3）v6ops解决IPv6运营过程中出现的具体问题并给出相应的解决办法，或者将这些问题交付给其他技术工作组解决，因此 v6ops是其他工作组制定技术标准的需求来源方之一。例如，文稿“首跳路由器的邻居缓存记录”[9]，通常IPv6节点采用RFC4861确定邻居的链路层地址已经发现和维护可达性信息。在终端采用一个新的IPv6地址时，其首跳路由器的邻居发现状态不可见导致达到数据包被丢弃，近几次会议讨论了针对此问题的可能解决办法，并且提到如果涉及到协议层面的工作，建议放到6man工作组开展。
（4）v6ops也支持运营者在IPv6运营方面的实践和经验分享，比较突出的也可能最终以RFC发布，如我国CERENT牵头编写的RFC6219[7]。
2.3 面向网络可编程的SRv6技术
SRv6是构建在IPv6数据平面的源路由技术，结合原生IPv6技术和SDN架构实现网络的可编程能力。最近一年来，SRv6标准进展迅速，其关键数据平面SRH草案于2020年3月发布为标准 RFC8754[3]，标志着SRv6基本封装格式的标准化，这是SRv6标准化的重要里程碑。SRv6的核心文稿SRv6网络编程目前已经过了WGLC的阶段，正在IESG审核阶段，预计不久的未来将发布称为RFC。SRv6控制平面的IS-IS、BGP、BGP-LS等均已经被工作组接收，其中控制平面的IS-IS扩展已经过了WGLC阶段，即将进入IESG Review阶段。从整体来看，当前SRv6的基础标准化工作已经接近完成，标准初步成熟并可支持商业部署。
目前，SRv6标准的主要热点在OAM和压缩等工作上。OAM文稿是SRv6的基础特性之一，目前SRv6 OAM文稿已经成为工作组文稿，随着OAM工作的推动成熟，SRv6基础特性基本完成标准化工作；第二个热点是SRv6压缩工作，该工作当前是SRv6领域的重点，竞争也非常激烈。目前，业界已经提出了多个方案，比如 G-SRv6、Micro Segment等方案。从技术上看，两种方式都基于SRH方案，相互兼容，未来可以共同推进；另一个解决SRv6开销问题的方案是CRH，其与SRv6不兼容，目前正在申请工作组接收，但遭遇行业内较多反对声音，目前尚未被接收。从技术发展趋势看，SRv6将成为IP在提升网络智能化的重要手段，而且优化SRv6的方案应该基于SRv6的基础进行优化，从而减少兼容成本。
2.4 物联网
IPv6具有海量的地址空间和良好的自主配置能力，因此是给物联网节点提供连接的最佳的网络技术[12]。然而，物联网的节点一般资源极其有限，这些网络的节点具有有限的能量供应、存储、计算处理或带宽资源，而且物联网终端运行的环境相对常规终端条件更加多样和苛刻，这些都决定了在这类网络上需要对于IPv6协议进行适配和优化，从而使IPv6适应于在资源有限的节点组成的网络上运行，简称6lo网络。IETF在IPv6与物联网融合方面的工作主要分布在6lo、6tisch等工作组。6lo主要是研究将IPv6适配在多种类型的6loWPAN通信技术上并制定相关标准。目前，热点文稿有“6lo网络上的地址受保护的邻居发现协议[16]”“6lo骨干网路由器[15]” “6loWPAN选择性分段恢复[17]”等，多项文稿已经完成了最后的征求意见环节,等待发布成RFC。6tisch负责制定运行在IEEE 802.15.4时隙调频（TSCH）模式上的IPv6的架构和技术标准，TSCH是在2012年引入并作为IEEE 802.15.4的MAC部分的增补，目前IPv6 over TSCH的网络架构[18]文稿已经成熟，预计很快就要发布为RFC。此外，IoT网络还包括基于蜂窝的NB-IoT网络，其遵循了3GPP制定的移动网IPv6地址分配和路由管理机制，如地址管理方面采用的是SLAAC 方式，这些标准随着IPv6在移动网络上的应用而获得应用。
3 IPv6技术趋势分析
从以上几个工作组的新近动态来看，IPv6技术具有如下发展趋势。
3.1 遵循互联网的开放式架构促进开放化发展（Open）
首先，IETF是将IPv6作为未来互联网演进的根本性技术，目前没有能与IPv6并驾齐驱的其他候选技术，而且其他所有的网络层技术更新和创新都是在IPv6的基础上进行。而且，基于IPv6的互联网总体上还是延续了IPv4时代互联网的开放式端到端（End-to-End）架构，即“网络是一个服务于各种业务的通用系统，和应用层相关的功能不要放置在网络的核心”[11]。互联网的开放式架构把应用层的创新开放给了用户，才使得互联网的业务空前繁荣，也促使互联网特别是移动互联网的成功，因此说开放性是互联网成功的精髓也毫不为过。在互联网的发展过程中，随着互联网从学术网络向商业化网络的转变，各方从自己的利益出发希望调整甚至改变互联网的架构，如尝试将网络做成封闭式，但最终都以失败而告终。可以预见，未来随着IPv6的进一步引入，网络的开放式架构将持续发挥作用。
3.2 纯IPv6将使得网络回归简洁（Concise）
纯IPv6以IPv6协议作为网络的基础通信协议，提倡更多的互联网服务提供商的业务向IPv6迁移。在这种方案中，网络采用IPv6编址，即网络给终端只分配IPv6地址，不分配私有地址。纯IPv6在近期内也不是完全杜绝IPv4，而是将IPv4作为IPv6基础网络的业务，即“IPv4 as a Service”。由于网络只需维护IPv6协议栈，因此 IPv6单栈网络比双栈网络更加简洁，网络的管理维护负担显著减小。尽管纯IPv6在IETF的讨论是在近三四年才热起来，但在全球由于有IETF相关技术标准的支撑，早在2014年时已有运营商开始在4G网络采用464XLAT/NAT64实现纯IPv6规模部署的案例，目前有更多运营商的4G网络采用了纯IPv6技术，并取得了良好的效果。目前有固网和移动网采用同样的纯IPv6技术的趋势，此时需要家庭网关和企业网关CPE均支持464XLAT，这样在网络侧只采用一种NAT——NAT64，这对于综合性运营商来说有利于简化网络的运营。
引入纯IPv6的好处是利用IPv6海量地址满足了终端的编址需求，解决了地址不足的问题。新的业务场景，如工业互联网、物联网、车路协同等，没有IPv4的历史包袱，更应该在新的起点上采用纯IPv6技术来发展，而不是沿用老的IPv4协议。不可否认的是，在当前IPv4业务流量仍处于主流的情况下，我国的网络仍处于引入IPv6的过渡阶段，在网络从双栈向纯IPv6演进的过程中，网络层演进会相对较快一些，而业务完全迁移到纯IPv6将会需要较长时间。
3.3 SRv6促进网络的智能化（Programmable）
从技术角度看，SRv6可以简化网络的状态和协议，适应云网融合和5G发展的趋势，同时也提供了更好的网络可编程能力，在跨域方面也比SR-MPLS更易部署，因此将成为IP网络未来发展的方向。结合目前SRv6标准成熟度，目前世界范围已经有超过十多家的商业部署案例，而我国的中国电信和中国联通更是SRv6部署的先驱。从产业的角度看，应该借助我国IPv6基础设施的优势，在推动我国IPv6部署的同时，先试先行加速推动SRv6试点，简化 IP网络管理。随着SRv6商业部署的推进，更多的网络需求将会出现，如网络切片、IFIT和APN6等，我国运营商和设备商可以在这些新技术领域引导国际上IP网络未来发展的方向。
3.4 IPv6物联网促进网络的普适化（Ubiquitous）
随着物联网上IPv6相关技术逐渐成熟，互联网从面向人的通信逐渐延伸到人-物通信、物-物通信，终端的数量将从几十亿级向百亿级甚至千亿级发展，支撑这么庞大的网络，也只有IPv6技术才能做到。在我国各行业推进数字化转型的过程中，物联网是重要的一个环节，物联网节点负责数据的采集、处理和控制，物联网传感器的爆炸式增长使数字孪生成为可能。与采用IPv4或者其他私有协议相比，采用IPv6协议将使得网络架构更加灵活，数据采集的覆盖范围进一步扩大，相应地也带来物联网设备成本的降低。另外，IPv6的特点将满足物联网特有的一些需求，如基于IP地址的反向控制，这在IPv4网络中是难以做到的。从可行性来说，随着物联网芯片性能的提升，物联网终端内的资源已经可运行完整的IPv6协议栈，并具备商用化的能力。IPv6在物联网的广泛应用也将反过来推动IPv6技术本身的升级完善，如在路由、安全及可管理性等方面提出新的需求。
4 结束语
作为下一代互联网的核心和基础性的技术，IPv6正在成为未来网络空间竞争和话语权的重要抓手，IPv6影响着中国在未来全球ICT竞争中的地位和作为全球下一代互联网网络和资源中心的布局。2017年，《推进IPv6规模部署行动计划》明确指出，“IPv6能够提供充足的网络地址和广阔的创新空间，是全球公认的下一代互联网商业应用解决方案”，这一论断为IPv6在建设我国网络强国中的重要作用给出了准确定位，也为我国互联网基础设施的发展指明了正确的方向。IETF是制定以IPv6为代表的互联网技术标准的主要组织，其新近的动向反映了互联网网络技术的发展趋势，因此观察IETF的技术动态对于准确把握网络技术发展及趋势，并支撑我国的信息网络建设具有重要作用。
本文在梳理调研IETF内与IPv6技术比较密切的几个工作组工作的基础上，分析了IPv6的技术趋势，即未来向开放化、纯IPv6化、智能化及普适性方向发展。我国产业界应该顺应趋势，一方面积极参与国际的互联网技术创新，参与互联网规则的制定，为国际互联网的发展作贡献，成为全球下一代互联网发展的主导力量；另一方面，推进IPv6技术的产业化应用，特别是发挥IPv6的技术优势，将IPv6和云网融合、工业互联网、智慧城市等新兴场景结合，促进IPv6与经济社会各领域的深度融合应用，也促进我国信息基础设施的升级换代。
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IPv6 trend analysis from the perspective of IETF
XIE Chongfeng
(China Telecom Research Institute, Beijing 102209, China)
Abstract：IETF is the dominant global standardization organization of internet technologies. While IPv6 is being deployed and applied globally, IETF continues to improve the IPv6 series of protocols and has formulated various standards for new technologies based on IPv6 basic technologies. On the basis of investigating the latest developments of IETF’s IPv6 work, this paper analyzes the future development trend of IPv6 and its impact on network development.
Key words：IPv6；SRv6；IPv6-only；IETF
本文刊于《信息通信技术与政策》2020年第8期
主办：中国信息通信研究院
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