国网青海电力基于翻译的IPv6升级改造方案设计及部署

孙晓东 李 潇 路 阳

（国网青海省电力公司信息通信公司）

0 引言

随着“新基建”政策力度的不断升温，数字化、网络化、智能化是新一代信息技术的核心和各行各业发展方向，国家电网确立了运用“大云物移智链”等先进技术，建立面向未来的能源互联网企业，需进一步建设具备开放、高速、智能、互动、可信特征的下一代电网信息通信网络，实现信息通信从内部支撑电网业务为主，到“对内支撑业务，对外服务大众”并重的转变。电力物联网各个环节、各类设备必将越来越多地采用IP化的信息通信技术，物联网，大数据，人工智能等产业部署对IP地址有强烈的刚性需求，而IPv6是现阶段物联网基础协议的唯一选择。同时国家及各部委高度重视IPv6在中国的部署工作，频繁发文要求各相关单位贯彻落实。2017年11月26日，中共中央办公厅、国务院办公厅制定并印发了《推进互联网协议第六版（IPv6）规模部署行动计划》，国家电网公司依据相关要求，结合电网实际认真贯彻落实，在2018年国网公司正式印发《信通技术〔2018〕143号》文件，明确了国家电网公司互联网协议第六版（IPv6）技术要求和演进路线，青海省公司依据相关要求，开展了信息网络IPv6改造试点，并于2019年初完成了部分信息外网IPv6改造，取得了一系列成果，积累了丰富的经验。同时，在改造过程中也遇到了一些问题，发现了部分网站升级过程中出现乱码、天窗甚至宕机，部分应用不可达。

为了解决此类问题，提高IPv6改造效率，我们提出了基于翻译技术的IPv4／IPv6协议转换平台作为过渡技术，以实现经济、高效、平滑地过渡到IPv6所面临的难题。

1 基于翻译技术的工作原理

基于翻译技术的IPv4／IPv6协议转换平台工作原理有两个方面：一是地址映射，即通过统一的规则实现IPv4地址与IPv6地址地一一映射，以进行地址地翻译；另一个是协议翻译，即根据标准规定，实现IPv4／ICMP协议和IPv6／ICMP协议各字段的对译，同时更新TCP／UDP协议的相关字段，完成完整数据包翻译操作。

IPv4／IPv6协议转换平台部署场景如图1所示。

图1 部署场景图

部署DNS64域名解析服务器（逻辑）和IPv4／IPv6协议转换设备，并与两侧网关实现路由可达（前提条件）。DNS64提供双向地址解析能力，所有从IPv61主机发起的目标为IPv4地址的服务器、主机的访问请求，首先从DNS64获得目标为IPv4地址的映射IPv62地址，该IPv62地址Next Hop为协议转换设备接口地址，数据包统一经过协议转换设备后，源地址为IPv4地址（指定），并以此为源访问目标为IPv4地址的服务器、主机。完整过程如图2所示。

图2 协议交互完整过程

1）IPv6主机通过静态配置或DHCPv6选项得到IPv6地址、默认网关及DNS服务器地址信息。

2）IPv6主机向DNS64进行AAAA查询，DNS64是双栈设备，它存放了域名对应的v4地址和对应的v6地址，当它收到AAAA查询请求后，先向目标网络发送AAAA查询请求，如果AAAA记录不存在，再发送A查询请求，并将得到的A记录按照协议转换设备映射规则将其转换为AAAA记录，并返回给源IPv6主机。

3）该IPv6主机发送数据包，当到达协议转换设备后，转换为IPv4数据包。翻译后IPv4数据包路由到IPv4网络中，实现IPv6主机对IPv4主机地访问。

协议转换设备不需要通过DNS64来查找IPv4、IPv6的对应关系，而是能够通过一对一地映射直接找到对应地地址，大大减轻网关设备的负担和效率。同时，它也支持端到端地址透明性，可以进行增量化部署。IPv4用户能够访问新建的IPv6应用。主要采用的设备如下。

1）IPv4／IPv6智能转换平台是一套面向网络翻译和互通的平台级解决方案，主要用于网络协议IPv4和IPv6之间的转换和翻译，在TCP／IP分层模型中，主要针对网络层和传输层进行IP地址和端口的转换和翻译映射。该平台可用于实现IPv4终端用户访问公网IPv6资源，也可用于实现IPv6终端用户访问公网IPv4资源。

2）部署一套可视化网络管理系统，系统用于对IPv4／IPv6智能转换平台设备的配置管理、性能管理、日志管理和故障管理。网管系统根据运维人员或服务开通系统的指令，修改相应网元配置数据，从而实现业务的激活或关停。同时网管系统还负责网元设备运行状态的监测，发现异常情况，及时向运维人员告警。网管系统是该平台的重要组成部分，是平台系统正常运行的有效保障措施之一。

2 IPv6升级改造方案设计

本项目IPv6升级改造的总的原则是互联网IPv6业务快速平滑升级，让互联网IPv6用户无感知访问；IPv6升级改造重点是青海电力互联网区，通过在省级数据中心增加IPv4／IPv6协议转换平台设备，让原有

3 IPv6升级改造系统部署

通过部署互联网协议智能转换系统（服务端），实现青海电力公司互联网IPv6业务快速平滑升级，支持互联网IPv6用户无感知访问。青海电力公司互联网区网络拓扑如图3所示。

图3 互联网区网络拓扑

在图3的网络拓扑中，DMZ区域核心交换机I＆II为IPv6单栈环境，防火墙I＆II为两台IPv4／IPv6协议转换平台（服务端）设备启用ETCD+Keepalive技术组成A／S模式集群，通过设备Eth1接口上联DMZ区域核心交换机I＆II的G2／1／1端口，通过设备Eth2接口下联防火墙I＆II（逻辑），两台IPv4／IPv6协议转换平台（服务端）设备配置应用层翻译技术，实现内部IPv4业务系统对外提供IPv6访问服务。

IPv4单栈协议，IPv4／IPv6协议转换平台（服务端）串联在IPv4区域和IPv6区域之间，开启IPv6安全和溯源功能。互联网应用通过IPv4／IPv6智能转换平台（服务端）进行升级，支持IPv6用户访问时，对于网站现有的网络部署和程序代码架构无须任何修改。

4 结束语

由于IPv4过渡到IPv6是建设网络强国和网络发展的必然趋势，但是短期内，国家电网数据通信网络、终端设备、服务器、数据中心以及业务系统都无法做到全面支持IPv6，因此IPv6的过渡必将是一个循序渐进的长期过程。基于翻译技术的IPv6升级改造方案，是目前被国家权威部门认可的过渡机制首选的解决方案，可以做到网络平滑演进，业务质量不下降、改造工作量低、数据一致性和数据同步等特点，达到最大程度保护投资者利益。