邬贺铨：IPv6发展趋势与技术创新

邬贺铨

中国工程院院士、推进IPv6规模部署专家委员会主任

在首届IPv6技术应用创新大赛启动会上，中国工程院院士、推进IPv6规模部署专家委员会主任邬贺铨对IPv6发展趋势和IPv6创新技术进行了分析、解读和展望。他表示，IPv6开创了网络技术的创新空间，希望中国企业和机构进一步在互联网标准制定方面贡献力量，引领IPv6创新发展。

IPv6发展呈现三大趋势

趋势一：从IPv4向IPv6的过渡在加速

据APNIC（亚太互联网络信息中心）统计，到今年6月底，全球IPv6活跃用户数占网民数之比已经超过31%。根据我国推进IPv6规模部署专家委员会统计，截至今年5月，中国IPv6活跃用户占比已达67%，IPv6流量分别占城域网流量的10.8%和LTE移动网流量的40.8%。数据表明，IPv4正在加速向IPv6过渡。

趋势二：从IPv4/IPv6双栈向IPv6单栈发展

从全球范围看，IPv4/IPv6双栈向IPv6单栈演进的方向越来越明显。纯IPv6不仅向IPv6过渡更彻底，而且使网络更简单。其中，美国把IPv6单栈看成是网络面向未来创新增长的唯一选择，并计划到2025年，联邦网络80%将是IPv6单栈。

趋势三：从IPv6向IPv6+发展

采用IPv6的动力不再只是补充IPv4地址的不足，而是看重IPv6地址空间能力的拓展与创新潜力的开发，以及IPv6与新一代信息技术的全面融合，并发挥乘数效应。

IPv6技术创新

基于IPv6的应用感知网络（APN6）

传统的IP报头仅包含源地址、目的地址等选路基本信息，网络无法识别该IP包承载的业务和服务等级（SLA）要求，运营商难以提供差异化的服务和精细化的运营。

而在APN6的帧头格式中，能够标识APP ID、用户ID、服务等级（SLA）、会话ID（Session ID）等应用标识信息，并且可以承载带宽、时延、抖动、丢包率等应用需求信息，可以从IPv6地址里直接感知业务。

例如，利用应用感知网络（APN），企业敏感数据在本地处理，一般数据上云处理，在多云场景下可按APN选最合适的云。再如，捕获多路视频的增强现实（AR）需要边缘计算与APN来提供与其带宽、时延、可靠性需求相应的网络服务。

此外，现有的APN6只对信道的性能有要求，期待未来在APN6中开发数据安全分级标记的能力，来支持对跨境数据流动的管理。

基于IPv6的随流检测（iFIT）

传统的检测方式采用发送检测报文的间接测试方式，不能保证检测报文与真实业务路径一致，丢包检测精度只能达到10-3。

IPv6开创了网络技术的创新空间，希望中国企业和机构进一步在互联网标准制定方面贡献力量，引领IPv6创新发展。

而iFIT技术无需外挂探针，将OAM（操作管理和维护）指令携带在用户报文中。处理节点根据报文中的OAM指令信息，收集数据并处理。

iFIT具有多方面优势：一是高精准度、真实业务。基于真实业务流染色检测，丢包检测率达10-6。二是场景、指标丰富。可检测丢包、时延、路径还原，还可开发跨境数据流动管理能力。三是易部署运维。头节点定制，中间/尾节点全局使能；并能按需检测，逐跳定界。

关于iFIT下一步标准化工作，要关注的是插入监测信号的流的比例与选择、自适应的监测抽样率等。

基于IPv6的分段选路（SRv6）

SRv6是在IPv6地址扩展头中指定流量转发路径，通过路径中节点不断更新目的地址完成逐跳转发，支持低时延、组播、快速倒换和高可靠并发。

在控制协议上，SRv6只需要边界网关协议（BGP）和内部网关协议（IGP）；在业务配置上，只有源与宿两端；中间的封装协议则只有IP协议。由此看来，IPv4地址功能单一，需要靠增加协议来支撑新应用；而IPv6增强地址功能，能够对网络协议进行瘦身，简单有效。

举个例子，中国建行、农行等大型金融机构都建设了基于SRv6的骨干网，用来实施海外支行、本地支行与区域数据中心的互联，实现了智能调优、极速上云、业务可视、扩容无感。

基于IPv6的位索引显式复制组播技术（BIERv6）

组播应用于视频会议和游戏、气象云图发布、股市数据向订阅者发布、数据中心间数据交互等。传统PIM（协议无关组播）有N个VPN客户，且每客户有M个组播业务时，运营商核心层设备需维护N×M个组播流状态信息，这会让传统组播不堪重负。尤其在疫情期间，视频会议等应用更加广泛，传统组播的问题也愈发凸显。

BIER组播通过全网洪泛建立BIER链路状态库，在组播流量的出入节点保留组播状态信息，中间节点不感知组播流，不建立组播转发树，也不维护组播转发状态信息，高效完成组播报文分发。

BIERv6组播的优势在于：一是协议简化，仅IGP/BGP，无组播转发树；二是易组大网，中间节点不感知业务，仅单张转发表；三是配置简单，仅在头节点配置，现网用IPv6转发；四是保障体验，新用户一跳加入，迅速获得业务。

IPv6的多归属（Multi Homing）特性

IPv6的多归属功能可为终端的一个PDU（协议数据单元）会话分配多个IPv6前缀，有如下的应用：适应同一个PDU会话中所含的有不同服务质量要求的业务；为移动边缘计算提供基于源地址的分流应用；为5G网络提供先建后断的业务连续性模式，减少切换中断时延，提高可靠性；支持核心网控制面与用户面功能（UPF）分离，实现企业敏感数据与外网安全隔离。

IPv6多归属功能的实现包括：UPF基于数据包的源地址分流上行业务，主机选择不同的源地址，多宿主站点与ISP（互联网服务提供商）共用网关来转换源地址。

确定性IP（Deterministic IP，DIP）

工业互联网的一些场景需要控制数据到达的时延和抖动。在IPv6包头中新增Flow Label（流标签）字段，入PE（入口边缘节点）按业务流的QoS（服务质量）要求放行网络可满足该条件的流。同时，通过SRv6向入PE下发路径，同一个流的前后数据包需要路径绑定，支持沿途资源预留。

如果将发送时间划分为等长的周期T，数据包按周期进行排队和转发，最大的抖动控制在2T。报文在入PE被整形到T0，会产生最大为T的抖动。报文在出PE（出口边缘节点）某个T周期发出，因与其他核心节点发来的报文重排队，可能会引入最大为T的抖动。

确定性IP涉及的技术有：

SRv6路径规划。云化引擎获取网络状态和报文流的抖动要求并计算路径，对允许接入的流预留资源，形成面向连接的路径。

边缘整形技术。在入PE对一条流的多个报文进行整形，放入合适的门控队列中。

门控调度技术。多个门控用于确定性IP流，每隔10μs轮流打开一个门控。小量门控对普通IP流永远开放。

IPv6的一个重要应用是云网协同/算网协同。

周期映射技术。入PE在T0周期内的报文，通过计算转到其他核心节点的T2周期，同时加入的还有来自其他入PE的报文。

双发选收技术。为提高可靠性在入PE复制流到另一路径，在出PE择先选取。

IPv6支持云网/算网协同

IPv6的一个重要应用是云网协同/算网协同。现代企业会使用多云，比如私有云、公有云、混合云，可以通过边缘计算连接到数据源和用户。由此可以提高企业的话语权，增加安全性，增加业务能力。

很多企业都用到人工智能，但并不意味着每个企业都会自建新的系统，企业可以单纯作为一个算力网的业务消费者。算力网业务消费者与算力网业务提供者通过算力网的交易平台结合在一起，在AI使能平台的支持下，通过算力网控制面，直接连接到云网边端，从而实现云网协同。

云网协同调度可优化网络资源，跨域免配置，实现分钟级开通，应用级保障。而SRv6可成为整合云网边端算的统一通信协议，配置效率可提高60%。

IPv6开创网络技术创新空间

上述IPv6+技术支持云网边端协同统一承载，实现业务和网络可感知及精准配置，适应智能算力服务的需要。IPv6+潜力很大，还有很大的创新空间待开发。

在互联网标准制定方面，从IPv4到IPv6，中国的贡献占比显著提升。以IETF的提交文稿计算，在IPv4时代，中国在整个标准化的贡献只占5%；在IPv6时代，这个数据上升到20%；而现在，进入IPv6+阶段，中国的标准文稿贡献率有时甚至高达85%。

近年来，以华为、中国移动、中国联通、中国电信、清华大学、中国信通院等为代表的中国企业、学术机构，在互联网标准制定方面的贡献度逐年提升，在国际IPv6创新方面已形成主导力量。下一步，我们应该继续发挥力量，引领IPv6创新发展，开拓IPv6需求和应用空间。