張榮 黃婕
摘 要 描述了IPv6 3G應(yīng)用系統(tǒng)工作原理、流程，介紹了現(xiàn)有3G系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)支持IPv6的一些解決方案，并在此基礎(chǔ)上分析了IPv6 3G系統(tǒng)發(fā)展中應(yīng)考慮的一些問題。
關(guān)鍵詞 IPv6 3G 系統(tǒng) PDP激活 GTP隧道
1 引言
IPv6曾經(jīng)以3G的發(fā)展為驅(qū)動(dòng)期望。3GPP不再強(qiáng)制要求3G核心網(wǎng)絡(luò)支持IPv6之后，IPv6 3G系統(tǒng)的發(fā)展在等待應(yīng)用需求推動(dòng)的過程中慢慢前行。目前，基于GPRS的移動(dòng)數(shù)據(jù)通信，無論是應(yīng)用還是用戶量，都比較有限。如果移動(dòng)通信的帶寬與速度能夠通過3G的引入而得到大幅度提高，滿足高帶寬，低時(shí)延的高級應(yīng)用需求，那么豐富的視音頻應(yīng)用，P2P應(yīng)用等將可能在移動(dòng)通信系統(tǒng)得到大力發(fā)展，從而刺激地址需求，呼喚IPv6的到來。
本文主要從技術(shù)角度分析了IPv6 3G系統(tǒng)的工作原理、應(yīng)用基本流程等，同時(shí)總結(jié)了IPv6 3G應(yīng)用發(fā)展中需要面對的一些問題。
2 IPv6 3G應(yīng)用系統(tǒng)工作原理概述
IPv6 3G應(yīng)用系統(tǒng)與IPv6相關(guān)的功能主要表現(xiàn)在以下兩方面：
（1）3G系統(tǒng)作為“鏈路層”對IPv6應(yīng)用的承載。從網(wǎng)絡(luò)融合的趨勢看，3G系統(tǒng)作為移動(dòng)接入網(wǎng)與骨干網(wǎng)絡(luò)相連，所處的位置與寬帶接入的接入網(wǎng)絡(luò)部分相當(dāng)。對于IPv6應(yīng)用而言，3G系統(tǒng)主要起接入承載作用。盡管3G系統(tǒng)分組域中也有三層設(shè)備，但是對于基于GPRS的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，3G系統(tǒng)的工作主要是對往返于用戶終端的網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)流開放承載通道。從這個(gè)意義上看，3G系統(tǒng)為IPv6數(shù)據(jù)應(yīng)用提供的是數(shù)據(jù)鏈路層通道。
（2）3G系統(tǒng)骨干網(wǎng)側(cè)對IPv6的路由與轉(zhuǎn)發(fā)功能。3G系統(tǒng)與骨干網(wǎng)絡(luò)相連，使得接入的終端用戶能夠與外界網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。這就要求IPv6 3G 系統(tǒng)骨干網(wǎng)側(cè)邊緣網(wǎng)元需要具有IPv6路由與轉(zhuǎn)發(fā)的功能，這樣才能與外部IPv6網(wǎng)絡(luò)連接。
圖1所示為IPv6 WCDMA系統(tǒng)示意圖以及各節(jié)點(diǎn)的協(xié)議棧結(jié)構(gòu)描述。由圖中可見，UE訪問3G網(wǎng)絡(luò)外部服務(wù)器上的IPv6應(yīng)用，3G接入側(cè)除用戶終端與GGSN節(jié)點(diǎn)外，其他設(shè)備與IPv6協(xié)議棧無關(guān)。用戶端的IPv6數(shù)據(jù)經(jīng)過PDCP封裝到達(dá)RNC，在RNC上轉(zhuǎn)為GTP（GPRS Tunneling Protocol）封裝，通過RNC GGSN之間的GTP隧道傳送到GGSN設(shè)備上。這部分?jǐn)?shù)據(jù)傳送功能即3G系統(tǒng)為IPv6數(shù)據(jù)應(yīng)用提供數(shù)據(jù)鏈路層通道接入骨干網(wǎng)絡(luò)。
GTP隧道工作在UDP協(xié)議上，RNC，SGSN，GGSN上的IPv4協(xié)議棧，通常稱為傳送平面協(xié)議棧，用于構(gòu)造GTP隧道，與IPv6網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)用無關(guān)。
GGSN收到從GTP隧道轉(zhuǎn)來的IPv6數(shù)據(jù)包，作為3G接入系統(tǒng)與外部網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的邊緣節(jié)點(diǎn)，需要具備與學(xué)習(xí)外部網(wǎng)絡(luò)路由以及將數(shù)據(jù)包根據(jù)路由正確轉(zhuǎn)發(fā)的能力，即IPv6路由與轉(zhuǎn)發(fā)的功能。
3 IPv6 3G應(yīng)用基本流程
移動(dòng)終端開機(jī)連接到運(yùn)營商后，訪問3G網(wǎng)絡(luò)外部IPv6業(yè)務(wù)，主要包括以下三個(gè)過程：
（1）附著（ATTACH）。附著過程的目的是系統(tǒng)根據(jù)移動(dòng)終端的簽約數(shù)據(jù)確定是否允許移動(dòng)終端在當(dāng)前請求的GPRS路由區(qū)域中進(jìn)行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)訪問。附著過程與IPv6無關(guān)。
終端可以在開機(jī)通過無線接入鑒權(quán)獲得無線信道后即向SGSN發(fā)起“附著請求”消息，SGSN得到終端IMSI標(biāo)識(shí)后，向HLR中請求進(jìn)行認(rèn)證，并根據(jù)HLR下達(dá)的用戶簽約數(shù)據(jù)對終端進(jìn)行鑒權(quán)，同時(shí)SGSN將終端的當(dāng)前位置信息上傳HLR。鑒權(quán)通過后，SGSN就會(huì)向終端返回“接受附著”消息。
（2）PDP（Packet Data Protocol）上下文激活。通過PDP上下文激活過程，用戶獲得相應(yīng)的GGSN的鑒權(quán)許可，分配相應(yīng)的IPv6地址，建立終端與基于GPRS的3G分組域之間的數(shù)據(jù)通道。
PDP激活過程由用戶終端發(fā)起。終端首先向SGSN發(fā)起“激活PDP上下文請求”消息，消息中攜帶APN(服務(wù)訪問點(diǎn)名稱)，服務(wù)質(zhì)量等信息；SGSN根據(jù)消息中攜帶的APN向HLR中查尋相應(yīng)的GGSN的地址，獲得GGSN地址后，再向GGSN發(fā)送“創(chuàng)建PDP上下文請求”；GGSN可以通過本地/DHCP/RADIUS對終端進(jìn)行簽權(quán)并分配IPv6地址或者地址前綴，以及其他參數(shù)，如QoS參數(shù)等，并將鑒權(quán)結(jié)果以及各項(xiàng)參數(shù)攜帶在“響應(yīng)創(chuàng)建PDP上下文請求”消息中，發(fā)送給SGSN，由SGSN再向終端發(fā)送“接受激活PDP上下文請求”消息，將各參數(shù)配置傳遞給用戶終端，從而完成PDP激活過程。
這一過程中，與IPv6相關(guān)的功能主要集中在IPv6地址請求/分配上。首先，終端在“激活PDP上下文請求”消息中需要攜帶請求地址類型為IPv6的信息；其次，系統(tǒng)要能夠分配IPv6地址。如果系統(tǒng)采用GGSN本地地址池分配IPv6地址方式，那么GGSN需要支持IPv6地址池設(shè)置與分配，如果采用DHCP服務(wù)器或者RADIUS服務(wù)器要進(jìn)行地址分配，那么就需要DHCP，RADIUS服務(wù)器支持IPv6。
（3）業(yè)務(wù)訪問。在PDP之后，從終端到3G系統(tǒng)分組域的IPv6應(yīng)用數(shù)據(jù)通道已經(jīng)打開。如果終端訪問3G系統(tǒng)外的業(yè)務(wù)服務(wù)器，就需要保持3G系統(tǒng)分組域與外部網(wǎng)絡(luò)直到業(yè)務(wù)服務(wù)器之間的轉(zhuǎn)發(fā)路徑通暢，即3G系統(tǒng)分組域邊界網(wǎng)關(guān)需要具備訪問IPv6外部網(wǎng)絡(luò)的路由與轉(zhuǎn)發(fā)能力。通常的IPv6 3G應(yīng)用解決方案中，GGSN作為3G分組域的對外網(wǎng)關(guān)要求具備雙棧能力。
4 IPv6 3G應(yīng)用系統(tǒng)的解決方案
目前，IPv6應(yīng)用尚未普及，根據(jù)IPv6發(fā)展的不同階段，IPv6 3G應(yīng)用系統(tǒng)可以采用不同的解決方案。
（1）3G系統(tǒng)最小改動(dòng)方案。GGSN只需要支持IPv6地址分配，不需要支持IPv6協(xié)議棧。IPv6的路由和轉(zhuǎn)發(fā)功能通過GGSN與業(yè)務(wù)服務(wù)器之間接入一個(gè)雙棧路由器實(shí)現(xiàn)，GGSN與雙棧路由器之間通過GRE隧道承載IPv6數(shù)據(jù)流。圖2所示為該方案協(xié)議棧示意圖。
（2）GGSN雙棧方案，即圖1中所示意的實(shí)現(xiàn)方案。GGSN具有IPv6地址分配能力，同時(shí)也具有雙棧功能。
（3）在方案（2）的基礎(chǔ)上，3G系統(tǒng)中從UTRA到GGSN的傳送平面網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議棧也支持IPv6。這種方案需要等到IPv6成為網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用主導(dǎo)協(xié)議棧的時(shí)候才有可能實(shí)現(xiàn)。
在IPv6目前發(fā)展的狀態(tài)下，各廠商根據(jù)自己的市場策略選擇方案（1）或者方案（2）比較實(shí)際。
5 IPv6 3G系統(tǒng)發(fā)展中存在的問題
5.1 地址分配
依照協(xié)議規(guī)定，IPv6 3G系統(tǒng)地址池內(nèi)設(shè)定的是可分配的IPv6前綴范圍，終端獲得MAC地址，然后由地址池中前綴與MAC地址組成完整的IPv6地址。當(dāng)前的IPv6 3G應(yīng)用基本上都是獨(dú)立終端進(jìn)行業(yè)務(wù)訪問，只需要一個(gè)可用的IPv6地址即可。這種分配方式不能有效地使用IPv6地址。盡管也可以配置有狀態(tài)IPv6地址分配，但有狀態(tài)地址分配的實(shí)現(xiàn)基本上需要在HLR中事先靜態(tài)配置好。因此不利于業(yè)務(wù)開展，建議IPv6 3G系統(tǒng)能夠靈活選擇動(dòng)態(tài)自動(dòng)地址分配方式，針對不同終端應(yīng)用靈活選擇分配/128的地址或者 /64的前綴。
5.2 對IPv4/IPv6業(yè)務(wù)類型的感知
目前，對IPv4/IPv6業(yè)務(wù)類型的感知都是通過在手機(jī)上進(jìn)行相關(guān)設(shè)置，從而在PDP請求中攜帶相應(yīng)地址族類型。IPv6應(yīng)用商用后，用戶終端不能預(yù)先感知訪問網(wǎng)站類型IPV4/IPv6，無法使用現(xiàn)有程序判斷用戶需要IPV4/IPv6地址。
5.3 MIPv6在3G中的部署
雖然MIP6協(xié)議里MN依靠RA來判斷是否發(fā)生網(wǎng)絡(luò)層移動(dòng)，但是在3G移動(dòng)系統(tǒng)里，網(wǎng)絡(luò)前綴是GGSN在PDP的過程中從地址池分配給移動(dòng)終端的，并不涉及到RA，因此MIPv6對于3G應(yīng)用是否必要，如何實(shí)現(xiàn)，還需要具體對待。
5.4 應(yīng)用亟待豐富
現(xiàn)有3G終端目前只能支持IPv6 Web訪問，可以通過Web方式進(jìn)行文字與圖片瀏覽，播放音樂等，這些還不能體現(xiàn)出IPv6 3G系統(tǒng)的優(yōu)勢，IPv6 3G系統(tǒng)需要更加豐富的應(yīng)用內(nèi)容為驅(qū)動(dòng)力。
6 結(jié)束語
目前，IPv6 3G相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)也還需要結(jié)合應(yīng)用的實(shí)際需要進(jìn)一步完善，國內(nèi)外各3G廠家對IPv6的支持也參差不齊。IPv6 3G系統(tǒng)的商用普及還需要一個(gè)較長的過程。一方面，應(yīng)用的豐富、3G數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)用戶量的迅速增長是推動(dòng)IPv6 3G系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵因素；另一方面，IPv6 3G系統(tǒng)還需要解決真正商用所要面對的一些具體問題，如業(yè)務(wù)類型感知，地址分配等。IPv6 3G不會(huì)像季節(jié)轉(zhuǎn)換那樣迅速來到，這個(gè)市場的孕育還需要漫長的努力。
張 榮 中國電信有限公司廣州研究院工程師
黃 婕 中國電信有限公司廣州研究院工程師
