全网IPv6部署遇到的三大挑战问题

2018年以来，国内掀起了IPv6网络改造的热潮，从运营商到互联网，从企业到个人，都要将IPv6的网络改造付诸于行动，不少企业都立了军令状，必须要在2018年完成IPv6网络初步改造，让IPv6跑起来。

不过，IPv6的口号喊了这么多年，一直没有什么声响，大家都没有改造的意愿，因为从眼前看IPv6就是一个费钱费力又得不到更多好处的事情，IPv4地址是不够用，但也有一些延缓的变通技术。

5G、物联网兴起来后，对IPv6的需求迫切了，IPv4再怎么节省也无法满足物联网的未来部署，这推动着所有的网络运营商必须要进行IPv6改造。改造意愿是一方面，技术部署也存在不少阻力，IPv4网络运行多年，各种网络联接和应用盘根错节，极其复杂，这时再将IPv6纳入进来，网络就更复杂了，部署IPv6面临着很多现实问题。

首先，就是转发表项容量的问题

网络设备转发芯片为实现简单，基本都是采用IPv4和IPv6公用转发表的方式，一条IPv6占用两条IPv4表项或者四条IPv4表项。IPv4存量网络规模太大，不可能用IPv6将IPv4一下子替掉，就需要让两者在一个网络中，甚至一台设备上共存，IPv6要占用原有IPv4资源，IPv4和IPv6共存，IPv6要占用更多的资源，会使得IP转发表资源急剧下降。

网络在设计之初，虽然IPv6作为网络设备的基本功能都要求支持，但对容量并没有明确要求，实际部署时IPv6功能也是摆设，没有实际用，现在真要用了，就要认真考虑容量问题了。比如：设备若IPv4转发表是16K，则只能支持IPv6转发表是8K，如果是两者公用，那么应该是IPv4+2*IPv6=16K。实际应用时可用转发表项数量会更少，这是因为IPv4和IPv6的IP地址长度并不相同，IPv6是IPv4的四倍，有128个BIT，长度差异导致两者向同一个IP转发表下发时，极其容易出现HASH冲突，从而下不去，报资源不足。实际应用中，这种情况实际可用的容量也就达到原来的一半，16K的资源，总共也就下发8K左右，即IPv4+2*IPv6=8K，之后出现HASH冲突的概率大大增加了。显然，若是现网中设备的IPv4表项已经使用的比较多，就不能再启用IPv6了，转发表资源会快速下降，出现不足。

其次，是IPv4与IPv6互通问题

部署IPv6不能将原来的IPv4网络推倒重建，IPv6部署是循序渐进的过程，这就要求技术上处理好旧的IPv4网络与新的IPv6网络兼容性，尤其是两者互通问题，有的网络终端是IPv4的，网络接入是IPv4的，核心部署是IPv6的，也有的网络终端是IPv6的，网络部分又是IPv4的，这就要解决互通问题。以我们最熟悉的QQ为例，如果IPv4和IPv6用户不能互相通信将是非常糟糕的情况。

显然，大家已经为此设计了一些互通技术：双栈、隧道和地址转换三种。双栈技术本身不解决网络互联互通，只是要求所有主机都支持两种IP协议，这样对用户而言就是互通了，通过主机上的协议切换从而与两个网络的用户实现互通，但这样无法做到无缝切换，要同时与IPv4、IPv6网络都要实时互通技术上就存在困难，只能将主机的网卡来回切换，分别与两个网络实现互通。

隧道技术可以解决双向互通，但还是需要强大的隧道服务器，隧道的带宽是一定限制，另外隧道其实是通过双层IP头实现的，这样增加了报文的长度，增加了占用带宽，浪费掉了部分带宽资源。地址转换技术方面曾经有一个标准草案NAT-PT，但已被IETF放弃了。另外还有法国运营商Comcast提出的DS-Lite，国内CERNET2团队提出的IVI，这些方案都是将隧道和地址转换结合起来，可能更适合实现过渡的目的，但这些都大大增加了网络开销，对网络带宽是个考验。显然，这些互连互通技术还不能让人满意，只能作为过渡技术临时被采用。

第三，是两张网运维的问题

在两张不同的网络上，虚拟机如何迁移，迁移过程中的运维管理问题也需要考虑。我们面临着要同时运维IPv6和IPv4两张网络，运维工作量是原来的两倍还不止，IPv6的技术特点和IPv4并不是简单的地址加长，在协议处理、安全保护、状态计算等方面都有差异，所以运维的知识还要补充和学习，甚至要引入一些IPv6的技术专才，这些都给运维的工作和资金带来压力。

同时，两张网还不是隔离的，在同一台设备上都要共存，还要考虑兼容问题，相同的命令看IPv4转发表是一个结果，看IPv6又是一个结果，将两者放在一起看又可能是另外的结果，如何分析，都需要积累经验。原来运维的工具，显然要将IPv6网路部分也要纳入，但很多时候这些信息并不能分开统计与分析，比如端口流量，无法区分是IPv4流量还是IPv6流量，流量图上看出是哪部分流量，出了问题自然也看不出是IPv4流量出了问题，还是IPv6流量出了问题，只能通过其它方面的表现来确定。在运维可视化、自动化工具方面都要考虑IPv6部分，尤其是两种网络共存的情况，如何显示，哪个内容分开现实，哪些内容又要汇总在一起来显示，这里都还不能用技术来解决。

当然还远不止这几个方面的问题，IPv6没有广播，只有组播，要占用不少的组播转发表项，设备能否满足，IPv6地址长，设备ACL匹配能力是否够，匹配到IPv6地址比较深入的内容等等，这些都是IPv6在实际网络部署时面临的现实问题。IPv6的部署刻不容缓，很多网络已经陆续上了IPv6，但真正能有IPv6流量跑起来的又有几个网络呢，这些摆在大家面前的现实问题若不能一一很好的解决，IPv6就算是已在所有设备上都启用了，那IPv6也不过是一种摆设，空载跑跑而已，很难形成气候，IPv6真正替换IPv4网络还有很长的路要走。