2020年12月22-23日，在南京举办的2020全球网络技术（GNTC）大会上，中国电信、阿里巴巴、中国信息通信研究院和下一代互联网工程中心联合在会场搭建了“5G SA + IPv6 Only”测试验证项目展台，首次对外公开展示了基于纯IPv6技术的5G SA组网试验成果，为未来的多场景、多域的纯IPv6网络的商用设立标杆，助力运营商网络和互联网业务全面从双栈向纯IPv6的演进。

1、背景介绍

“5G SA + IPv6 Only”仅采用IPv6地址实现设备互联和终端编址，其首要目标是：在基本不使用IPv4协议栈的情况下，满足5G SA网络的各种新特性的运行要求，并支持对应用的端到端IPv6访问。其难点是：采用纯IPv6技术支持用户访问IPv6业务和现存IPv4业务，并确保网络的正常运行和用户体验不降低。从2019年底开始，中国电信成立了包括集团总部、研究院、江苏分公司、四川分公司相关人员在内的项目组，在没有国内外先例的情况下，中国电信先行先试，创新性地制定了基于纯IPv6技术的5G SA网络整体组网方案，并在江苏、四川两地启动了现网试验。经过一年多的努力，试验效果达到预期目标，这是全球首个基于纯IPv6的5G SA网络案例，中国电信也成为全球首个进行“5G SA+ IPv6 Only”现网试验的运营商。在应用IPv6改造方面，阿里巴巴2019年就提出了IPv6全功能改造目标，即在IPv6-only环境下也能够保障全功能的端到端应用服务的性能和可用性。中国电信的“5G SA+ IPv6 Only”现网试验为支持IPv6的应用提供了一个绝佳的“练兵场”。在应用IPv6支持度测试方面，中国信息通信研究院和下一代互联网国家工程中心联合制订了测试规范并搭建测试环境，分别在Native IPv6和 DNS64+NAT64 网络环境下对APP IPv6支持度进行全面评测。

2、技术方案简介

制定基于纯IPv6技术的5G SA网络整体组网方案，需要综合考虑5G网络中的漫游、补充业务配置及与其他网络系统相兼容等各种因素，并尽量采用国际上成熟的技术标准。整个方案分为用户面、控制面和承载面三个部分：用户面是与用户传输相关的层面，它直接面向用户终端并直接为用户提供接入服务。用户面考虑在终端只分配IPv6地址的情况下，同时保证IPv4和IPv6数据包在纯IPv6网络中正常转发。为解决IPv4数据包在IPv6网络中的转发，引入国际主流标准464XLAT（RFC6877）的双重翻译技术，终端侧部署CLAT功能，主要将入口IPv4数据包翻译为IPv6数据包；网络侧部署DNS64和PLAT功能（即NAT64）在出口将IPv6数据包翻译成IPv4数据包，从而实现纯IPv6终端对于IPv6和现存IPv4业务的访问。由于给移动终端只分配IPv6地址，因此很好地解决了由于IPv4地址严重不足导致的编址难题。控制面是指核心网设备之间的互连并且进行核心网协议交互的层面，考虑到对原有系统的兼容，新系统的易部署性，本方案在核心网内部网元接口只配置IPv6协议，但在对外的互联接口上仍配置IPv4/IPv6双栈，以满足新老系统之间协议的正常交互。承载面是指城域网、骨干网等用于承载用户面和控制面的网络，本次方案中的承载网采用6VPE技术来承载用户面和控制面的IPv6流量。

图1. 基于纯IPv6组网的5G SA网络环境

3、测试情况

项目组在基于纯IPv6的5G SA网络上进行了对网络设备、终端、APP业务、用户体验等多方面的测试，测试结果表明了基于纯IPv6的5G SA网络具有可行性，未发现纯IPv6引入所带来的ALG等问题。对终端的测试表明：市场上所有上市的安卓和IOS操作系统的主流5G终端支持纯IPv6功能在客户端的CLAT功能，并且可以在5G SA环境下良好运行。在业务测试方面，包括TOP 100在内的200多种APP全部正常运行，当然5G本身的基本业务如语音，短信等业务也正常。在中国电信的基于纯IPv6的5G SA网络环境具备后，阿里巴巴、中国信息通信研究院和下一代互联网工程中心联合测试了典型互联网业务的运行情况。测试表明，包括高德地图、钉钉在内的十几款阿里APP均支持纯IPv6。

在测试中也发现了有一些需要产业界提升改进的地方。如前所述，464XLAT采用了NAT64转换来实现纯IPv6终端访问现存的IPv4业务，项目组对现有的主流NAT64设备做了功能和性能测试，发现NAT64的基本功能具备但是性能与NAT44相比较低，因此建议随着后续网络的演进和NAT64设备的商用，需厂商进一步提升设备的性能。NAT64转换较适用于IPv4流量占比较少的情况，因此现阶段仍需更大力度的推进业务的迁移，提升端-网-云-应用的端到端纯IPv6能力，这样降低对NAT64设备的依赖性，并使得更多业务享受先进的IPv6技术带来的各项优势和服务。

4、GNTC大会现场联合展示

在2020年度GNTC大会的展台区，项目组联合搭建了纯IPv6环境并展示了现网试验成果，受到了与会者的广泛关注，各界人士前来观看和现场体验5G纯IPv6环境。现场体验区为参观者展示了纯IPv6的5G SA现网环境下的业务承载和访问能力，在纯IPv6的5G SA网络环境下，饿了么、淘宝等在内的各类IPv6/IPv4互联网业务运行正常，其中优酷视频APP的全部功能更是支持Native IPv6（业务全部由IPv6协议承载，不经过NAT64转换），为业界呈现了商用的端、网、云、用纯IPv6演进的终极形态和效果。

图2. 阿里APP纯IPv6支持情况测试

图3. 项目组给邬贺铨院士等参观者介绍“5G SA+ IPv6 Only”的展示

5、未来展望

本“5G + IPv6 Only”案例是我国电信运营商和互联网服务提供商探索商用网络从双栈向纯IPv6演进中先行技术试验迈出的第一步，项目成功证明了在5G SA场景下部署纯IPv6技术的可行性。未来纯IPv6将从单一场景逐步扩大到多场景，最终形成以IPv6为核心的信息基础设施。中国电信已在新近发布的《云网融合的2030白皮书》中提出面向多场景、多域纯IPv6网络的“全IPv6网络”的目标，并提出：“IP骨干网络逐步采取纯IPv6进行路由和转发，全面支持基于IPv6的安全管控，结合SRv6等增强型技术实现端到端IPv6智能性，并通过在网络边缘适配IPv4业务，提供IPv4流量的承载和穿越” 。阿里巴巴集团应用在2020年双十一已经支持全功能全链路支持IPv6，在未来三年会有更多的应用支持IPv6-only端到端访问，中国电信、阿里巴巴、中国信息通信研究院和下一代互联网国家工程中心将联合打造纯IPv6的产业生态，共同推动中国IPv6规模部署工作和向全IPv6网络（All-IPv6）的演进升级，为业界提供引领性的示范，同时吸引更多志同道合的单位加入其中，为实现我国网络强国的战略目标贡献一份力量。