世博会IPv6园区网络中国首次亮相

1.世博会IPv6的引入背景

作为一种新型的网络层协议，IPv6以其在地址数量、业务性支持、配置与管理及安全性等方面的显著优越性正在逐渐取代传统的IPv4协议，即将成为下一代互联网（NGI）中的关键技术。从标准方面，经过多年的发展，IPv6基本标准日益成熟，各种不同类型的支持IPv6的设备相继问世，并逐渐进入商业应用。我国是全球网民数最多的国家，也是互联网发展尤其是移动互联网增长势头最为迅猛的国家，但是我国所拥有的IPv4地址却不足2亿，无法满足我国公众网络发展的需求，更无法应对物联网等新兴信息技术产业和应用对IP地址的巨大消耗。全球未分配的IPv4即将消耗殆尽，相较早期占有IPv4地址众多的美欧等发达国家，我国在发展IPv6上更为迫切。发达国家由于现有IPv4地址资源储量较为丰富，对IPv6表现得并不积极，而发展中国家地址的枯竭将在短期内引起信息产业和互联网发展的巨大瓶颈，而引入IPv6将立即解决阻碍我国互联网发展的地址匮乏问题。在这种大形势下，我国也于2004年相继启动了我国的下一代互联网示范工程（CNGI），以全面促进NGI在我国的普及与发展。CNGI工程对我国乃至全球的IPv6的发展产生了巨大的影响，促使整个产业界把目光投入到这个新发展的领域，并在此基础上建立一个成熟的IPv6产业链。时至2008年，CNGI工程已进入关键的应用测试阶段，并预计到2012～2013年实现试商用。

上海世博会是展示我国CNGI新一代互联网络信息化研究成果和建设水平的舞台，同时在世博会中大规模引入IPv6技术也是为了综合验证国内IPv6产业链各环节如终端、网络、应用、平台等在端到端环境下的实际应用效果，为世博会后IPv6的正式商用打下坚实的基础。国家发改委审批的《上海世博会IPv6宽带综合业务网络试商用项目》也列入了下一代互联网业务试商用及设备产业化专项。

2.现有IPv4的局限性

随着互联网用户的急剧增长，原有的IPv4地址规划严重不足，必须大量采用NAT技术减缓地址消耗，并造成了以下问题：打破了全球独特的地址模式、破坏了地址的稳定性、打破了一直在线的模式、打破了对等的模式、妨碍了一些应用的实施、妨碍了一些安全协议的实施、妨碍了一些QoS功能的实施、带来了错误的安全感、导致了隐性成本上升。

3.IPv6技术、体系架构及新特性

IPv6相比IPv4具备海量的地址空间，因为IPv6使用了128bit的地址，而IPv4只用32bit。地址空间增大了2的96次方倍，新增的地址空间支持2¹²⁸（约3.4×10³⁸）个地址。这一扩展提供了灵活的地址分配以及路由转发，并消除了对网络地址转换NAT的依赖。

IPv6的优势主要体现在：

1）庞大的地址空间：IPv6在设计过程中就一劳永逸地解决了地址短缺问题，消除了互联网发展地址空间瓶颈。

2）路由聚合促进了高效的和可扩展的路由选择地址格式更具层次性，便于路由聚合。

3）简化固定的基本报头，提高处理效率。由于基本IPv6报文头长度固定为40个B，64bit对齐，因此路由器可以直接存取而无需分段。

4）自动配置：IPv6引入自动配置以及重配置技术，对于IP地址等信息实现自动增删更新配置，提高IPv6的易管理性。

5）安全性：IP协议最初就是为IPv6设计，IPv6将IP协议作为IPv6的标准扩展头实现，提供了端到端的安全特性。

6）QoS保障：包头结构中定义了FLOW LABLE域和TRAFFIC CLASS域。

7）IPv6具备较好的移动性。

在技术标准发展成熟度方面，目前IPv6基础协议已经开发完成，但由于各国网络现状不同，不存在一种过渡技术可以适应所有网络演进的需求，我国互联网演进急需开发适合本国网络环境的过渡技术，来做到网络的平稳迁移。实现从IPv4向IPv6的平稳迁移是一个极其复杂的系统工程，实现产业链的各个环节的同步迁移至关重要。

从目前整个产业链演进的情况来看，运营商网络是演进比较快的环节。终端厂商的设备研发工作进展适中。国内IPv6发展最慢的是ICP环节，目前国内尚无一家ICP支持IPv6的访问，ICP环节已成为IPv6演进工作中的短板。互联网向IPv6演进涉及大量的网络改造、平台改造和终端升级，难度大、成本高，给运营商、设备/终端厂商、内容提供商带来相当大的成本压力。

通过上海世博会中的IPv6组网试验与业务演示多层次推进了端到端产业链成熟，营造了良好的IPv6准备的生态环境。

电信网络：促进了网络核心设备、汇聚接入设备、支撑系统、业务平台端到端网络环节对IPv6的支持。

终端：通过长期的IPv6试验探索，促进了固移终端、IPTV机顶盒、家庭网关、视频采集终端等对IPv6的支持能力，逐步解决终端在地址解析、协议支持、功能性能、安全管控等方面的IPv6难点。

CP/SP：推动CP/SP意识到自身网络构架及业务应用向IPv6改造、迁移的迫切性、必要性和复杂性。IPv6演进并非运营商的独角戏，CP/SP是其中的重要参与者和主要受益者，CP/SP的IPv6改造需要系统化、前瞻化考虑，与运营合作，及早制定CP/SP的IPv6迁移表，发现问题，反映诉求。

4.世博会IPv6宽带综合业务网络（包括组网拓扑、组网思路、覆盖范围等）

世博会IPv6宽带综合业务网络旨在于上海世博园区全面建设基于IPv6的场馆宽带驻地网络，同时通过下一代互联网CNGI示范网和已有的上海IP城域现网，实现世博园区各驻地网内的IPv6/IPv4数据业务与网络的综合互连，以全面保障世博会期间的宽带业务，提供优质的通信服务；世博会中主要采用了IPv6过渡技术中主流的双栈过渡技术，采用该技术的终端可以同时接收、处理IPv4的报文和IPv6的报文。对于终端而言，双协议栈可以根据需要来对业务产生的数据进行IPv4封装或者IPv6封装，双栈技术具有层次清晰、管理便捷、规划方便的优点。此外IPv6的过渡技术还包括隧道技术以及翻译技术，由于网络中可能存在纯IPv4主机和纯IPv6主机之间进行通信的需求，为了避免节点的IPv6升级改造，由翻译网关进行协议翻译和转换。而隧道技术主要是为了使“IPv6孤岛”进行互通，在IPv6网络与IPv4网络的边界，三层设备将IPv6的数据分组封装入IPv4中，IPv4分组的源地址和目的地址分别是隧道入口和出口的IPv4地址。网关和隧道技术在IPv6过渡期间起到辅助的作用。世博会IPv6网络如图1-18所示：

图1-18 世博会IPv6组网图

5.世博会IPv6试点业务

在上海世博会期间整个园区部署了多项典型的基于IPv6的数据通信服务和特色业务，涉及对地址需求量巨大的公众互联网接入业务、环境监控和视频安保监控方面的物联网新兴业务、下一代家庭数字娱乐方面的蓝光高清IPTV以及双栈和翻译技术等IPv6过渡技术：

（1）双栈接入服务

为紧密围绕国家信息化建设发展战略，为世博建设全方位、综合化的IPv6信息通信网络，通过下一代互联网络技术手段让世博参展各方、观众体验到各类新颖的信息化服务，助力打造“信息世博”的理念。在国家发改委和上海世博局的要求和指导下，世博园区部署的IPv6试商用业务覆盖了整个世博园区的规模达5000用户的IPv4/IPv6双栈上网业务，为包括世博新闻组中心、世博酒店、世博场馆在内的各信息点提供高达100Mbit/s的高速双栈互联网接入服务。在IPv4/IPv6双栈上网网络覆盖区域，用户可通过同一终端轻松访问当前基于IPv4的互联网资源和基于IPv6的下一代互联网资源。

在整个世博园区范围集中部署了基于IPv6的宽带网络接入网关，用作世博园区一些IPv6业务的接入，IPv6的宽带网络接入网关相对专网其他设备是独立的，负责把IPv6业务采用双链路上联到CNGI网络上，使IPv6用户可以访问CNGI网络上的公网资源。此台设备实际上相当于IPv6的BAS设备，接入由下层LAN、DSLAM等设备接入的拨号、宽带用户，这些用户的公网IPv6地址由此台设备分配，并由上海电信的认证、计费服务器进行认证和计费（也可以配置由BAS设备本机认证、计费）。现有的IPv4接入网用户通常只是在上网时获得一个动态分配的IP地址。考虑到下一代互联网的发展趋势，未来的IPv6接入网应该可以为每个用户分配一个静态的（当然也可以是动态的）IPv6地址段。IPv6用户可以使用PPP认证、Web认证、快速认证和绑定认证等方法进行认证。用户可通过PPP拨号、ND报文触发、IPv6报文触发等方式接入BAS设备。按照地址获取方式的不同，可分为以下几种IPv6接入业务。

1）PPP IPv6接入：用户通过PPP客户端拨号接入，此种接入业务中，接口ID由BAS在IPv6CP协商过程中分配给用户客户端。用户客户端将获取的接口ID合成一个链路本地地址，然后发起无状态地址分配，从BAS获取地址前缀，再将地址前缀与接口ID合在一起生成可以访问互联网的全局地址。

2）ND接入：用户通过ND报文触发或IPv6报文触发接入，此种接入业务中，接口ID由用户客户端根据接口MAC地址生成。然后通过无状态地址分配过程从BAS获取地址前缀，将该地址前缀与接口ID合在一起生成全局地址。

3）双栈接入：双栈接入业务中，用户既有IPv4地址，又有IPv6地址。双栈接入业务的接入方式即可通过PPP拨号接入，也可通过报文触发接入。双栈接入业务中，BAS分别按照相应的IPv4地址分配流程和相应的IPv6地址分配流程给用户分配IPv4地址和IPv6地址。

世博轴是中国2010年上海世博会主入口和主轴线，是一个由商业服务、餐饮、娱乐、会展服务等多功能组成的大型商业、交通综合体。世博轴楼宇内已由用户负责实施了综合布线系统，采用垂直竖井和水平桥架的方式。世博村E地块集办公、会议、商业、餐饮于一体，楼宇内弱电系统的垂直竖井和水平桥架由上海世博局负责建设，包括综合布线系统及通信系统。新闻中心是世博会面向各类媒体、加强信息沟通的平台，其功能包括新闻发布、媒体工作等方面。本次世博会中，IPv6覆盖了世博新闻中心的3个楼层，包括：

1F主新闻中心：包记者服务区、记者坐席、大型媒体、省市媒体等、运营商服务区、中宣部；2F：新闻发布会区：包括新华社等（300个信息点）；4F广播中心：包括CCTV直播间等。总覆盖信息点超过1000个。

世博期间7000万游客将给上海酒店业带来巨大的客源市场，世博酒店主要为世博参会宾客提供住宿、会务等服务，并为世博园区的洲际、锦江、东湖等数家世博酒店提供了基于有线、WiFi的双栈互联网接入服务，覆盖信息点超过5000多个。(www.xing528.com)

（2）基于IPv6的高清IPTV

在世博期间演示基于IPv6的蓝光和1080P高清IPTV，定在2个世博电信营业厅VIP室和新闻中心1F媒体服务间各布放一套IPv6高清演示系统，每套含机顶盒一台和大屏幕液晶电视1台。

（3）IPv6动环监控

监控系统大致经历了三个发展阶段：

第一阶段：被动监控管理阶段。第一代的“监控系统”从形式和功能上都较为简单，它只能采集少量反映设备运行状况的开关量，协助故障点查找，然后进行人工维护，不能真正大幅度减低维护人员的工作量和提高维护质量。

第二阶段：主动监控管理阶段。“监控系统”具有较全面的遥测、遥信和遥控功能，可以根据模拟量信息分析设备的运行状况。

第三阶段：智能化监控管理阶段。“监控系统”能及时发现故障，通知并协助维护人员迅速找出故障原因、排除故障；根据系统发生的故障和系统的运行参数得出优化系统运行的建议；根据实际情况自动调节电源、空调等设备的运行状况，节约能源及运行成本；具有强大的设备、人员管理功能。

随着信息技术的不断创新，使我们对监控技术有更多的选择，可以提供更加稳定、性价比更高的监控方案。智能化的监控管理系统极大地方便了维护单位的管理和维护，将以其巨大的优越性，迅速成为监控管理系统的主流。

世博信息亭动环监控系统在技术上实现了两个分别独立的动力、环境集中监控管理系统灵活组合。设计全新基于IPv6的监控通信协议，彻底改变原有通信协议的串行处理模式，采用并行处理机制，提高了数据处理的实时性、安全性及传输带宽的利用率（3～7倍）。

采用了智能（AI）路由技术、智能（AI）诊断技术、分布式运算模型（DCOM）技术和智能数据分析处理技术，在监控采集设备上应用高性能微处理器（32位、支持最新TCP/IP、IPv6等协议），使其具有多样化的通信方式，更快的处理速度，大容量的存储空间，实时多任务处理能力；应用智能采集、识别、分析技术（脚本、插件等）实现参数、通道自动配置、环境参数自动分析及对应设备自动调控，省时、省力，提高调试、运维效率；提供现场维护更多的接口和智能诊断的功能，体现集中维护的高效率；在监控采集设备上应用低功耗元器件（IC-3.3V供电）和节能（休眠等）电源管理技术，使其成为“绿色监控”设备。

世博信息亭动力监控和环境监控方案是通过实时采集电力、环境信号，进行告警分析、判断，实时反映综合信息亭的电力、环境数据，结合IPv6承载技术确保综合信息亭设备可靠、稳定的工作。

（4）世博官网IPv6接入服务

世博期间，用户可通过IPv6和CNGI查询世博官网查询相关信息，了解世博展区的最新新闻及动态，世博官网IPv6接入服务覆盖了世博园区。

（5）基于IPv6的高清视频监控业务

世博会IPv6视频监控系统演示，顺应未来网络视频监控的发展方向，突出系统的新颖性和超前性，并且考虑当前IPv4系统和未来IPv6系统的融合与过渡。本业务以演示视频监控为主线，将高清视频、智能分析、IPv6等概念体现出来。视频监控系统的发展已经经历了模拟视频监控系统，半数字化视频监控系统、全数字化视频监控系统三代，正向全程数字化、网络化、高清化、智能化方向发展。新一代视频监控系统不仅使人们通过网络不受限制地实现对重要场所的监视和相关控制，而且大大提升了视频监控系统的质量、功能和实用性。

目前国内实施或正在实施的网络视频监控工程，仍然是以D1（702×576）分辨率作为监控系统的主流，甚至CIF（352×288）分辨率的监控视频仍然有大量应用。随着高分辨率监视器（720P、1080P）逐渐应用，高清视频监控将成为未来的发展方向。作为突出科技创新能力的展会，本系统演示的视频基于高清视频。

制约网络视频监控的另外一个问题就是IP地址资源的逐渐枯竭、传统的IPv4网络条件下带来的私网穿越等问题，这些都使得视频监控系统的复杂度提高，并限制了网络视频监控的更大范围应用，因此视频监控系统的网络化方面由IPv4向IPv6过渡已经成为发展趋势。作为本系统的视频监控平台而言，为了演示向IPv6过渡并与原有的IPv4前端设备兼容，支持IPv4和IPv6双栈应用。

智能应用是视频监控系统的另外一个发展方向，智能视频分析包含周界检测、物体出现或消失、客流/车流密度统计分析、烟火检测、人脸检测和识别、符号识别、目标分类、自动跟踪、行为分析等多个功能模块，本系统演示的视频监控系统将支持其中的周界检测和物品遗留两大智能应用模块。

周界检测是指自动检测侵入监控防区的入侵者（人和交通工具），能够自动区分入侵者的种类、大小、速度、移动方向等特征，并发出报警。具体来说它可以实现进入/离开禁区、单向/双向越界等检测行为；物品遗留检测是指车辆或来历不明的物品停靠或放置在预先设定的区域超过一定的时间则产生报警，比如有人遗留包裹或爆炸物等。主要用来检测被遗弃在公共场所的可疑物品，是反恐的典型应用。

在世博园区中以下区域部署了基于IPv6的高清视频监控：

世博信息亭（大洋洲馆）；世博周家渡局；世博信息化机房，演示地点分别位于世博园区内新闻中心，浦西、浦东世博营业厅。世博园区高清视频监控业务由基于双栈的MPLS VPN网络承载，并隔离了各类IPv4/IPv6虚拟专网业务。

6.世博会IPv6试点对IPv6规模商用的影响及未来展望

世博IPv6试商用是IPv6产业化形成后，首次在国内一流展会中进行的试商用，通过零距离接触多项典型IPv6应用，提高了公众媒体及社会大众对下一代互联网认知度，借世博会的机遇向国内外各界展示了我国长期致力于以IPv6为核心的下一代互联网演进的成果，同时也向世界全面展示了我国新一代互联网络信息化研究成果和建设水平，实现对“感知中国”、“智慧城市”的探索，进行了超宽带、泛在、融合的信息基础设施融合，展现了低碳、节能、安全的智慧城市原型，很好地支撑了世博会“科技世博”、“信息世博”、“绿色世博”的理念。

本次世博会IPv6试点探索了双栈上网、高清视频监控、IPTV、M2M、CP/SP接入等典型地址消耗型业务的IPv6部署方案，并实现了IPv6规模商用，积累了相关行业经验，多层次推进端到端产业链成熟，营造了良好的IPv6生态环境，帮助相关产业建立先发优势，推动我国通信与信息产业发展和升级，进而带动物联网、云计算等行业的发展，为社会经济增长提供了有力支撑。对于下一代互联网技术应用及部署具有较高的指导意义。

上海世博会规模盛大，游客人数创造了历届世博会的最高记录。回味之余，这场经济、科技和文化盛宴也让我们对未来浮想联翩。世博会带给我们的不仅仅是眼前的美丽景象，更重要的是对未来人类生活的影响。在后世博时代，随着下一代互联网的深入推广和IPv6大规模商用进程的开始，IPv6将作为基础承载协议为广大普通用户带来更多的新应用。IPv6最大的亮点在于海量地址、无状态自动配置和移动IPv6的特性，因此IPv6的特色应用主要有以下几方面：

（1）视频监控

IPv6带来地址的极大丰富，大量部署网络摄像头成为可能，且可方便地进行管理和控制。通过对IPv6协议的支持，网络摄像终端具有更大生命力。从国外视频监控市场可以看出个人用户同样是视频监控的重要客户，而我国的视频监控主要还集中在行业用户，在个人用户方面有很大的发展潜力。视频监控已经开始展现出蓬勃的生命力，而规模化、可运营的监控网络则为运营商提供了广阔的商机。

（2）智能终端、物联网

随着智能手机等个人终端联入互联网，越来越多的电子设备都有了联网功能的需求，包括：个人智能终端、工业传感器、自动售货机、汽车等，由此将产生巨大的IP地址的需求。IPv6的“即插即用”的地址分配方式及巨大的地址空间可以满足智能终端的需求。

（3）智能家庭网络

基于CNGI的家庭网络是一个研究的热点。未来家庭网络中会包括智能家电、流媒体应用系统、视频监控系统、家居控制系统等多样化的组件，集通信、娱乐、控制应用于一体。结合IPv6技术可以更方便地实现智能家庭网络的部署。

（4）移动3G/4G业务

业界普遍将IPv6作为发展下一代移动通信的必要载体。3G标准制定组织3GPP也在下一代移动技术中全面采用IPv6。

IPv6作为互联网底层的协议在其部署并代替IPv4后，由于其海量的地址空间，便捷的移动性和地址分配机制等特性，将营造新的互联网环境，极大地影响到互联网现有和未来技术的发展。例如，庞大的地址空间可以为每一个公民或智能设备分配一个唯一的IP地址，作为身份鉴别机制的一部分并与移动技术结合，方便地促进和推动上网实名制、网络溯源、公共服务、P2P业务的发展。而采用了IPv6后，另一些技术如IPv4时代由于地址短缺而大量使用的地址翻译技术、网关代理、应用翻译技术将失去其存在必要性。

从目前国内外的应用情况来看，IPv6业务已经有了很大进展，运营商、设备提供商、科研机构的积极参与使得IPv6向大规模商用迈进。市场是技术最好的驱动力，相信伴随部署和应用的逐步展开，IPv6的优势将在具体应用中得到越来越突出的显现。