張榮 黃婕
摘 要 描述了IPv6 3G應用系統工作原理、流程，介紹了現有3G系統實現支持IPv6的一些解決方案，并在此基礎上分析了IPv6 3G系統發展中應考慮的一些問題。
關鍵詞 IPv6 3G 系統 PDP激活 GTP隧道
1 引言
IPv6曾經以3G的發展為驅動期望。3GPP不再強制要求3G核心網絡支持IPv6之后，IPv6 3G系統的發展在等待應用需求推動的過程中慢慢前行。目前，基于GPRS的移動數據通信，無論是應用還是用戶量，都比較有限。如果移動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，低時延的高級應用需求，那么豐富的視音頻應用，P2P應用等將可能在移動通信系統得到大力發展，從而刺激地址需求，呼喚IPv6的到來。
本文主要從技術角度分析了IPv6 3G系統的工作原理、應用基本流程等，同時總結了IPv6 3G應用發展中需要面對的一些問題。
2 IPv6 3G應用系統工作原理概述
IPv6 3G應用系統與IPv6相關的功能主要表現在以下兩方面：
（1）3G系統作為“鏈路層”對IPv6應用的承載。從網絡融合的趨勢看，3G系統作為移動接入網與骨干網絡相連，所處的位置與寬帶接入的接入網絡部分相當。對于IPv6應用而言，3G系統主要起接入承載作用。盡管3G系統分組域中也有三層設備，但是對于基于GPRS的數據業務，3G系統的工作主要是對往返于用戶終端的網絡層數據流開放承載通道。從這個意義上看，3G系統為IPv6數據應用提供的是數據鏈路層通道。
（2）3G系統骨干網側對IPv6的路由與轉發功能。3G系統與骨干網絡相連，使得接入的終端用戶能夠與外界網絡進行通信。這就要求IPv6 3G 系統骨干網側邊緣網元需要具有IPv6路由與轉發的功能，這樣才能與外部IPv6網絡連接。
圖1所示為IPv6 WCDMA系統示意圖以及各節點的協議棧結構描述。由圖中可見，UE訪問3G網絡外部服務器上的IPv6應用，3G接入側除用戶終端與GGSN節點外，其他設備與IPv6協議棧無關。用戶端的IPv6數據經過PDCP封裝到達RNC，在RNC上轉為GTP（GPRS Tunneling Protocol）封裝，通過RNC GGSN之間的GTP隧道傳送到GGSN設備上。這部分數據傳送功能即3G系統為IPv6數據應用提供數據鏈路層通道接入骨干網絡。
GTP隧道工作在UDP協議上，RNC，SGSN，GGSN上的IPv4協議棧，通常稱為傳送平面協議棧，用于構造GTP隧道，與IPv6網絡層應用無關。
GGSN收到從GTP隧道轉來的IPv6數據包，作為3G接入系統與外部網絡系統的邊緣節點，需要具備與學習外部網絡路由以及將數據包根據路由正確轉發的能力，即IPv6路由與轉發的功能。
3 IPv6 3G應用基本流程
移動終端開機連接到運營商后，訪問3G網絡外部IPv6業務，主要包括以下三個過程：
（1）附著（ATTACH）。附著過程的目的是系統根據移動終端的簽約數據確定是否允許移動終端在當前請求的GPRS路由區域中進行數據業務訪問。附著過程與IPv6無關。
終端可以在開機通過無線接入鑒權獲得無線信道后即向SGSN發起“附著請求”消息，SGSN得到終端IMSI標識后，向HLR中請求進行認證，并根據HLR下達的用戶簽約數據對終端進行鑒權，同時SGSN將終端的當前位置信息上傳HLR。鑒權通過后，SGSN就會向終端返回“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，用戶獲得相應的GGSN的鑒權許可，分配相應的IPv6地址，建立終端與基于GPRS的3G分組域之間的數據通道。
PDP激活過程由用戶終端發起。終端首先向SGSN發起“激活PDP上下文請求”消息，消息中攜帶APN(服務訪問點名稱)，服務質量等信息；SGSN根據消息中攜帶的APN向HLR中查尋相應的GGSN的地址，獲得GGSN地址后，再向GGSN發送“創建PDP上下文請求”；GGSN可以通過本地/DHCP/RADIUS對終端進行簽權并分配IPv6地址或者地址前綴，以及其他參數，如QoS參數等，并將鑒權結果以及各項參數攜帶在“響應創建PDP上下文請求”消息中，發送給SGSN，由SGSN再向終端發送“接受激活PDP上下文請求”消息，將各參數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，系統要能夠分配IPv6地址。如果系統采用GGSN本地地址池分配IPv6地址方式，那么GGSN需要支持IPv6地址池設置與分配，如果采用DHCP服務器或者RADIUS服務器要進行地址分配，那么就需要DHCP，RADIUS服務器支持IPv6。
（3）業務訪問。在PDP之后，從終端到3G系統分組域的IPv6應用數據通道已經打開。如果終端訪問3G系統外的業務服務器，就需要保持3G系統分組域與外部網絡直到業務服務器之間的轉發路徑通暢，即3G系統分組域邊界網關需要具備訪問IPv6外部網絡的路由與轉發能力。通常的IPv6 3G應用解決方案中，GGSN作為3G分組域的對外網關要求具備雙棧能力。
4 IPv6 3G應用系統的解決方案
目前，IPv6應用尚未普及，根據IPv6發展的不同階段，IPv6 3G應用系統可以采用不同的解決方案。
（1）3G系統最小改動方案。GGSN只需要支持IPv6地址分配，不需要支持IPv6協議棧。IPv6的路由和轉發功能通過GGSN與業務服務器之間接入一個雙棧路由器實現，GGSN與雙棧路由器之間通過GRE隧道承載IPv6數據流。圖2所示為該方案協議棧示意圖。
（2）GGSN雙棧方案，即圖1中所示意的實現方案。GGSN具有IPv6地址分配能力，同時也具有雙棧功能。
（3）在方案（2）的基礎上，3G系統中從UTRA到GGSN的傳送平面網絡層協議棧也支持IPv6。這種方案需要等到IPv6成為網絡應用主導協議棧的時候才有可能實現。
在IPv6目前發展的狀態下，各廠商根據自己的市場策略選擇方案（1）或者方案（2）比較實際。
5 IPv6 3G系統發展中存在的問題
5.1 地址分配
依照協議規定，IPv6 3G系統地址池內設定的是可分配的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。當前的IPv6 3G應用基本上都是獨立終端進行業務訪問，只需要一個可用的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IPv6地址分配，但有狀態地址分配的實現基本上需要在HLR中事先靜態配置好。因此不利于業務開展，建議IPv6 3G系統能夠靈活選擇動態自動地址分配方式，針對不同終端應用靈活選擇分配/128的地址或者 /64的前綴。
5.2 對IPv4/IPv6業務類型的感知
目前，對IPv4/IPv6業務類型的感知都是通過在手機上進行相關設置，從而在PDP請求中攜帶相應地址族類型。IPv6應用商用后，用戶終端不能預先感知訪問網站類型IPV4/IPv6，無法使用現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協議里MN依靠RA來判斷是否發生網絡層移動，但是在3G移動系統里，網絡前綴是GGSN在PDP的過程中從地址池分配給移動終端的，并不涉及到RA，因此MIPv6對于3G應用是否必要，如何實現，還需要具體對待。
5.4 應用亟待豐富
現有3G終端目前只能支持IPv6 Web訪問，可以通過Web方式進行文字與圖片瀏覽，播放音樂等，這些還不能體現出IPv6 3G系統的優勢，IPv6 3G系統需要更加豐富的應用內容為驅動力。
6 結束語
目前，IPv6 3G相關的標準也還需要結合應用的實際需要進一步完善，國內外各3G廠家對IPv6的支持也參差不齊。IPv6 3G系統的商用普及還需要一個較長的過程。一方面，應用的豐富、3G數據業務用戶量的迅速增長是推動IPv6 3G系統發展的關鍵因素；另一方面，IPv6 3G系統還需要解決真正商用所要面對的一些具體問題，如業務類型感知，地址分配等。IPv6 3G不會像季節轉換那樣迅速來到，這個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
