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什么是6PE,6PE解决了什么问题?

6PE(IPv6 Provider Edge)是一种利用MPLS((Multi-Protocol Label Switching),实现IPv4网络向IPv6网络过渡的技术。6PE技术能够使得多个IPv6孤岛网络采用MPLS LSP隧道,跨越IPv4 MPLS骨干网相互进行通信。在不影响现有业务的基础上,提高了现有的MPLS网络资源的利用率。

为什么需要6PE?

当网络从IPv4向IPv6演进时,为了在原有IPv4的网络上承载IPv6流量,各种各样的演进方案就被提出来,例如隧道技术、双栈技术等。6PE就是一种利用MPLS隧道承载的IPv6 over IPv4过渡技术,如果原有的承载网是基于MPLS协议的网络,则可以借助6PE技术实现IPv4网络向IPv6网络的演进。

MPLS网络向IPv6演进

在IPv6网络发展的初期,IPv6网络的业务量不是很大,对于IPv6网络和IPv4网络来说,IPv6网络就好像是IPv4网络海洋中的“孤岛”。基于IPv4网络来构建IPv6网络时,需要在保证现有IPv4业务的正常应用下,采用易于操作、过渡简单、成本较低的方式,实现IPv4网络向IPv6网络的平滑演进和过渡。

在MPLS网络中,由于当前IPv6标签分配协议不够成熟,难以实现对IPv6前缀直接进行标签分配并进行IPv6数据的转发,因而产生了6PE的过渡方案。

6PE利用一种协议来承载另一种协议,从而实现跨越不同域的业务互通的技术。6PE技术在骨干网和城域网的演进中应用较多。与骨干网不同的是,城域网的6PE技术部署中,IPv4 MPLS网络可能会跨多个自治域。

6PE技术的优点

6PE技术拥有如下优点:

  • 便于维护:所有配置在连接用户的边缘设备PE上完成,用户的IPv6网络感知不到IPv4网络的存在。利用现有的IPv4网络承载IPv6业务,降低了维护难度,有利于实现网络的渐进式部署。
  • 建网成本低:6PE技术可以完全利用现有的IPv4 MPLS隧道,无须对网络进行升级改造就可以为用户提供IPv6服务。6PE设备还可以同时为用户提供IPv6 VPN和IPv4 VPN等业务。

6PE有哪些类型?

现实网络中,同一运营商的不同城域网之间,或相互协作的运营商的骨干网之间都存在着跨越不同自治域的情况。按照IPv6孤岛所连接的自治域是否相同来划分,6PE可以分为单自治域6PE和跨域6PE。下面来了解下6PE技术的组网。

6PE的组网结构

除了单自治域6PE外,对于IPv6孤岛网络连接到不同自治域的情况,业界提出了两种跨域6PE的实现方式,分别是:OptionB方式的跨域6PE和OptionC方式的跨域6PE。几种6PE都有各自的优势和适用场景,单自治域6PE主要适用于不同的IPv6孤岛接入同一个自治域的场景,跨域6PE则适用于不同的IPv6孤岛接入不同的自治域的场景。接下来,将对6PE的几种基本类型做介绍

  1. 单自治域6PE

    如下图所示,IPv6孤岛网络连接到同一个自治域,处于同一个自治域内的PE之间通过MP-IBGP关系传递IPv6路由。

    单自治域6PE组网图

    PE与CE之间利用IPv6路由协议交换IPv6路由信息,6PE网络中有三种类型的设备,CE设备、PE设备和P设备,以下简称为CE、PE、P。

    • P(Provider),6PE网络中的骨干设备,通常为服务提供商的骨干设备,是不连接任何CE设备的,需要具备基本的MPLS的转发能力。
    • PE(Provider Edge),6PE网络中的边缘设备,通常为服务提供商骨干网的边缘设备,与CE设备和P设备相连,是重要的网络节点设备。
    • CE(Customer Edge),用户网络边缘设备,有接口直接与服务提供商SP(Service Provider)网络相连。CE可以是路由器或交换机,也可以是一台主机。通常情况下,CE不需要支持MPLS。

    PE与PE之间利用MP-BGP(Multi-protocol Extensions for Border Gateway Protocol)交换IPv6路由信息,并在IPv6报文的外层封装两层MPLS标签,其中,内层(L2)标签为IPv6前缀对应的标签,外层(L1)标签为6PE之间LSP的标签。

    PE和P之间利用IPv4路由协议交换路由信息,并利用MPLS在PE之间建立LSP,通过MPLS标签实现IPv6流量穿越IPv4 MPLS核心网。


    单自治域6PE组网图
  2. OptionB方式的跨域6PE
    1. OptionB方式的跨域6PE由ASBR(AS Boundary Router)兼作PE。该种情况与单自治域6PE类似,唯一不同的在于,PE(也即ASBR)之间通过MP-EBGP关系传递IPv6路由。
      OptionB方式的跨域6PE(ASBR兼作PE)组网图
      OptionB方式的跨域6PE(ASBR兼作PE)组网图
    2. OptionB方式的跨域6PE

      如下图所示,PE和ASBR、ASBR与对端ASBR之间都利用IPv4路由协议交换带标签的路由,PE与域内ASBR、ASBR与对端ASBR之间都需要创建隧道来透明传输IPv6报文。

      OptionB方式的跨域6PE组网图
      OptionB方式的跨域6PE组网图
  3. OptionC方式的跨域6PE

    与OptionB方式的跨域6PE不同的是,OptionC方式的跨域6PE是在PE之间建立了多跳的多协议扩展EBGP对等体关系(Multi-hop MP-EBGP),PE与对端PE之间直接利用IPv4路由协议交换带标签的路由。PE与对端PE之间建立了端到端的BGP LSP来透明传输IPv6报文。

    OptionC方式的跨域6PE组网图
    OptionC方式的跨域6PE组网图

6PE是怎么工作的?

简单来说,6PE的工作原理就是在IPv6报文外层封装两层MPLS标签,使得带有MPLS标签的IPv6报文能够穿越IPv4核心网,正确地转发到目的地。所以6PE的工作可以概括为两个过程:在控制平面上,基于MP-BGP协议给IPv6路由信息分发MPLS标签;在转发平面上,基于外层MPLS的标签对IPv6报文进行转发。

6PE的控制平面

6PE的控制平面工作原理如下图所示。仅需要在PE1和PE2上部署IPv4/IPv6双栈,其它节点的设备保持IPv4单栈不变,PE1和PE2通过MP-BGP协议通告IPv6路由,CE设备和P设备节点没有IPv6信息,只有IPv4路由和标签转发表。

PE1的IPv4地址为1.1.1.1,PE2的IPv4地址为2.2.2.2。PE设备需要支持IPv4/IPv6双栈,在IPv4 MPLS网络侧配置一个IPv4地址,在运行IPv6协议的用户侧配置一个IPv6地址。

6PE控制平面工作原理图
6PE控制平面工作原理图
控制平面的基本规则有如下两个步骤,以CE1通告的路由为例,CE2通告路由的过程与CE1类似,下述过程中不再详述:
  1. CE1设备向PE1通告两条IPv6路由Route1和Route2,PE1通过MP-BGP协议向PE2通告这条路由。如图中的①所示,每条路由都需要携带如下两个重要信息。
    • IPv6报文二层MPLS封装的内层标签值XXX。
    • Route1和Route2的下一跳地址::FFFF:1.1.1.1。其中::FFFF:1.1.1.1为PE1的IPv4地址转换成的IPv4映射IPv6地址,该地址为6PE自动映射的特殊的IPv6地址,并非6PE设备CE侧的IPv6地址。6PE设备在封装IPv6报文的时候,会根据该地址获得Egress PE的IPv4地址,并根据该IPv4地址获得外层的MPLS标签值。
  2. 同样地,CE2也会向PE2通告两条IPv6路由Route3和Route4,也携带了关键的IPv6标签YYY和节点的IPv4映射IPv6地址::FFFF:2.2.2.2,如图中的②所示
  3. PE1和PE2根据BGP通告的IPv6路由信息生成全局IPv6路由表。如图中的所示。

6PE的报文转发过程

6PE转发平面工作原理图
6PE转发平面工作原理图

6PE组网结构中IPv6路由的通告主要由以下4个步骤完成:

  1. CE1的IPv6报文进入PE1之后,PE1根据IPv6报文的目的地址IP3,查找本地的IPv6路由表。如图中的②所示,目的地址IP3匹配路由表中的第一条,其对应的下一跳为PE2的IPv4映射成IPv6的地址::FFFF:2.2.2.2。
  2. PE1根据这个地址推导出下一跳的IPv4地址2.2.2.2,PE1根据IPv4地址2.2.2.2获得其对应的公网隧道标签Label1,同时根据MP-BGP通告获得内层标签值YYY。在经过这两层MPLS标签值的封装后,IPv6报文被PE1转发到骨干网。
  3. 为了使描述更清晰,此处以倒数第二跳弹出特性PHP(Penultimate Hop Popping)为例。如图中的③所示,当双层标签值封装的IPv6报文经过P时,其外层的标签执行末次弹跳出;当到达PE2时,仅剩内层的MP-BGP通告标签YYY。
  4. 如图中的④所示,PE2根据内层的YYY标签去查询对应的IPv6全局路由表,对IPv6地址IP3进行最长匹配。找到去CE2的IPv6路由和下一跳。

总而言之,6PE设备接收到同处于IPv6网络内的CE设备通告过来的IPv6路由后,会为IPv6路由分配MPLS外层标签,通过MP-BGP发布给对端6PE设备。对端6PE接收并保留私网标签,然后将路由的下一跳属性改变为映射自身IPv4地址后的IPv6地址,再以IPv6普通路由的形式发布给自己一侧的IPv6 CE设备,两个IPv6网络的路由通过这种方式就完成了交互。

6PE和6VPE之间有什么不同?

6PE技术是将所有通过6PE连接的IPv6网络都放在一个VPN内,无法进行逻辑隔离,因此只能用于开放的、无保护的IPv6网络互联,如果需要对所连接的IPv6网络做逻辑隔离,即实现IPv6 VPN,就需要进一步借助于6VPE技术。

6VPE是一种VPN技术,即通过IPv4的公有网络或骨干网连接多个私有IPv6站点,并确保属于不同用户的私有IPv6站点间的业务相互隔离。与6PE技术相比,6VPE技术增加了VPN-IPv6地址族和VRF-IPv6的概念,实现不同VRF-IPv6网络之间的逻辑隔离,提高了IPv6网络的安全性。

6VPE网络结构示意图
6VPE网络结构示意图

6VPE使用L3VPN为IPv6业务建立独立的VPN,原有的MPLS L3VPN私网侧仅能够承载IPv4单栈流量,当使能MPLS L3VPN私网双栈后,可以将私网侧IPv4流量和IPv6流量统一地通过MPLS隧道来承载。

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  • 作者: 黄慧娴
  • 最近更新: 2021-10-09
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