基于MPLS环境下IPv4向IPv6网络过渡方案设计

一、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。

1.1  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。

1.2 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。

二、 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。

2.1  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

A、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。

B、OptionB方式的跨域6PE

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

C、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

D、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

三、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。

3.1  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

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：

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。

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。

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③所示。

3.2  6PE的报文转发过程

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：

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。

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。

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。

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。

四、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。

以上就是基于MPLS VPN环境下IPv4向IPv6网络过渡方案设计的介绍。如果你还有其他问题，欢迎进行咨询探讨，希望VeCloud的专业的解决方案，可以解决你目前遇到的问题。微云网络提供全球主机托管、服务器租用、MPLS VPN、SD-WAN等方面的专业服务，资源覆盖全球。欢迎咨询。