一、网络交换中心概念、作用和发展

为什么要网络交换中心

网络交换中心，又称NAP（Network Access Point网络接入节点）或者IX（Internet Exchange），主要是实现不同运营商/组织间的INTERNET对等接入或者信息交互。

NAP是INTERNET发展的产物。INTERNET的早期发展，骨干网络部分是由NSF（National Science Foundation）控制的。由于业务流量的增加，由NSF继续管理骨干网是不适合的。因而引入商业运营的NSP，建设多个全国骨干网。早期的计划是通过建设全美国范围的4个NAP点，实现各NSP的流量交互。由于流量的进一步发展，各运营商，或者地方政府建设了一些商业交换节点，获得本地交换节点（FIX和CIX等）。

涉及到对等的问题。由于各运营商的流量的不对等，有一个对等接入或者接入收费的问题。

在中国INTERNET发展的早期，各有关经营单位都是通过国外的运营商实现接入，因此国内的不同的运营商的信息都是在国外进行交换，一般是通过美国进行交换。中国互连网交换中心的建立解决了国内信息的本地交换问题。

进一步的发展，是由于流量的增加，形成在国际上有影响的交换中心提供接入和对等服务。

从IPv4的发展角度看，目前国内建设了北京、上海和广州3大交换中心，分别相继于2000年3月、开通。由于电子政务等的发展，以及信息化程度的提高，本地的业务流量交互也比较大，因此，一些地方的交换中心已经开始建设，并部分投入使用，例如武汉交换中心和重庆省级互连交换中心等。

IPv6技术概要和网络交换中心的发展

由于IPv4地址数量以及分配策略等方面的限制，同时也由于数据、移动以及NGN等网络业务的发展，下一代IP技术IPv6已经呼之欲出。并且经过多年的发展，IPv6已经比较成熟，科研和试验网络，以及商用网络已经获得发展。IPv6建设互连交换中心，也提到议事日程上来。并且在国际上已经建设了众多的IPv6交换中心。

在IPv6发展的初期，已经开始了有关试验网和商用网络的建设，例如6Bone、6REN等等。同时，也开始了IPv6交换节点的支持。到2004年初，在全球至少建设了20个以上的NAP 节点（www。v6NAP。net网站的信息是截止2003年10月；新增的包括新加坡、新西兰、莫斯科、CW等等IX节点）。

我国的大规模IPv6网络建设和试验，是2003年开始启动的CNGI项目。该项目分5个骨干网络，同时建设了2个交换中心实现骨干网络的互连。

因此，探讨IPv6交换中心的方案具有一定的现实意义。

二、IPv6网络交换中心技术方案

IPv6网络的核心机制简介

IPv6在TCP/IP的IP层做了增强和改进，具体而言采用了128位IPv6地址，来解决IPv4的地址短缺问题。由此而引起了TCP/IP协议的几乎每一个层面都发生或多或少的变化，例如L2的FR、ATM、以太网的IPv6数据包的承载；路由协议的增强或改进，以及DNS的增强，甚至一些高层的应用例如PKI，由于IP地址结构的改变，也可以做相应的改变，等等。

本文讨论交换中心的方案问题，因此仅考虑与路由协议有关的部分。IPv6的IGP协议主要采用和IPv4类似的协议的扩展，包括和RIP、OSPF、IS-IS对应的RIPng、OSPFv3以及IS-ISv6等。而EGP协议，由于BGP4的广泛使用，IPv6采用其扩展BGP4+。而另外一个协议IDPR，则使用的很少。BGP4+的扩展方面，主要是针对IPv6地址的携带方面，路由交换的可扩展性、振荡抑制等措施，例如联盟、路由反射器，等等一如BGP4。

IPv6交换中心的功能概要

交换中心的作用包括：

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  实现互连。可以通过交换中心进行直接互连，或者实现多边的对等互连。


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  路由交互和流量交互。既可以实现路由信息，同时也进行业务流量的交互。


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  管制功能。对流量以及路由策略等进行控制。

三、IPv6交换中心的关键功能实现

网络连接

交换中心基本上是采用L2的交换。早期多采用ATM交换机，而目前基本上是采用以太网交换机。特别是在以太网发展到今天10G的接口水平，更是如此。

而对运营商路由器的连接，可以采用2种方案。一是运营商在交换中心直接放置路由器，这样管理界面非常明确，交换中心只是提供和其他运营商的信息交换通道；另外一种方案，是交换中心集中设置一些路由器，各运营商通过链路连接到这些路由器，进行策略路由和转发等功能。

应该来说，2种方案各有优缺点，前者管理界面比较清晰，但可能在成本上略微有些浪费；而后者，比较节约一些，但管理界面不够清晰。具体的实现，可以根据各运营商的具体的策略，加以调整实现。

从交换中心的构建看，还有所谓的LAN方式-SP路由器设置在交换中心；WAN方式-SP路由器不在交换中心，而在SP的自己的机房中；以及混合方式的区分-前述的2种情况都有。实际上，在技术上是没有什么具体的区别，主要是各有关SP到交换中心的连接链路的安排，以及设备的设置位置问题。

而具体的设备的选取，则要根据流量的预测、接入SP的数量，等多种因素确定交换容量、端口数量和速率，以及其他一些附加功能，例如速率限制、服务质量保证，以及比较高级的流量统计功能，等等。

SP路由器设备地址配置

由于交换中心的各运营商的路由器，使用不同的IPv6地址块，并且从管理的角度看，在和其他SP互连时，并不希望使用对方的IPv6地址。为此，有几个解决方案，来比较公平地使用IPv6地址，进行对等配置，主要包括以下方法：

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  使用本地链路地址。各SP都使用本地链路地址，这样比较公平和互不干涉。只是要做适当的配置。


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  使用IPv6交换中心注册的可聚合的全球单播地址。通过向RIR为交换中心申请独立的IPv6地址，例如/48和64/前缀，以便各IPv6 SP建立对等关系。


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  共享前缀。各SP之间共享前缀。特别是在交换中心不能向IPv6 SP提供IPv6连接性或者可聚合全球单播前缀时。

有关路由交互的功能

如前所述，IPv6交换中心的SP路由器通过BGP4+进行路由交互。最直接的方法是，SP路由器两两对等，进行路由交互。但是，由于路由交互需要维护TCP连接，如果交换中心接入大量的SP路由器，存在维护量比较大的问题；同时路由器的对等会话数，也可能存在限制，为此，一般在交换中心引入路由服务器。

路由服务器（RS）的作用是，在连接到NAP的SP间进行路由交换。具体的实现是，收集各个SP的路由信息，按照SP的路由策略处理信息，最后将处理好的路由信息传到每一个SP路由器。RS使用BGP4+作为域间路由协议，来和连接到NAP的SP路由器进行路由交互。

RS不在连接到NAP的SP间转发数据包。实际上它是通过BGP的第三方路由信息能力，来将路由信息从一个SP传递到另一个SP，并将下一跳（Next-Hop）指向广播路由信息给RS的SP路由器。因此，尽管路由服务器提供了路由信息，通信流量实际上是在SP的路由器上直接交换的。
 
　　RS的一个关键作用，是减少BGP4+对等会话路由器的数量。在NAP中，BGP4+对等会话需要进行维护。这样可以减轻负载，因为在交换中心每一个SP都维护一个和RS的对等会话，而不是直接和其他SP维护多个会话。在大型NAP中，RS服务是十分关键的，因为目前路由器可支持的BGP4+对等会话数量有一定的限制。

RS的另一个用途是保证路由信息的安全性。RS提供一套先进的工具，来管理SP之间路由信息的变化，将信息中无效的数据过滤掉，或者由RS按照SP预先制定的规则来实施策略路由。

流量管理问题

对交换中心的路由器的连接，可以直接进行点对点的连接。可以通过VLAN进行划分，并通过流量控制等措施，进行一定的带宽控制，以及其他服务质量的措施支持。

而对多个运营商网络的互连，则可以通过多个VLAN来实现，则流量的模型比较复杂。是对所有的SP进行一个统一的流量/带宽限制，还是为每一个SP做带宽限制？

使用ATM交换机，可以通过PVC来做，并可以做到比较精确的流量管制和分析。而以太网交换机，从目前的角度看，还略微欠缺一些。

可靠性设计

NAP在网络互连中的关键作用是显而易见的。为保证交换中心的高可靠运行，宜采用高可靠性的设计，特别是在核心交换方面。

四、有关IPv6交换中心设计的其它要考虑的问题

支持网络演进

既可以支持IPv6的直接连接，也可以支持通过6to4等隧道进行连接。

可管理性

从长远的角度看，NAP提供一些服务是必要的。例如，进行网络的实时提交或申请等。或者，通过网络进行实时的流量情况监控，而各有关的SP可以通过NAP提供的服务进行实时的查询等等。这些，都是对NAP的建设服务提出需求。由于这可以基于Web技术，这里不展开讨论。

国际出口的问题

IPv6交换中心的建设和IPv4的情况一样，首先解决有无的问题。其次是解决本地的业务量交互。这里描述的方案，既适应于国家级的交换中心的建设，也适用于本地交换中心的建设。只是要根据具体的情况，对设备的等级以及端口的容量和处理能力，做适当的规划即可。

对国家级的交换中心，要考虑国际连接的问题，虽然在本方案中并没有特别强调国际连接的情况。事实上，国际上的大运营商，可能会考虑地域、流量以及发展等等因素，在交换中心放置其路由器，或者通过链路实现和NAP的路由器的连接，实现和当地运营商的流量信息的交互。在NAP的建设和发展中，积极争取他们的接入支持是非常必要的。而就目前国内的实际情况而言，可能会通过国际接口路由器，实现与国际IPv6骨干网/交换中心的互通。

注：

NSP：National Service Provider, 国家级服务提供商

FIX：Federal Information eXchange, 联邦信息交换

CIX：Commercial Information eXchange, 商用信息交换

6Bone: IPv6 backBone, （全球）IPv6骨干网

6REN: IPv6 Rescerch and Education Network，IPv6研究和教育网

RIP: Routing information protocol,路由信息协议

IDPR: Inter-domain Policy routing protocol，域间策略路由协议

RIR: Regional Internet Registry, 区域Internet注册机构