走向IPv6，阿里巴巴IPv6规模化部署实践

作者：IPv6项目组

IPv6是互联网升级演进的必然趋势，我国主流APP也正式进入到IPv4和IPv6的双栈时代。本文将从APP及云产品的角度，和大家分享一下我们在这个过程中的经验积累，为进一步推动IPv6规模化部署提供参考。

一、前言

细心的人可能已经发现，我们在首次打开淘宝、天猫、支付宝以及国内主流APP的时候，都能看到“IPv6”的标示，这个“IPv6”意味着我国主流APP正式进入到IPv4和IPv6的双栈时代。本文将从APP及云产品的角度，和大家分享一下我们在这个过程中的经验积累，为进一步推动IPv6规模化部署提供参考。在正式介绍经验之前我们先简单介绍一下IPv6的一些基本信息。

1.1 什么是IPv6？

IPv6是Internet Protocol Version 6的缩写，其中Internet Protocol译为“互联网协议”。IPv6是IETF（互联网工程任务组，Internet Engineering Task Force）设计的用于替代现行版本IP协议（IPv4）的下一代IP协议，IPv6将IPv4中32位的地址长度扩展到了128位，使用IPv6，可以让全世界的每一粒沙子都能分配到一个IP地址。

IPv6的设计初衷是用以解决IPv4地址枯竭问题，同时对IPv4进行大量改进，并最终取代IPv4。然而由于NAT等技术的广泛应用，IPv4在互联网流量中长期占据主要地位，IPv6的使用增长缓慢。

1.2 IPv6的国家战略价值

IPv6是互联网升级演进的必然趋势、网络技术创新的重要方向、网络强国建设的基础支撑。当前，全球范围内IPv6网络建设与应用创新持续加速，主要发达国家和地区均出台了IPv6发展规划和政策指导，大型网络运营商和应用服务商也在开展IPv6大规模商用部署。同时，随着5G和IoT技术的逐渐成熟，万物互联的时代即将到来，苹果AppStore审核要求全面支持IPv6等，使得市场上对IPv6的呼声不断升高。

IPv6对我国数字化、支撑网络强国建设有重要的意义。这方面我国推进IPv6规模部署专家委主任邬贺铨院士对此有比较充分的论述。

1.3 IPv6的社会价值

在大家的印象中，IPv6可能仍然处在部署的初期，各大运营商还在进行网络改造，全面普及似乎离个人还是一件很遥远的事情。但根据国家IPv6发展监测平台的数据，目前全国IPv6互联网活跃用户总数达到了6.83亿，全国IPv6互联网活跃用户占比达到了66.18%，IPv6已经不知不觉地融入到大家的生活中。随着IPv6的规模化部署，它会给我们带来哪些变化呢？

随着5G时代的到来，物联网、工业互联网、云计算、人工智能和大数据等新兴领域的快速发展，移动互联网对于IP地址的需求日益增加，IPv4已经无法满足当前网络环境。IPv6和5G是相辅相成的，它们的目标都是尽可能将更多的设备互联，实现万物互联的最终境界。结合IPv6海量公网地址的技术属性和5G高速率低延迟网络的核心优势，为万物互联网络提供质量保障。

普通用户将会逐步进入全面告别内网的时代，目前运营商大部分都使用了NAT技术，这让用户在远程监控、游戏联机、P2P视频、设备公网互联等方面，体验不太稳定，也制约了这些技术的进一步发展。IPv6拥有无穷无尽的公网IP地址，从而实现真正的万物互联互通。未来我们看的优酷视频可能就是自己邻居分享的，我们使用的钉钉视频会议也会因为IPv6变的更快更清晰，我们的家用监控也因支持IPv6而变的丝滑流畅，这一切将会在IPv6全面普及后逐步实现。

1.4 IPv6规模化部署过程中遇到的困难与挑战？

1.4.1 超大工程的管理挑战

• IPv6改造涉及运营商线路和地址申请、网络/计算/存储等IT基础设施新建或升级、应用程序代码逻辑更改等事项，升级难度大、复杂度高，如何保障业务连续性？需要满足业务平滑升级、减少业务中断时间，甚至避免业务中断的核心诉求。

• 国家推进IPv6规模部署行动提速，企业网站系统、互联网APP等需要在较短时间完成IPv6改造工作，如何在保证业务稳定性前提下，快速完成升级是不得不面临的挑战。

• 应用软件需要进行大范围改造，同时也会带来运营商线路费用、IT 基础设施软/硬件新购或升级费用、集成服务费用等综合成本，如何提升改造效率，同时实现持续性成本可控可预期也是非常关键的点。

1.4.2 新场景下的技术难题

• 从IPv4单栈到IPv4和IPv6双栈环境，对应底层表象会增加双倍的工作，如何稳定高效的支撑业务发展，这是首先要解决的难题。

• 双栈网络环境增加了测试的复杂度，如何建立便捷的测试工具，方便日常的测试工作同时能够及时发现异常。

• 随着双栈的部署终端面临的环境更加复杂，如何在复杂网络环境中确保用户体验，这是规模化部署过程中必须要解决的技术难题。

1.4.3 常态化运营体系建立

• 规模化部署不是最终目标，IPv6需要从能用走向好用，需要持续运营下去。互联网技术迭代更新是非常快速的，一到两周就会进行一次版本的迭代发布，如何保证后续的迭代升级中不会影响规模化部署的进程，这需要将这部分工作融入到日常常态化的运营体系中。

1.5 阿里巴巴对IPv6的整体思考和改造方案

不论从政策导向、市场需求，还是聚焦于技术演进，IPv6都将开始进入规模部署阶段，正是基于此背景，阿里巴巴率先全面进入“IPv6时代”。集团在2017年成立集团IPv6项目组，主流APP均进入到IPv6规模化部署中。

• 2018年启动阶段一：应用接入层改造。

• 2021年启动阶段二：内网应用IPv6升级试点，探索IPv6演进的最佳实践方案。

• 2022年启动阶段三：IPv6 Only试点。

本文重点会和大家分享阿里巴巴成熟的应用接入层改造经验，后续会逐步为大家分享内网应用IPv6升级和IPv6 Only试点的改造经验。IPv6规模化部署是一个超级工程项目，更是一个技术创新项目。

接下来我们将会以四个维度展开：

1. 整体规划；

2. 从云、管、端（服务端、客户端）4个层面剖析这个超级复杂工程；

3. 为克服新场景困难而打造的三个核心技术；

4. 为IPv6常态化运营打造的常态化运营体系。

二、整体改造方案

2.1 战略规划

IPv6的整体发展，我们可以将其总结为三个战略阶段：

第一个战略阶段是IPv6发展的初期，更多是孤岛式的实验环境。

第二个战略阶段是IPv6与IPv4共存阶段，这个阶段又分为IPv4主导和IPv6主导两个阶段，这两个阶段侧重点略有差异。IPv4主导阶段我们重点提升公网IPv6流量占比，由于涉及的面非常大，而且短时间内没有业务价值，因此需要有较强的政策牵引。到达IPv6主导阶段，企业自主驱动力会增强，端到端改造将会是重点。我们现在就处于第2个战略阶段中的IPv4主导向IPv6主导演进的过程中，因此当前比较急迫的是推进IPv6规模化部署，让IPv6流量占比实现较大的提升，进入IPv6主导阶段。

第三个战略阶段是IPv6成熟阶段，我们需要逐步关停IPv4，全面进入IPv6 Only时代。

复杂的问题总会让人望而生畏，将问题拆解，逐个击破是很好的规划思路。基于这三个战略阶段的划分，我们可以分阶段进行改造，隔离相互间的依赖，既能做到快速的实现公网流量的提升同时确保业务的稳定性连续性，又能分步进行创新探索。

1）战略推进：有了长远的战略规划就可以更加清晰进行项目的推进，接下来我们将重点聚焦在IPv6流量提升和规模化部署部分。具体到执行阶段，我们大体上遵循“三步走”的策略，每个阶段都需要经历这三个步骤，这是确保我们业务稳定运行的重要保障。

• 步骤一：应用试点，首先需要通过一个应用，跑通整个改造流程，打通云、管、端的依赖。

• 步骤二：小规模上线，实操起来需要具备精细化的灰度策略，按照省份、运营商、比例的精细度，逐步上量。

• 步骤三：需要形成可复制的解决方案，在集团内部进行大规模的推广部署。

2）组织保障：为更好落地整体战略规划，集团成立了一个强有力的执行项目组，根据阿里巴巴主流的APP，成立24个子项目（PM、端、测试、开发的同学组成），再加上云产品的子项目（PM、SA和各个产品的PD开发组成），组建了阿里巴巴IPv6（基石）项目组。

3）资金支撑：

• 改造过程会涉及到硬件改造以及硬件和平台费用，同时项目组体量比较大，我们涉及到少量的运营费用，这些都需要提前做好预算规划。

• 涉及到硬件设备及测试手机等设备，需要提前采买好相关的设备

2.2 超大工程

接下来我们将会进入实际改造的环节，IPv6改造是一个系统性的工程，尤其是对阿里巴巴来说，我们涉及的范围非常大。为了项目的高效推进，我们从全局纬度将其分为“云管端”三大部分，其中端的改造又分为服务端和客户端，我们把这个两个单独拆解开来，最终我们会从云，管，端-服务端、端-客户端这四个部分来进行阐述。

2.2.1 云产品改造

为了更好的完成公网流量提升（服务端双栈改造依赖部分不在这里讨论），我们需要全面完成企业互联网域名服务器IPv6改造，支持AAAA记录和IPv6域名解析请求，主要核心业务域名全部配置A及AAAA记录。使用阿里云HTTP DNS服务，支持移动端的IPv4/IPv6双栈及IPv6 Only环境下的域名解析能力。

云产品改造会以更好的支撑APP IPv6改造为首要任务，最终达成IPv6用户数和公网流量提升的目标。可以分为三期来进行，首期是在用户访问的公网入口及安全管控处进行了IPv6的支持，包括DNS、http DNS、CDN、SLB、DDoS、WAF、ACL、IP地址库等，这些产品支持了IPv6，就意味着用户可以基于这些产品提供安全、高效的IPv6服务。接下来阿里云还将在内部网络进行双栈的支持，实现端到端的IPv6流量贯通。最后，未来的演进目标是IPv6 Only。

⍟ 云解析DNS支持IPv6

要使用IPv6服务，首先需要DNS支持IPv6解析。我们都知道，当用户访问互联网时，访问的请求会最先到达DNS，DNS会根据访问域名查询并返回正确的IP地址。IPv6时代，阿里云解析DNS依然作为云计算服务的入口，同时支持IPv4和IPv6双栈（即一个域名解析两个地址，一个IPv4地址，一个IPv6地址）解析，继续提供强大稳定的解析调度入口。

⍟ 负载均衡SLB支持IPv6

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