阿里巴巴IPv6應用平臺引領下一代網際網路

摘要：            據預測，到2020年底我國IPv6終端裝置將達到5億，正在快速取代IPv4。阿里巴巴網路架構師張先國先生在2018 年GNTC 大會IPv6 專場上分享IPv6應用集團業務（支付寶、淘寶、天貓等）的改造經驗，及賦能企業（政企門戶、廣電傳媒、影片網站）快速升級IPv6 基礎設施的演進步驟。

在11月15日的GNTC IPv6專場峰會上，阿里巴巴網路架構師張先國先生首先分享了“阿里巴巴IPv6應用平臺引領下一代網際網路”主題演講。演講中講述了阿里巴巴為何儘早啟動IPv6專案、阿里巴巴PV6應用平臺實踐、以及阿里巴巴五大應用及集團各種平臺如何構建在阿里雲平臺之上。

• GNTC大會背景
  GNTC 作為全球規模最大的網路技術盛會之一，是由下一代網際網路國家工程中心主辦，南京市江北新區等單位支援，2018年11月14日-16日在南京火熱開幕。本屆GNTC透過2場全體大會、7場技術峰會、1場測試活動及GNTC Awards頒獎典禮等特別活動，彙集來自20個國家、50餘個國際組織、150多位技術專家，2000+位現場觀眾。

阿里巴巴網路架構高階專家 張先國

以下為大家收錄張先國演講摘要：

阿里巴巴在2017年6月份就開始啟動IPv6專案，主要原因：1）當時全球有5億以上的IPv6活躍使用者，分佈在印度、美國、日本、歐洲這些國家，甚至東南亞也開始了增長。截至現在中國，移動端的IPv6終端已經達到了5億。2）未來五年以內將有500億的物聯網終端進入網際網路，如此大體量是IPv4無法支撐的。3）5G正在快速普及，其高頻寬、低時延、海量接入的特點，無法繼續使用地址轉換、會話保持、單向訪問的技術。

• 目前IPv6 專案改造進展和成果：

1. 2018年雙十一：阿里巴巴的當天交易額總數是2135億，交易峰值每秒49萬筆，淘寶背後有IPv6支撐全棧業務。IPv6的好處是，過去從服務端只能看到使用者的家庭閘道器或者4G閘道器，也缺少很多大資料。採用IPv6繞過NAT，可以直接看到終端使用者，進行精準分析和服務。

2. 高德：導航能力非常專業準確，是DAU過億的應用，雙十一之前抓IPv6 使用者訪問圖，一週資料每天早晚高峰服務非常平順，IPv6在4G或者3G訊號比漫遊強，體驗非常流暢。

3. 優酷：日活過億的應用，世界盃期間就開始了IPv6直播，阿里巴巴採用了IPv6的應用加速技術，讓使用者的觀看更加流暢，因為省去了NAT轉換流程，並且全國IPv6的網路是非常通暢的。

• 總體業務架構與面臨挑戰：

阿里巴巴總體的IPv6總體業務架構分為接入層網際網路和應用。接入層大多知名品牌終端支援了IPv6。移動端訪問運營商的網際網路，然後進入阿里巴巴的資料中心。應用側包括三層，網路、雲、應用。基礎網路包括接入網、骨幹網、IDC網路、閘道器、伺服器；另外就是雲平臺、雲網路包括阿里巴巴的一些安全系統，CDN、DNS、SLB等，這兩層之上是阿里巴巴改造的五大應用，執行在雲平臺之上。

這其中面臨的挑戰包含：1）阿里巴巴對接運營商比較複雜，因為在全國多個地域要開通IPv6，而早期網路對接是不成熟的，到目前為止還有一些問題正在排查解決最佳化。2）投資量大，因為大量的網路裝置是過去的積累，阿里基礎設施有上百萬臺伺服器，涉及到總的硬體投資大概有幾百億以上。3）工作量大，因為涉及到變更、替換、升級，數百臺的裝置，數千條鏈路割接，還有大量的運營工作。

• 在網路架構方面，從外向內有五層網路，接入-廣域-城域-應用網路-DCN網路，內網從雙棧向IPv6 only演進，在這演進過程中，阿里巴巴在這個網路的升級演進過程相當於開著飛機換引擎，成本及穩定性成為兩大挑戰。另外就是技術方面的挑戰，包含路由爆表、安全規則資源不足、管控適配等等。
  

• 在電商業務架構方面，首先移動端PC端都是採用統一接入，可以讓使用者體驗更好，一次連線可以訪問所有的模組，包括天貓超市、餓了麼這些業務。但是IPv6演進也帶來一些業務風險，包含600個以上的應用及5億以上使用者逐步切換到IPv6的過程以及面臨DDoS攻擊等風險。

• 在應用體驗方面，因為阿里巴巴IPv6網路今年開始大規模的建設改造，包括運營商網路和企業的網路都是這樣，這個網路是不成熟的，也有大量的連線失敗率，及較高的網路延時。另外回落時間過長，還有大量的MTU導致的丟包問題，對網路應用都是一個挑戰。

基於以上問題及挑戰，阿里巴巴也逐漸發展瞭解決方案。阿里巴巴的網路最佳化方案分成三個層面：1）物理網路的覆蓋 2）自研虛擬網路平臺 3）應用排程三個領域。

• 在物理網路方面，阿里在全國超過20個IDC已經支援了IPv6，頻寬每個區域出口達到了2T以上的頻寬，北京、上海、深圳等等出口都超過了2個T。另外CDN在全國各地實現了IPv6的應用加速，可以保證更優質的業務體驗。此外，阿里巴巴透過全國各地的探測系統、移動端APP實時發現使用者質量問題，把這些質量資料問題送給網路大腦--活水，活水系統會把這些資訊進行大資料分析，分析之後傳送給控制器，再進行網路層排程和應用層的排程，包括SRTE網路排程、BGP路由排程，以及應用層DNS方案排程，加上有多個運營商出口，進行同城多出口的排程，也可以進行異地的排程。

• 在虛擬網路技術平臺方面，以下這張圖是阿里巴巴自研的一套網路平臺，左邊是轉發層面業務，右邊是管控層面系統。主要核心技術包含右邊的Netframe轉發支撐平臺，擁有400G級IPv6的轉發能力，另外就是AliBGP，實現跨廠商路由協議對接，解決了多廠商相容性的問題；最後是AliGuard可以提供一個T能力的抗攻擊能力，有效的防禦黑產的攻擊。
  

• 在應用鏈路和網路方面，應用層大概分三步，首先左側是APP移動端：

1. 進行DNS解析，包括PC端方案和移動端的解析方案

2. 地址解析到靜態加速一個域名，可以進行靜態頁面或者圖片影片載入，這就指向CDN服務。

3. 動態業務請求服務指向阿里巴巴的VIP，實現雲上負載均衡。

當後端的業務需要客戶的原始IP時，採用TOA攜帶使用者原始的IP，流轉到阿里巴巴的Proxy，把IP資訊插入HttpHeader，攜帶原始IP傳遞給後端Nginx，可透過X-Forwarded-For方法獲取real-IP。

• 在應用排程能力方面，因為阿里巴巴有大量應用都是日活超過一億的，所以必須漸進式切換到IPv6，有兩個方案：

1. PC端或者瀏覽器端：
   域名請求先走到本地的運營商一般是本省，再向阿里雲權威DNS。阿里雲DNS能提供高達1T抗攻擊能力的DNS服務，目前承載了全國1200萬域名服務系統，並在全球18個region部署了Anycast技術。標準DNS也有缺點，因為排程是按省份，一個省全切上去，風險較大，生效較慢。

2. 移動端HttpDNS：
   需要在終端的APP嵌入SDK，需要域名解析的時候，終端透過Http協議請求，這樣就繞過了傳統Local DNS解析過程。有幾個好處：a）域名精準排程，可以按照更細的百分比，而且還可以加灰度白名單，控制測試使用者先上一些IPv6。b）域名防劫持，以前的標準DNS走UDP協議很容易被劫持，HTTP DNS很難被劫持或者是攻擊。c）域名變更比以前快了很多，過去是五分鐘生效，現在是秒級生效。

總結整個阿里巴巴五大應用和各種平臺，都是構建在阿里的雲這個平臺之上包括計算、儲存、網路、資料庫安全，阿里大體量的應用在一年不到的時間內就可以實現上線的程度，原因是依賴了已經構建好的阿里雲平臺，雲網路。阿里雲IPv6產品和方案已經服務了200個行業的場景。

IPv6專案是一個冷啟動的專案，今年在國家政策推動下加速，各個領域都沒有準備好，阿里之所以快了一點，早在去年就開始投入。人類智慧發展之所以這麼快，是因為構建在別人的肩膀之上，應用的演進也是這樣的，希望大家可以把自己的應用平臺，構建在雲端計算的平臺之上，實現更快的升級迭代。