浅析ＩＰｖ４到ＩＰｖ６的过渡技术
发布时间：2015-07-06 10:42
【摘 要】本文简要介绍了在ipv4到ipv6的过渡过程中，几种基本的过渡技术。
【关键词】ipv4 ipv6 过渡 隧道技术 双协议栈 网络地址翻译
目前internet上成千上万的主机、路由器等网络设备都运行着ipv4协议。这就决定了ipv4的网络向ipv6演进将是一个浩大而且繁杂的工程，ipv4和ipv6网络将在很长时间内共存，如何从ipv4平滑地过渡到ipv6是一个非常复杂的问题。到目前为止，基本的方式有：隧道、双协议栈及网络地址翻译等。
一、隧道技术
随着ipv6网络的发展，出现了许多局部的ipv6网络，但是这些ipv6网络需要通过ipv4骨干网络相连。将这些孤立的“ipv6岛”相互联通必须使用隧道技术。隧道策略是ipv4/v6综合组网技术中经常用到的一种机制。隧道利用一种协议来传输另一种协议的数据。它包括隧道入口和隧道出口（隧道终点），这些隧道端点通常都是双栈节点。在隧道入口，以一种协议的形式来对另外一种协议的数据进行封装并发送；在隧道出口，对接收到的协议数据解封装，并做相应的处理。通常，在隧道入口还要维护一些与隧道相关的信息，如记录隧道mtu等参数；在隧道出口，出于安全性考虑，要对封装的数据进行过滤，以防止来自外部的恶意攻击。
隧道策略通常按配置方式进行区分，有手工配置隧道和自动隧道两种类型。在骨干网和核心网中经常采用的mpls隧道可以通过手工和自动两种形式进行配置。
手工配置隧道包括manual tunnel（rfc2893）和gre（rfc2473）两种类型。ual tunnel在隧道入口必须显式指定隧道终点的ipv4地址（双向）；gre主要应用在个别ipv6主机或网络需要通过ipv4网络进行通信的场合，其他应用与manual tunnel基本相同。手工配置隧道方式实现相对简单，但扩展性较差，当隧道增多时，隧道配置和维护的工作量较大，故适合于综合组网的初期。在综合组网后期，其也可以以“缺省隧道”的方式而存在。
自动隧道包括隧道代理（tunnel broker）、6to4隧道、6over4隧道、isatap（intra-site automatic tunnel addressing protocol）隧道、teredo隧道、mpls隧道、兼容地址自动隧道等。其中兼容自动隧道方式，由于其扩展性较差，已不推荐使用。
二、双协议栈
双栈方式是过渡阶段的一种主要的方式。双栈方式是指主机同时运行ipv4和ipv6两套协议栈，同时支持两个版本的网络层ip协议标准。主机和路由器都可以通过双栈方式来获得和ipv4及ipv6结点的通信能力。
双栈工作方式可以描述如下：
a.如果应用程序使用的目的地址是ipv4地址，则使用ipv4协议栈。
b.如果应用程序使用的目的地址是嵌入ipv4地址的ipv6地址，则ipv6就封装到ipv4中。
c.如果目的地址是ipv6地址，则使用ipv6地址，或者封装在默认配置的隧道中。
在双栈模型下，任意节点都是完全双栈(ipv6/ipv4节点)的。这时不存在ipv4与ipv6之间的相互通信问题，但是这种机制要给每一个ipv6的站点分配一个ipv4地址。这种方法不能解决ipv4地址资源不足的问题，而且随着ipv6站点的增加会很难得到满足，因此这种方法只能用在早期的变迁过程。
三、地址翻译与报头转换技术(nat/pt)
隧道技术一般用于ipv6节点间的通信，而对于ipv4和ipv6节点间的通信，采用直接对ipv4和ipv6报文进行语法和语义翻译的nat/pt技术。基本工作原理：当ipv6子网中有ipv6分组发给网关时，网关将其转化成ipv4分组发向ipv4子网；反过来当ipv4子网中有数据分组要发送时，网关就将其转化成ipv6分组发向ipv6子网。转化网关要维护一个ipv4和ipv6地址的映像表。在nat/pt基础上利用端口信息，就可以实现nat/pt，这点同目前ipv4下的nat/pt没有本质区别。
双栈策略是指在网络节点中同时具有ipv4和ipv6两个协议栈，这样，它可以同时接收、处理、收发ipv4和ipv6的分组。对于主机来讲，“双栈”是指其可以根据需要来对业务产生的数据进行ipv4封装或者ipv6封装；对于路由器来讲，“双栈”是指在一个路由器设备中维护ipv6和ipv4两套路由协议栈，使得路由器既能与ipv4主机也能与ipv6主机通信，分别支持独立的ipv6和ipv4路由协议，ipv4和ipv6路由信息按照各自的路由协议进行计算，维护不同的路由表。双栈策略的优点是概念清晰，易于理解，网络规划相对简单，同时在ipv6逻辑网络中可以充分发挥ipv6协议的所有优点（如安全性、路由约束、流的支持等方面）。但是双栈策略也存在如下缺点：对网元设备的要求较高，要求其不但支持ipv4路由协议，而且支持ipv6路由协议，这就要求其维护大量的协议和数据。另外，网络升级改造将牵涉到网络中的所有网元设备，投资大、建设周期比较长。
隧道策略是ipv4／ipv6过渡中经常使用到的一种机制。目前的隧道技术主要实现了在ipv4数据包中封装ipv6数据包，随着ipv6技术的发展和广泛应用，未来也将会出现在ipv4数据包中封装ipv6数据包的隧道技术。隧道技术能够充分利用现有的网络投资，因此在过渡初期是一种方便的选择。但是，在隧道的入口处会出现负载协议数据包的拆分，在隧道出口处会出现负载协议数据包的重组。这就增加了隧道出入口的实现复杂度，不利于大规模的应用。
双栈策略解决了ipv6与ipv4的共存问题，但是在网络的过渡时期不可能要求所有的主机或终端都升级支持双栈，在网络中必然存在纯ipv4主机和纯ipv6主机之间进行通信的需求，由于协议栈的不同因此很自然地需要对这些协议进行翻译转换。对应协议的翻译可以分为两个层面来进行，一方面是ipv4与ipv6协议层的翻译，另一方面是ipv4应用与ipv6应用之间的翻译。前者主要是通过nat－pt技术实现的，后者则主要通过应用代理网关alg来实现。nat－pt实现了网络层的协议翻译；应用代理网关则实现应用层的协议翻译，对于不同的应用，需要配置不同的应用代理网关。翻译技术的优点是不需要进行ipv4，ipv6节点的升级改造，缺点是ipv4节点访问ipv6节点的实现方法比较复杂，网络设备进行协议转换、地址转换的处理开销较大。因此，该策略一般是在其他互通方式无法使用的情况下使用。
目前，还没有一种普遍适用的过渡技术，上文所述的各种过渡策略均有其各自的优点和缺点，有着各自的适用环境。
参考文献：
[1][美]joseph davies著，张晓彤，晏国晨，曾庆峰译.理解ipv6[m].北京：清华大学出版社，2004.
[2][美]paul 著，徐六通等译.管理动态ip网络.清华大学出版社，2002.
[3]microsoft 6 transition technologies[z].2003，10.
【关键词】ipv4 ipv6 过渡 隧道技术 双协议栈 网络地址翻译
目前internet上成千上万的主机、路由器等网络设备都运行着ipv4协议。这就决定了ipv4的网络向ipv6演进将是一个浩大而且繁杂的工程，ipv4和ipv6网络将在很长时间内共存，如何从ipv4平滑地过渡到ipv6是一个非常复杂的问题。到目前为止，基本的方式有：隧道、双协议栈及网络地址翻译等。
一、隧道技术
随着ipv6网络的发展，出现了许多局部的ipv6网络，但是这些ipv6网络需要通过ipv4骨干网络相连。将这些孤立的“ipv6岛”相互联通必须使用隧道技术。隧道策略是ipv4/v6综合组网技术中经常用到的一种机制。隧道利用一种协议来传输另一种协议的数据。它包括隧道入口和隧道出口（隧道终点），这些隧道端点通常都是双栈节点。在隧道入口，以一种协议的形式来对另外一种协议的数据进行封装并发送；在隧道出口，对接收到的协议数据解封装，并做相应的处理。通常，在隧道入口还要维护一些与隧道相关的信息，如记录隧道mtu等参数；在隧道出口，出于安全性考虑，要对封装的数据进行过滤，以防止来自外部的恶意攻击。
隧道策略通常按配置方式进行区分，有手工配置隧道和自动隧道两种类型。在骨干网和核心网中经常采用的mpls隧道可以通过手工和自动两种形式进行配置。
手工配置隧道包括manual tunnel（rfc2893）和gre（rfc2473）两种类型。ual tunnel在隧道入口必须显式指定隧道终点的ipv4地址（双向）；gre主要应用在个别ipv6主机或网络需要通过ipv4网络进行通信的场合，其他应用与manual tunnel基本相同。手工配置隧道方式实现相对简单，但扩展性较差，当隧道增多时，隧道配置和维护的工作量较大，故适合于综合组网的初期。在综合组网后期，其也可以以“缺省隧道”的方式而存在。
自动隧道包括隧道代理（tunnel broker）、6to4隧道、6over4隧道、isatap（intra-site automatic tunnel addressing protocol）隧道、teredo隧道、mpls隧道、兼容地址自动隧道等。其中兼容自动隧道方式，由于其扩展性较差，已不推荐使用。
二、双协议栈
双栈方式是过渡阶段的一种主要的方式。双栈方式是指主机同时运行ipv4和ipv6两套协议栈，同时支持两个版本的网络层ip协议标准。主机和路由器都可以通过双栈方式来获得和ipv4及ipv6结点的通信能力。
双栈工作方式可以描述如下：
a.如果应用程序使用的目的地址是ipv4地址，则使用ipv4协议栈。
b.如果应用程序使用的目的地址是嵌入ipv4地址的ipv6地址，则ipv6就封装到ipv4中。
c.如果目的地址是ipv6地址，则使用ipv6地址，或者封装在默认配置的隧道中。
在双栈模型下，任意节点都是完全双栈(ipv6/ipv4节点)的。这时不存在ipv4与ipv6之间的相互通信问题，但是这种机制要给每一个ipv6的站点分配一个ipv4地址。这种方法不能解决ipv4地址资源不足的问题，而且随着ipv6站点的增加会很难得到满足，因此这种方法只能用在早期的变迁过程。
三、地址翻译与报头转换技术(nat/pt)
隧道技术一般用于ipv6节点间的通信，而对于ipv4和ipv6节点间的通信，采用直接对ipv4和ipv6报文进行语法和语义翻译的nat/pt技术。基本工作原理：当ipv6子网中有ipv6分组发给网关时，网关将其转化成ipv4分组发向ipv4子网；反过来当ipv4子网中有数据分组要发送时，网关就将其转化成ipv6分组发向ipv6子网。转化网关要维护一个ipv4和ipv6地址的映像表。在nat/pt基础上利用端口信息，就可以实现nat/pt，这点同目前ipv4下的nat/pt没有本质区别。
四、三种过渡技术的对比
双栈策略是指在网络节点中同时具有ipv4和ipv6两个协议栈，这样，它可以同时接收、处理、收发ipv4和ipv6的分组。对于主机来讲，“双栈”是指其可以根据需要来对业务产生的数据进行ipv4封装或者ipv6封装；对于路由器来讲，“双栈”是指在一个路由器设备中维护ipv6和ipv4两套路由协议栈，使得路由器既能与ipv4主机也能与ipv6主机通信，分别支持独立的ipv6和ipv4路由协议，ipv4和ipv6路由信息按照各自的路由协议进行计算，维护不同的路由表。双栈策略的优点是概念清晰，易于理解，网络规划相对简单，同时在ipv6逻辑网络中可以充分发挥ipv6协议的所有优点（如安全性、路由约束、流的支持等方面）。但是双栈策略也存在如下缺点：对网元设备的要求较高，要求其不但支持ipv4路由协议，而且支持ipv6路由协议，这就要求其维护大量的协议和数据。另外，网络升级改造将牵涉到网络中的所有网元设备，投资大、建设周期比较长。
隧道策略是ipv4／ipv6过渡中经常使用到的一种机制。目前的隧道技术主要实现了在ipv4数据包中封装ipv6数据包，随着ipv6技术的发展和广泛应用，未来也将会出现在ipv4数据包中封装ipv6数据包的隧道技术。隧道技术能够充分利用现有的网络投资，因此在过渡初期是一种方便的选择。但是，在隧道的入口处会出现负载协议数据包的拆分，在隧道出口处会出现负载协议数据包的重组。这就增加了隧道出入口的实现复杂度，不利于大规模的应用。
双栈策略解决了ipv6与ipv4的共存问题，但是在网络的过渡时期不可能要求所有的主机或终端都升级支持双栈，在网络中必然存在纯ipv4主机和纯ipv6主机之间进行通信的需求，由于协议栈的不同因此很自然地需要对这些协议进行翻译转换。对应协议的翻译可以分为两个层面来进行，一方面是ipv4与ipv6协议层的翻译，另一方面是ipv4应用与ipv6应用之间的翻译。前者主要是通过nat－pt技术实现的，后者则主要通过应用代理网关alg来实现。nat－pt实现了网络层的协议翻译；应用代理网关则实现应用层的协议翻译，对于不同的应用，需要配置不同的应用代理网关。翻译技术的优点是不需要进行ipv4，ipv6节点的升级改造，缺点是ipv4节点访问ipv6节点的实现方法比较复杂，网络设备进行协议转换、地址转换的处理开销较大。因此，该策略一般是在其他互通方式无法使用的情况下使用。
目前，还没有一种普遍适用的过渡技术，上文所述的各种过渡策略均有其各自的优点和缺点，有着各自的适用环境。
参考文献：
[1][美]joseph davies著，张晓彤，晏国晨，曾庆峰译.理解ipv6[m].北京：清华大学出版社，2004.
[2][美]paul 著，徐六通等译.管理动态ip网络.清华大学出版社，2002.
[3]microsoft 6 transition technologies[z].2003，10.
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