如何解決ＩＰｖ４到ＩＰｖ６過渡的兼容問題

摘要：IPv4地址空間的耗盡使得IPv4在獲得巨大成功的同時也面臨困境。因此下一代互聯網協議IPv6的實施勢在必行。IPv4因其出色的技術特性在互聯網領域獲得了巨大的成功，現在的互聯網絡是基于IPv4的，不可能將它們在短時間內都過渡到基于IPv6的網絡。因此，在相當長的一段時期內，IPv6網絡將和IPv4網絡共存。如何實現IPv4向IPv6平滑過渡是目前面臨的重要問題。

關鍵詞：IPv4；IPv6、雙協議棧；隧道技術；NAT-PT

中圖分類號：TP393文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)33-1363-02

How to Resolve the Transition from IPv4 to IPv6-compatible

ZHANG Ling1，WANG Yong-qiang2

(1.Shangqiu Medical College，Shangqiu 476100，China;2.Shangqiu Shenhuo Group，Shangqiu 476100 ，China)

Abstract: IPv4 address space depletion of the IPv4 in making hugely successful but also face difficulties.So the next generation Internet Protocol IPv6 implementation is imperative. IPv4 its excellent technical characteristics of the area of access to the Internet with great success， now the Internet is based on IPv4， it is not possible to have them in a short period of time the transition to IPv6-based network. Therefore， in a fairly long period of time， IPv6 and IPv4 network network will coexist. How to achieve smooth transition from IPv4 to IPv6 is currently facing a major problem.

Key words: IPv4;IPv6;double-stack;tunneling technology;NAT-PT

目前解決過渡問題的基本技術主要有3種：雙協議棧（RFC2893 obsolete RFC1933），隧道技術（RFC2893），NAT-PT(RFC2766)。

1 雙協議棧技術

雙協議棧技術是使IPv6節點與IPv4節點兼容的最直接方式，應用對象是主機、路由器等通信節點。支持雙協議棧的IPv6節點與IPv6節點互通時使用IPv6協議棧，與IPv4節點互通時借助于4over6使用IPv4協議棧。IPv6節點訪問IPv4節點時，先向雙棧服務器申請一個臨時IPv4地址，同時從雙棧服務器得到網關路由器的TEP（TunnelEndPoint）IPv6地址。IPv6節點在此基礎上形成一個4over6的IP包，4over6包經過IPv6網傳到網關路由器，網關路由器將其IPv6頭去掉，將IPv4包通過IPv4網絡送往IPv4節點。網關路由器要記住IPv6源地址與IPv4臨時地址的對應關系，以便反方向將IPv4節點發來的IP包轉發到IPv6節點。這種方式對IPv4和IPv6提供了完全的兼容，但由于需要雙路由基礎設施，增加了網絡的復雜度，依然無法解決IP地址耗盡的問題。采用雙協議棧方式互通時的系統如圖1所示。

圖1 Ipv4、v6雙協議棧的協議結構

2 隧道技術

隨著IPv6網絡的發展，出現了許多局部的IPv6網絡，但是這些IPv6網絡需要通過IPv4骨干網絡相連。將這些孤立的“IPv6島”相互聯通必須使用隧道技術。利用隧道技術，可以通過現有的運行IPv4協議的Internet骨干網絡將局部的IPv6網絡連接起來，因而是IPv4向IPv6過渡的初期最易于采用的技術。

路由器將IPv6的數據分組封裝入IPv4，IPv4分組的源地址和目的地址分別是隧道入口和出口的IPv4地址。在隧道的出口處，再將IPv6分組取出轉發給目的站點。隧道技術只要求在隧道的入口和出口處進行修改，對其他部分沒有要求，因而非常容易實現。但是隧道技術不能實現IPv4主機與IPv6主機的直接通信。

3 NAT-PT

NAT-PT是一種純IPv6節點和IPv4節點間的互通方式，所有包括地址、協議在內的轉換工作都由網絡設備來完成。支持NAT-PT的網關路由器應具有IPv4地址池，在從IPv6向IPv4域中轉發包時使用。此外網關路由器支持DNS-ALG(DNS，應用層網關），在IPv6節點訪問IPv4節點時發揮作用。采用NAT-PT方式互通時的系統構成如圖2所示。

圖2 采用NAT-PT方式互通的系統構成

NAT-PT方式的優點是不需要進行IPv4，IPv6節點的升級改造，缺點是IPv4節點訪問IPv6節點的實現方法比較復雜，網絡設備進行協議轉換、地址轉換的處理開銷較大，一般在其他互通方式無法使用的情況下使用。

4 IPv4和IPv6互通的解決方案:

過渡初期，Internet將由運行IPv4的“海洋”和運行IPv6的“小島”組成，隨著時間的推移，IPv4“海洋”將逐漸變小，而IPv6“小島”將越來越多，最終徹底取代IPv4。在過渡期要解決的互通問題可分成2大類：第一類是解決IPv6“小島”間的互通問題；第二類則解決IPv6“小島”與IPv4“海洋”間互通的問題。

4.1 IPv6“小島”之間的互通方式

4.1.1 手工配置隧道（Configured Tunnel）

這種隧道是手工配置建立的，隧道的端點地址由配置決定，不需要為節點分配特殊的IPv6地址，適用于經常通信的IPv6節點之間使用。每個隧道的封裝節點必須保存隧道終點地址，當IPv6包在隧道上傳輸時，終點地址會作為IPv4包的目的地址進行封裝。通常封裝節點要根據路由信息決定這個包是否通過隧道轉發。采用手工配置隧道方式進行互通的節點間必須有可用的IPv4連接，并且至少要具有一個全球惟一的IPv4地址，每個節點都要支持IPv6，路由器需要支持雙協議棧，在隧道要經過NAT設施的情況下該機制失效。

4.1.2 自動配置隧道(Auto-configured Tunnel）

這種隧道的建立和拆除是動態的，其端點根據分組的目的地址確定，適用于不經常通信的節點間使用。自動配置隧道需要節點采用IPv4兼容的IPv6地址（IPv4ADDR：：／96），這些節點間必須有可用的IPv4連接，采用這種機制的節點需要有一個全球惟一的IPv4地址。采用這種機制不能解決IPv4地址空間耗盡的問題，并且如果把Internet上全部IPv4路由表包括到IPv6網絡中，將會加劇路由表的膨脹。這種隧道的兩個端點都必須支持雙協議棧，在隧道要經過NAT設施的情況下該機制失效。

4.1.3 TunnelBroker

TunnelBroker是一種方便構造隧道的機制，可以簡化隧道的配置過程，適用于單個主機獲取IPv6連接的情況。TunnelBroker要求隧道的雙方都支持雙協議棧并有可用的IPv4連接，在隧道要經過NAT設施的情況下該機制失效。TB轉換機制包括TunnelServer（TS）和TunnelBroker（TB），Server和Boker位于不同的主機上，隧道的控制通常是web形式的。

4.1.46 over 4，IPv4多播隧道

6 over 4是一種自動建立隧道的機制，采用前提是IPv4網絡基礎設施支持IPv4多播。該機制適用于IPv6路由器上無直接物理鏈路連接的孤立IPv6主機，使得他們能夠將IPv4廣播域作為他們的虛擬鏈路，成為功能完全的IPv6節點。采用這種方法連接的IPv6節點不需要IPv4兼容地址和手工配置隧道。當采用6 over 4的節點通過一臺支持6 over 4的路由器與外界相連時，節點內的主機可以和外部IPv6節點通信，但6 over4沒有解決孤立的IPv6節點連接到全球性IPv6 Internet的問題。

4.1.56 to 4

6 to 4要求采用自動從節點的IPv4地址派生出的特殊IPv6地址（IPv4ADDR：：／48），所以采用6 to 4機制的節點必須至少具有一個全球惟一的IPv4地址。由于隧道端點的IPv4地址可以從IPv6地址中提取，所以隧道是自動建立的，這種機制適用于運行IPv6的節點之間的互通。6to 4要求隧道中路由器支持雙協議棧和6 to 4，主機至少支持IPv6協議棧。6 to 4機制允許在采用6 to 4的IPv6節點和純IPv6節點之間通過運行BGP4＋的中繼路由器（6to 4 Relay Router）進行互通。這種機制把廣域的IPv4網絡作為一個單播的點到點鏈路層，適合作為IPv4／IPv6共存的初始階段的轉換工具。

4.2 IPv6“小島”與IPv4“海洋”之間的互通方式

4.2.1DualStack Model23

在這種模型下任意節點都是完全雙協議棧的，不存在IPv4與IPv6之間的互通問題，但是這種機制要給每一個IPv6的節點分配一個IPv4地址。這種方法不能緩解IPv4地址資源不足的問題，而且隨著IPv6節點的增加會很難得到滿足。

4.2.2SIIT（Stateless IP／ICMPTranslation）

SIIT定義了在IPv4和IPv6的分組報頭之間進行翻譯的方法，這種機制可以和其他機制（如NAT-PT結合用于純IPv6節點同純IPv4節點間的互通，但在采用網絡層加密和數據完整性保護的環境下這種技術失效。

4.2.3NAT-PT(Network Address Translation- ProtocolTranslation）

NAT-PT就是在做IPv4／IPv6地址轉換（NAT）的同時在IPv4分組和IPv6分組之間進行報頭和語義的翻譯（PT），適用于純IPv4節點和純IPv6節點之間的互通。對于一些內嵌地址信息的高層協議（如FTP)，NAT-PT需 要和應用層的網關協作來完成翻譯。在實現方面，如果沒有DNS-ALG的支持，只能實現由IPv6發起的與IPv4之間的通信，反之，包就會被丟棄；如果有DNS-ALG的支持，就可以實現雙向的通信。

除了上述3種互通方式，IPv6“小島”與IPv4“海洋”間還可以通過BIS，BIA，SOCKS64，TRT，ALG等方式進行互通。

總之，從IPv4向IPv6的過渡是人們未來實現全球Internet不可跨越的步驟，它不是一朝一夕就可以辦得到的。從IPv4向IPv6的轉換是一個相當長的過渡時期，在此過渡期間需要IPv4與IPv6共存，并解決好互相兼容的問題，逐步實現平滑地演進，最終實現IPv4網絡向IPv6的平穩過渡。

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