IPv4向IPv6平穩過渡的技術探討

摘 要：IPv6是互聯網的下—代通信協議，由于IPv6不能和現有的IPv4協議兼容，探討如何實現IPv4向IPv6平穩過渡是必須的，本文主要對IPv4向IPv6過渡的各種技術進行了介紹，并比較了各種技術的特點及優缺點。

關鍵詞：IPv6 雙協議棧 隧道 地址轉換

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）06（a）-0028-01

現有的互聯網是在IPv4的基礎上發展的，但隨著網絡服務的發展和變化，原有的IPv4網絡已經暴露出越來越多的問題，如IP地址緊缺、缺乏服務質量管理（QoS）、路由表不斷膨脹等。為了徹底解決IPv4存在的問題，IETF提出和設計了下一代互聯網絡協議，即IPv6。它有128位地址，即2128個地址，幾乎可以不受限制的提供地址，因此可以有效解決IP地址短缺的問題，同時IPv6在解決服務質量QoS、網絡安全性和移動性等方面有明顯優勢，所以互聯網從IPv4向IPv6發展是必然趨勢。

要實現平穩過渡必須保證幾個原則：（1）現有的IPv4網絡可以在任何時候升級，不受其他網絡升級與否的影響；（2）新的IPv6網絡可以在任何時候加入，不影響現有網絡的使用；（3）現有網絡可以繼續使用，即使升級也只需要做很少的設備改動。

1 常用的過渡技術介紹

由于目前的網絡仍然以IPv4為主，所以過渡技術的重點是研究怎樣將IPv6技術合理融入到IPv4網絡中。目前主要的過渡機制包括雙棧技術、隧道技術和協議地址轉換技術。

1.1 雙協議棧（Dual Stack）技術

雙協議棧技術是指在網絡節點和終端設備上既運行IPv4又運行IPv6的協議棧，從而實現兩種網絡節點間的正常通信。由于IPv4與IPv6都是網絡層協議，功能及應用都十分相似，屬于同一物理平臺，基于傳輸層的TCP協議和UDP協議也是完全相同的，因此IPv4和IPv6協議是完全可以在同一主機上來實現的。

雙協議棧技術的工作機制為：數據鏈路層接收到數據包，解析數據包并檢查包頭，如果IPv4/IPv6包頭中的第一個字段，即IP包的版本號是4，該包就由IPv4的協議棧來處理；如果版本號是6，則由IPv6的協議棧處理。

雙協議棧技術的優點是互通性好、網絡規劃簡單、網絡結構易于理解等，同時在IPv6網絡中可以充分發揮IPv6協議的所有優點（如服務質量QoS、路由約束、移動性和安全性等方面）。缺點是新的IPv6協議的網絡設備和終端仍然要占用IPv4地址，不能徹底解決IPv4地址短缺問題。

1.2 隧道技術（Tunnel）

隧道技術（tunnel）提供了一種利用現有的IPv4網絡來傳輸IPv6數據的方法。該技術主要要求隧道兩端的節點都必須支持IPv4和IPv6兩種協議，路由器也要支持雙棧，既能解析轉發IPv4數據包也能解析轉發IPv6數據包。數據包的傳送分為三個階段：封裝、隧道管理和解封，即將IPv6數據包封裝在IPv4數據包內，由IPv4網絡傳輸，到達隧道端點后解封還原為IPv6數據包（或反過來由IPv4～IPv6）。它可以應用在IPv6孤島網絡向IPv4網絡傳輸數據，或者在IPv6網絡中有IPv4小孤島間傳輸數據的情況。隧道技術是目前使用最廣泛的過渡技術。

在實踐中隧道技術又分為：手工配置隧道、自動配置隧道、6to4隧道、6over4隧道、ISATAP站內自動隧道尋址協議，分別應用于不同的情況。

隧道技術最大優點在于只需要對隧道的入口和出口進行修改，對網絡其他部分沒有特殊要求，因此比較容易實現；但其不足之處是不能實現兩種協議主機之間的直接通信。由于目前的網絡主要以IPv4為主，所以隧道技術主要實現了在IPv4數據包中封裝IPv6數據包，相信隨著IPv6技術的發展和廣泛應用，將來也會實現在IPv6數據包中封裝IPv4數據包的隧道技術。

1.3 NAT—PT技術

NAT—PT是附帶協議轉換器的網絡地址轉換器。NAT是允許一個機構以一個地址連接入網絡，主要是為了解決IP地址緊缺的問題，NAT—PT是利用SIIT技術的工作機制和傳統的IPv4下的NAT技術，通過識別數據包的報文頭為訪問IPv4節點的IPv6節點分配IPv4地址，并通過與應用層網關（ALG）相結合，實現了純IPv6的主機和純IPv4的主機間大部分應用的相互通信。NAT—PT技術根據內部地址與外部地址的映射關系又分為靜態映射、動態映射和端口地址映射（NAPT-PT）三種模式，無論哪種模式，原有的IPv4網絡和IPv6網絡都不需要做什么改動，只需要在網絡中增加一個專門的網關服務器，所有的地址、協議轉換工作都由該網關服務器來完成。NAT-PT是一種純IPv6節點和純IPv4節點間的互通方式，網關服務器作為重要的通信設備，可在IPv4和IPv6之間轉換數據包的IP報頭地址，并構建新的數據包，從而實現純IPv4和純IPv6站點之間能夠透明通信。

NAT—PT技術的優點是不需要對現有的IPv4網絡和IPv6網絡進行升級，只需要增加專門的網關服務器，從而節約了大量的資金。缺點是實現方法復雜，網絡設備在處理協議轉換、地址轉換時負荷較大，一般是在其他互連方式無法實現的情況下使用該方法。

2 結論

IPv6網絡作為IPv4網絡的升級，不僅解決了IPv4網絡所面臨的各種問題，而且在網絡安全、網絡質量、數據多播、移動性等方面都做了改進，是未來網絡的發展方向。但由于兩種網絡的不兼容，并且目前IPv4網絡擁有大量的用戶和網絡設備，完全拋棄現有的網絡是不可能的，而且在過渡初期IPv6網絡節點也是在逐漸地增加并加入到互聯網，因此IPv6網絡不可能在短時間內替代IPv4網絡。探討如何在保證現有網絡正常運行的情況下實現IPv6的平穩過渡就成了人們研究的重點。雙協議棧和隧道技術具有簡單易操作性，是目前常用的兩種過渡技術，其他過渡技術作為某種特殊場合的特殊應用，這幾種過渡方式各有優缺點，分別適用于不同的環境。網絡運營商和使用單位可以根據自身的實際情況選擇性的使用某種技術。

參考文獻

[1]周伯揚，鄧憲法.IPv6技術初探[M].北京：國防工業出版社，2007.

[2]周遜.IPv6—下一代網絡的核心[M].北京：電子工業出版社，2003.

[3]朱雪東，司徒忠.IPv4過渡到IPv6的研究與分析[J].控制技術與自動化，2005，16（6）：53-55.