新一代IPv6過渡技術綜述

張智林+李漢斌+嚴詩+劉思來+仲吉

摘要：隨著21世紀信息技術的飛速發展，互聯網普及程度越來越高，互聯網用戶逐漸增多，IPv4地址資源已經越來越緊缺，IPv6地址的出現能夠從根本上解決這一問題。然而，從IPv4過渡到IPv6是一個漫長的過程，目前主流的過渡技術有雙棧、隧道以及翻譯技術3種，相關技術都面臨著如何選擇合適的過渡方案，如何解決用戶遷移，如何進行設備改造等難題。軟件定義網絡作為一種新型的網絡架構，將網絡設備的控制平面和數據平面分離開，通過集中的控制器對底層網絡設備的行為進行控制，對IPv6的平穩過渡具有重要指導意義。

關鍵詞關鍵詞：SDN；IPv4；IPv6；過渡技術

DOIDOI：10.11907/rjdk.171689

中圖分類號：TP301

文獻標識碼：A文章編號文章編號：16727800（2017）011021103

0引言

隨著IPv4地址資源越來越緊缺，互聯網技術的發展也因此受到阻礙。因此，IPv4向IPv6的過渡部署勢在必行。IPv6的地址長度為128，其豐富的地址資源可以從根本上解決地址匱乏的問題，從而保證互聯網技術的發展。由于IPv4與IPv6之間的差異性，IPv4向IPv6的過渡并不是朝夕間就能完成的，并且目前在大部分單位使用的舊設備上不能使用IPv6協議。所以必須引入IPv6過渡技術，一方面簡化網絡架構，另一方面降低設備更換率。本文對目前主流的過渡技術進行概述，并介紹基于SDN的IPv6過渡方法及其優勢。

1IPv4/IPv6主流過渡技術

在IPv6過渡過程中，人們不斷提出各種技術方案，可以將其歸納為：雙棧技術、隧道技術、翻譯技術。

1.1雙棧技術

雙棧技術是IPv6過渡策略中最簡單的技術[1]，同時也是不可或缺的方案之一。按照字面意思理解，該技術需要網絡設備同時支持IPv4和IPv6兩種協議[1]，網絡設備則根據需求選擇所需的協議棧。此外，這些網絡設備既支持與IPv4協議節點進行通信，又能與IPv6協議節點通信。簡言之，如果在IPv6升級過程中使用的設備不支持雙棧協議，網絡運營商將無法完成IPv6升級。部署雙棧網絡有兩種方式，一種是將所有設備都升級支持雙棧技術，另一種只需升級邊緣的網絡設備。該方式的優勢在于降低了部署難度及成本，并且保證了設備與設備之間的IPv4IPv6通信。

在實際操作過程中，雙棧技術可以在一個單一的網絡設備中得到實現，也可以應用在雙棧骨干網絡上[2]。在實現技術上，它需要將網絡上的設備按照上文介紹的部署方式進行升級（根據預算選擇合適的方案），并且按照雙棧技術要求，在與雙棧網絡連接的接口上同時配置IPv4和IPv6地址[2]。

1.2隧道技術

隧道技術和雙棧技術有相似之處，它只要求處在網絡邊緣的設備同時支持IPv4/IPv6兩種協議。該技術的實現方式是：把一種協議封裝到另外一種協議之中，當數據報文到達另一端時，再對數據包進行解封裝操作，完成數據傳輸。隧道技術可以分為IPv4 over IPv6（把IPv4協議封裝到IPv6協議之中）隧道和IPv6 over IPv4（把IPv6協議封裝到IPv4協議之中）隧道。

這類技術的優點在于不需要把所有的設備都升級為雙棧，同雙棧技術介紹的方案二相似，只要求IPv4/IPv6網絡的邊緣設備實現雙棧和隧道功能[3]。但是這種技術并不能實現兩種不同類型節點之間的通信，僅僅只是為點到點之間的透明傳輸提供一個通道。因此，該技術只適用于同種協議類型間的通信。

1.3翻譯技術

IPv4IPv6翻譯技術可以簡單地理解為IPv4協議和IPv6協議之間的一種轉換技術[1]。與日常生活中應用翻譯軟件實現中英文翻譯一樣，該技術借助一個翻譯模塊（邊界路由器或網關）實現IPv4/IPv6數據包的轉換。目前常見的翻譯技術分為無狀態翻譯與有狀態翻譯。這些翻譯技術有的需要消耗一定量的IPv4地址，有的只能實現單向通信。

綜上述，在IPv4向IPv6過渡期間，涌現出了大量解決方案，但是這些技術的提出并不能完全解決過渡期間存在的諸多問題。例如：6RD、DSLite等方案都需要部署支持其協議的硬件設備。此外，在方案部署期間，各方案及設備的兼容性和互操作性也是一個難以解決的問題。

2基于SDN的IPv6過渡技術

SDN的興起為未來計算機網絡部署等提供了一個全新的發展方向，其核心思想是控制與轉發分離。在控制器上可以很便利地實現對策略、協議的部署，轉發器在接收到由控制器發出的請求后，按照相關策略和協議執行相關操作，完成數據轉發。

但需要指出的是，SDN并非一種網絡協議或一種具體技術，它實際上是一種網絡體系框架，或者說是一種網絡設計理念，這種框架中可以包含多種接口協議。例如，實現SDN控制器與SDN交換機的交互可使用OpenFlow等南向接口協議，實現業務應用與SDN控制器的交互可使用北向API等。

近年來，SDN備受關注，全球領先的信息技術研究和顧問公司Gartner發布的一則報告指出，SDN將會成為2015～2016年中國的10項重要技術之一[4]。因此，探索基于SDN的新一代IPv6過渡技術具有重要意義。目前常見的部署方式有如下幾種：

（1）在數據中心的應用。經過近幾年的研究，SDN在數據中心的應用已越來越成熟，目前H3C在數據中心部署IPv6的一種思路為在數據中心保持IPv4網絡資源不變，將對外資源轉換成IPv6，完成過渡部署。首先利用SDN框架，在數據中心的資源池中插入地址轉換功能，在出口網關處完成地址轉換工作；其次將底層設備更換為支持OpenFlow協議的交換機，在底層設備和接口實現對IPv6的支持。

（2）在網絡邊緣的應用。目前IPv6過渡機制存在許多問題，對于大量設備的投入，難以進行有效管理，缺乏一個靈活的部署方法。而如果對所有設備都進行更換，將增加網絡部署成本。裴海旭等[5]提出將隧道技術和SDN相結合，實現IPv6的過渡。首先將處于網絡邊緣的設備升級為支持OpenFlow協議的交換機，利用SDN控制層和數據層分離的理念，在控制器上部署協議轉換模塊[5]，通過相關部署可以有效降低成本并簡化網絡。endprint

（3）網絡運營商的應用。網絡運營商的部署分為3個階段：第一階段，部署部分IPv6過渡設備，在部分新增設備中實現SDN技術支持；第二階段，逐步向普通用戶擴散，通過SDN控制器控制全網部署策略；第三階段，全網支持。

文獻[5]中提到的具體部署方案為：利用SDN控制與轉發分離的特點，在轉發層面上實現IPv6過渡中的模塊化操作，并且通過控制器下發相應的流變規則，同時管理地址池資源。通過該部署方式可以降低整個部署的開銷，并提升網絡安全性。

在高校中，目前SDN網絡部署并沒有大范圍鋪開，高校對于SDN及IPv6技術的部署仍處于主流技術研究探索階段。高校希望通過目前主流的虛擬化技術簡化校園網，實現控制面和轉發面的分離。

本文對于高校應用方案的構思是：首先，搭建基本的SDN實驗環境，應用目前主流的開源軟件Opendaylight部署Controller（控制器）控制平臺；其次，實現BRAS虛擬化，通過OpenFlow協議與Controller通信，支持OpenFlow協議的交換機報文上傳至Controller進行處理；最后，將BRAS控制面功能轉移到Controller控制平臺，實現對網絡策略的統一管理、快速下發和動態調整，在簡化網絡維護復雜度的同時，提升網絡部署的靈活性。

3總結與展望

SDN作為一種新興的網絡架構，利用其控制與轉發分離及網絡可編程等特性，能有效地簡化網絡架構，降低部署成本。綜上述，采用SDN框架可為IPv6過渡帶來的便利包括以下幾方面：

（1）軟件定義網絡SDN由于其開放的網絡構架，其可編程性、集中控制、資源虛擬化等優勢可以解決目前網絡在擴展性、安全性、虛擬化、QoS等方面的問題。

（2）利用SDN控制層與轉發層分離的特性，可以很便利地與前文提到的部署方法一樣，將過渡策略等部署在控制器上并按需下發，升級網絡底層設備的數據轉發速率，從而有效地簡化網絡部署復雜度，提高靈活性和可擴展性，并減少過渡期間更換設備的開銷。

（3）由于SDN框架的提出，數據中心對于IPv6的升級變得更加便利，在保證原有資源不變的情況下，可有效推動IPv6的過渡。因為SDN的特性一方面能夠提高網絡的可視化管理，從而有效地控制網絡并對網絡問題進行及時處理；另一方面，可以簡化網絡設備的負荷，合理分配網絡資源，有效降低過渡設備的部署成本，并且提高網絡處理能力，降低運維成本，提升數據中心部署的靈活性。

綜上所述，隨著網絡用戶的增加，IPv4資源越來越緊缺，業務需求也不斷變化。在整個IPv6過渡時期，由于高校數據中心建設、云桌面適配和移動互聯等新型業務不斷被提出，從而增加了建設成本以及部署維護的難度。而通過SDN的3大特性，可以解決目前網絡部署存在的問題，尤其是可以靈活解決目前的網絡虛擬化和動態業務問題，從而有效推進IPv6的平穩過渡，提升網絡安全性。

參考文獻參考文獻：

[1]葛敬國.IPv6過渡機制：研究綜述、評價指標與部署考慮[J].軟件學報，2014（4）：896912.

[2]舒杰.IPv6的過渡技術在終端綜合管理系統中的實現與應用[D].南京：南京郵電大學，2014.

[3]IPv6過渡技術介紹[EB/OL].http：//net.it168.com/a2014/0228/1597/000001597971.shtml.

[4]Gartner Inc.新興市場分析：2015年—2016年中國十大技術趨勢[EB/OL].[20150828].https：//www.gartner.com/doc/3120918.

[5]裴海旭，陳鴻文.基于SDN的IPv6過渡技術研究[J].現代計算機：專業版，2016（29）：5660.

[6]黃志蘭，樊勇兵，陳楠.基于OpenFlow SDN的IPv4/IPv6協議轉換[J].電信科學，2014（s2）：6165.

[8]孫瓊，解沖鋒，趙慧玲，等.基于SDN架構的IPv6過渡技術設計與實現[J].電信科學，2014（4）：16.

責任編輯（責任編輯：黃健）endprint