运营商从IPv4到IPv6的过渡技术

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【摘 要】Internet中日益膨胀的巨量用户和设备极大的消耗着本就不多IPv4地址使部分运营商手中的ipv4地址资源濒临枯竭，采用ipv6地址已成为必然选择。但是从IPv4到v6的过渡不可能一次性实现。目前许多企业和用户的日常工作越来越依赖于Internet，它们无法容忍在协议过渡过程中出现的问题。本文对运营商的网络从IPv4到IPv6的过渡技术进行分析与比较，针对不同运营商的特点和业务属性采取何种技术更合适完成过渡进行深入讨论。

【关键词】IPv4；IPv6；过渡技术；运营商

0.引言

运营商如何完成从IPv4到IPv6的转换？现网几乎每个网络及其连接设备都支持IPv4，迅速完成从IPv4到IPv6的转换是不切实际的。IPv6必须能够支持和处理IPv4体系的遗留问题。

实际上，IPv6在设计的过程中就已经考虑到了IPv4到IPv6的过渡问题，并提供了一些特性使过渡过程简化。例如，IPv6地址可以使用IPv4兼容地址，自动由IPv4地址产生；也可以在IPv4的网络上构建隧道，连接IPv6孤岛。目前针对IPv4-v6过渡问题已经提出了许多机制，它们的实现原理和应用环境各有侧重。

运营商作为互联网服务的主要提供者，担负着绝大部分IP地址的分配和管理任务。故此，合理的选择适于自身网络结构和规模的IPv4-v6过渡技术，才能保证用户在IPv4、v6共存的网络中无差别使用，逐步实现IP地址的完成升级为IPv6。

1.IPv4-v6过渡策略与技术

1.1双栈策略

实现IPv6结点与IPv4结点互通的最直接的方式是在IPv6结点中加入IPv4协议栈。具有双协议栈的结点称作“IPv6/v4结点”，这些结点既可以收发IPv4分组，也可以收发IPv6分组。它们可以使用IPv4与IPv4结点互通，也可以直接使用IPv6与IPv6结点互通。双栈技术不需要构造隧道，但后文介绍的隧道技术中要用到双栈。 IPv6/v4结点可以只支持手工配置隧道，也可以既支持手工配置也支持自动隧道。

1.2隧道技术

在IPV6发展初期，必然有许多局部的纯IPV6网络，这些IPV6网络被IPV4骨干网络隔离开来，为了使这些孤立的“IPV6岛”互通，就采取隧道技术的方式来解决。利用穿越现存IPV4因特网的隧道技术将许多个“IPV6孤岛”连接起来，逐步扩大IPV6的实现范围，这就是目前国际IPV6试验床6Bone的计划。

工作机理：在IPV6网络与IPV4网络间的隧道入口处，路由器将IPV6的数据分组封装入IPV4中，IPV4分组的源地址和目的地址分别是隧道入口和出口的IPV4地址。在隧道的出口处再将IPV6分组取出转发给目的节点。

优点：隧道技术只要求在隧道的入口和出口处进行修改，对其它部分没有要求，因而非常容易实现。

缺点：V4网络只不过是V6网络间的构造隧道的外部环境，并不能实现IPV4节点与IPV6节点间的直接通信，只能实现V6与V6间的互通。

1.2.1构造隧道（Configured Tunneling）

构造隧道的IPV6-in-IPV4的隧道目的端IPV4地址是由封装IPV6分组的IPV4节点预先配置的，隧道可以是单向的，也可以是双向的。双向配置的隧道在实际运行中就像一个虚拟的点到点的连接。

缺点：由于隧道只能预先配置，因此只能适应于比较稳定，不易变化的网络，且网络规模不能太大。

1.2.2自动配置隧道（Automatic Tunneling）

自动配置的IPV6-in-IPV4的隧道目的端IPV4地址是不需要事先配置，使用这种隧道机制的节点必须使用IPV4兼容的IPV6地址作为其目的地址，隧道端口就根据这个IPV4兼容地址直接产生隧道端口的IPV4目的地址，然后建立隧道。

缺点：IPV6节点在访问目的IPV6节点时，目的节点的V6地址必须是IPV4兼容地址，显然这限制了网络的适用范围。

1.2.3组播隧道（Multicast Tunneling）

IPV4组播隧道使用的IPV4隧道目的端口IPV4地址是通过邻居发现机制来获得的。这种隧道配置技术要求IPV4网络支持组播。

1.2.4 6to4

6to4的基本思路是，任何一个IPv6孤岛都使用其全网唯一的IPv4地址构造自己的IPv6地址前缀，因此前缀也是全网唯一的。每个孤岛的出口路由器从IPv6目的地址中提取出隧道末端的IPv4地址，因此隧道的构造过程可以自动进行。可见6to4的关键是在IPv4地址和IPv6地址之间定义了一种映射，与“IPv4兼容”IPv6地址不同，在6to4中，IPv4到IPv6地址的映射是把IPv4地址作为IPv6地址前缀的一部分。

即2002：v4ADDR：：/48。

1.3 TB（Tunnel Broker，隧道）

对于独立的v6用户，要通过现有的IPv4网络连接IPv6网络上，必须使用隧道技术。但是手工配置隧道的扩展性很差，TB的主要目的就是简化隧道的配置，提供自动的配置手段。对于已经建立起IPv6的ISP来说，使用TB技术为网络用户的扩展提供了一个方便的手段。从这个意义上说，TB可以看作是一个虚拟的IPv6 ISP，它为已经连接到IPv4网络上的用户提供连接到IPv6网络的手段，而连接到IPv4网络上的用户就是TB的客户。

1.5 SOCKS64

SOCKS64网关是一个双栈主机，它可以同时和IPV4或IPV6节点进行通信，SOCKS64的客户只与SOCKS64网关直接通信，与IPV4或IPV6节点的通信实际上由SOCKS64网关来完成。

优点：这种机制不需要修改DNS或者地址映射，可满足IPV4与IPV6节点的互操作。

缺点：由于所有互操作都靠SOCKS64双栈服务器来转发完成，SOCKS64服务器相当于高层软件网关，实现的代价很大，并需要在客户端支持SOCKS的软件，对于用户来讲不是透明的，只能作为临时性的过渡技术。

1.6传输层中继（Transport Relay）

与SOCKS64的工作机理相似，只不过是在传输层中继器进行传输层的“协议翻译”，而SOCKS64是在网络层进行协议翻译。它相对于SOCKS64，可以避免“IP分组分片”和“ICMP报文转换”带来的问题，因为每个连接都是真正的IPV4或IPV6连接。但同样无法解决网络应用程序数据中含有网络地址信息所带来的地址无法转换的问题。

1.7应用层网关（ALG）

ALG是Application Level Gateway的简称，与SOCKS64、传输层中继等技术一样，都是在V4与V6间提供一个双栈网关，提供“协议翻译”的功能，只不过ALG是在应用层级进行协议翻译。这样可以有效解决应用程序中带有网络地址的问题，但ALG必须针对每个业务编写单独的ALG，同时还需要客户端应用也在不同程序上支持ALG，灵活性很差。显然，此技术必须与其它过渡技术综合使用，才有推广意义。

2.过渡策略结论

由不同的组织或个人提出的IPV4向IPV6平滑过渡策略技术很多，它们都各有自己的优势和缺陷。因此，最好的解决方案是综合其中的几种过渡技术，取长补短，同时，兼顾各运营商具体的网络设施情况，并考虑成本的因素，为运营商设计一套适合于他自己发展的平滑过渡解决方案。 [科]

【参考文献】

[1]波波维亚（Ciprian Popoviciu），阿白哥诺里（Eric Levy-Abegnoli），等.部署IPv6网络（修订版）.人民邮电出版社，2013，02.

[2]崔勇，吴建平，等.下一代互联网与IPv6过渡.清华大学出版社，2014，04.

[3]戴源，杨建，等.下一代互联网IPv6过渡技术与部署实例.人民邮电出版社，2014，01.