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IPv6的幾種關鍵技術綜述

2019-11-03 09:00:15
字體：大 中 小
來源：轉載
供稿：網友
　　華為3Com技術有限公司網絡產品部副總工 孟新宏

　　隨著移動和寬帶技術的發展，ip地址的需求還將更大。例如，大量終端的IP接入需要更多的IP地址，面對下一代網絡對IP地址的巨大需求，IPv4顯然無法滿足。除了IP地址問題，IPv4還存在著路由表龐大、QoS和移動等一系列問題。

　　IPv4地址空間有限，就算全部互聯網用戶不都是永遠在線，IP地址在三、四年后也將被耗盡。未雨綢繆，為解決地址空間問題以及其它一些IPv4中的疑難問題，發展了IPv6協議。

　　必須在IPv4地址枯竭前逐步引進IPv6，經過IPv6與IPv4的共存時代，最終全面過渡到IPv6。

　　IPv6的幾種關鍵技術

　　路由轉發技術

　　IPv6作為構建網絡的基礎，在技術上有諸多優勢，基于這些技術優勢，更豐富的應用會大量出現，其應用前景也將更加廣闊。同時，雖然IPv6是新的標準體系，但是它的架構仍然沿襲了TCP/IP體系，很多IPv4的相關技術應用業務，可以方便地引入到IPv6網絡中。

　　在路由和轉發過程中，IPv6路由查找思想與IPv4相同，采用最長地址匹配，選擇最優路徑，同樣允許路由過濾、引入、聚合等操作。IPv4的動態路由協議，經過擴展后可以在IPv6網絡上運行，包括RIPng、BGP4＋、ISISv6、OSPFv3。

　　IPv6作為新的網絡層協議，原有支持IPv4的鏈路層通過擴展可以方便地提供支持。如以太網支持IPv6，幀格式不變，只是通過新的協議域值為0x86DD來標識上層承載IPv6報文。在接口的處理上，通過識別不同的鏈路層中的協議號，將IPv4或者IPv6報文送到不同的協議棧中處理。因此，網絡設備可以同時支持IPv4協議棧和IPv6協議棧。

　　應用支持IPv6的技術

　　IPv4網絡中還存在大量應用協議，它們會在IPv6中繼續使用，需要將這些IPv4上層的應用層協議移植到IPv6中。這種移植基本分為兩類：一部分應用層協議可以直接將IPv4 Socket接口改為IPv6 Socket，而協議本身機制可以基本不做改動，如 Telnet等；另一部分應用層協議中包含IP地址信息，除了改用IPv6 Socket，還需要對協議本身做適度擴展，如FTP for IPv6等。

　　由于IPv6并未有體系結構上的變革，總體上，應用協議也會比較方便地引入到IPv6中來。

　　IPv6過渡技術

　　IPv6的部署大致要經歷一個漸進的過程。初始階段，在IPv4的網絡海洋中，會出現若干局部零散的IPv6孤島，為了保持通信，這些孤島通過跨越IPv4的隧道彼此連接。

　　隨著IPv6規模的應用，原來的孤島逐漸聚合成為了骨干的IPv6 Internet網絡，形成于IPv4骨干網并存的局面。在IPv6骨干上可以引入了大量的新業務，同時可以充分發揮IPv6的優勢。

　　為了實現IPv6和IPv4網絡資源的互訪，還需要轉換服務器以實現IPv6和IPv4的互通。

　　最后，IPv4骨干網逐步萎縮成局部的孤島，通過隧道連接，IPv6占據了主導地位，具備全球范圍的連通性。

　　IPv6提供很多過渡技術來實現這個漸進過程。這些過渡技術主要圍繞著解決兩類問題：IPv6孤島互通技術——實現IPv6網絡和IPv6網絡的互通；IPv6和IPv4互通技術——實現兩個不同網絡之間互相訪問資源。

　　目前，主要有16種過渡技術。其中，基本過渡技術有兩種：雙棧和隧道。

　　雙棧：即設備升級到IPv6的同時保留對IPv4支持，可以同時訪問IPv6和IPv4設備。其中包含雙協議棧支持，應用程序依靠DNS地址解析返回的地址類型，來決定使用何種協議棧。

　　隧道：通過在一種協議中承載另一種協議，實現跨越不同域的互通，具體可以是IPv6-in-IPv4、IPv6-in-MPLS、IPv4-in-IPv6等隧道類型。

　　常見的過渡技術

　　不同的過渡技術適用于不同的網絡應用環境，常見的過渡技術有手工配置隧道、IPv6 to IPv4隧道、MPLS隧道和NAT-PT。

　　手工配置隧道

　　手工隧道是最簡單的一種實現IPv6和IPv6互通的技術，同時也是其它IP隧道技術的基礎。IPv4網絡和IPv6網絡的邊緣設備具有雙棧能力，通過在兩個邊緣設備間手工配置隧道，將IPv6報文通過隧道封裝在IPv4報文的負荷中傳送到對端，解封裝后再發送到目的IPv6節點。

　　手工配置隧道適合于比較固定的IPv6連接，缺點是每兩個IPv6網絡之間都要手工建立隧道，配置較麻煩。

　　IPv6 to IPv4隧道

　　針對隧道手工配置的問題，一些過渡技術被提出來可以實現隧道的自動配置，如自動隧道、隧道代理（Tunnel Broker）以及IPv6toIPv4隧道等。

　　IPv6 to IPv4隧道使用IPv6toIPv4地址，這種IPv6地址的前綴中包含IPv4地址，也就是隧道邊緣設備的IPv4地址，使用IPv6 to IPv4地址的IPv6網絡稱為IPv6 to IPv4網絡。

　　在簡單應用中，可以實現兩個IPv6toIPv4網絡互通，方法是在邊緣設備取出目的IPv6地址中包含的IPv4地址作為隧道末端，自動建立隧道。

　　在復雜的應用中，可以通過在純IPv6網絡的邊緣提供IPv6 to IPv4中繼設備，實現大型非IPv6 to IPv4的IPv6網絡對其他IPv6 to IPv4網絡的接入。

　　IPv6 to IPv4隧道技術在過渡初期較為有效，無須申請正式IPv6地址就可以部署IPv6網絡并接入到IPv6骨干網中。但是，由于網絡使用的IPv6地址限制為特殊的IPv6 to IPv4地址，IPv6 to IPv4技術不適于在大型IPv6骨干網絡中使用。

　　MPLS隧道

　　使用已有的MPLS VPN網絡，可以較為方便地實現IPv6網絡的互通。將IPv6網絡視為IPv4的私網，在MPLS骨干網中為不同的IPv6網絡間建立LSP隧道，并通過BGP等傳遞可達信息。這種方式只需對骨干網中PE設備升級，P設備無須改動。

　　MPLS隧道包括兩類：L2VPN和L3VPN。L2VPN隧道的實現，無須為IPv6做特殊工作，并且能夠實現IPv6站點的IGP互通；L3VPN隧道的實現需要6PE的技術，它使IPv6進一步融合到MPLS網絡中，但是不能做到站點間IGP的互通，各站點必須是獨立的AS。

　　NAT-PT

　　NAT-PT是一種協議轉換技術，用來解決IPv6和IPv4互通的問題。其主要思想是在IPv6節點與IPv4節點的通信時，借助于中間的NAT-PT協議轉換服務器，把網絡層協議頭進行IPv6/IPv4間的轉換，以適應對端的協議類型。

　　當IPv6主機要與IPv4主機通信時，首先需要在IPv6網絡中標識IPv4主機，NAT-PT網關向IPv6網絡中廣播一個96位的地址前綴，用96位地址前綴加上32位IPv4主機地址作為對IPv4網絡中主機的標識。

　　IPv6主機發給IPv4主機的報文，通過96位前綴被路由到NAT-PT網關處，對NAT-PT網關對IPv6報文頭進行轉換，分配臨時IPv4地址標識IPv6源，報文轉換為IPv4報文后發給IPv4目的主機。

　　IPv4主機要與IPv6主機通信時，需要NAT-PT網關為IPv6主機分配臨時IPv4地址，這種分配和綁定關系可以結合DNS完成。IPv4主機發出的報文在經過NAT-PT網關時，IPv4報文被轉換為IPv6報文，并發送給IPv6主機。

　　由于NAT-PT過渡方式，只需要在中間設置轉換設備即可完成IPv6網絡和IPv4網絡的互通，應用較為簡便，適用于常用的網絡互通需求。

　　IPv6的過渡技術中應用最廣、最方便的過渡技術是雙棧技術。

　　IPv6網絡中的存在很多雙棧節點，可以利用節點上的IPv4應用，直接訪問其他IPv4網絡的服務，實現IPv6和IPv4的互通。


摘自 賽迪網

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