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IPv4到IPv6的演進策略

2019-11-03 09:01:36
字體：大 中 小
來源：轉載
供稿：網友
唐寧　王璟瑜


　　ipv6自1996年由IETF的RFC2460加以規范以來，已經得到了廣泛的研究和一定的部署。與IPv4相比，IPv6具有許多新的特點，如簡化的IP包頭格式、主機地址自動配置、認證和加密以及較強的移動支持能力等。對于運營商來說，IPv6比較有吸引力的特點有兩個：一是IPv6所具有的龐大地址空間，其采用的128位地址格式，如果分配合理，可以滿足目前所有的應用地址需求；二是IPv6對移動數據業務具有較強的支持能力，克服了移動IPv4固有的一些缺點，從而成為未來第三代移動通信的重要協議之一。

　　雖然IPv6有眾多IPv4沒有的優點，但是從運營和實現的角度來看，從IPv4到IPv6一蹴而就是不可能和不現實的。本文就從IPv4到IPv6網絡的過渡問題進行分析。

1.兼容IPv4的IPv6地址

　　兼容IPv4的IPv6地址是一種特殊的IPv6單點廣播地址，一個IPv6節點與一個IPv4節點可以使用這種地址在IPv4網絡中通信。這種地址是由96個0加上32位IPv4地址組成的。

2.雙IP協議棧

　　IPv6和IPv4網絡層協議功能相近，都基于相同的物理平臺，加載于其上的傳輸層協議TCP和UDP又沒有任何區別。由圖1所示的協議棧結構可以看出，如果一臺主機同時支持IPv6和IPv4兩種協議，那么該主機既能與支持IPv4協議的主機通信，又能與支持IPv6協議的主機通信，這就是雙協議棧技術的工作機理。



　　對現有路由節點設備進行升級，使其成為IPv4/IPv6路由器，這樣IPv6的連接就成為本地鏈路，相當于IPv4/IPv6存在于相同的物理網絡上。目前，凡是運行IOS 12.2（1）T的Cisco路由器都支持IPv6，因此這種方式是可行的。雙棧方案需要為網絡上的每個節點（包括主機和路由器）分配一個IPv4和一個IPv6地址。在IPv6網絡建設的初期，由于IPv4地址相對充足，這種方案的實施具有可行性。當IPv6網絡發展到一定階段，為每個節點分配兩個全局地址的方案將很難實現。

3.隧道技術

　　所謂隧道，就是在一方將IPv6的包封裝在IPv4包里，然后在目的地將其解封，得到IPv6包。前文已經提到，在IPv6的網絡流行于全球之前，總是有一些網絡首先具有IPv6的協議棧，這些網絡就像IPv4海洋中的小島，隧道就是通過“海底”連接這些小島的通道，因此而得其名。如圖2所示。



　　由于隧道上的鏈路是邏輯的，或稱為虛擬的，因此，這些“小島”互連而成的網絡就被看作是一個虛擬網絡。在IPv6 Native Network之間需要通信或IPv6節點需要與IPv4的節點通信時，IPv4協議就被當作IPv6數據傳輸的一個隧道。通過隧道，IPv6分組被作為無結構、無意義的數據封裝在IPv4數據報中，在IPv4網絡中傳輸。由于IPv4網絡把IPv6數據當作無結構、無意義數據傳輸，因此不提供幀自標識能力，這樣只有在IPv4連接雙方都同意時才能交換IPv6分組，否則收方會將IPv6分組當成IPv4分組而造成混亂。網絡從IPv4向IPv6演進的過程就是這些“小島”漸漸擴大而成為“大陸”的過程。

　　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人口和出口的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。

　　隧道方式利用隧道來構造大規模的IPv6網絡，是目前常用的一種過渡方法。本質上，隧道方式只是把IPv4網絡作為一種傳輸介質。在IPv6網絡建設的初期，其網絡規模和業務量都較小，這是經常采用的連接方式。

4.網絡地址轉換/協議轉換技術

　　網絡地址轉換/協議轉換技術NAT/PT（Network Address Translation/PRotocol Translation）通過與SlIT（無狀態IP/ICMP轉換）協議轉換和傳統的IPv4下的動態的網絡地址翻譯（NAT）以及適當的應用層網關（ALG）相結合，實現了只安裝IPv6的主機和只安裝IPv4主機的大部分應用的相互通信。其原理如圖3所示。



　　網絡地址轉換/協議轉換是一種純IPv4終端和純IPv6終端之間的互通方式，也就是說，原IPv4用戶終端不需要進行升級改造，所有包括地址、協議在內的轉換工作都由網絡設備來完成。在這種情況下，網關路由器要向IPv6域中發布一個路由前綴PREFIX：：/96，凡是具有該前綴的IPv6包都被送往網關路由器。網關路由器為了支持NAT/PT功能，還具有IPv4地址池，在從IPv6向IPv4域中轉發包時使用（也可以通過端口復用的方式使多個IPv6用戶共用一個IPv4臨時地址）。此外，網關路由器支持DNS-ALG（域名系統-應用層網關），在IPv6終端訪問IPv4終端的過程中發揮作用。采用NAT/PT方式互通時的系統構成如圖4所示。



　　轉換網關除了要進行IPv4地址和IPv6地址轉換，還要包括協議翻譯。轉換網關作為通信的中間設備，可在IPv4和IPv6網絡之間轉換IP報頭的地址，同時根據協議不同對分組做相應的語義翻譯，從而使純IPv4和純IPv6站點之間能夠透明通信。

　　上述技術很大程度上依賴于從支持IPv4的互聯網到支持IPv6的互聯網的轉換，我們期待IPv4和IPv6可在這一轉換過程中互相兼容。目前，6to4機制是較為流行的實現手段之一。轉換策略計劃者考慮的關鍵問題是當使用者對ISP所提供的基本IPv6傳輸協議還沒有合理的選擇時，如何激活IPv6路由域間的連通性。當缺少本地IPv6服務時，提供連通性的解決辦法之一是將IPv6的分組封裝到IPv4的分組中。6to4是一種自動構造隧道的方式，它的好處在于只需要一個全球惟一的IPv4地址便可使得整個站點獲得IPv6的連接。在IPv4 NAT協議中加入對IPv6和6to4的支持，是一個很吸引人的過渡方案。

5.基于MPLS的IPv6過渡

　　MPLS是一種使得不同的網絡傳輸技術在同一個平臺上統一起來的技術，它能夠減少網絡的復雜度，并兼容主流的網絡技術，代表了未來網絡發展的一種趨勢。目前，使用MPLS的骨干網越來越多，因此必須考慮如何在MPLS上集成IPv6。在MPLS網絡中，轉發是根據標記進行的，這就不需要數據層面支持IPv6的數據轉發，即無需核心網絡軟硬件的升級，只需要邊緣路由具有配置IPv6的能力即可。

　　利用現有的MPLS骨干網向IPv6過渡，是將IPv4升級/過渡到IPv6的一個重要途徑，具體的實現方案有：在CE路由器上配置IPv6隧道；MPLS上的電路透傳IPv6；在PE路由器起用IPv6；Native IPv6 MPLS。

6.專有IPv6網絡

　　在這種方式中，專用的數據鏈路（FR、ATM和SDH等）直連專門的IPv6路由器，IPv6網絡和IPv4網絡分別采用獨立的物理網絡。當IPv6業務量較大且經濟條件允許時，可在核心骨干網上采用這種方式。

7.策略的選擇

　　建立IPv6網絡決定于IPv6的業務量大小，即IPv6的經濟前景。由于IPv6是逐步發展的，因此網絡過渡方案的采用也呈現出一定的階段性。在發展初期，業務量較小，此時主要偏重于IPv6實驗，因此主要采用隧道技術，當然也不排除其他方案。當IPv6發展到一定階段，其業務量有了很大的增長，建立雙棧網絡甚至專用IR6網絡是大勢所趨，在這個過程中，也可能在雙棧網絡的基礎上實現MPLS IPv6，從而進一步改善其性能。由于雙棧網絡存在一些缺點，因此建立專用IPv6網絡可能是較好的選擇，目前國外多傾向于這種方案。將來，IPv6會占主導地位，這就需要建立純IPv6網絡，但能否最終到達這個階段還取決于IPv6的發展前景。

　　互聯網的普及使IPv4向IPv6的過渡需要很長一段時間才能完成。IPv6也不僅僅是對IPv4的簡單升級，因為頭部特征和配址機制的不同，這兩種協議是互不兼容的。因此，IPv4如何平滑地過渡到IPv6是必須解決的一個問題。


----《現代通信》

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