范玉宇

摘 要：本文首先探討了IPv4向IPv6下一代網(wǎng)絡(luò)演進過渡的必要性和協(xié)議過渡的基本原則。然后對雙棧技術(shù)、隧道技術(shù)、翻譯技術(shù)等各種過渡技術(shù)的詳細介紹，比較各自的優(yōu)劣及其適用范圍。又對IPv4向IPv6過渡的場景和步驟進行分析，闡述了過渡時期策略選擇的實時性和復雜性。展望IP互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展未來，以平滑穩(wěn)健的IPv4/IPv6過渡技術(shù)向下一代網(wǎng)絡(luò)體系演進。

關(guān)鍵詞：IPv6；過渡技術(shù)；下一代互聯(lián)網(wǎng)

中圖分類號：TP393.04

1 IPv4向IPv6過渡的必要性

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，用戶量和網(wǎng)絡(luò)規(guī)模都在以幾何方式驟增，32位的IPv4地址資源日趨枯竭。隨著互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的發(fā)展，IPv4協(xié)議也逐步暴露出其固有的缺點：龐大的路由表、支持移動性不足、信息安全保障有限、QOS問題等都亟待解決。而IPv6協(xié)議在設(shè)計過程中就綜合考慮了以上這些因素，相比IPv4，不僅IPv6將地址擴充到128位，還擁有更強的安全性，以及對網(wǎng)絡(luò)移動性的支持。因此，在互聯(lián)網(wǎng)不遠的未來，IPv6協(xié)議必將最終取代IPv4協(xié)議。然而如何從IPv4平滑、高效、穩(wěn)健地過渡到IPv6網(wǎng)絡(luò)，在技術(shù)、實施的各個環(huán)節(jié)中，都需要認真全面的加以考量。

2 IPv4向IPv6過渡的基本原則

由于互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的龐大與其架構(gòu)的復雜性，要從純IPv4網(wǎng)絡(luò)完全過渡到純IPv6網(wǎng)絡(luò)，還需要相當長的一段時間，在這段時間里，網(wǎng)絡(luò)上需要IPv4和IPv6共存。因而，在過渡期間，需要遵循一定的原則：（1）現(xiàn)有的主機可在任何時候升級，與其他主機、路由器的升級是完全獨立的。（2）僅使用IPv6協(xié)議的新主機可以在任何時間加入網(wǎng)絡(luò)，完全不受其他主機、路由器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)影響。（3）現(xiàn)有的IPv4主機在安裝了IPv6的協(xié)議之后，仍能繼續(xù)使用原有的IPv4地址。（4）可用比較簡單的方式，將現(xiàn)有的IPv4節(jié)點升級至IPv6；用較少的準備就能部署新的IPv6節(jié)點。

3 IPv4向IPv6過渡的各種技術(shù)分析

要實現(xiàn)IPv4向IPv6的過渡，主要涉及三大類別的技術(shù)：雙棧技術(shù)、隧道技術(shù)和翻譯技術(shù)。

3.1 雙棧技術(shù)。雙棧技術(shù)定義于RFC4213中，指在主機終端和通信網(wǎng)絡(luò)上的每個網(wǎng)元節(jié)點都同時支持和配置IPv4和IPv6的兩個協(xié)議棧，每個協(xié)議棧分別處理各自的數(shù)據(jù)包，實現(xiàn)IPv4或IPv6節(jié)點間通信。每個通信節(jié)點既分配IPv4地址，也分配IPv6地址。雙棧技術(shù)對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的要求比較高，雙路由配置，增加網(wǎng)絡(luò)的復雜度，提供完全IPV6兼容，但無法解決IPv4地址耗盡的問題。雙棧技術(shù)是IPv4與IPv6節(jié)點兼容最直接的方式，也是其他過度技術(shù)的基礎(chǔ)，目前廣泛地應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)早期變遷過程之中。

3.2 隧道技術(shù)。隧道技術(shù)是用一種協(xié)議傳輸另一種協(xié)議數(shù)據(jù)的技術(shù)，隧道技術(shù)只要求隧道兩端的設(shè)備支持兩個協(xié)議，它提供了一種用IPv4路由傳輸IPv6數(shù)據(jù)的方法。它又分為手工配置隧道、自動配置隧道。手工配置隧道技術(shù)，隧道是手工配置建立的，類似虛擬的點到點連接，在隧道兩端人工配置單向隧道或者是雙向隧道，在入口網(wǎng)元處把IPv6分組封裝到IPv4分組中，在出口網(wǎng)元進行解封，還原數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)IPv6通過IPv4網(wǎng)絡(luò)連接；自動隧道的拆除和建立都是動態(tài)的。它的出口地址由分組數(shù)據(jù)中的目的地址來決定。由其查找隧道終點方式的不同，又可分為自動配置隧道、6over4隧道和6to4隧道。隧道技術(shù)的優(yōu)點在于它的透明性，IPV6主機之間可以忽略隧道的存在，而且隧道技術(shù)只對入口、出口設(shè)備進行改動，對網(wǎng)絡(luò)其他部分沒有要求，技術(shù)實現(xiàn)容易，但它只能解決IPv6節(jié)點間通信，仍不能解決IPv6與IPv4節(jié)點間通信的問題。這種技術(shù)適用于初期流量小、IPv6孤島之間互通的場景。

3.3 翻譯技術(shù)。為解決IPv6與IPv4網(wǎng)絡(luò)資源互訪問題，產(chǎn)生了翻譯（協(xié)議轉(zhuǎn)換）技術(shù)，將IPv4分組與IPv6分組相互轉(zhuǎn)換，來實現(xiàn)不同協(xié)議應(yīng)用之間的相互訪問。其中主要包括SIIT和NAT-PT技術(shù)。（1）SIIT（無類IP/ICMP翻譯技術(shù)）是IPv6/ICMPv6分組與IP/ICMPv4分組之間相互轉(zhuǎn)換的算法。這種算法面向分組，無需保留每個連接的狀態(tài)信息。（2）NAT-PT技術(shù)將IPv4地址NAT技術(shù)、SIIT技術(shù)、以及各種ALT技術(shù)相結(jié)合，通過NAT技術(shù)給IPv6主機動態(tài)分配IPv4地址進行地址翻譯、ALG技術(shù)用于所傳送數(shù)據(jù)中攜帶的網(wǎng)絡(luò)地址（如DNS等）。

翻譯技術(shù)的優(yōu)點是實現(xiàn)了IPv6與IPv4的互通，以及對現(xiàn)有IPv4資源的共享。缺點是破壞了網(wǎng)絡(luò)端到端的透明性。

4 IPv4向IPv6過渡場景與步驟

從IPv4向IPv6過渡是一個長期共存的過程。無論何種過渡技術(shù)，都不能通過單一方法實現(xiàn)IPv4向IPv6的過渡和轉(zhuǎn)換。在不同的應(yīng)用場景下，需要各種技術(shù)組合使用，逐步達到過渡的目的。在實際網(wǎng)絡(luò)中，需要結(jié)合實際情況，綜合考慮應(yīng)用場景變換問題，制定合適的網(wǎng)絡(luò)過渡策略。

從IPv4到IPv6協(xié)議的過渡的場景主要有以下幾種：

4.1 IPv4 NAT及NAT444階段。在這個階段，由于IPv4地址的逐漸短缺，從用戶側(cè)使用NAT進行地址轉(zhuǎn)換，發(fā)展到運營商網(wǎng)絡(luò)使用NAT技術(shù)進行二次轉(zhuǎn)換（NAT444），即雙層NAT。主要是通過私網(wǎng)地址、端口復用暫時解決IPv4資源緊張的問題。

4.2 純IPv6接入初期階段。在這個階段，出現(xiàn)了純IPv6用戶接入的場景，用戶接入側(cè)是純IPv6，運營商支持IPv4和IPv6的網(wǎng)絡(luò)。此時的目標是保持IPv4的后向兼容性，使用戶仍然能夠?qū)Pv4的應(yīng)用接入純IPv6網(wǎng)絡(luò)之中。

4.3 純IPv6接入中期階段。在這個階段，隨著IPv6的進一步發(fā)展，操作系統(tǒng)以及應(yīng)用程序?qū)Pv6的支持都有了較好的提升，用戶開始轉(zhuǎn)向使用純IPv6的應(yīng)用，用戶端出現(xiàn)了較多的純IPv6的主機，此時，IPv6的服務(wù)還較為有限， IPv4的服務(wù)依然存在，用戶仍需通過IPv6的應(yīng)用來訪問IPv4的服務(wù)。

4.4 IPv6普及發(fā)展階段。在此時，IPv6已較為普及，用戶及網(wǎng)絡(luò)側(cè)都已經(jīng)基本升級到純IPv6的環(huán)境時，此時還存在少量IPv4服務(wù)。

綜上所述，在向IPv6過渡的初期階段，主要問題怎樣使用戶能夠在IPv6的接入環(huán)境中無縫使用IPv4的應(yīng)用與服務(wù)。從IPv4到IPv6協(xié)議的過渡，總體包括以下步驟：（1）網(wǎng)絡(luò)中從各類路由器、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、和各種服務(wù)終端系統(tǒng)、到用戶端全面支持IPv6協(xié)議，并逐步開啟并全面應(yīng)用該協(xié)議。（2）在網(wǎng)絡(luò)中逐步關(guān)閉IPv4協(xié)議，使對IPV4的支持漸漸減少，直至停止。

目前國內(nèi)運營商大部分城域網(wǎng)絡(luò)正在或即將進行第一步驟的初步實施過程中。

5 結(jié)束語

在IPv4向IPv6過渡的過程中，如何是網(wǎng)絡(luò)平滑過渡是尤為重要的問題。在網(wǎng)絡(luò)過渡的不同時期，采取何種過渡方式實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)資源的有效訪問，是能否順利過渡的關(guān)鍵因素。不同的過渡技術(shù)與策略各有優(yōu)劣，我們需要根據(jù)具體情況應(yīng)用，在不同階段合理選擇組合不同的技術(shù)和過渡策略，以最小的代價實現(xiàn)IPv4網(wǎng)絡(luò)向IPv6網(wǎng)絡(luò)的平穩(wěn)過渡。

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作者單位：中國聯(lián)通北京市分公司網(wǎng)管中心，北京 100029