IPv4向IPv6平稳过渡的技术探讨

摘 要：IPv6是互联网的下—代通信协议，由于IPv6不能和现有的IPv4协议兼容，探讨如何实现IPv4向IPv6平稳过渡是必须的，本文主要对IPv4向IPv6过渡的各种技术进行了介绍，并比较了各种技术的特点及优缺点。

关键词：IPv6 双协议栈 隧道 地址转换

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）06（a）-0028-01

现有的互联网是在IPv4的基础上发展的，但随着网络服务的发展和变化，原有的IPv4网络已经暴露出越来越多的问题，如IP地址紧缺、缺乏服务质量管理（QoS）、路由表不断膨胀等。为了彻底解决IPv4存在的问题，IETF提出和设计了下一代互联网络协议，即IPv6。它有128位地址，即2128个地址，几乎可以不受限制的提供地址，因此可以有效解决IP地址短缺的问题，同时IPv6在解决服务质量QoS、网络安全性和移动性等方面有明显优势，所以互联网从IPv4向IPv6发展是必然趋势。

要实现平稳过渡必须保证几个原则：（1）现有的IPv4网络可以在任何时候升级，不受其他网络升级与否的影响；（2）新的IPv6网络可以在任何时候加入，不影响现有网络的使用；（3）现有网络可以继续使用，即使升级也只需要做很少的设备改动。

1 常用的过渡技术介绍

由于目前的网络仍然以IPv4为主，所以过渡技术的重点是研究怎样将IPv6技术合理融入到IPv4网络中。目前主要的过渡机制包括双栈技术、隧道技术和协议地址转换技术。

1.1 双协议栈（Dual Stack）技术

双协议栈技术是指在网络节点和终端设备上既运行IPv4又运行IPv6的协议栈，从而实现两种网络节点间的正常通信。由于IPv4与IPv6都是网络层协议，功能及应用都十分相似，属于同一物理平台，基于传输层的TCP协议和UDP协议也是完全相同的，因此IPv4和IPv6协议是完全可以在同一主机上来实现的。

双协议栈技术的工作机制为：数据链路层接收到数据包，解析数据包并检查包头，如果IPv4/IPv6包头中的第一个字段，即IP包的版本号是4，该包就由IPv4的协议栈来处理；如果版本号是6，则由IPv6的协议栈处理。

双协议栈技术的优点是互通性好、网络规划简单、网络结构易于理解等，同时在IPv6网络中可以充分发挥IPv6协议的所有优点（如服务质量QoS、路由约束、移动性和安全性等方面）。缺点是新的IPv6协议的网络设备和终端仍然要占用IPv4地址，不能彻底解决IPv4地址短缺问题。

1.2 隧道技术（Tunnel）

隧道技术（tunnel）提供了一种利用现有的IPv4网络来传输IPv6数据的方法。该技术主要要求隧道两端的节点都必须支持IPv4和IPv6两种协议，路由器也要支持双栈，既能解析转发IPv4数据包也能解析转发IPv6数据包。数据包的传送分为三个阶段：封装、隧道管理和解封，即将IPv6数据包封装在IPv4数据包内，由IPv4网络传输，到达隧道端点后解封还原为IPv6数据包（或反过来由IPv4～IPv6）。它可以应用在IPv6孤岛网络向IPv4网络传输数据，或者在IPv6网络中有IPv4小孤岛间传输数据的情况。隧道技术是目前使用最广泛的过渡技术。

在实践中隧道技术又分为：手工配置隧道、自动配置隧道、6to4隧道、6over4隧道、ISATAP站内自动隧道寻址协议，分别应用于不同的情况。

隧道技术最大优点在于只需要对隧道的入口和出口进行修改，对网络其他部分没有特殊要求，因此比较容易实现；但其不足之处是不能实现两种协议主机之间的直接通信。由于目前的网络主要以IPv4为主，所以隧道技术主要实现了在IPv4数据包中封装IPv6数据包，相信随着IPv6技术的发展和广泛应用，将来也会实现在IPv6数据包中封装IPv4数据包的隧道技术。

1.3 NAT—PT技术

NAT—PT是附带协议转换器的网络地址转换器。NAT是允许一个机构以一个地址连接入网络，主要是为了解决IP地址紧缺的问题，NAT—PT是利用SIIT技术的工作机制和传统的IPv4下的NAT技术，通过识别数据包的报文头为访问IPv4节点的IPv6节点分配IPv4地址，并通过与应用层网关（ALG）相结合，实现了纯IPv6的主机和纯IPv4的主机间大部分应用的相互通信。NAT—PT技术根据内部地址与外部地址的映射关系又分为静态映射、动态映射和端口地址映射（NAPT-PT）三种模式，无论哪种模式，原有的IPv4网络和IPv6网络都不需要做什么改动，只需要在网络中增加一个专门的网关服务器，所有的地址、协议转换工作都由该网关服务器来完成。NAT-PT是一种纯IPv6节点和纯IPv4节点间的互通方式，网关服务器作为重要的通信设备，可在IPv4和IPv6之间转换数据包的IP报头地址，并构建新的数据包，从而实现纯IPv4和纯IPv6站点之间能够透明通信。

NAT—PT技术的优点是不需要对现有的IPv4网络和IPv6网络进行升级，只需要增加专门的网关服务器，从而节约了大量的资金。缺点是实现方法复杂，网络设备在处理协议转换、地址转换时负荷较大，一般是在其他互连方式无法实现的情况下使用该方法。

2 结论

IPv6网络作为IPv4网络的升级，不仅解决了IPv4网络所面临的各种问题，而且在网络安全、网络质量、数据多播、移动性等方面都做了改进，是未来网络的发展方向。但由于两种网络的不兼容，并且目前IPv4网络拥有大量的用户和网络设备，完全抛弃现有的网络是不可能的，而且在过渡初期IPv6网络节点也是在逐渐地增加并加入到互联网，因此IPv6网络不可能在短时间内替代IPv4网络。探讨如何在保证现有网络正常运行的情况下实现IPv6的平稳过渡就成了人们研究的重点。双协议栈和隧道技术具有简单易操作性，是目前常用的两种过渡技术，其他过渡技术作为某种特殊场合的特殊应用，这几种过渡方式各有优缺点，分别适用于不同的环境。网络运营商和使用单位可以根据自身的实际情况选择性的使用某种技术。

参考文献

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[2]周逊.IPv6—下一代网络的核心[M].北京：电子工业出版社，2003.

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