IPv4向IPv6过渡技术的研究

范玉宇

摘 要：本文首先探讨了IPv4向IPv6下一代网络演进过渡的必要性和协议过渡的基本原则。然后对双栈技术、隧道技术、翻译技术等各种过渡技术的详细介绍，比较各自的优劣及其适用范围。又对IPv4向IPv6过渡的场景和步骤进行分析，阐述了过渡时期策略选择的实时性和复杂性。展望IP互联网技术的发展未来，以平滑稳健的IPv4/IPv6过渡技术向下一代网络体系演进。

关键词：IPv6；过渡技术；下一代互联网

中图分类号：TP393.04

1 IPv4向IPv6过渡的必要性

随着互联网技术的飞速发展，用户量和网络规模都在以几何方式骤增，32位的IPv4地址资源日趋枯竭。随着互联网应用的发展，IPv4协议也逐步暴露出其固有的缺点：庞大的路由表、支持移动性不足、信息安全保障有限、QOS问题等都亟待解决。而IPv6协议在设计过程中就综合考虑了以上这些因素，相比IPv4，不仅IPv6将地址扩充到128位，还拥有更强的安全性，以及对网络移动性的支持。因此，在互联网不远的未来，IPv6协议必将最终取代IPv4协议。然而如何从IPv4平滑、高效、稳健地过渡到IPv6网络，在技术、实施的各个环节中，都需要认真全面的加以考量。

2 IPv4向IPv6过渡的基本原则

由于互联网网络系统的庞大与其架构的复杂性，要从纯IPv4网络完全过渡到纯IPv6网络，还需要相当长的一段时间，在这段时间里，网络上需要IPv4和IPv6共存。因而，在过渡期间，需要遵循一定的原则：（1）现有的主机可在任何时候升级，与其他主机、路由器的升级是完全独立的。（2）仅使用IPv6协议的新主机可以在任何时间加入网络，完全不受其他主机、路由器网络结构影响。（3）现有的IPv4主机在安装了IPv6的协议之后，仍能继续使用原有的IPv4地址。（4）可用比较简单的方式，将现有的IPv4节点升级至IPv6；用较少的准备就能部署新的IPv6节点。

3 IPv4向IPv6过渡的各种技术分析

要实现IPv4向IPv6的过渡，主要涉及三大类别的技术：双栈技术、隧道技术和翻译技术。

3.1 双栈技术。双栈技术定义于RFC4213中，指在主机终端和通信网络上的每个网元节点都同时支持和配置IPv4和IPv6的两个协议栈，每个协议栈分别处理各自的数据包，实现IPv4或IPv6节点间通信。每个通信节点既分配IPv4地址，也分配IPv6地址。双栈技术对网络设备的要求比较高，双路由配置，增加网络的复杂度，提供完全IPV6兼容，但无法解决IPv4地址耗尽的问题。双栈技术是IPv4与IPv6节点兼容最直接的方式，也是其他过度技术的基础，目前广泛地应用于互联网早期变迁过程之中。

3.2 隧道技术。隧道技术是用一种协议传输另一种协议数据的技术，隧道技术只要求隧道两端的设备支持两个协议，它提供了一种用IPv4路由传输IPv6数据的方法。它又分为手工配置隧道、自动配置隧道。手工配置隧道技术，隧道是手工配置建立的，类似虚拟的点到点连接，在隧道两端人工配置单向隧道或者是双向隧道，在入口网元处把IPv6分组封装到IPv4分组中，在出口网元进行解封，还原数据，从而实现IPv6通过IPv4网络连接；自动隧道的拆除和建立都是动态的。它的出口地址由分组数据中的目的地址来决定。由其查找隧道终点方式的不同，又可分为自动配置隧道、6over4隧道和6to4隧道。隧道技术的优点在于它的透明性，IPV6主机之间可以忽略隧道的存在，而且隧道技术只对入口、出口设备进行改动，对网络其他部分没有要求，技术实现容易，但它只能解决IPv6节点间通信，仍不能解决IPv6与IPv4节点间通信的问题。这种技术适用于初期流量小、IPv6孤岛之间互通的场景。

3.3 翻译技术。为解决IPv6与IPv4网络资源互访问题，产生了翻译（协议转换）技术，将IPv4分组与IPv6分组相互转换，来实现不同协议应用之间的相互访问。其中主要包括SIIT和NAT-PT技术。（1）SIIT（无类IP/ICMP翻译技术）是IPv6/ICMPv6分组与IP/ICMPv4分组之间相互转换的算法。这种算法面向分组，无需保留每个连接的状态信息。（2）NAT-PT技术将IPv4地址NAT技术、SIIT技术、以及各种ALT技术相结合，通过NAT技术给IPv6主机动态分配IPv4地址进行地址翻译、ALG技术用于所传送数据中携带的网络地址（如DNS等）。

翻译技术的优点是实现了IPv6与IPv4的互通，以及对现有IPv4资源的共享。缺点是破坏了网络端到端的透明性。

4 IPv4向IPv6过渡场景与步骤

从IPv4向IPv6过渡是一个长期共存的过程。无論何种过渡技术，都不能通过单一方法实现IPv4向IPv6的过渡和转换。在不同的应用场景下，需要各种技术组合使用，逐步达到过渡的目的。在实际网络中，需要结合实际情况，综合考虑应用场景变换问题，制定合适的网络过渡策略。

从IPv4到IPv6协议的过渡的场景主要有以下几种：

4.1 IPv4 NAT及NAT444阶段。在这个阶段，由于IPv4地址的逐渐短缺，从用户侧使用NAT进行地址转换，发展到运营商网络使用NAT技术进行二次转换（NAT444），即双层NAT。主要是通过私网地址、端口复用暂时解决IPv4资源紧张的问题。

4.2 纯IPv6接入初期阶段。在这个阶段，出现了纯IPv6用户接入的场景，用户接入侧是纯IPv6，运营商支持IPv4和IPv6的网络。此时的目标是保持IPv4的后向兼容性，使用户仍然能够将IPv4的应用接入纯IPv6网络之中。

4.3 纯IPv6接入中期阶段。在这个阶段，随着IPv6的进一步发展，操作系统以及应用程序对IPv6的支持都有了较好的提升，用户开始转向使用纯IPv6的应用，用户端出现了较多的纯IPv6的主机，此时，IPv6的服务还较为有限， IPv4的服务依然存在，用户仍需通过IPv6的应用来访问IPv4的服务。

4.4 IPv6普及发展阶段。在此时，IPv6已较为普及，用户及网络侧都已经基本升级到纯IPv6的环境时，此时还存在少量IPv4服务。

综上所述，在向IPv6过渡的初期阶段，主要问题怎样使用户能够在IPv6的接入环境中无缝使用IPv4的应用与服务。从IPv4到IPv6协议的过渡，总体包括以下步骤：（1）网络中从各类路由器、网络服务器、应用服务器、和各种服务终端系统、到用户端全面支持IPv6协议，并逐步开启并全面应用该协议。（2）在网络中逐步关闭IPv4协议，使对IPV4的支持渐渐减少，直至停止。

目前国内运营商大部分城域网络正在或即将进行第一步骤的初步实施过程中。

5 结束语

在IPv4向IPv6过渡的过程中，如何是网络平滑过渡是尤为重要的问题。在网络过渡的不同时期，采取何种过渡方式实现对网络资源的有效访问，是能否顺利过渡的关键因素。不同的过渡技术与策略各有优劣，我们需要根据具体情况应用，在不同阶段合理选择组合不同的技术和过渡策略，以最小的代价实现IPv4网络向IPv6网络的平稳过渡。

参考文献：

[1]孙静文，孙琪，吴鹏.IPv6过渡技术场景分析[J].中兴通信技术，2013（02）.

[2]张媛.IPV4/IPV6过渡技术及其安全性研究[D].南京师范大学，2011.

[3]张云勇，刘韵洁，张智江.基于IPv6的下一代互联网[M].北京：电子工业出版社，2008.

作者单位：中国联通北京市分公司网管中心，北京 100029