IPv4网络技术的变革研究

谢　铮

（济南第三职业中等专业学校，山东 济南 250001）

IPv4网络技术的变革研究

谢铮

（济南第三职业中等专业学校，山东 济南 250001）

随着网络信息技术的不断发展，IPv4网络因为协议本身的一些缺陷，正逐渐被IPv6网络所替代。在IPv4向IPv6网络迁移的过程中，出现了很多网络迁移技术，主要包括双栈技术、隧道技术、NAT-PT技术。目前双栈技术各大运营商作为主要迁移技术，基于双栈协议的网络平台部署可实现IPv4向IPv6的平滑过渡，保障网络资源的高可用性。

摘要：IPv4；IPv6；NAT-PT技术

随着社会的飞速发展，信息科学技术取得长足的进步，网络发展至今还是以IPv4协议为主的。在网络发展初期的时候人们制定了那时被认为是完美的IPv4协议，可是完全没有意料到网络会发展得这么迅速，规模呈几何式增加。所以IPv4在现在的网络中有存在着应用严重不足、地址空间缺乏、服务质量较低、安全性不高和管理不灵活等许多缺点。

1　IPv4的不足

IPv4是网际协议的第四个版本，是现今互联网技术的基石协议。虽然IPv4被无数实践证明是可交互、可靠和易于实现的，并且经受了各式各样的考验，但随着时代变化IP网络的高速发展，当初设计的IPv4面对现今的实际情况，有以下几个问题无法解决。

（1）IPv4地址空间面临枯竭。互联网从它诞生到现在的几十年间取得了爆炸似的发展，特别是在过去的十几年间，连接到互联网的电脑和网络设备呈几何数量增加，大量的IP地址被分配了，现在的IP地址相当匮乏已经基本没有了。IP地址长度是32位，那么IPv4的地址空间中就有大约40亿的地址，有些人可能会认为互联网可以轻易容纳数亿主机，至少在未来的几年内可以满足对IP地址的需求，但实际来看现在的IP地址已经分配完了，基本没有可用的IP地址了。

（2）在骨干级路由器的路由表项太多。由于IPv4发展初期没有规划分配，造成了现在许多分配的IPv4地址块是不连续的，无法在互联网的骨干路由器上进行比较有效的聚合路由。后来人们意识到的时候采用了CIDR，以及回收再分配IPv4地址等方法有效抑制了全球IPv4 BGP路由表的线性增长，但是仍然解决不了问题，逐渐增多的路由表耗用内存增多，对网络设备成本和效率产生了很大的影响。

（3）地址结构不合理。IPv4地址采用的A，B，C，D和E这5类地址分类的结构本身就不是很合理，有一些缺陷，无法更有效地利用地址资源。如果一个组织分配一个A类地址就浪费了大量的地址空间，分配一个C类地址又面临地址空间不足的问题，D类和E类地址都无法利用。虽然通过了VLSM和CIDR来弥补，但是使得路由表和路由策略相当复杂，严重影响了路由效率。

（4）配置复杂。目前大部分的IPv4的实现方案需要手动配置，或通过一些地址配置协议进行配置，如动态主机配置协议（Dynamic Host Confguration Protocol，DHCP），随着使用IP的设备越来越多，对不依靠DHCP的基础结构管理配置和更简单而自动化的地址配置有着迫切的需求。

（5）服务质量差。IPv4属于无连接协议，它本身就是不可靠的。虽然后来IPv4有了服务质量标准，但是实时通信比较依赖IPv4的服务类型（TOS）字段和负载的标识，它们一般是使用用户数据报协议（User Datagram Protocol，UDP）和传输控制协议（Transmission Control Protocol，TCP）端口。但IPv4的TOS字段功能有限，负载标识加密后无法使用UDP和TCP端口。

（6）不支持端到端的安全。IPv4虽然有IPsec的可选项，但大多数节点都不支持IPsec，所以IPv4的安全性很差。

2　IPv6的优点

IPv6是下一代互联网技术的基石协议，在设计的时候除了完全解决了地址匮乏的问题外，还作了一些改进，解决了IPv4解决不了的一些问题，主要有以下改进：

（1）扩展了路由和寻址的能力。IPv6的地址长度从IPv4的32位增加到了现在的128位，这样就有了比以前更大的地址空间了，有了如此多的IP在未来也许就不会缺乏地址了。

（2）报头格式的简化。IPv6报头格式中处理了IPv4中的一些冗余的域要么被丢弃掉，要么被列为IPv6的扩展报头，这样就大大降低了报头带宽和对包处理的开销了。虽然IPv6的地址长度是IPv4地址长度的4倍，但是IPv6的报头只有IPv4的2倍。

（3）对可选项更大的支持。在IPv6中可选项是单独的一个个扩展头部而不会把它放入报头中。一般扩展头部不会被路由器打开处理，当然那是没有指定路由器的情况下，这样路由性能就得到了很大的改变。

（4）QoS的功能。人们不仅仅能够通过互联网来获取各种各样的信息，还可以缩短大家的距离进行一些网上的娱乐。虽然现在互联网上的VOD非常火热，但是大多数商家还没有达到VOD的水平，而且没有办法在广域网上实现。

（5）身份验证和保密。IPv6在身份验证、保密性和数据一致性的方面有着很好的机制，所以用户在IPv6网络使用中，可以加密网络层的数据和校验IP报文进，这使网络安全得到了大大的增强。

3　怎样将IPv4过渡到IPv6

3.1 双栈技术

双栈技术是现在由IPv4过渡到IPv6的一种最实际、简单、易实现的技术。在既支持IPv4又支持IPv6的协议栈的网络节点中由源节点来选择与目的节点相同的协议栈，而网络设备处理转发报文时就根据报文的协议类型来选择相应的协议。

3.2 隧道技术

隧道技术是通过封装一种协议到另外一种协议中来传输的一种技术。隧道技术只是要求隧道两边节点的网络设备能够支持这两种协议。把IPv6报文封装在IPv4报文之中就穿越现在的IPv4网络了，连通了现在比较零散独立的IPv6网络，实现了对IPv6报文的透明传输。IPv6节点就像海中的孤岛，大海就是IPv4网络，用像船的IPv4就能够把所有的孤岛连接起来了，这就是IPv6穿越IPv4的隧道技术了。

3.3 NAT-PT技术

NAT-PT技术就是把IPv4网络中动态地址转换技术和SIIT协议转换技术结合起来的一种技术。它使只支持IPv6协议的主机能够连接只支持IPv4协议的主机与之进行通信交换信息，而IPv6报文和IPv4报文两者之间的相互转换由在IPv4和IPv6网络边缘的一个设备实现。NAT-PT技术能动态地给访问IPv4网络节点的IPv6网络节点分配IPv4地址，这是因为它在利用了传统的IPv4下的NAT技术的同时，又合理运用了SIIT技术的工作机制，这样就使得IPv4地址池规模在SIIT技术中全局没有了限制。

3.4 地址技术

现在使用的IPv6地址一般是由64位的前缀和EUI-64构成的。EUI-64就是电气和电子工程师协会定义64位EUI-64地址。将EUI-64地址指派给网络适配器或由IEEE802地址派生得到该地址。EUI-64构造方法是以太网地址的组织唯一标识符（Organizationally Unique Identifier，OUI）部分（即前3个字节）构成EUI-64的company_id部分（即前3字节），而在EUI的第四和第五个字节取得16进制的固定值FFFE。EUI-64剩下的3个字节是把太网地址最尾的3个字节填充进去，通过将EUI-64的“全球/本地”位取反就得到了接口标识。

3.5 路由技术

路由技术是指分组在发往下一个设备进行路由的选择时，使用的算法和在互联网中进行路由选择的一些协议。路由技术中有静态和动态的路由选择算法，还有分布式的路由协议如RIP，分层式的路由协议如OSPF，IS-IS和BGP等。IPv6越来越受到人们的重视，目前已经有了相对成熟的Pv6技术和标准，许多国家都建立了多个规模多样的IPv6实验网，IPv6网络的设备也渐渐地成熟了。随着现代社会的进步发展和大量科学技术的革新，人们对互联网有了更高的需求，所以由IPv6取代IPv4位置引领下一代互联网技术的发展是必然的大趋势。

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Study on reform of IPv4 network technology

Xie Zheng
（Ji'nan Third Vocational Secondary School， Ji'nan 250001， China）

With the continuous development of network information technology， IPv4 network because of some defects in the agreement itself， which is gradually being replaced by the IPv6 network. In the process of migrating IPv4 to IPv6 network， a lot of network migration technique appeared， including dual stack technology， tunnel technology and NAT-PT technology. At present， the major migration operators is dual stack technology， network platform based on which deployment can realize the smooth transition from IPv4 to IPv6 ， ensuring the high availability of the cyber source.

IPv4； IPv6； NAT-PT technology

谢铮（1978— ），女 ，山东济南，本科，实验师；研究方向：职业中专及高中的计算机，信息技术教学与电教管理。