IPv6几种过渡技术.doc

IPv6过渡技术分析蒋鹏 胡锡梅 王福明（1.中北大学 信息与通信工程学院，山西 太原 030051；2.）摘 要：随着现代技术的飞速发展，国际互联网已经广泛应用到各个领域。现阶段使用的协议IPv4已不能满足时代的发展，其定义的IPv4地址早在2011年2月4日分配完毕。新一代地址协议IPv6取代旧地址协议是必然的的趋势，但要完成从IPv4到IPv6的过渡将是一个渐进的长期的过程。在这个过程中出现了许多中过渡技术，本文主要分析并比较双栈技术、隧道技术和转换机制这三种主要技术的优略。关键字：IPv6；双栈技术；隧道技术；转换机制；Abstract：Along with development of modern technology,Internet has been widely applied to various fields.IPv4 protocol used at the present stage can not satisfaction the development of the times,The definition of IPv4 addresses as early as February 4,2011 allocated. New generation protocol IPv6 address instead of the old address protocol is an inevitable trend. But to complete the transition from IPv4to IPv6 will be a gradual long-term process.In this process produced a number of technical. this article analyzes and compares advantages and shortcomings of three main technical Dual Stack,Technology of Tunneling and Conversion mechanism.Key words：IPv6；Dual Stack；Technology of Tunneling；Conversion mechanism1. 双栈技术双栈技术是指在一个系统中同时使用IPv4/IPv6两个可以并行工作的协议栈。它的工作原理是：由于IPv6和IPv4都属于TCP/IP体系结构中的网络协议而且都基于相同的物理平台，在其上的传输协议TCP和UDP没有任何区别，只是针对不同的数据包采用不同的协议栈。双IP层结构如图（1），双栈路由器的结构如图（2）所示应用程序TCP/UDP协议IPv4协议IPv6协议物理网络图（1）：双IP层结构RIPBGP4RIPngBGP4+TCP/IP协议IPv4协议IPv6协议物理网络图（2）双栈路由器结构双栈协议技术的优点是：互通性好，易于理解；缺点是需要给每个运行的IPv6协议的网络设备和终端分配IPv4地址，无法解决IP地址匮乏的问题。这种技术只适用于IPv6建网初期。2. 隧道技术隧道技术是指一个节点或网络通过报文封装的形式，连接被其他类型的网络分隔但属于同一类型的节点或网络的技术。通俗的来讲就是用现有的IPv4路由体系来传输IPv6分组。隧道入口和出口是隧道的两个端点，他们可以是路由器，也可以是主机，但必须是具备双栈技术的节点。随着IPv6网络的发展，出现了相互独立的IPv6网络，隧道技术是连接IPv6单独网络的主要手段。图（3）表示了IPv6经过IPv4隧道传输。其隧道技术的工作原理是：隧道入口节点把IPv6数据包封装在IPv4数据包中，IPv4数据包的源地址和目的地址分别为两端节点的IPv4地址，封装后的数据包经过IPv4网络传输到达隧道出口节点后解封还原为IPv6数据包，在送往目的地。其机制就是一种封装与解封装的过程。从本质上看，隧道技术只是把IPv4网络作为一种传输介质。图（3）IPv6由IPv4隧道传输隧道技术分为配置隧道，自动隧道和基于MPLS（Multi-Protocol Label Switching）的隧道三种类型。其中配置隧道主要有IPv6配置隧道和GRE（Generic Routing Encapsulation）over IPv4隧道。自动隧道主要有6 to 4，IPv4兼容IPv6自动隧道技术，6 over 4，ISATAP（Intra-Site Automatic Tunnel Addressing Protocol），隧道代理等。基于MPLS的隧道主要有CE（Customer Edge router）-to-CE IPv4/IPv6隧道，基于MPLS二层的VPN（Virtual Private Network）隧道，在PE（Provider Edge router）路由器上采用IPv6。 由于MPLS在IPv4上已经应用得比较成熟，因而利用现有的IPv4MPLS骨干网向IPv6过渡也将是实现IPv4向IPv6过渡的一个重要途径，在MPLS过渡技术中的有三种过渡技术：CE-to-CE IPv4/IPv6隧道、基于MPLS二层的VPN隧道技术和在PE路由器上采用IPv6。其中CE-to-CE IPv4/IPv6隧道和基于MPLS二层的VPN隧道技术不能实现IPv4网络和IPv6网络之间的互通。只适用于网络过渡初期，其使用价值不高，在这里不再介绍。我们就着重介绍下基于IPv6的MPLS的常用过渡技术：在PE路由器上采用IPv6。在在PE路由器上采用IPv6需要将PE路由器升级为支持双栈功能，不需要升级运行商的核心网，这种方案常称为6PE（Connecting IPv6 Islands over IPv4 MPLS Using IPv6 Provider Edge Routers）技术。6PE的隧道技术利用现成的IPv4MPLS隧道，参考了BGP（Border Gateway Protocol）/MPLS VPN的技术原理，在PE设备之间建立IPv4的多协议BGP 对等体，跨越IPv4MPLS网络，在PE设备之间分发IPv6站点内的IPv6路由，数据报文在IPv4MPLS网络中使用顶层的IPv4NPLS标签进行转发。实现IPv6孤岛间的互通。其网络拓扑如图（4）所示。 图（4）6PE技术的网络拓扑3. 转换机制技术转换机制技术是解决纯IPv6节点如何访问IPv4节点以及纯IPv4节点如何访问纯IPv6节点。转换机制根据协议转换在网络中的位置，可以分为网络层协议转换，传输层协议转换和应用层协议转换等三类。（1）使用网络层协议转换的技术主要有： 无状态的IP/ICMP（Internet control message protocol）协议转换SIIT（Stateless IP/ICMP Translation） 网络地址转换与协议转换NAT-PT（NetworkAddress Translation-Protocol Translation ） BIS(Bump in the Stack)（2）使用传输层协议转换的主要技术有： 传输层中继转换TRT（Transport Relay Translator）（3）使用应用层休矣转换的主要技术有 SOCKS 64（Socket Security 64） BIA（Bump in the API）在上述的转换机制技术中，最常用最基础的技术就是NAT-PT，接下来我们对该技术做以介绍。NAT-PT技术通过SIIT协议转换技和IPv4网络中的动态地址转换技术与应用层网关相结合，实现纯IPv4节点与纯点问的通信,其网络结构如图（5）所示。NAT-PT作为通信的中间设备，可在IPv4与IPv6网络间转换IP报头的地址（NAT）。同时根据协议不同对分组做出相应的语义翻译(PT)，从而使纯IPv4与纯IPv6节点问进行透明的通信。也允许不支持IPv6的应用程序透明地访问纯IPv6节点，但该机制适用于过渡的初始阶段。图（5）NAT-PT技术网络结构4. 三种过渡技术分析经过前面的介绍大家已经对现有的IPv6过渡技术有了初步的认识，他们各自都有自己的优点和不足，在具体的环境中，必须根据特定的网络来加以选择。有时，这些技术也已可相互配合使用。根据现阶段网络的发展，操作系统和网络设备都在逐步支持双栈协议，在IPv4/IPv6共存的过渡时期双栈协议技术是最主要的技术，运用的也非常广泛。双栈协议技术需要为网络上的每个节点分配一个IPv4和一个IPv6地址。其优点是不需要购置专门的IPv6设备，节省了硬件投资。其缺点在于节点或路由器等网络设备必须维护和运行两个独立的协议栈，增加了系统的复杂性，而且这种技术只适用于还有能用的IPv4地址的IPv6网络建设初期，如果发展到IPv6的某个阶段，要为每个节点或路由器分配一个IPv4的全局地址将十分困难。所以双栈协议技术受限于IPv4地址，在IP地址匮乏的今天，这种过渡技术在未来将很难实现。隧道技术的实质就是把IPv4网络作为一种承载IPv6信息的传输介质。其优点是不需要大量的IPv6专用路由器设备和专用链路，可以有效地降低成本。其缺点在于隧道数量增多的过程中，在IPv4网络上配置隧道是个比较繁琐的过程，随着IPv6网络的发展，隧道技术会出现IPv4和IPv6流量相互竞争，迁回路由的情况，对于已经发展相对成熟的IPv4网络会产生一种恶劣的影响，也只适用于IPv6网络发展的初期。转换机制技术实现了只安装了IPv4主机和只安装了IPv6主机间的大部分应用通信，是一种纯IPv4和纯IPv6节点之间的互通方式。其优点是不需要对IPv4IPv6节点进行升级改造。其缺点在于IPv4节点访问IPv6节点的实现方法比较复杂，网络设备进行协议转换地址转换的处理开销较大，在拓扑结构上要求一次会话中所有报文的转换在同一个路由器上，在转换的过程中存在一些协议字段不能完全保持原有的含义，另外在端到端的安全性上缺乏保障。5. 总结到目前为止，还没有一种过渡技术适用于所有网络，都只适用于各自特定的网络环境。在建设IPv6网络的过程中，我们需要考虑使用的环境，选择适用的过渡