IPv4是目前Internet的最大支撐。IPv4地址匱乏的問題眾所周知, 只有40億左右各可用的IP地址, 人均還不到1個IP。IPv6采用128位編址方式, 提供了個IP地址, 每個人可以分配個IP地址。IPv6的編址方式帶來了幾乎無窮無盡的可用的地址, 為新興的各種互聯網應用提供了有效的解決方案, 從而推動整個網絡不斷向IPv6過渡和轉換。
幾乎現有的每個網絡終端、網絡互聯設備都支持IPv4;部分設備支持IPv6, 但是卻沒有開啟IPv6應用;只有很少的一部分設備以IPv6方式在運行。因此要想一夜間就完成所有設備從IPv4到IPv6的轉換是不切實際的?？梢灶A見, IPv4向IPv6的過渡需要相當長的時間才能完成。在IPv4向IPv6過渡過程中可能需要的各種問題需要提前進行分析, 并給出相應的解決方案。常見的過渡技術有如下幾種。
1 雙協議棧技術
IPv6和IPv4是功能相似的網絡層協議IPv6是在IPv4的基礎上發展起來的。兩者都可以基于TCP/IP協議棧結構進行運作可以享用相同的物理層、數據鏈路層, 高一層次的傳輸層協議TCP和UDP也是沒有任何區別。雙協議棧技術的工作機理:如果一臺設備同時運行IPv4和IPv6兩種協議, 那么該設備既能通過IPv4協議訪問IPv4網絡, 又能通過IPv6協議訪問IPv6網絡。
對于主機而言, “雙棧”是指可以按照需求對應用層生成的數據報文進行IPv4或者IPv6封裝;對于網絡設備如路由器來講“雙棧”是指在設備中同時維護IPv4和IPv6兩套路由表, 使得設備既能與IPv4主機也能與IPv6主機通信, 分別支持獨立的IPv4和IPv6路由協議;IPv4和IPv6路由信息按照各自的路由協議進行運作。
雙棧方案的優點是:概念清晰, 網絡規劃比較簡單, 在IPv6邏輯網絡中可以充分發揮IPv6協議的優點 (如安全性、路由約束等) 。但是雙棧方案也存在以下缺點:因為設備不但支持IPv4路由協議, 而且支持IPv6路由協議, 這就要求其必須同時維護大量的協議和數據, 對網絡設備的性能要求較高;另外, 網絡升級將涉及到網絡中的所有網絡設備, 投資較大、建設周期也比較長。
2 隧道技術
隨著IPv6網絡的發展, 出現了許多局部的IPv6網絡, 即IPv6孤島, 這些網絡內部不再運行IPv4協議, 由于這些IPv6網絡都是處于孤立狀態, 那么它們之間必須通過IPv4骨干網絡才能實現互聯。隧道技術可以較便捷實現以上功能, 是IPv4向IPv6過渡的過程中廣泛采用的技術。
隧道主要是在路由器上建立的;路由器上隧道接口的目的地址和源地址都采用IPv4地址, 隧道的入口、出口設備都必須同時支持IPv6和IPv4。路由器將IPv6的分組報文封裝入IPv4報文中, 發送到IPv4隧道中, 在隧道的出口處, 再將IPv6分組取出來再根據路由表信息轉發給最終目的設備。隧道技術只需要在隧道的入口和出口進行報文的修改, 主要是封裝和解封裝, 對隧道所經設備沒有特別要求, 因而非常容易實現。此外, 隧道也可以在路由器和主機之間建立, 這時候, 主機就等同于路由器了。
在實踐中, 根據隧道建立的方式不同, 隧道技術可分為:構造隧道、自動配置隧道、組播隧道以及IPv6to IPv4隧道。根據隧道節點的組成情況, 隧道可分為以下4種類型:路由器-路由器隧道、路由器-主機隧道、主機-主機隧道、主機-路由器隧道。
隧道方案能夠充分利用現有的網絡資源, 因此在過渡初期是一種不錯的選擇。但是, 因為數據報文在隧道的入口會被拆分, 在隧道出口處會進行重組, 這增加了隧道出入口的實現難度, 不利于大規模的組網應用。
此外需要注意的是:隧道技術只是一種報文轉發技術, 對轉發的原始報文不做修改的, 所以不能實現IPv4主機與IPv6主機的直接通信。
3 網絡地址轉換/協議轉換技術
隧道技術一般用于IPv6 (或IPv4) 節點間的互相通信, 而對于IPv4和IPv6節點間的通信, 需要采用對IPv4和IPv6報文進行語法和語義轉換的NAT技術。其工作原理如下:當IPv6網絡中有IPv6報文發給網關時, 網關將其轉化成IPv4報文發向IPv4網絡;反過來當IPv4網絡中有報文要發送時, 網關就將其轉化成IPv6報文發向IPv6網絡。轉化網關需要維護一個IPv4和IPv6地址的映射表。在IP協議基礎上利用端口號信息, 就可以實現NAT, 這同目前IPv4環境下的NAT沒有本質上的區別。
對應協議的轉換類型可以分為兩種, 一種是IPv4與IPv6網絡層的轉換, 另一種是IPv4應用層與IPv6應用層之間的轉換。前者主要是通過NAT技術實現的, 后者主要通過應用代理網關 (ALG) 來實現。
地址、協議轉換技術的優點主要是不需要進行IPv4、IPv6節點的升級改造, 缺點是IPv4節點訪問IPv6節點的實現方式比較復雜, 網絡設備進行協議轉換、地址轉換的處理開銷較大。
目前這一方面最新研究成果是中國CNGI-CERNET2 IPv6過渡技術研究組提出的IPv4和IPv6的轉換技術一一IVI。通過這種轉換技術, IPv6主機可以透明地訪問IPv4網絡, IPv4主機可以有條件地訪問IPv6網絡。IVI轉換類型可以分為無狀態的一對一轉換和有狀態的一對N轉換兩種。IVI支持一對一的無狀態地址轉換, 即通過一段特殊的IPv6地址和IPv4地址進行一一映射, 可以同時支持IPv4和IPv6發起的通信。IVI網關能夠通過IPv4和IPv6的一對一的映射直接找到對應的地址, 從而大大減輕網關設備的負擔和效率。IVI還支持一對N的有狀態地址轉換, 也可以實現IPv4地址的復用和IPv6對IPv4地址的單向互通。
相比雙?；蛩淼赖冗^渡技術, IVI為向IPV6轉換提供了一條簡單和現實的路徑:既高效地解決了IPV6網絡對IPv4網絡海量資源的利用難題, 又大大減少了雙棧設備的維護費用。
4 結語
I P v 4協議本身的局限性注定了當前的Internet會逐漸、平穩地過渡到以IPv6為核心的新一代互聯網上, 其過渡演變過程也一定是漫長的。整個過渡呈現出先邊緣后核心的趨勢, 即先行升級轉換的都是一些小型的邊緣網絡, 然后才是大型的核心網絡, 最后是全網向IPv6轉換。在不同的過渡階段、不同的網絡環境中需要采用不同的過渡技術和轉換機制, 才能以較小的成本實現Internet從IPv4向I P v 6網絡的順利過渡。
摘要：IPv4向IPv6轉換過渡過程中需要面臨的問題, 并對常見的過渡技術進行了分析。
關鍵詞：IPv6,雙棧,隧道,IVI