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IPv4到IPv6的演進(jìn)策略

2019-11-03 09:01:36
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供稿：網(wǎng)友
唐寧　王璟瑜


　　ipv6自1996年由IETF的RFC2460加以規(guī)范以來，已經(jīng)得到了廣泛的研究和一定的部署。與IPv4相比，IPv6具有許多新的特點(diǎn)，如簡化的IP包頭格式、主機(jī)地址自動(dòng)配置、認(rèn)證和加密以及較強(qiáng)的移動(dòng)支持能力等。對(duì)于運(yùn)營商來說，IPv6比較有吸引力的特點(diǎn)有兩個(gè)：一是IPv6所具有的龐大地址空間，其采用的128位地址格式，如果分配合理，可以滿足目前所有的應(yīng)用地址需求；二是IPv6對(duì)移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)具有較強(qiáng)的支持能力，克服了移動(dòng)IPv4固有的一些缺點(diǎn)，從而成為未來第三代移動(dòng)通信的重要協(xié)議之一。

　　雖然IPv6有眾多IPv4沒有的優(yōu)點(diǎn)，但是從運(yùn)營和實(shí)現(xiàn)的角度來看，從IPv4到IPv6一蹴而就是不可能和不現(xiàn)實(shí)的。本文就從IPv4到IPv6網(wǎng)絡(luò)的過渡問題進(jìn)行分析。

1.兼容IPv4的IPv6地址

　　兼容IPv4的IPv6地址是一種特殊的IPv6單點(diǎn)廣播地址，一個(gè)IPv6節(jié)點(diǎn)與一個(gè)IPv4節(jié)點(diǎn)可以使用這種地址在IPv4網(wǎng)絡(luò)中通信。這種地址是由96個(gè)0加上32位IPv4地址組成的。

2.雙IP協(xié)議棧

　　IPv6和IPv4網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議功能相近，都基于相同的物理平臺(tái)，加載于其上的傳輸層協(xié)議TCP和UDP又沒有任何區(qū)別。由圖1所示的協(xié)議棧結(jié)構(gòu)可以看出，如果一臺(tái)主機(jī)同時(shí)支持IPv6和IPv4兩種協(xié)議，那么該主機(jī)既能與支持IPv4協(xié)議的主機(jī)通信，又能與支持IPv6協(xié)議的主機(jī)通信，這就是雙協(xié)議棧技術(shù)的工作機(jī)理。



　　對(duì)現(xiàn)有路由節(jié)點(diǎn)設(shè)備進(jìn)行升級(jí)，使其成為IPv4/IPv6路由器，這樣IPv6的連接就成為本地鏈路，相當(dāng)于IPv4/IPv6存在于相同的物理網(wǎng)絡(luò)上。目前，凡是運(yùn)行IOS 12.2（1）T的Cisco路由器都支持IPv6，因此這種方式是可行的。雙棧方案需要為網(wǎng)絡(luò)上的每個(gè)節(jié)點(diǎn)（包括主機(jī)和路由器）分配一個(gè)IPv4和一個(gè)IPv6地址。在IPv6網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的初期，由于IPv4地址相對(duì)充足，這種方案的實(shí)施具有可行性。當(dāng)IPv6網(wǎng)絡(luò)發(fā)展到一定階段，為每個(gè)節(jié)點(diǎn)分配兩個(gè)全局地址的方案將很難實(shí)現(xiàn)。

3.隧道技術(shù)

　　所謂隧道，就是在一方將IPv6的包封裝在IPv4包里，然后在目的地將其解封，得到IPv6包。前文已經(jīng)提到，在IPv6的網(wǎng)絡(luò)流行于全球之前，總是有一些網(wǎng)絡(luò)首先具有IPv6的協(xié)議棧，這些網(wǎng)絡(luò)就像IPv4海洋中的小島，隧道就是通過“海底”連接這些小島的通道，因此而得其名。如圖2所示。



　　由于隧道上的鏈路是邏輯的，或稱為虛擬的，因此，這些“小島”互連而成的網(wǎng)絡(luò)就被看作是一個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)。在IPv6 Native Network之間需要通信或IPv6節(jié)點(diǎn)需要與IPv4的節(jié)點(diǎn)通信時(shí)，IPv4協(xié)議就被當(dāng)作IPv6數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊粋€(gè)隧道。通過隧道，IPv6分組被作為無結(jié)構(gòu)、無意義的數(shù)據(jù)封裝在IPv4數(shù)據(jù)報(bào)中，在IPv4網(wǎng)絡(luò)中傳輸。由于IPv4網(wǎng)絡(luò)把IPv6數(shù)據(jù)當(dāng)作無結(jié)構(gòu)、無意義數(shù)據(jù)傳輸，因此不提供幀自標(biāo)識(shí)能力，這樣只有在IPv4連接雙方都同意時(shí)才能交換IPv6分組，否則收方會(huì)將IPv6分組當(dāng)成IPv4分組而造成混亂。網(wǎng)絡(luò)從IPv4向IPv6演進(jìn)的過程就是這些“小島”漸漸擴(kuò)大而成為“大陸”的過程。

　　路由器將IPv6的數(shù)據(jù)分組封裝入IPv4，IPv4分組的源地址和目的地址分別是隧道人口和出口的IPv4地址。在隧道的出口處，再將IPv6分組取出轉(zhuǎn)發(fā)給目的站點(diǎn)。隧道技術(shù)只要求在隧道的入口和出口處進(jìn)行修改，對(duì)其他部分沒有要求，因而非常容易實(shí)現(xiàn)。但是隧道技術(shù)不能實(shí)現(xiàn)IPv4主機(jī)與IPv6主機(jī)的直接通信。

　　隧道方式利用隧道來構(gòu)造大規(guī)模的IPv6網(wǎng)絡(luò)，是目前常用的一種過渡方法。本質(zhì)上，隧道方式只是把IPv4網(wǎng)絡(luò)作為一種傳輸介質(zhì)。在IPv6網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的初期，其網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和業(yè)務(wù)量都較小，這是經(jīng)常采用的連接方式。

4.網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換/協(xié)議轉(zhuǎn)換技術(shù)

　　網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換/協(xié)議轉(zhuǎn)換技術(shù)NAT/PT（Network Address Translation/PRotocol Translation）通過與SlIT（無狀態(tài)IP/ICMP轉(zhuǎn)換）協(xié)議轉(zhuǎn)換和傳統(tǒng)的IPv4下的動(dòng)態(tài)的網(wǎng)絡(luò)地址翻譯（NAT）以及適當(dāng)?shù)膽?yīng)用層網(wǎng)關(guān)（ALG）相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了只安裝IPv6的主機(jī)和只安裝IPv4主機(jī)的大部分應(yīng)用的相互通信。其原理如圖3所示。



　　網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換/協(xié)議轉(zhuǎn)換是一種純IPv4終端和純IPv6終端之間的互通方式，也就是說，原IPv4用戶終端不需要進(jìn)行升級(jí)改造，所有包括地址、協(xié)議在內(nèi)的轉(zhuǎn)換工作都由網(wǎng)絡(luò)設(shè)備來完成。在這種情況下，網(wǎng)關(guān)路由器要向IPv6域中發(fā)布一個(gè)路由前綴PREFIX：：/96，凡是具有該前綴的IPv6包都被送往網(wǎng)關(guān)路由器。網(wǎng)關(guān)路由器為了支持NAT/PT功能，還具有IPv4地址池，在從IPv6向IPv4域中轉(zhuǎn)發(fā)包時(shí)使用（也可以通過端口復(fù)用的方式使多個(gè)IPv6用戶共用一個(gè)IPv4臨時(shí)地址）。此外，網(wǎng)關(guān)路由器支持DNS-ALG（域名系統(tǒng)-應(yīng)用層網(wǎng)關(guān)），在IPv6終端訪問IPv4終端的過程中發(fā)揮作用。采用NAT/PT方式互通時(shí)的系統(tǒng)構(gòu)成如圖4所示。



　　轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)除了要進(jìn)行IPv4地址和IPv6地址轉(zhuǎn)換，還要包括協(xié)議翻譯。轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)作為通信的中間設(shè)備，可在IPv4和IPv6網(wǎng)絡(luò)之間轉(zhuǎn)換IP報(bào)頭的地址，同時(shí)根據(jù)協(xié)議不同對(duì)分組做相應(yīng)的語義翻譯，從而使純IPv4和純IPv6站點(diǎn)之間能夠透明通信。

　　上述技術(shù)很大程度上依賴于從支持IPv4的互聯(lián)網(wǎng)到支持IPv6的互聯(lián)網(wǎng)的轉(zhuǎn)換，我們期待IPv4和IPv6可在這一轉(zhuǎn)換過程中互相兼容。目前，6to4機(jī)制是較為流行的實(shí)現(xiàn)手段之一。轉(zhuǎn)換策略計(jì)劃者考慮的關(guān)鍵問題是當(dāng)使用者對(duì)ISP所提供的基本IPv6傳輸協(xié)議還沒有合理的選擇時(shí)，如何激活I(lǐng)Pv6路由域間的連通性。當(dāng)缺少本地IPv6服務(wù)時(shí)，提供連通性的解決辦法之一是將IPv6的分組封裝到IPv4的分組中。6to4是一種自動(dòng)構(gòu)造隧道的方式，它的好處在于只需要一個(gè)全球惟一的IPv4地址便可使得整個(gè)站點(diǎn)獲得IPv6的連接。在IPv4 NAT協(xié)議中加入對(duì)IPv6和6to4的支持，是一個(gè)很吸引人的過渡方案。

5.基于MPLS的IPv6過渡

　　MPLS是一種使得不同的網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)在同一個(gè)平臺(tái)上統(tǒng)一起來的技術(shù)，它能夠減少網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜度，并兼容主流的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，代表了未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的一種趨勢。目前，使用MPLS的骨干網(wǎng)越來越多，因此必須考慮如何在MPLS上集成IPv6。在MPLS網(wǎng)絡(luò)中，轉(zhuǎn)發(fā)是根據(jù)標(biāo)記進(jìn)行的，這就不需要數(shù)據(jù)層面支持IPv6的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，即無需核心網(wǎng)絡(luò)軟硬件的升級(jí)，只需要邊緣路由具有配置IPv6的能力即可。

　　利用現(xiàn)有的MPLS骨干網(wǎng)向IPv6過渡，是將IPv4升級(jí)/過渡到IPv6的一個(gè)重要途徑，具體的實(shí)現(xiàn)方案有：在CE路由器上配置IPv6隧道；MPLS上的電路透傳IPv6；在PE路由器起用IPv6；Native IPv6 MPLS。

6.專有IPv6網(wǎng)絡(luò)

　　在這種方式中，專用的數(shù)據(jù)鏈路（FR、ATM和SDH等）直連專門的IPv6路由器，IPv6網(wǎng)絡(luò)和IPv4網(wǎng)絡(luò)分別采用獨(dú)立的物理網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)IPv6業(yè)務(wù)量較大且經(jīng)濟(jì)條件允許時(shí)，可在核心骨干網(wǎng)上采用這種方式。

7.策略的選擇

　　建立IPv6網(wǎng)絡(luò)決定于IPv6的業(yè)務(wù)量大小，即IPv6的經(jīng)濟(jì)前景。由于IPv6是逐步發(fā)展的，因此網(wǎng)絡(luò)過渡方案的采用也呈現(xiàn)出一定的階段性。在發(fā)展初期，業(yè)務(wù)量較小，此時(shí)主要偏重于IPv6實(shí)驗(yàn)，因此主要采用隧道技術(shù)，當(dāng)然也不排除其他方案。當(dāng)IPv6發(fā)展到一定階段，其業(yè)務(wù)量有了很大的增長，建立雙棧網(wǎng)絡(luò)甚至專用IR6網(wǎng)絡(luò)是大勢所趨，在這個(gè)過程中，也可能在雙棧網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)MPLS IPv6，從而進(jìn)一步改善其性能。由于雙棧網(wǎng)絡(luò)存在一些缺點(diǎn)，因此建立專用IPv6網(wǎng)絡(luò)可能是較好的選擇，目前國外多傾向于這種方案。將來，IPv6會(huì)占主導(dǎo)地位，這就需要建立純IPv6網(wǎng)絡(luò)，但能否最終到達(dá)這個(gè)階段還取決于IPv6的發(fā)展前景。

　　互聯(lián)網(wǎng)的普及使IPv4向IPv6的過渡需要很長一段時(shí)間才能完成。IPv6也不僅僅是對(duì)IPv4的簡單升級(jí)，因?yàn)轭^部特征和配址機(jī)制的不同，這兩種協(xié)議是互不兼容的。因此，IPv4如何平滑地過渡到IPv6是必須解決的一個(gè)問題。


----《現(xiàn)代通信》

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