试论IPv4到IPv6的过渡和升级

杨溯然

摘 要：IPv6是下一代Internet的核心协议，IPv4被IPv6所替代是必然趋势，但是这两种网络会有一段很长的共存的时间。文章介绍了从IPv4到IPv6的过渡和技术，以及校园网部署IPv6的几种情况。

关键词：IPv4；IPv6；过渡

现在应用广泛的IPv4协议存在着很多固有的缺点，IPv6是下一代Internet的核心协议。IPv6拥有超大的地址空间、全新的包头格式、内置安全性 （IPSec）、更好的Qos支持、具有相邻节点连接的新通讯协议和可扩充性等特点。IPv6将会取代IPv4，也必然会在IPv4地址枯竭前逐步引进。这会经过一个共存时代，最终才能完成全面的过渡。

1 IPv6的发展过程

根据网络的发展过程和趋势，以及结合IPv6的特点，IPv6的发展演进大致可分为三个过程。

1.1 IPv6发展初期阶段

在IPv6发展的初期，IPv4仍然是占有主导地位的。绝大部分的应用仍然基于IPv4，IPv6的网络只是一些孤岛。

1.2 IPv6与IPv4共存阶段

在这个阶段，IPv6得到了大规模的应用，并且骨干IPv6网络开始出现。但是，此时仍然有大量的IPv4网络存在，形成IPv4和IPv6共存的局面。

1.3 IPv6占主导地位的阶段

IPv6成为Internet的骨干网，IPv4网络反而成为孤岛。这与IPv6发展初期阶段相似，但是IPv6和IPv4的位置互换了。

2 IPv4和IPv6共存与过渡

目前主要的IPv4和IPv6共存技术可分为以下两种：

2.1 双栈技术

双栈技术支持两种业务共存是通过节点对IPv4和IPv6双协议栈的支持来实现的。

双栈措施是在过渡时期所用到的非常关键的一项内容。它是在对于两类标准都是允许的情况下，主机设备在活动的时候一同运作两种栈。主机和路由器都可以通过双栈方式来获得和IPv4及IPv6结点的通信能力。

在这种形式下，不论哪种节点都是双栈的。尽管此时两者间不会存在互通现象，不过这种机制要给每一个IPv6的站点分配一个IPv4地址。但是IPv4面对的没有有效的地址资源这一非常不利的现象，仅靠此类措施仍然无法有效地解决。同时又由于新的站点的高速发展，也无法合乎应有的规定。所以，双栈措施只会在初期的发展时期用到。

2.2 隧道技术

隧道技术在IPv4网络上对IPv6业务的承载是通过在IPv4网络中部署隧道来实现的，以此来保证业务的共存和过渡。

2.3 地址翻译与报头转换技术

对于IPv6节点间的通信一般采用隧道技术，而对于IPv4和IPv6节点间的通信，则采用NAT/PT技术直接对IPv4和IPv6报文进行语法和语义翻译。其运作时候按照如下的内容开展：当IPv6子网中有数据分组发给网关时，网关将其转化成IPv4分组发向IPv4子网；相反，如果IPv4子网中有数据分组要发送时，网关就将其转化成IPv6分组发向IPv6子网。

3 隧道技术的发展

由于最近IPv6网络的高速发展，一些区域性的此类网络出现了。为了让这些网络和之前的骨干网有效地联系到一起，各科研机构、院校、设备厂商以及运营企业等业界各方不断创新，提出了一些新的过渡技术，得到了部分设备厂商的产品支持，部分也已提交IETF成为IPv6技术标准。目前双栈技术比较成熟，而隧道技术和翻译技术成为过渡技术的发展的主要方向。

隧道技术是在进行过渡的时候使用最为频繁的方法。隧道策略是IPv4/v6综合组网技术中经常用到的一种机制，它是通过一项协议内容来进行别的内容的传递。其涵盖的内容有很多，比如出入区域等。此类端点在大多数情况下是双栈形式的。在入口处，通过一项协议的措施来对其他内容的信息开展封闭然后进行处理，一般情况下，还应该设置和隧道有关联的内容，比如记录隧道MTU等参数；在出口处，针对获取的数据信息进行解封，然后积极地分析，因为会分析到别的一些性能的规定，为了确保不会有外在的不良信息干扰，所以还应该对信息开展筛选活动。

隧道技术常见的方式分为人工的和自动的两类。在骨干网和核心网中经常采用的MPLS隧道可以通过手工和自动两种形式进行配置。

其中第一种又可以分为两类，Manual Tunnel（RFC2893）和GRE（RFC2473）。

Manual Tunnel在隧道入口必须显示指定隧道终点的IPv4地址（双向）；GRE主要应用在网络需要通过IPv4网络进行通信的场合或者个别IPv6主机上，其他的应用与Manual Tunnel基本相同。这种措施非常的简便，但是不具备有效的扩展性特征。如果隧道不断的变多的话，配置和护理的活动规模就会不断的增加。因此这种措施比较适合用于初始阶段。在后续的时间中，它也可以按照“缺省隧道”的方式而存在。

措施的种类更是繁多，比如隧道代理（Tunnel Broker）、6to4隧道、6over4隧道、MPLS隧道、TEREDO隧道、ISATAP（Intra-Site Automatic Tunnel Addressing Protoco1）隧道、兼容地址自动隧道等。最后一项措施通常不建议运行，因为它不具备有效的扩展能力。

目前，隧道技术的发展逐步集中到已得到国内外多个厂家产品的支持的6RD、DS-Lite等成熟技术上。清华大学提出的Public 4over6技术已成为IETF标准，Lightweight 4over6技术获得了6个厂家的支持并通过了中国电信湖南现网的方案验证，实现了在CERNET2上的试验部署；中国电信提出的DS-Lite的改进技术LAFT6技术得到了6个厂商的产品支持，并得到包括法国电信、德国电信、Comcast等主流运营商的支持推动，成为IETF的主流标准之一。同时，港湾公司新近提出了SD-NAT技术；思科公司提出了最新的无状态的MAP-E技术。

4 IPv6校园网的部署

IPv6校园网的部署一般分为如下两种情况：

4.1 新建校园网

新建校园网时，建议采购同时支持IPv6/Pv4的网络设备进行组网，以便使校园网同时支持两种业务流的交流和互通。此时应采用支持双栈的三层交换机作为校园网核心交换机，汇聚接入时采用普通的IPv4交换机即可。所有的关于IPv6的三层功能都由核心层处理而不是汇聚层。当然也可以考虑在汇聚层使用双栈三层交换机，形成层次化的IPv6网络。

4.2 老校园网升级

升级老校园网时，由于只有少数设备可以通过升级软件来直接支持双栈的原因，一般都需要购买新的双栈设备。

如果核心设备可以通过升级软件来直接支持双栈，则部署业务互通方案就类似于之前的新建校园网方案。如果增加了新的双栈设备，应该让新建的IPv6网和原有的IPv4网都能在各自网络内实现互通，而与原有的IPv6核心设备的互通则可以利用新增设备进行NAT-PT来实现，外部则可以分别经原有的核心连接的CERNET或新增的设备所连接的CERNET2与外部的IPv4网络和IPv6网络互通。

[参考文献]

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[3]刘经伦.网络之路.IPv6隧道技术.2007（5）：124.