IPv6地址配置以及网络迁移的简化探索

大连交通大学 郝 悦

从互联行业发展情况来看，IPv6协议应用已成为IP技术中的主流趋势，与IPv4相比，IPv6协议在安全性及QoS保障等方面，都体现出了显著的性能优势，其自身拥有的128位地址段，可供分配的地址空间非常大。但对于一般用户来讲，在用16进制表示法配置IPv6地址时，过程比较繁杂、工作量大，地址配置和网络迁移的工作难度也加大。如何使地址配置和网络迁移更加简便、快速，是应用IPv6技术时必须解决的问题，也是当下网络管理领域研究的热点。

1 IPv6协议的优势特点

IPv6协议是IETF(互联网工程任务组，Internet Engineering Task Force)设计的用于替代现行版本IP协议(IPv4)的下一代IP协议。IPv6是为了解决IPv4所存在的一些问题和不足而提出的，同时它还在许多方面进行了改进，解决了IPv4网址资源数量有限，及多种接入设备与互联网连接障碍的问题，是推动互联网技术发展的一项重要技术。相较于上一代IP协议IPv4，IPv6具有多方面优势，体现在以下几方面：第一，有效拓展了地址空间[1]。IPv6协议以128位为地址长度，远高于IPv4协议的32位，将原有的IPv4替换为IPv6，能够增加2^128-2^32个地址空间。第二，能够增强网络安全性。如果用户所用网络协议为IPv6，则能够加密处理网络层的数据，同时可通过校验识别并核对IP报文，这一过程的实现是采用分组方式完成的，可确保数据的完整性，且不会造成泄露问题。第三，具有良好的可拓展性。用户可根据自身实际需求，扩充IPv6协议，并且在应用新技术时，也能够对其进行扩充，灵活性较强。第四，可以缩短路由表长度。IPv6协议是遵循聚类原则配置地址的，一片子网只需一条记录便可表示出来，由于占用的路由表长度较小，路由器能够以更快速率实现数据包的转发。第五，具备自动配置功能[2]。IPv6协议在DHCP协议的基础上进行了改进和拓展，可实现地址的自动配置，有利于开展网络管理工作，降低了管理难度、提升了管理效率，在局域网中的应用效果良好。这些都是IPv6自身优点所在，所以必须加大对其推广和普及力度，以便发挥其技术优势。

2 IPv6地址配置以及网络迁移方法的简化

此次研究所提出的IPv6地址配置以及网络迁移简化方法，是通过对地址命名，使两者之间建立映射关系，在专用地址的帮助下，包括组播地址和本地链路地址，将所建立的映射关系在临近的网络节点上进行传递，进行网络管理时，可以通过配置定义好的名字来实现，进而便无需配置冗长的地址，简化了IPv6地址配置以及网络迁移[4]。

2.1 名址映射

名字和地址映射关系的构建，是该简化方法的核心思想，分为名址映射定义和名址映射传递两大部分。IPv6有着128位地址长度，记忆难度比较大，对此，采用类似宏的方式对其命名，在表示不同地址时，根据其前缀或者长度，用字母、数字或者其他语言文字组成的字符串来命名，确保IPv6地址或地址长度与字符串具有唯一的对应性，以此构建名址映射关系。然后在名址映射表上将若干条名址映射关系集中呈现出来，再根据定义好的名字，综合二进制数位考虑，以表达式形式将一个完整的址IPv6地址表达出来，表达式通常是两者混合组成的，但也存在单一组成情况。名址映射规则主要包括以下内容：第一，名字表达式在组合定义名字与二进制数字时，必须严格按照IPv6地址定义要求进行，比如前缀长度应使用斜线“/”表示，如果有分割需求时，则应使用冒号“：”表示。第二，因为名字表达式一般是由名字和二进制数字组合而成的，出现极端单一类型字符的情况较少，为避免两者混淆，可使用一对特殊符号将定义好的名字封装起来，与二进制数字明显区分开，左右括号、左右引号、小于号和大于号等，都可以用作封装符号[5]。第三，使用定义好的名字取代与其相对应的地址段或地址长度，能够将名字表达式转化为真正的IPv6地址，即可顺利完成名址映射的定义。

构建好名字与地址之间的映射关系后，需对其进行全网传递，并以此作为标准，实现全网地址参数配置，该过程分三个环节完成。首先，定义报文控制协议。主要目的是规范报文结构、交互顺序和处理过程，用以确保名址映射传递的标准化程度。在名址映射全网传递时，只要网络设备参与其中，便会有名址映射控制协议在运行，完成报文传递后，相应的名址映射表便会在这些设备中完整的保存下来，根据其中所对应的名字，能够更加快捷、方便的配置IPv6地址。为了保证名址映射的一致性，在建立名址映射表时，通常会选择一台网络设备作为根设备，采用人工方式进行操作，然后再根据名址映射控制协议将其进行全网传递，如此一来，所有网络设备的名址映射都完全相同[6]。如果所选择的根设备不止一台，则保证名址映射一致性的方法具体有时戳、版本号、优先级等几种。其次，传递地址选择。实现名址映射的全网传递是有一定前提的，需要网络设备地址和全局路由表，而在配置网络设备地址时，是建立在统一的名址映射表基础上的，这就出现了相互矛盾问题。此次研究所提出的简化方法，可利用路由器组播地址和本地连接地址，将所建立的映射关系在临近的网络节点上进行传递，进而解决上述问题。根设备在向link-local范围内的路由器组播地址发送名址映射控制协议时，可借助自身网络接口实现，通过对该组播地址进行监听，相应的网络设备便能够获得控制协议报文，然后以此作为依据，完成名字映射表的建立与更新。运用上述方法，其他网络设备也可以向相邻的网络设备传递名址映射表，类似于涟漪方式逐渐实现全网传递，保证了所有网络设备的名址映射表与根设备的完全相同。最后，更新名址映射。名址映射表并非一成不变的，无论是旧名字的删除，还是新名字的增加，或者地址及地址长度不同时，都需要及时对名址映射进行更新，避免所有网络设备之间的名址映射表出现差异。对于此环节，需要在接收报文时需要对作出准确识别，判断是否为新报文，可根据时戳、报文地址、序号等标记实现。如果报文内容未更新，则应将其丢弃，不再进行传递，同时，将过滤器装置安装在两个临近的网络设备中间，可有效过滤名址映射表，保证了其传递质量。

2.2 方法应用

为详细了解此次研究所提出的IPv6地址配置及网络迁移简化方法的应用，结合了三个示例对其进行了分析，涉及到了名址映射的建立、名址映射的更新、名址映射的全网传递等作业环节，所涵盖的内容具体有名字更新、长度更新、地址更新等。

我们将网络拓扑结构中三个路由器，分别记做R1、R2、R3，其中R1为ISP的运行名址映射控制协议的名址映射设备，R2和R3均为University的名址映射根设备，R2为根设备。R1与R2、R1与R3以及R2和R3之间的链路分别记做L12、L13和L23，但是R1不接收来自R2的名址映射控制协议，R3不接收来自R1的名址映射控制协议。R1与R2之间的链路端口分别为G12和G21，R1与R3之间的链路端口分别为G13和G31，R2和R3之间的链路端口分别为G23和G32，具体结构如图1所示。采用此次研究所提出的简化方法配置IPv6地址时，共分为六个步骤完成，第一步，先对名址映射表进行定义。第二步，根据名址映射控制协议，在全网范围内传递名址映射表，发往本地链路的路由器组播地址，分别在L12、L23和L13三条链路上进行传递。第三步，在名址映射控制协议的限制及规范作用下，三个路由器能够顺利通过本地链路。地址与路由器组播地址之间建立有通信关系，名址映射表的发送和接收都可顺利完成。路由器R1上安装有过滤器装置，会将L12和L13两条链路上的所有名址映射控制协议报文过滤掉，不被接收[7]。路由器R2、R3上安装有过滤器装置，R2会过滤掉来自R3的所有报文，但是来自于R1广播的名址映射控制协议报文可被接收。R3可以接收来自于R1广播的名址映射控制协议报文。第四步，名址映射表完成全网传递后，路由器R2和R3均会对其进行备份，为网络管理人员提供可靠依据和资料。第五步，利用所得名字表达式，对各个网络设备接口处的IPv6地址进行定义。第六步，定义好各个网络设备接口处的IPv6地址后，通过计算得到R1、R2、R3的路由协议，即实现整个网络的路由构建。根据上述流程可以知道，在对IPv6冗长的地址进行配置时，采用字符串形式对其命名，在保证地址具有良好可读性的基础上，可提高作业效率，并且可有效避免配置错误现象的出现。此外，地址层次、用途等，能够在名字表达式中更加明确的表现出来，方便了网络故障排查。

图1

采用所提出的简化方法进行网络迁移时，可降低其复杂程度，具体过程分为以下五个步骤，仍以上述网络拓扑图结构为例进行分析。第一步，假设下游University的原始地址前缀为F001，当上游ISP的网络地址发生变化，需将其调整为C001时，只需更新路由器R1上对应的名址映射即可，直接根据需要更改对应的地址前缀，按照“操作（更新）—名字（University）—映射（C001）”的指令进行操作，即可完成以上作业。第二步，名址映射更新后，需要在名址映射控制协议规范和约束下，全网范围内进行传递，所传递的链路包括L12和L13两条。新的名址映射报文传递至路由器R2后，本地名址映射表也会做出更新，保证两者的一致性，更新后的地址前缀为C001，然后再将其传递至接口L23。第三步，路由器R3上安装有过滤器装置，只接收来自于路由器R1广播的名址映射控制协议报文，所以其本地名址映射表也会进行相应更新，变化后的地址前缀为C001，进而便能够实现地址映射表的全网更新。第四步，当名址映射表在全网传递稳定后，网络接口地址均会发生变化。第五步，网络接口地址更新后，需要以此作为标准，重新对路由协议进行计算，进而便可以顺利完成网络迁移。根据以上操作可知，在网络迁移过程中，对于地址参数的重新配置，无需网管人员手动操作即可完成，可以减少其工作量，在更短时间内完成网络迁移，同时还能够有效避免误操作所引起的风险问题。

网络并不是一成不变的，需要及时做出调整，采用此次研究所提出的简化方法，可以使这一过程更加简单，降低操作难度，具体流程如下：第一步，先改变“Backbone”名字，将其调整为“Core”，并更新对应的地址内容，表示为“000C”。然后改变名字定义为“SegLen”的地址长度，使其从原来的64位变为60位。第二步，网络管理员根据上述网络调整需求，对路由器R2的名址映射重新定义，然后按照该指令进行操作。第三步，名址映射表会随着网络调整而发生变化，并且这种变化会在整个University传递，需要遵循名址映射控制协议，进而实现名址映射表的全网更新。第四步，上述操作均是在根设备R2上完成的，并且其名址映射控制协议报文不会传递到R1，则名址映射表的全网更新完成且稳定后，接口G12、G21、G13和G31的地址均不会发生改变。第五步，其余网络接口发生发生变化后，会以此作为依据，重新计算路由协议，进而实现整个网络的顺利调节。根据以上操作可知，在对网络进行调整时，对于地址参数的重新配置，不需要网管人员手动操作即可完成，减少工作量，提高了工作效率，同时降低了误操作风险发生的可能性。

3 总结

IPv6协议作为当前互联网中的主流技术，有着良好的应用前景，但是其冗长的地址特性，使得地址配置难度复杂、繁琐，所以必须加大对IPv6地址配置及网络迁移方面的研究力度，改进、优化现有方法中的不足和缺陷。此次研究提出的简化方法，通过使用定义好的名字取代IPv6地址参数进行配置，能够精简操作流程，减少工作量，提高工作效率，使得IPv6地址配置和网络迁移更加方便、高效，对推广应用IPv6协议具有重要意义。

[1]李智涛,刘莹,任罡.IPv6地址生成系统基于web portal的无客户端迁移方案[J].东南大学学报(自然科学版),2017(s1):80-85.

[2]杨林海,杨勇,张仁蜜.企业网络向IPv6平稳迁移探讨[J].信息与电脑(理论版),2014(2):192-193.

[3]陈俊,吴嘉佳.基于FHM IPv6的云计算IPv4/IPv6虚拟机迁移系统设计[J].计算机测量与控制,2014(2):591-593.

[4]程小芳.四川电信IPV6技术演进及过渡部署方案设计[D].电子科技大学,2016.

[5]陈起,林宝成,周光华.省域广电网络IPv6迁移路线规划[J].广播与电视技术,2017(2):84-87.

[6]王迪.基于位置信息的6LoWPAN网络IPv6地址配置机制的研究[D].郑州大学,2017.

[7]张汉卓.IPv6下一代互联网带来网络安全新机遇[J].信息安全与通信保密,2017(7):32-39.