張雅瓊

榆林學(xué)院信息工程學(xué)院，陜西 榆林 719000

0 引言

當(dāng)前的互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議主要是基于IPv4協(xié)議，但是隨著Internet技術(shù)迅猛發(fā)展，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、語(yǔ)音業(yè)務(wù)以及各種多媒體業(yè)務(wù)進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)，越來(lái)越多的用戶進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)。IPv4協(xié)議的不足逐漸體現(xiàn)出來(lái)了。最主要的幾個(gè)問(wèn)題是：第一，IP地址不足。隨著接入Internet的設(shè)備數(shù)目的不斷增加，盡管采用了子網(wǎng)技術(shù)以及地址轉(zhuǎn)換等技術(shù)，但基于IPv4的32位的IP地址資源將全部分配完畢；第二，路由器路由表的負(fù)荷太重。IPv4地址方案不能很好的支持地址匯聚，現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)正面臨路由表不斷膨脹的壓力。這使得大量的互聯(lián)設(shè)備由于處理速度跟不上而被淘汰，浪費(fèi)是很巨大的；第三，對(duì)于如何簡(jiǎn)便配置以及對(duì)服務(wù)質(zhì)量、移動(dòng)性和安全性等方面的需求都迫切要求開(kāi)發(fā)新一代IP協(xié)議。為了解決上述問(wèn)題，IETF開(kāi)發(fā)出了一套新的IP協(xié)議——IPv6，也叫下一代IP協(xié)議，即 IPng（IP next generation）。

IPv6協(xié)議對(duì)IPv4地址空間進(jìn)行了擴(kuò)展，IP地址長(zhǎng)度由32位擴(kuò)展到128位。IPv6對(duì)地址的結(jié)構(gòu)也重新做了定義，采用了IPv4中使用的匯聚類似的方法分配地址。此外，IPv6對(duì)幀格式也做了重新定義，幀頭變短，縮小了數(shù)據(jù)開(kāi)銷。另外IPv6支持服務(wù)質(zhì)量、更好地保證了安全性和移動(dòng)性、更好地實(shí)現(xiàn)了組播功能、更好地支持身份認(rèn)證。

IPv4過(guò)渡到IPv6有3種基本的機(jī)制，同時(shí)支持兩種協(xié)議的雙協(xié)議棧技術(shù)（DoubleStack）、采用數(shù)據(jù)報(bào)封裝的隧道技術(shù)（Tunnel）和透明轉(zhuǎn)換技術(shù)（包括數(shù)據(jù)報(bào)頭轉(zhuǎn)換和協(xié)議轉(zhuǎn)換）。具體實(shí)際應(yīng)用以這3種技術(shù)為基礎(chǔ)，派生出各種不同的過(guò)渡機(jī)制。

1 過(guò)渡機(jī)制

1.1 雙協(xié)議棧機(jī)制

雙協(xié)議棧是指單個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)支持IPv4和IPv6兩種協(xié)議棧，支持雙協(xié)議棧的節(jié)點(diǎn)既能與支持IPv4協(xié)議的節(jié)點(diǎn)通信，又能與支持IPv6協(xié)議的節(jié)點(diǎn)通信，這樣的節(jié)點(diǎn)也被稱為IPv6/IPv4節(jié)點(diǎn)。IPv6/IPv4節(jié)點(diǎn)通常是采用一種雙IP層結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的如圖1所示。

但在實(shí)際應(yīng)用中這種雙IP層結(jié)構(gòu)可能會(huì)有所變形。如圖2所示，協(xié)議棧包含了傳輸層的TCP和UDP協(xié)議的不同實(shí)現(xiàn)方案。

圖1 雙協(xié)議層結(jié)構(gòu)

圖2 雙協(xié)議棧結(jié)構(gòu)

雙協(xié)議棧技術(shù)是使IPv6節(jié)點(diǎn)與IPv4節(jié)點(diǎn)互聯(lián)的最直接方式，其應(yīng)用對(duì)象是主機(jī)、路由器等通信節(jié)點(diǎn)。支持雙協(xié)議棧的IPv6節(jié)點(diǎn)與IPv6節(jié)點(diǎn)通信時(shí)使用IPv6協(xié)議，與IPv4節(jié)點(diǎn)通信時(shí)使用IPv4協(xié)議棧。支持雙協(xié)議棧的結(jié)點(diǎn)接收到數(shù)據(jù)報(bào)時(shí)，拆開(kāi)并檢查，如果IPv4/IPv6頭中的第一個(gè)字段的版本是4，該報(bào)就由IPv4棧來(lái)處理；若為6，則由IPv6棧來(lái)處理。

雙協(xié)議棧技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是易于實(shí)現(xiàn)，互通性好，缺點(diǎn)是必須為每一個(gè)雙棧節(jié)點(diǎn)分配一個(gè)合法的IPv4地址，這就又將面臨IPv4地址資源緊張的問(wèn)題；另外，每個(gè)雙棧節(jié)點(diǎn)要同時(shí)運(yùn)行IPv4和IPv6兩種協(xié)議，同時(shí)計(jì)算、維護(hù)與存儲(chǔ)兩套表項(xiàng)，對(duì)路由器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備而言還需要對(duì)兩種協(xié)議棧進(jìn)行報(bào)文轉(zhuǎn)換和封裝，這又增加了每個(gè)節(jié)點(diǎn)的負(fù)擔(dān)，對(duì)這些節(jié)點(diǎn)的性能產(chǎn)生更高的要求；還有，在采用雙棧技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)中DNS服務(wù)器必須要支持主機(jī)域名與IPv6地址的映射。

1.2 隧道機(jī)制

在廣泛使用的IPv4網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)一些采用IPv6協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)，這些網(wǎng)絡(luò)之間有數(shù)據(jù)通信時(shí)需要跨越IPv4網(wǎng)絡(luò)，將IPv6數(shù)據(jù)報(bào)作為數(shù)據(jù)封裝在IPv4數(shù)據(jù)報(bào)中，通過(guò)IPv4網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，這就是隧道技術(shù)。隧道對(duì)于源站點(diǎn)和目的站點(diǎn)是透明的。基于IPv4隧道的IPv6分組傳送分為3個(gè)階段即：封裝、隧道傳輸和拆封。隧道的端點(diǎn)可以是主機(jī)或者路由器，但都必須是雙協(xié)議棧的節(jié)點(diǎn)，它們連接兩種網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行報(bào)文的封裝與拆封。在隧道入口處，入口端點(diǎn)將IPv6報(bào)文封裝到IPv4報(bào)文中，IPv4報(bào)文的源地址和目的地址分別是隧道入口和出口的IPv4地址。封裝后的IPv4報(bào)文將通過(guò)IPv4的路由器進(jìn)行傳輸。在隧道的出口處，出口端點(diǎn)對(duì)IPv4報(bào)文進(jìn)行拆封，將IPv6報(bào)文取出來(lái)，轉(zhuǎn)發(fā)給目的站點(diǎn)。由于隧道技術(shù)只要求在隧道的入口和出口端對(duì)報(bào)文進(jìn)行封裝和拆封，傳輸過(guò)程如普通IPv4數(shù)據(jù)一般傳輸，所以這種技術(shù)是易于實(shí)現(xiàn)。

隧道技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于隧道的透明性，IPv6主機(jī)之間的通信可以忽略隧道的存在，隧道只起到物理通道的作用。

1.3 網(wǎng)絡(luò)地址/協(xié)議轉(zhuǎn)換(NAT/PT)技術(shù)

NAT/PT（Network Address Translation /Protocol Translation），由NAT演變而來(lái)，它通過(guò)與SIIT協(xié)議（Stateless IP /ICMP Translation Algoritlun，RFC2765）轉(zhuǎn)換和傳統(tǒng)的IPv4下的動(dòng)態(tài)地址翻譯以及適當(dāng)?shù)膽?yīng)用層網(wǎng)關(guān)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了純IPv6節(jié)點(diǎn)和純IPv4節(jié)點(diǎn)間的通信。NAT/PT是NAT的一種特殊情況。它使用端口號(hào)作為地址轉(zhuǎn)換的依據(jù)。如果使用了NAT/PT，IPv6所有用戶客戶端允許使用1個(gè)IPv4的地址和別的IPv4地址進(jìn)行通信。這種機(jī)制在IPv4分組和IPv6分組之間進(jìn)行報(bào)頭和語(yǔ)義的翻譯，適用于純IPv4站點(diǎn)和純IPv6站點(diǎn)之間的通信。對(duì)于一些內(nèi)嵌地址信息的高層協(xié)議(如DNS、FTP)，NAT/PT需要和應(yīng)用層的網(wǎng)關(guān)協(xié)作來(lái)完成翻譯。這種技術(shù)在采用網(wǎng)絡(luò)層加密和數(shù)據(jù)完整性保護(hù)的環(huán)境下將不能工作。

2 結(jié)論

IPv4網(wǎng)絡(luò)要完全地過(guò)渡到IPv6網(wǎng)絡(luò)是個(gè)必然的過(guò)程，也是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程。文中分析的幾種過(guò)渡技術(shù)，從理論上講都是比較成熟的，但是在實(shí)際的應(yīng)用中，考慮到成本和技術(shù)的實(shí)現(xiàn)水平，需要對(duì)各種技術(shù)做出完善和改進(jìn)，有時(shí)候需要多種技術(shù)的結(jié)合使用。既要深刻地理解這些過(guò)渡技術(shù)，也要透徹地把握所要應(yīng)用的環(huán)境，合適地選擇一種或幾種過(guò)渡技術(shù)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的變化和具體情況，需要對(duì)已有的過(guò)渡技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)和更新，甚至要尋找新的技術(shù)。

[1]李振強(qiáng)，趙曉宇，馬嚴(yán).IPv6技術(shù)揭秘[M].北京：人民郵電出版社，2006.

[2]姬同亮，李玲娟.IPv4向IPv6過(guò)渡技術(shù)研究[J].江蘇通信技術(shù)，2006，22(6).

[3]李潤(rùn)知，趙紅領(lǐng)，譚同德.IPv6-IPv4隧道技術(shù)的研究及互連方案實(shí)現(xiàn)[J].鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)：工學(xué)版.

[4]周玲，尹霞，吳建平.實(shí)現(xiàn)IPv4向IPv6的過(guò)渡技術(shù)[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2002：156.