從Ipv4向Ipv6過渡的方法與策略【轉(zhuǎn)】

奧黛兒

從Ipv4向Ipv6過渡的方法與策略 \r\n華中理工大學網(wǎng)絡(luò)中心 趙信 \r\n繼解決2000年問題之后,網(wǎng)絡(luò)界迫在眉睫、也是最為棘手的問題當數(shù)完成從IPv4向IPv6的過渡。隨著Internet的規(guī)模以近乎于指數(shù)的趨勢增長，IPv4的地址空間面臨即將耗盡的危險。40億個IPv4的地址已經(jīng)用掉了3/4，另外，Internet早期由于缺乏規(guī)劃，造成了IP地址分配“貧富不均”的現(xiàn)象，少數(shù)團體與單位占用了許多A類地址，如MIT與AT&T就各自占用了1600萬個IP地址，由此浪費了大量的IP地址，后來的大部分單位與公司就只能申請余下的C類地址，特別是像中國與日本這樣需要大量IP地址卻得不到足夠多的地址的國家更是如此。為此，IPv6將IP地址的長度由32個比特位擴展到128個比特位，將IPv6的地址空間擴展為3.4×1038個，屆時地球上每個人可分配到1.8×1019個IP地址。促使推廣IPv6的另一個原因是新的應用對Internet提出了更高的要求，需要Internet提供更復雜的尋址與路由能力，特別是下一代移動數(shù)字電話對Internet提出了更高的要求。需要指出的是，目前的IPv6還不是最后的標準，即使是將來采用IPv6標準時，也不會馬上棄用IPv4。網(wǎng)絡(luò)界人士認為，從1994年算起，從IPv4向IPv6的過渡至少要花費15年。但是，網(wǎng)絡(luò)管理人員現(xiàn)在就應該考慮、規(guī)劃IPv4向IPv6的轉(zhuǎn)換，要未雨綢繆、早作準備，避免出現(xiàn)類似Y2K問題的那種尷尬局面。 \r\n由于從IPv4向IPv6的過渡需要一個相當長的過程，在此期間，必須保證IPv4和IPv6具有互操作性。這種過渡應與順序無關(guān)，即可先對主機升級，也可先對路由器升級，甚至也可以將部分主機與部分路由器同時升級。本文重點闡述從IPv4向IPv6過渡應采用的、且保證IPv4和IPv6具有互操作性的兩種技術(shù)與策略，這兩種技術(shù)分別是隧道(tunnels)技術(shù)與協(xié)議轉(zhuǎn)換技術(shù)，但是究竟哪一種技術(shù)將成為主流目前仍不明朗。 \r\n\r\n　\r\n\r\n隧道技術(shù) \r\n\r\n在服務商提供IPv6主干及其服務之前，端對端的IPv6服務需要通過IPv4網(wǎng)建立隧道，將IPv6包封裝于IPv4包的負載部分，在隧道的另一端的節(jié)點處再將IPv6包從IPv4包中剝離出來并送往目的節(jié)點。隧道的類型取決于由何種設(shè)備封裝及由何種設(shè)備來解包。 \r\n●路由器—路由器隧道 \r\n用于連接被IPv4網(wǎng)隔離的兩個IPv6網(wǎng)的連接； \r\n●主機——路由器隧道 \r\n用于獨立的雙IP主機通過雙IP路由器與IPv6網(wǎng)進行通信； \r\n●路由器——主機隧道 \r\n用于將獨立IPv6或IPv4節(jié)點與IPv6網(wǎng)絡(luò)隔離； \r\n●主機——主機隧道 \r\n用于將相互獨立的IPv6/IPv4節(jié)點通過IPv4網(wǎng)相互通信，此時兩個雙IP節(jié)點作為隧道的端節(jié)點通過IPv4網(wǎng)進行通信。 \r\nIPv6隧道能自動配置，也可以由IPv4多目廣播隧道進行配置。在一個配置好的隧道中，端點由IPv6包的目標所確定，即系統(tǒng)人員必須對IPv4進行封裝并指明將IPv4包送往何處。當IPv6根據(jù)一個IPv4地址的內(nèi)容被送往一個雙IP的節(jié)點時便產(chǎn)生自動隧道，該自動隧道在IPv6路由架構(gòu)中傳播完整的IPv4路由表，但并不耗用任何的IPv4地址。 \r\nIPv4多播隧道只能在支持多播的IPv4架構(gòu)下工作。在IPv4中封裝的IPv6節(jié)點使用IPv4多播的鄰居發(fā)現(xiàn)機制確定隧道的端點，該機制允許IPv6節(jié)點發(fā)現(xiàn)同一鏈路上的其他節(jié)點，確定其鏈路層地址以尋找路由器，維持通往活動鄰居的路徑信息。這樣做的好處是省去了隧道的配置且不使用IPv4兼容地址。但是，它需要ISP支持多播路由，遺憾的是，目前許多ISP還不能在Internet上提供多播路由功能。 \r\n\r\n　\r\n\r\n協(xié)議轉(zhuǎn)換 \r\n\r\n實現(xiàn)IPv4/IPv6互操作性的第二種方法是協(xié)議轉(zhuǎn)換，但這種實現(xiàn)并非輕而易舉，挑戰(zhàn)之一是如何以簡單的方式將IPv6地址轉(zhuǎn)換為IPv4地址，挑戰(zhàn)之二是IPv6要改變IPv4頭標的內(nèi)容，為了提高效率，IPv6采用了與IPv4數(shù)據(jù)報分段(fragmentation)不同的分段方法。 \r\n●頭標轉(zhuǎn)換機制 \r\n將IP頭標通過協(xié)議網(wǎng)關(guān)設(shè)備由一種IP版本轉(zhuǎn)換為另一種IP協(xié)議，網(wǎng)關(guān)設(shè)備位于IPv4與IPv6間的邊界處； \r\n●傳輸中繼 \r\n轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)從源節(jié)點接收TCP片段(segment)及UDP數(shù)據(jù)報并將之轉(zhuǎn)換為能被目標所接收的TCP與UDP交通，該設(shè)備不僅要檢測轉(zhuǎn)換頭標，而且要對傳輸層協(xié)議頭標進行處理，使之適用于相應的IP版本； \r\n●應用代理(application proxy) \r\n此時的轉(zhuǎn)換器為IPv4與IPv6之間的應用層網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)換器。 \r\n1．匹配機制 \r\n協(xié)議轉(zhuǎn)換的主要提案之一是網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換協(xié)議(NAT)。該協(xié)議通過使用NAT網(wǎng)關(guān)將一種IP網(wǎng)地址轉(zhuǎn)換為另一種IP網(wǎng)地址，它允許網(wǎng)管人員使用一組在公網(wǎng)中從不使用的保留地址。此時將IPv6網(wǎng)視為獨立而封閉的地址域，它需要使用一個“翻譯器”將“內(nèi)部地址”轉(zhuǎn)換為“外部地址”。也可以將NAT與一種協(xié)議轉(zhuǎn)換機制結(jié)合而生成一個“網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換器—協(xié)議的轉(zhuǎn)換器(NAT-PT)”用于實現(xiàn)協(xié)議、地址的轉(zhuǎn)換。 NAT-PT是NAT的一個特例，因此它不可避免地也具有NAT的缺點：它將端對端的網(wǎng)絡(luò)割裂并塞入了一個潛在的單故障點，另外它還將數(shù)據(jù)報的控制功能從端點移向了網(wǎng)絡(luò)；NAT-PT不支持IPv4與IPv6互不具有的那些特性，如IPv4包的路由器分段、IPv6交通類別及信息流標號等�！熬W(wǎng)絡(luò)地址與端口轉(zhuǎn)換器—協(xié)議的轉(zhuǎn)換器(NAPT-PT)”則對NAT-PT做了改進，將IPv6數(shù)據(jù)報映射為TCP端口/IPv4地址對，并通過轉(zhuǎn)換器增加并行端口的數(shù)目。NAPT-PT與NAT-PT基本上基于早期的SIIT機制(stateless IP/ICMP轉(zhuǎn)換器)，通過使用臨時分配的IPv4地址用于IPv6與IPv4相互之間地址的轉(zhuǎn)換，而Socks V5對Sock機制進行擴展實現(xiàn)應用數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，Sock服務器作為內(nèi)部節(jié)點的代理接收與處理應用數(shù)據(jù)、將其打包使之適用于相關(guān)的IP版本。 \r\n2．轉(zhuǎn)換策略 \r\n實現(xiàn)由IPv4向IPv6過渡的一種辦法是先將整個網(wǎng)絡(luò)的一小部分升級為IPv6網(wǎng)，IPv6網(wǎng)將被大量IPv4網(wǎng)所包圍。此時可采取IP網(wǎng)中的節(jié)點不支持IPv4、但在網(wǎng)絡(luò)邊界處的節(jié)點必須支持IPv4的策略，這樣IPv6的內(nèi)部節(jié)點能相互直接通信并通過適用雙IP的路由器經(jīng)由隧道與其他IP網(wǎng)通信。一般來說，早期的IPv6研究實驗網(wǎng)宜采用這種IPv6“島”的建網(wǎng)方式。 \r\n另一種辦法是將各個獨立的節(jié)點升級使之支持IPv6與IPv4兩種IP版本，那么這些節(jié)點就可以通過各自的節(jié)點鏈路直接通信或通過隧道與遠程IPv6/IPv4節(jié)點通信，這種方案允許某些單位為了訪問遠程的IPv6節(jié)點與網(wǎng)絡(luò)而將其網(wǎng)絡(luò)中的一些節(jié)點進行升級，但其缺點是需手工配置。 \r\n\r\n　\r\n\r\nIPv6的推廣 \r\n\r\n從1996年起，6 bone網(wǎng)就為IPv6的研究提供了一個實驗環(huán)境，早期的研究者可以申請6 bone地址。到目前為止，有40多個國家近400個網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)與6 bone IPv6實驗網(wǎng)相連。我國IPv6的研究與實驗也正在緊鑼密鼓地進行。北京大學、清華大學、東北大學及東南大學正在建立IPv6實驗床，近期還將有幾所大學加入這一行列。除了6 bone網(wǎng)外，還有6 ren網(wǎng)(6研究與教育網(wǎng))可提供IPv6的連入，當然人們也可建立自己的專用IPv6主干網(wǎng)，但這遠比連入已有的IPv6要復雜得多。 \r\n當前急需解決的問題是建立一個IPv6地址規(guī)劃與分配的權(quán)威機構(gòu)，避免Internet早期地址分配的那種無序且極不合理的現(xiàn)象再次發(fā)生。可喜的是，美國Internet號碼登記組織(ARIN)最近提交了有關(guān)IPv6地址分配的草案(www.arin.net)。 \r\n總之，從IPv4向IPv6的過渡是人們未來實現(xiàn)全球Internet不可跨越的步驟，它決不是一朝一夕就可以辦得到的。從IPv4向IPv6的轉(zhuǎn)換是一個相當長的過渡時期，在此過渡期間需要IPv4與IPv6共存，并解決好互相兼容的問題，逐步實現(xiàn)這一過渡，最終實現(xiàn)IPv6全球Internet。我國的網(wǎng)絡(luò)界人士對此應引起足夠的重視，早做研究并采取相應策略。