IPv6协议应用分析与研究

本栏目责任编辑：冯蕾计算机网络与信息安全Computer Knowledge and Technology 电脑知识

与技术第5卷第21期(2009年7月)IPv6协议应用分析与研究

叶新

（池州市住房公积金管理中心，安徽东至247200）

摘要：下一代网络核心协议是IPv6。在IPV4地址匮乏，而全球互联网用户数量迅猛增加及3G 时代的到来，对IP 地址大量需求的情况下，IPv4已经不再适用，IPv4过渡到IPv6势在必行。通过分析协议，对IPv6过渡的实现方案进行了分析，并对IPv6技术未来进一步发展趋势作一个展望。

关键词：IPv6；IPv4；隧道技术

中图分类号：TP393文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2009)21-5696-02

Analysis and Research on IPv6

YE Xin

(Chizhou Branch of Housing Provident Fund Management Center,Dongzhi 247000,China)

Abstract:The next generation network core agreement is IPv6.Is deficient in the IPV4address,but global Internet user quantity increases and the 3G time arrival swiftly and violently,to the IP address large amount of need,IPv4no longer was already suitable,IPv4transits to IPv6is imperative.Through analyzes the IPv6agreement,proposed that realizes the plan from IPv4to the IPv6transition,and makes a forecast to the technological development tendency.

Key words:IPv6;IPv4;tunneling

随着全球Internet 的迅速增长和对唯一IP 地址的渴望，IP 地址需求量成指数增长，对此IPv4已经不再适用，而下一代协议IPv6的脚步声则越离我们越来越近。如今人们所面临的问题是IPV4和IPV6的长期合作和共存。许多技术将逐渐适应存在于现有IPv4网络上的新的IPv6应用。

中国随着互连网络的发展，对IP 地址资源的要求也越来越高，中国电信集团公司正不断地制定各种管理办法让IP 地址使用更加合理、规范，申请的步伐更加便捷、迅速。在如今的形式下，全世界的IPv4的地址将全部被瓜分完毕。值此包括日本、美国等一些国家都加入研究IPv6的行列，以寻求IPV6带来的诱人魅力。我国是互联网发展最快的国家之一，也将是互联网用户最多的国家。因此，对IP 地址的需求十分巨大。随着IP 地址的逐渐减少，申请IP 地址将会愈加困难，而IPV6就是答案。

1需求分析

从前，像MIT 和AT&T 都分配了A 类IP 网址。到今天，它们每一个都控制了160亿个以上的地址，而整个中国只拥有90亿个不连续的地址块。因此，如今申请IP 地址的公司不得不使用剩下的B 类和C

类IP 网的地址部分了。IPv4拥有32比特的地址空间，而IPv6却拥128比特

的地址空间。

从地址分配、网络安全、到移动支持和网络的自动配置能力，IPv4的优势

可见一斑，如图1，表1所示。

同时，IPv6也将提供一个对等网应用的基础设施，这个基础设施将允许使

用端到端的全球寻址机制。这种设置将消除在一些大型企业网络边缘对网络

地址转换（NAT ）设备的需求。

2实现方案

互联网的普及使IPv4向IPv6的过渡需要很长一段时间才能完成。IPv6也不

仅仅是对IPv4的简单升级，因为头部特征和分配地址机制的不同，这两种协议是

互不兼容的。因此，IPv4如何平滑地过渡到IPv6是必须解决的一个问题[1]。

对比IPv4和IPv6的数据报头结构如图2，图3所示。

尽管IPv6比IPv4具有明显的先进性，但是要想在短时间内将In -

ternet 和各个企业网络中的所有系统全部从IPv4升级到IPv6是不可能

的。IPv6与IPv4系统在Internet 中长期共存是不可避免的现实。因此，实

现由IPv4向IPv6的平稳过渡是导入IPv6的基本前提。确保过渡期间

IPv4网络与IPv6网络互通是至关重要的（主要利用隧道技术）。

基于IPv4隧道的IPv6是将整个IPv6数据包封装在IPv4数据包

中，由此实现在当前IPv4网络中的IPv6节点与IPv4节点之间的IP 通收稿日期：2009-03-27

作者简介：叶新（1976-），安徽贵池人，助工，主要研究方向为网络和数据库。

图1IPv4与IPv6混合使用结构图表1IPv4与IPv6特性比较

ISSN 1009-3044Computer Knowledge and Technology 电脑知识与技术Vol.5,No.21,July 2009,pp.5696-5697E-mail:info@ Tel:+86-551-569096356909645696

计算机网络与信息安全本栏目责任编辑：冯蕾Computer Knowledge and Technology 电脑知识与技术第5卷第21期(2009年7月)信。基于IPv4隧道的IPv6实现过程分为三个步

骤：封装、解封和隧道管理。

封装是由隧道起始点创建一个IPv4数据包

头，将IPv6数据包装入一个新的IPv4数据包中。

解封是由隧道终结点移去IPv4包头，还原原

始的IPv6数据包。隧道管理是由隧道起始点维护隧道的配置

信息，如隧道支持的最大传输单元（MTU ）的尺寸等。IPv4隧道有四种方案：

路由器对路由器、主机对路由器、主机对主机、路由器对主机。

隧道技术利用现有的IPv4网络基础设施来连接各个孤立的IPv6网

络，IPv6数据包被封装在IPv4包里面进行传输，在隧道的终点进行解封装

得到IPv6数据包后再交给相连的IPv6网络。在IPv6的网络流行于全球之

前，总是有一些网络首先具有IPv6的协议栈，这些网络就像IPv4海洋中的

小岛，隧道就是通过“海底”连接这些小岛的通道，因此而得其名。3相关技术

基于隧道技术的过渡方案有：手工配置隧道、自动配置隧道、隧道代

理、6to4隧道和6over4隧道。通过IPv4隧道传送IPv6需要配置的内容有：

隧道接口的本地IPv6地址、隧道两端的IPv4地址。

1)手工配置隧道

手工配置隧道的这些内容通过手工进行配置，隧道代理则是通过向隧道代理发送隧道请求，由隧道代理将相应配置下发到相应的路由器。

2)自动配置隧道

自动配置隧道则是通过数据包的IPv4兼容的IPv6地址来确定隧道的端点。

3)6to4隧道

6to4隧道则是由6to4路由器向站点分配6to4前缀IPv6地址，由6to4路由器完成隧道封装。

4)6over4隧道

6over4隧道将IPv4网络当作具有组播功能的一条链路，通过IPv6组播地址和IPv4组播地址的映射关系实现IPv6协议的邻居发现功能，它要求IPv4网络支持组播功能。

RFC2893中分配给IPv6封装在IPv4中的协议号是41，表示IPv4包里面的上层协议数据是IPv6数据包。采用隧道方式存在的问题主要有：由于在IPv6数据包前面插入20字节的IPv4头，可能会造成分段，从而影响性能；ICMPv4错误消息只返回IPv4报头外的8bit ，这样IPv6源站点无法得知IPv6地址信息；协议号41有可能被防火墙过滤掉；IPv6in IPv4隧道无法穿越一个起用了动态端口转换的NAT ，在大多数NAT 配置中，提供NAT 功能的设备并不具备成为隧道路由器的功能。即使NAT 设备普遍支持各种隧道功能，还是有一些应用场合包含多层NAT 。

针对隧道无法进行NAT 穿越，目前已经有两个IETF 草案：Teredo 和silkroad 。二者都是利用IPv4UDP 来封装IPv6数据包来完成NAT 穿越。

由于隧道上的链路是逻辑的，或称为虚拟的，因此，这些“小岛”互连而成的网络就被看作是一个虚拟网络。在IPv6Native Net -work 之间需要通信或IPv6节点需要与IPv4的节点通信时，IPv4协议就被当作IPv6数据传输的一个隧道。通过隧道，IPv6分组被作为无结构、无意义的数据封装在IPv4数据报中，在IPv4网络中传输。由于IPv4网络把IPv6数据当作无结构、无意义数据传输，因此不提供帧自标识能力，这样只有在IPv4连接双方都同意时才能交换IPv6分组，否则收方会将IPv6分组当成IPv4分组而造成混乱。网络从IPv4向IPv6演进的过程就是这些“小岛”渐渐扩大而成为“大陆”的过程。

路由器将IPv6的数据分组封装入IPv4，IPv4分组的源地址和目的地址分别是隧道人口和出口的IPv4地址。在隧道的出口处，再将IPv6分组取出转发给目的站点。隧道技术只要求在隧道的入口和出口处进行修改，对其他部分没有要求，因而非常容易实现。但是隧道技术不能实现IPv4主机与IPv6主机的直接通信。

隧道方式利用隧道来构造大规模的IPv6网络，是目前常用的一种过渡方法[2]。本质上，隧道方式只是把IPv4网络作为一种传输介质。在IPv6网络建设的初期，其网络规模和业务量都较小，这是经常采用的连接方式。

4小结

建立IPv6网络决定于IPv6的业务量大小，即IPv6的经济前景。由于IPv6是逐步发展的，因此网络过渡方案的采用也呈现出一定的阶段性。在发展初期，业务量较小，此时主要偏重于IPv6实验，因此主要采用隧道技术，当然也不排除其他方案。当IPv6发展到一定阶段，其业务量有了很大的增长，建立双协议栈网络甚至专用IR6网络是大势所趋，在这个过程中，也可能在双协议栈网络的基础上实现MPLS IPv6，从而进一步改善其性能。由于双协议栈网络存在一些缺点，因此建立专用IPv6网络可能是较好的选择，目前国外多采用这种方案。随着IPv6技术的成熟，IPv6会占主导地位，这就需要建立纯IPv6网络，我们看好IPv6的发展前景，相信下一代互联网一定是建立在IPv6基础之上。

参考文献：

[1]周逊.IPv6—下一代互联网的核心[M].北京:电子工业出版社,2003.

[2](美)David L.Stevens ,(美)Douglas er.用TCP/IP 进行网际互连：第二卷：设计、实现与内核：ANSI C 版[M].王海,张娟,黄述真,

译.北京:电子工业出版社,2008.

图2IPv4的报头结构

图3IPv6的报头结构图4IPv4到IPv6的隧道过渡

图5IPv6Over IPv4隧道5697