福师 《计算机网络与通讯》期末考试备考资料(五) 86

福师《计算机网络与通讯》（五）

IPv6网络层协议的几种关键技术综述

【内容摘要】随着移动和宽带技术的发展，ip地址的需求还将更大。例如，大量终端的ip 接入需要更多的ip地址，面对下一代网络对ip地址的巨大需求，ipv4显然无法满足。除了ip 地址问题，ipv4还存在着路由表庞大、qos和移动等一系列问题。ipv4地址空间有限，就算全部互联网用户不都是永远在线，ip地址在三、四年后也将被耗尽未雨绸缪，为解决地址空间问题以及其它一些ipv4中的疑难问题，发展了……

随着移动和宽带技术的发展，ip地址的需求还将更大。例如，大量终端的ip接入需要更多的ip地址，面对下一代网络对ip地址的巨大需求，ipv4显然无法满足。除了ip地址问题，ipv4还存在着路由表庞大、qos和移动等一系列问题。

ipv4地址空间有限，就算全部互联网用户不都是永远在线，ip地址在三、四年后也将被耗尽。未雨绸缪，为解决地址空间问题以及其它一些ipv4中的疑难问题，发展了ipv6协议。

必须在ipv4地址枯竭前逐步引进ipv6，经过ipv6与ipv4的共存时代，最终全面过渡到ipv6。

ipv6的几种关键技术

路由转发技术

ipv6作为构建网络的基础，在技术上有诸多优势，基于这些技术优势，更丰富的应用会大量出现，其应用前景也将更加广阔。同时，虽然ipv6是新的标准体系，但是它的架构仍然沿袭了tcp/ip体系，很多ipv4的相关技术应用业务，可以方便地引入到ipv6网络中。

在路由和转发过程中，ipv6路由查找思想与ipv4相同，采用最长地址匹配，选择最优路径，同样允许路由过滤、引入、聚合等操作。ipv4的动态路由协议，经过扩展后可以在ipv6网络上运行，包括ripng、bgp4＋、isisv6、ospfv3。

ipv6作为新的网络层协议，原有支持ipv4的链路层通过扩展可以方便地提供支持。如以太网支持ipv6，帧格式不变，只是通过新的协议域值为0x86dd来标识上层承载ipv6报文。在接口的处理上，通过识别不同的链路层中的协议号，将ipv4或者ipv6报文送到不同的协议栈中处理。因此，网络设备可以同时支持ipv4协议栈和ipv6协议栈。

应用支持ipv6的技术

ipv4网络中还存在大量应用协议，它们会在ipv6中继续使用，需要将这些ipv4上层的应用层协议移植到ipv6中。这种移植基本分为两类：一部分应用层协议可以直接将ipv4 socket接口改为ipv6 socket，而协议本身机制可以基本不做改动，如 telnet等；另一部分应用层协议中包含ip地址信息，除了改用ipv6 socket，还需要对协议本身做适度扩展，如ftp for ipv6等。

由于ipv6并未有体系结构上的变革，总体上，应用协议也会比较方便地引入到ipv6中来。

ipv6过渡技术

ipv6的部署大致要经历一个渐进的过程。初始阶段，在ipv4的网络海洋中，会出现若干局部零散的ipv6孤岛，为了保持通信，这些孤岛通过跨越ipv4的隧道彼此连接。

随着ipv6规模的应用，原来的孤岛逐渐聚合成为了骨干的ipv6 internet网络，形成于ipv4骨干网并存的局面。在ipv6骨干上可以引入了大量的新业务，同时可以充分发挥ipv6的优势。

为了实现ipv6和ipv4网络资源的互访，还需要转换服务器以实现ipv6和ipv4的互通。

最后，ipv4骨干网逐步萎缩成局部的孤岛，通过隧道连接，ipv6占据了主导地位，具备全球范围的连通性。

ipv6提供很多过渡技术来实现这个渐进过程。这些过渡技术主要围绕着解决两类问题：ipv6孤岛互通技术——实现ipv6网络和ipv6网络的互通；ipv6和ipv4互通技术——实现两个不同网络之间互相访问资源。

目前，主要有16种过渡技术。其中，基本过渡技术有两种：双栈和隧道。

双栈：即设备升级到ipv6的同时保留对ipv4支持，可以同时访问ipv6和ipv4设备。其中包含双协议栈支持，应用程序依靠dns地址解析返回的地址类型，来决定使用何种协议栈。

隧道：通过在一种协议中承载另一种协议，实现跨越不同域的互通，具体可以是ipv6-in-ipv4、ipv6-in-mpls、ipv4-in-ipv6等隧道类型。

常见的过渡技术

不同的过渡技术适用于不同的网络应用环境，常见的过渡技术有手工配置隧道、ipv6 to ipv4隧道、mpls隧道和nat-pt。

手工配置隧道

手工隧道是最简单的一种实现ipv6和ipv6互通的技术，同时也是其它ip隧道技术的基础。ipv4网络和ipv6网络的边缘设备具有双栈能力，通过在两个边缘设备间手工配置隧道，将ipv6报文通过隧道封装在ipv4报文的负荷中传送到对端，解封装后再发送到目的ipv6节点。

手工配置隧道适合于比较固定的ipv6连接，缺点是每两个ipv6网络之间都要手工建立隧道，配置较麻烦。

ipv6 to ipv4隧道

针对隧道手工配置的问题，一些过渡技术被提出来可以实现隧道的自动配置，如自动隧道、隧道代理（tunnel broker）以及ipv6toipv4隧道等。

ipv6 to ipv4隧道使用ipv6toipv4地址，这种ipv6地址的前缀中包含ipv4地址，也就是隧道边缘设备的ipv4地址，使用ipv6 to ipv4地址的ipv6网络称为ipv6 to ipv4网络。

在简单应用中，可以实现两个ipv6toipv4网络互通，方法是在边缘设备取出目的ipv6地址中包含的ipv4地址作为隧道末端，自动建立隧道。

在复杂的应用中，可以通过在纯ipv6网络的边缘提供ipv6 to ipv4中继设备，实现大型非ipv6 to ipv4的ipv6网络对其他ipv6 to ipv4网络的接入。

ipv6 to ipv4隧道技术在过渡初期较为有效，无须申请正式ipv6地址就可以部署ipv6网络并接入到ipv6骨干网中。但是，由于网络使用的ipv6地址限制为特殊的ipv6 to ipv4地址，ipv6 to ipv4技术不适于在大型ipv6骨干网络中使用。

mpls隧道

使用已有的mpls vpn网络，可以较为方便地实现ipv6网络的互通。将ipv6网络视为ipv4的私网，在mpls骨干网中为不同的ipv6网络间建立lsp隧道，并通过bgp等传递可达信息。这种方式只需对骨干网中pe设备升级，p设备无须改动。

mpls隧道包括两类：l2vpn和l3vpn。l2vpn隧道的实现，无须为ipv6做特殊工作，并且能够实现ipv6站点的igp互通；l3vpn隧道的实现需要6pe的技术，它使ipv6进一步融合到mpls网络中，但是不能做到站点间igp的互通，各站点必须是独立的as。

nat-pt

nat-pt是一种协议转换技术，用来解决ipv6和ipv4互通的问题。其主要思想是在ipv6节点与ipv4节点的通信时，借助于中间的nat-pt协议转换服务器，把网络层协议头进行ipv6/ipv4间的转换，以适应对端的协议类型。

当ipv6主机要与ipv4主机通信时，首先需要在ipv6网络中标识ipv4主机，nat-pt 网关向ipv6网络中广播一个96位的地址前缀，用96位地址前缀加上32位ipv4主机地址作为对ipv4网络中主机的标识。

ipv6主机发给ipv4主机的报文，通过96位前缀被路由到nat-pt网关处，对nat-pt 网关对ipv6报文头进行转换，分配临时ipv4地址标识ipv6源，报文转换为ipv4报文后发给ipv4目的主机。

ipv4主机要与ipv6主机通信时，需要nat-pt网关为ipv6主机分配临时ipv4地址，这种分配和绑定关系可以结合dns完成。ipv4主机发出的报文在经过nat-pt网关时，ipv4报文被转换为ipv6报文，并发送给ipv6主机。

由于nat-pt过渡方式，只需要在中间设置转换设备即可完成ipv6网络和ipv4网络的互通，应用较为简便，适用于常用的网络互通需求。

最后需要说明的是，ipv6的过渡技术中应用最广、最方便的过渡技术是双栈技术。ipv6网络中的存在很多双栈节点，可以利用节点上的ipv4应用，直接访问其他ipv4网络的服务，实现ipv6和ipv4的互通。