IPv4向IPv6的升级过渡解决方案

从IPv4到IPv6的升级过渡解决方案

IPv4，国际互联网协议（Internet Protocol，IP）的第四版，

被广泛使用至今，构成现在互联网技术的基础协议，它创造了

Internet历史的辉煌。由于IPv4技术限制，使得目前Internet面

临着地址空间不足、路由表膨胀（路由速度慢）、不支持新业务模式、网络安全性和服务质量的巨大挑战，解决IPv4所面临的问题已是迫

在眉睫,于是国际互联网工程任务组IETF提出了它的下一个版本即

IPv6。IPv6将从根本上解决地址空间不足、提升网络安全和服务质量，提高路由效率等问题，会在不久的将来取代目前广泛使用的

IPv4。但要迅速从IPv4到IPv6的转换是不切实际的，毕竟自1981

年定义IPv4到现在，Ipv4的发展使用已有近40年的历史，几乎目

前的每个网络及其连接设备都是支持Ipv4的，一种新协议的诞生到

广泛应用必将经历一个过程甚至较长时期。本文对于从IPv4到IPv6

的升级过渡技术进行了全面的介绍，并重点分析了目前常用的隧道技术、协议翻译技术和双协议栈技术的优点、缺点，然后提出具体的升

级解决方案。最后做出了归纳总结，说明进一步要做的相关工作。

2017年11月中共中央办公厅、国务院办公厅印发了《推进互联

网协议第六版(IPv6)规模部署行动计划》简称《行动计划》，使得

IPv6正式落地，并强制执行。计划提出要用5到10年时间，形成下

一代互联网自主技术体系和产业生态，建成全球最大规模的IPv6商

业应用网络，实现下一代互联网在经济社会各领域的深度融合应用，成为全球下一代互联网发展的重要主导力量。

1、Ipv4到IPv6常用过渡技术

在Ipv6网络全球普遍部署之前，一些首先运行IPv6的网络希望能够与当前运行IPv4的互联网进行通信，于是IETF专门成立了工作组NGTRANS来研究从IPv4向IPv6过渡的问题，目前已提出了一系列过渡技术和互连方案，这些技术各有特点，用于解决不同过渡时期，不同网络环境中的通信问题，在过渡初期，互联网由运行IPv4的

“海洋”和运行IPv6的“孤岛”组成，随着时间的推移，海洋会逐渐变小，孤岛会越来越多，最终IPv6会完全取代IPv4，过渡初期要

解决的问题可分为两类，第一是解决IPv6孤岛之间互相通信问题，

第二是解决IPv6孤岛与IPv4海洋之间的通信问题，其中最具代表的就是隧道技术、协议翻译技术和双协议栈技术。

隧道技术就是把IPv6分组封装到IPv4分组中，通过IPv4网

络进行转发的技术，这种隧道就像一条虚拟的IPv6链路一样，可以

把IPv6分组从IPv4网络的一端传送到另一端，在隧道两端进行封装和解封的网络节点可以是主机也可以是路由器，IPv4分组的源地址

和目的地址分别是隧道入口和出口的Ipv4地址，在隧道出口再将

IPv6分组取出，在传送期间对原始IPv6分组不做任何改变。

建立隧道可以采用手工配置的方法，也可以采用自动配置的方法。对于小型的网络，人工配置隧道是容易的，但是对于大型网络，这个方法就很困难了，有一种叫做隧道中介（Tunnel Broker）的技术可

以解决这个难题，即在客户机请求的前提下，来自隧道服务器的配置

数据被发送给客户机，客户机利用收到的配置数据来建立隧道端点，从而建立一条通向IPv6网络的连接，这种技术要求客户机节点必须

是被配置成双协议栈，客户机的IPv4地址必须是全局地址，不能使

用NAT进行地址转换；自动隧道不需要改变主机配置，它在封装路由器或主机中自动进行配置，缺点是对两个主机不透明，因为目标节点必须对收到的分组进行解封。其中典型的隧道技术主要有ISATAP技术、6to4隧道、6over4隧道等。

协议翻译技术协议翻译技术用于纯IPv6与纯IPv4主机之间的通信。已经提出的翻译方法主要有，NAT-PT、SIIT、SOCKS64及TRT。其中最具代表性的技术是NAT-PT，要实现NAT-PT技术必须指定一个

服务器作为NAT-PT网关，并且要准备一个IPV4地址块作为地址翻译之用，要为每个站点至少预留一个IPV4地址。协议翻译技术适用于IPv6孤岛与IPv4海洋之间的通信，这种技术要求一次会话中的双向

数据包都在同个路由器上完成转换，所以它只能适用于同一路由器连

接的网络。这种技术的优点是不需要进行IPv4和IPv6终端的升级改造，只要求在IPv4和IPv6之间的网络转换设备上启用NAT-PT功能

就可以了，但在实现这种技术时，一些协议字段在转换时仍不能完全

保持原有的含义，并且缺乏端到端的安全性。

双协议栈技术双协议栈技术用于同时实现IPv6和IPv4两个协议栈的主机之间进行通信。在这种情况下当主机发起通信时，DNS服

务器将同时提供IPv6和IPv4两种地址，主机将根据具体解析情况决定使用何种协议来建立通信。在服务器一边要同时监听 IPv4和IPv6

两种端口。这种技术要求每个主机要有一个IPv4地址，IPv4主机使

用IPv6应用不存在任何问题。

2、常用基本过渡技术的对比分析

在过渡初期的各种过渡技术中，以上三种基本的过渡技术中，双协议栈技术和隧道技术是最常用、最成熟也是最可行的技术。

双协议栈技术是IPv6过渡技术的基础，不仅可以用于建设双协

议栈网络，也是各种过渡隧道技术的基础。IPv6和IPv4是功能相近

的网络层协议, 两者都基于相同的物理平台, 而且加载于其上的传输层协议TCP和UDP也基本没有区别, 因此, 支持双协议栈的节点既能与支持IPv4协议的节点通信, 又能与支持IPv6协议的节点通信。可以相信, 网络中主要服务商在网络全部升级到IPv6协议之前必定会

选择支持双协议栈的运行。如果这台设备是一个路由器，那么这台路

由器的不同接口上，分别配置了IPv4地址和IPv6地址，并很可能分别连接了IPv4网络和IPv6网络。这种方式对IPv4和IPv6提供了完全的兼容，其优势是互通性好，各种应用的发展可以不受网络变化的

影响，但是对于IP地址耗尽的问题却是没有任何帮助。且由于需要

双路由基础设施，运行两套协议栈，这种方式也增加了网络的复杂度。

初期为了实现在IPv4海洋中传递IPv6孤岛信息，可以将IPv4

作为隧道载体，将IPv6报文整个封装在IPv4数据报文中，使IPv6

报文能够穿透IPv4海洋到达另一个IPv6孤岛。利用隧道技术可以通过现有运行IPv4 协议的Internet骨干网络将局部的IPv6网络连接

起来。隧道技术比双协议栈技术和协议转换技术（即用来进行IPv4