IPv4向IPv6的过渡策略

IPv4向IPv6的过渡策略

移动网络向移动IPv6的过渡过程中，IPv4的网络和业务将会在一段相当长的时间里与IPv6共存，许多业务仍然要在IPv4网络上运行很长时间，特别是IPv6不可能马上提供全球的连接，很多IPv6的通信不得不在IPv4网路上传输，因此过渡机制非常重要，需要业界的特别关注和重视。 IPv4向IPv6过渡的过程是渐进的，可控制的，过渡时期会相当长，而且网络/终端设备需要同时支持IPv4和IPv6，最终的目标是使所有的业务功能都运行在IPv6的平台上。

1、IPv4到IPv6的过渡方法

从IPv4到IPv6的过渡方法有三种：网络元素/终端的双协议栈、网络中的隧道技术以及翻译机制。其中双协议栈和隧道技术是主要的方法，而翻译机制由于效率比较低，只在不同IP版本的元素之间进行通信时才采用。

(1)网络元素和移动终端上的IPv4/IPv6双协议栈双协议栈是非常重要的过渡机制，从网络方面来看，网络设备(如GGSN)实现双协议栈对于实现IPv4和IPv6的接入点并完成IPv6-in-IPv4的隧道都是至关重要的，另外运营商IP网络和公众因特网边缘的边际路由器也应该是双栈路由器。从移动终端来看，需要通过双协议栈来访问IPv4和IPv6的业

务而不需要网络上的翻译机制。

(2)隧道技术

如将IPv6的数据包封装在IPv4的数据包中并在隧道的另一端解除封装，这也是一种非常重要的过渡方法，隧道技术要求在封装和解除封装的节点上都有IPv4/IPv6双协议栈的功能。隧道技术又分为自动和人工配置两种，人工配置的隧道技术是在隧道的终点人工配置到某个特定的IPv4地址；对于自动隧道技术来说，封装是自动在进行封装的路由器/主机上完成的，隧道终点的IPv4地址被包含在目的地址为IPv6地址的数据包中，如“6to4”隧道技术。

(3)网络上的IPv4-IPv6协议翻译器：翻译器是纯IPv4主机和纯IPv6主机之间的中间件，使两种主机不需要修改任何配置就可以实现彼此之间的直接通信，翻译器的使用对于移动终端来说是透明的，头标转换是一种重要的翻译机制，通过这种方法IPv6数据包的头标被转换为IPv4数据包的头标，或者反过来，IPv4转换为IPv6，有必要的时候对校验进行调整或重新计算，NAT/PT(Network Address Translator/Protoco l Translator)就是采用这种机制的一种方法。

采用地址/协议翻译器需要转换IP数据包的头标，带来的问题是破坏了端到端的服务(如端到端的IPSec)，而且NAT/PT可能成为网络性能的瓶颈，有可能限制业务提供平台的容量和扩展性。

使用网络中的地址/协议翻译器还是采用其它过渡方法主要由网络运营商决定，一般来说，只有当两个通信节点的IP版本不同时才建议采用翻译器。

2、IPv4到IPv6的过渡阶段

图1中给出了GPRS/WCDMA网络过渡到IPv6的一个简单描述，同样的原则也适用于其它网络类型。

从图1中可以看出，开始的时候是只支持IPv4的GPRS/WCDMA网络，所有连接到因特网上的终端都是纯IPv4的设备，NAT被用来节约公共的I P地址。这些网络向IPv6过渡的过程可以分为三个阶段：

图1 IPv4过渡到IPv6的各个阶段

(1)第一阶段：网络中有着一个个单独的IPv6孤岛，它们之间的连接是通过在IPv4网络上自动或人工配置“IPv6 in IPv4”的隧道来实现的。在这个阶段，向移动用户提供的IPv6业务绝大多数是由运营商的内网络(Intranet)提供的，其它的一些IPv6业务通过在IPv4网络上的配置/自动隧道来实现，传统的IPv4业务可以提供有IPv4或者双协议栈的终端。在运营商的网络上仍然有NAT，通过分配临时地址来处理公共I Pv4地址匮乏的问题。运营商的网络上还可以安装翻译器(如NAT-PT)来完成IPv4与IPv6协议之间的翻译转换。

(2)第二阶段：这一阶段IPv6已经广泛部署并且有了大量在IPv6平台上实现的业务，但是由于IPv6网络还不能达到完全连接，有时仍然需要IPv4网上的隧道技术来与IPv6节点连接通信。

这个阶段由于所有新业务都在IPv6平台上实现，从而加速了IPv6的部署。从IPv6的发展趋势来看，移动网络将率先进入这一发展阶段。这时大量传统的IPv4业务仍然存在，很多移动节点上都安装了IPv4/IPv 6双协议栈。

(3)第三阶段：IPv6已经获得主导地位，IPv6网络已经实现了全球连接而且所有的业务都在IPv6平台上运行，这时候将不再需要双协议栈功能或者地址/协议的翻译机制，这使得网络结构更加简单，网络维护也更加容易。

IPv6使得网络中的每个节点都有一个独一无二的、全球可路由到的地址。

3、IPv4向IPv6过渡的网络模型

3.1 网络模型

图2简单地显示出移动终端与GPRS核心网络的连接，移动终端与GGSN 接入点(AP)之间所建立的连接称为分组数据协议(PDP)上下文，移动终端通过激活PDP上下文来获取其IP地址，图2中显示了两种不同的移动终端连接到GGSN的两个不同的接入点上的情况。GGSN中的AP1是原生的IPv6，始终连接到IPv6环境中。AP2提供通过IPv4网络隧道的I Pv6连接，这一连接可以是“6to4”的、也可以是“4to6”的。AP3是原生的IPv4，提供到纯IPv4服务/主机的连接。

图2 到GGSN的IPv4和IPv6接入点的连接

图3是过渡期网络模型分析的简单图解，只显示了移动终端和GPRS核心网。使用运营商本地的IPv4和IPv6业务(网内业务)没有必要采用公用IPv4地址或全球IPv6地址(站点本地IPv6地址就足够了)。

当用户离开运营商网络时，通信流要通过边缘路由器和防火墙，在这种情况下，需要公用IPv4地址和全球IPv6地址。获取全球IPv6地址不是问题，但是运营商的公用IPv4地址非常有限，因此需要提供临时的IPv4地址的机制，如NAT。

当通过IPv4网络来连接某个IPv6主机时需要采用隧道技术，隧道的起点可以是GGSN、边缘路由器、或者移动终端，隧道的终点可以是主机或者IPv6网络边缘的路由器(如图3中的路由器1)，如果隧道在主机之前终结则由该路由器解开封装。