三种IPv4和IPv6过渡技术对比

　　现有的互联网主要是基于IPv4协议的。这一协议的成功促成了互联网的迅速发展。但是，随着互联网用户数量不断增加以及对互联网应用的要求不断提高，IPv4的不足逐渐凸显出来。其中最尖锐的问题就是不断增长的对互联网地址资源的巨大需求与IPv4地址空间不足之间的矛盾，目前可用的IPv4地址已经分配了70％左右，而且B类地址已经基本耗尽。而采用长度为128字节IP地址的IPv6协议，则彻底解决了IPv4地址不足的难题，并且在地址容量、安全性、网络管理、移动性以及服务质量等方面有明显的改进，IPv6也成为下一代互联网络协议采用的核心标准之一。

　　在IPv6成为主流协议之前，首先使用IPv6协议栈的网络希望能与当前仍被IPv4支撑着的互联网进行正常通信，因此必须开发出IPv4／IPv6互通技术以保证IPv4能够平稳过渡到IPv6。此外，互通技术应该对信息传递做到高效无缝。国际上IETF专门对于IPv4／IPv6过渡问题和高效无缝互通问题开展了研究。由于互联网的规模以及目前网络中数量庞大的IPv4用户和设备，IPv4到IPv6的过渡不可能一次性实现。所以IPv4到IPv6的过渡必须是一个循序渐进的过程。能否顺利地实现从IPv4到IPv6的过渡也是IPv6能否取得成功的一个重要因素。

　　IPv6在设计的过程中就已经考虑到了IPv4到IPv6的过渡问题，并提供了一些特性使过渡过程简化。目前针对IPv4到IPv6过渡问题已经提出了许多机制，它们的实现原理和应用环境各有侧重。

　　目前，应用比较广泛的过渡策略主要包括双栈策略、隧道策略以及翻译策略。

　　双栈策略是指在网络节点中同时具有IPv4和IPv6两个协议栈，这样，它既可以接收、处理、收发IPv4的分组，也可以接收、处理、收发IPv6的分组。对于主机来讲，“双栈”是指其可以根据需要来对业务产生的数据进行IPv4封装或者IPv6封装；对于路由器来讲，“双栈”是指在一个路由器设备中维护IPv6和IPv4两套路由协议栈，使得路由器既能与IPv4主机也能与IPv6主机通信，分别支持独立的IPv6和IPv4路由协议，IPv4和IPv6路由信息按照各自的路由协议进行计算，维护不同的路由表。IPv6数据报按照IPv6路由协议得到的路由表转发，IPv4数据报按照IPv4路由协议得到的路由表转发。双栈策略的优点是概念清晰，易于理解，网络规划相对简单，同时在IPv6逻辑网络中可以充分发挥IPv6协议的所有优点（如安全性、路由约束、流的支持等方面）。但是双栈策略也存在如下缺点：对网元设备的要求较高，要求其不但支持IPv4路由协议，而且支持IPv6路由协议，这就要求其维护大量的协议和数据。另外，网络升级改造将牵涉到网络中的所有网元设备，投资大、建设周期比较长。

　　隧道策略是IPv4／IPv6过渡中经常使用到的一种机制。所谓“隧道”简单地讲就是利用一种协议来传输另一种协议的数据的技术。在IPv6发展初期，必然有许多局部的纯IPv6网络，这些IPv6网络被IPv4骨干网络隔离开来，为了使这些孤立的“IPv6岛”互通，就采取隧道技术的方式来解决。利用穿越现存IPv4因特网的隧道技术将许多个“IPv6孤岛”连接起来，逐步扩大IPv6的实现范围。隧道技术的工作机理就在IPv6网络与IPv4网络间的隧道入口处，路由器将IPv6的数据分组封装入IPv4中，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。在隧道的出口处再将IPv6分组取出转发给目的节点。目前应用较多的隧道技术包括构造隧道、6to4隧道以及MPLS隧道等。目前的隧道技术主要实现了在IPv4数据包中封装IPv6数据包，随着IPv6技术的发展和广泛应用，未来也将会出现在IPv4数据包中封装IPv6数据包的隧道技术。隧道技术能够充分利用现有的网络投资，因此在过渡初期是一种方便的选择。但是，在隧道的入口处会出现负载协议数据包的拆分，在隧道出口处会出现负载协议数据包的重组。这就增加了隧道出入口的实现复杂度，不利于大规模的应用。

　　双栈策略解决了IPv6与IPv4的共存问题，但是在网络的过渡时期不可能要求所有的主机或终端都升级支持双栈，在网络中必然存在纯IPv4主机和纯IPv6主机之间进行通信的需求，由于协议栈的不同因此很自然地需要对这些协议进行翻译转换。对应协议的翻译可以分为两个层面来进行，一方面是IPv4与IPv6协议层的翻译，另一方面是IPv4应用与IPv6应用之间的翻译。前者主要是通过NAT－PT技术实现的，后者则主要通过应用代理网关ALG来实现。NAT－PT实现了网络层的协议翻译；应用代理网关则实现应用层的协议翻译，对于不同的应用，需要配置不同的应用代理网关。翻译技术的优点是不需要进行IPv4，IPv6节点的升级改造，缺点是IPv4节点访问IPv6节点的实现方法比较复杂，网络设备进行协议转换、地址转换的处理开销较大。因此，该策略一般是在其他互通方式无法使用的情况下使用。

　　目前，还没有一种普遍适用的过渡技术，上文所述的各种过渡策略均有其各自的优点和缺点，有着各自的适用环境。因此，在实际网络建设中，应根据扩展性、安全性、网络性能等多方面因素综合考虑选择适合网络自身特征的过渡策略。

作者：赵锋 来源：人民邮电报