浅析IPV4到IPV6的过渡机制.doc

浅析IPV4到IPV6的过渡机制摘 要：目前Internet广泛使用的网络协议是IPv4协议，它形成于二十世纪七十年代末.随着Internet的飞速发展，网络的规模急剧膨胀，使得地址资源日益稀缺，路由表迅速膨胀，这些问题使得目前的IPv4协议已越来越不能适应Internet发展的要求。新一代的网络协议IPv6协议也因此而产生，它可以提供巨大的地址空间，和网络适配的层次地址，以及更好的报头格式和扩展头选项等。从Internet的发展趋势来看，IPv6取代IPv4，得到最终的全面应用是技术发展的必然趋势。不过，从IPv4网络完全升级到IPv6网络将经历一个非常长的过渡过程.现阶段，我们只能建立IPv4/IPv6共存的网络.因此，解决IPv4网络和IPv6网络之间的过渡技术问题，也就成为了2000年后IETF的IPv6工作小组的研究重点。目前，从IPv4到IPv6主要存在三种过渡技术:双协议栈技术，隧道技术和翻译技术。本文对这三种过渡技术作了详细介绍。关键字:IPV4，IPV6，双协议栈，隧道技术，翻译技术Abstract: Nowadays IPv4 is the broadly used Protocol in the Internet. Its constructed in late 70s.Along with the rapid development of Internet technology, the size of networks expanded enormously in an unexpected rate causing shortage of IP addresses and expansion of router tables. These cause IPv4 being not Suitable of current and future Internet development requirements. Hence the newer generation IPv6 was developed and can support a huge address space, better header format, and extension headers with new options etc. From the point of development uptrend of Internet，replacing all IPv4 addresses with IPv6 addresses, a final and complete solution can be realized. Hence its a very necessary technical approach. But a complete upgrade from IPv4 Addresses to IPv6 is a very long transition process. At the moment we can only make an IPv4 and IPv6 co-existing network. Hence this became the Major task in year 2000 of IETF IPV6 work group. At the moment, here are three kinds of techniques for IPv4 to IPv6 transition; Dual Stack technique, Tunnel technique and Translation technique. This article explains all three techniques in detail.Keyword: IPv4, IPv6, Dual Stack technique, Tunnel technique, Translation technique1、 IPv4 协议及其局限性11 IPv4协议报文结构 IPv4 工作在网络层，是网际协议版本 4 的简称，报文结构如图1所示，IPv4 以其简单易用性获得了巨大的成功。从 IPv4 的历史以及它所带来的巨大贡献来看，IPv4 无疑是成功的，它的设计曾经是合理、灵活且强有力的，今天绝大多数网络还使用着 IPv4。但是在迅猛发展的 Internet 面前，IPv4 已经愈来愈不能适应网络发展的需求。 图 1事实上，以下主要的三个方面的因素推动了 TCP/IP 和 Internet体系结构的迅猛变革：1) 新的通讯技术：往往高速计算机一问世，便被用作主机或路由器；新的通讯技术一出台，也会很快被用来传送 IP 数据报。2) 应用：新的应用往往要提出新的要求，而这种要求是当前的网络协议无法满足的。研究能支持这些应用的协议是 Internet 中最前沿的领域。例如，人们对多媒体的强烈兴趣，要求网络能够有效地传送声音和图像，这就要求新协议能保证信息的传递会在一个固定的时延内完成，并且能使音频和视频数据流同步。3) 规模和负载的增长：整个 Internet 己经历了连续几年的指数型增长，其规模每九个月翻一番，甚至更快。而且，Internet 上业务负载的增长比网络规模的增长还要快。 IPv4 面对这些变化表现出很大的局限性。其中最显眼的是其地址空间的缺乏，另外还包括选路问题、网络管理和配置问题、服务类型和服务质量特性的交付问题、IP 选项的问题、以及安全性问题等等。2 地址空间、地址方案与选路的问题IPv4的地址方案使用了一个32位的数(4字节)作为主机在Internet 上的唯一标识。IP 地址的使用屏蔽了不同网络物理地址的多样性，使得在 IP 层以上进行的网络通信有了统一的地址。因为 TCP/IP网络是为大规模的互联网络设计的，所以我们不能用全部的 32 位来表示网络上主机的地址，否则，我们将得到一个拥有数以亿计网络设备的巨大网络，这个网络不需要包交换路由设备和子网，这将完全丧失包交换互联网的优势。所以，我们需要使用 IP 地址的一部分来标识网络，剩下的部分用来标识各个网络中的网络设备。IP 地址被分为两部分（网络号 net ID,主机号 host ID).用来标识设备所在网络的部分叫做网络 ID，标识特定网络设备的部分叫做主机 ID,在每一个 IP 地址中，网络 ID 总是位于主机 ID 前,对于固定长度为 32 位的 IP 地址来说，划分给网络 ID 的位数越多，余下给主机 ID 的位数就越少，亦即 Internet所容纳的网络数就越多，而每个网络中所容纳的主机数就越少,没有一个简单的划分办法能满足所有要求，因为增加一部分的位数则必然意味着另一部分的减少。为了有效地利用 IP 地址中所有的位,合理划分网络 ID 和主机 ID分别所占的长度，网络设计者们将 32 位 IP 地址分成了五类，如图2所示。图 2 IPv4 的地址分类使地址有了一定的层次结构，这给网络寻址提供了便利。在发送一个 IP 报文时，报文先是送往由其目的地址的网络号所标识的网络，再在该网络内部选择与目的地址主机号相符的主机。尽管如此，随着网络的发展 IPv4 的地址方案越来越显示出了它的局限性。 3 IPv4 的局限性IP 负责将应用程序与传输网络分隔开，也就是使用户在使用网络时不必了解实际的传输过程。20世纪70年代，美国国防部（DOD,Department of Defense)支持开发了 IP 协议，并逐渐发展称为现在广泛使用的 IPv4 协议。在 20 多年的发展过程之中，IPv4 取得了巨大的成功。但是 IPv4 在发展中也有不足之处，这使得 IPA 不得不面临变革。传统的 IP 协议，即 IPv4 定义的 IP 地址的长度是 32 位，Internet上的每台主机都被分配了一个 32 位的 IP 地址。而且，因为 IP 地址是一种层次型地址，所以 IP 地址被设计成为网络地址十主机地址的结构，其中网络地址表明这个地址属于哪个网络，而主机地址则表明这个地址指的是哪台主机。根据前文所述，TCP/IP 地址一般分为三类： A类地址：网络地址占8bit,主机地址占24bit，可以标识2个不同的物理网络，每个物理网络在理论上可以容纳234-2台主机。 B类地址：网络地址和主机地址各占16bit，可以标识214个物理网络，每个物理网络在理论上可以容纳 216-2 台主机。 C类地址：网络地址占 24bit,主机地址占8bit，可以标识222个物理地址，每个物理地址理论上可以容纳28-2台主机。一般来讲，A 类地址用于比较少的大型物理网络，B 类地址用于数量较多的中型网络，C 类地址用于数量巨大的小型网络。在 Internet 发展的初期，人们认为网络地址是不可能分配完的，这就导致了对于网络地址分配时的随意性，其结果就是 IP 地址的利用率较低。由于组织的存在，IP 地址不是一个接一个的分配的，而且由于缺乏经验地址分类的做法导致了在分配上非常地不方便，造成了大量的地址浪费。分配的过程是按时间顺序进行的，刚开始的时候一个学校可以拥有一个 A 类网络，而后来一个国家可能只能拥有一个 C 类网络。A 类网络的数目并不多，因此问题的焦点就集中在 B 类和 C 类网络地址上，A类的网络太大，而 C 类的网络太小，因为后来的几乎所有的申请者都愿意申请一个 B 类网络，一个 B 类网络可以拥有 65534个主机地址，而往往实际上根本用不了这么多的地址，由于这样的低效率的分配方法，导致了 B 类地址消耗得特别快。在1996 年1月，已经分配的地址分别为A类 92个，B类 5655个，C类 87924个，地址即将耗尽的问题是在 1991 年开始被认识到的。对于地址分配的要求比预期的增长要迅速的多，这样就导致了对现有的 IP 地址的分配速率很快，导致了 IP地址即将被分配完的局面。2、 IPv6 的主要技术特点4,51 IPv6 主要的技术特点1) 地址充足：IPv6 产生的初衷主要是针对 IPv4 地址短缺问题，当然 IPv6 首先拥有十分丰富的地址资源。IPv6 汲取了 IPv4 地址资源不足的教训一下子将地址长度扩大了四倍即从 IPv4 的 32bit 地址扩展到了 IPv6 的 128bit 地址，充分解决地址匮乏问题。如果这些 IPv6地址平均分配在地球表面地球上的每一平方米即可获得几百万个IP地址，同时 IPv6 地址是有范围的，仍保留类似私有地址的概念，这也进一步增加地址应用的扩展性。2) 简单是美：简化固定的基本报头，提高处理效率。IPv6 对协议报头作了简化以提高网络设备对 IP 报文的处理效率。比如取消了 IP头的校验和域。3) 扩展为先：引入灵活的扩展报头，协议易扩展。IPv6 取消了选项，引入了多种扩展报头，在提高处理效率的同时还极大增加了 IPv6的灵活性为 IP 协议提供了良好的扩展性。4) 层次区划：地址格式更具层次性，便于路由聚合。IPv6 的地址空间采用了层次化的地址结构，利于路由快速查找，同时可以借助路由聚合有效缩减 IPv6 路由表尺寸。5) 即插即用：地址配置简化，实现自动配置。IPv6 引入自动配置以及重配置技术，对于 IP 地址等信息实现自动增删，更新配置，提高IPv6 的易管理性。6) 贴身安全：网络层的 IPSec 认证与加密，端到端的安全。IPSec 最初就是为 IPv6 设计，IPv6 将 IPSec 作为 IPv6 的标准扩展头实现，提供了端到端的安全特性。7) QoS 考虑：新增流标记域。为改进 IP 在 QoS 的先天不足，IPv6报头中增加流标签域，提升 IPQos 特性。8) 移动便捷：Mobile IPv6。利用 IPv6 技术特点，Mobile IPv6 更好的解决 IP 移动性，相比 Mobile IPv4 有较大改进。 IPv6 的上述特点充分迎合了未来网络向 IP 融合统一的发展方向并提升 IP 网络的可运营可管理性。下面从五个方面具体叙述一下 IPv6相对于 IPv4 的变化特点。1) 扩展地址 IPv6 的地址结构中除了把 32 位地址空间扩展到 128 位外，还对IP 主机可能获得的不同类型地址作了一些调整。IPv6 中取消了广播地址而代之以任意点播地址（任意点播地址表示单播地址的集合，发送给该任意点播地址的包将交付给这些地址中的任意一个。通常任意点播地址用于标识提供同样服务的节点集，即，将包发送给一个任意点播地址的节点并不在意由节点集中的哪一个来响应。因为任意点播地址的多个成员都可能响应对其链路层地址的请求）。IPv4 中用于指定一个网络接口的单播地址和用于指定由一个或多个主机侦听的组播地址基本不变。具体的地址方案在后文中有详细叙述。2) 简化的包头 在 IP 层传输的数据单元叫做报文(packet)或数据报(data gram)。报文通常可以分为报头和数据区两部分。报文格式是一个协议对报头的组成域的具体划分和对各个域内的定义。IPv4 的数据报文格式用了近 24 年，至今仍十分流行，这是因为它有很多优的设计思想。IPv6保留了 IPv4 的长处，对其不足之处作了一些简化、修改、和增加新功能。IPv6 报文结构如图3所示。图 22 IPv6 地址有三种类型IPv6 地址有三种类型：单播、多播和任播。RFC2373 中定义了三种 IPv6 地址类型：1) 单播地址（unicast address）：一个单接口的标识符。送往一个单播地址的包将被传送至该地址标识的接口上。2) 任播地址（anycast address）：一组接口（一般属于不同节点）的标识符送往一个泛播地址的包将被传送至该地址标识的接口之一（根据选路协议对于距离的计算方法选择“最近”的一个）。3) 多播地址（multicast address）：一组接口（一般属于不同节点）的标识符。送往一个组播地址的包将被传送至有该地址标识的所有接口上。下面将对这三类地址加以详细介绍： 单播地址的层次结构在形式上与 IPv4 的 CIDR 十分相似，它们都有任意长度的连续地址前缀和掩码在设计 IPv6 单播地址时，设计者们作了如下假设：Internet 的路由系统都是基于在任意长度上的“最长地址前缀匹配”算法来转发报文的，并且路由系统不知道 IPv6 地址的内部结构；(IPv6 的地址结构信息仅在地址的分配和定位时有效。Internet 上不同功能的节点从不同角度看待 IPv6 地址的内部结构。例如，一个简单的 IPv6 节点通常把一个单播地址只看成是一个不具有任何内部结构的标识，如图4所示：图 3而一个稍微复杂一些的节点就可能意识到该地址具有一个由子网前缀和网络接口标识组成的内部结构，如图5所示： 图 4 多播是“一对多”的网络传输模式的一种实现方式。“一对多”的传输模式并不仅是简单的一个发送方 同时与多个接收方建立多个连接，而且是同一报文只发送一次，多个接收方都接受这个报文的拷贝。在现实生活中，这种发送方式与电视、收音机的信号发送方式类似，在 Internet 上这样的通信实例有网上新闻发布、实时股票信息发布、网络数字视频会议等。IPv4 专门划分出 55 作为组播类地址，并定义了相应的 IGMP 协议来支持组播。IPv6 定义了一个所有路由器都应识别的多播地址格式，并在 IPv6 的控制报文协议 ICMPv6 中融进了IPv4 的 IGMP 功能，确保所有的路由器都能为多播数据报进行路由。IPv6 预先定义了一些通用的多播地址，如“保留的多播地址”、“所有节点多播地址”、“所有路由器多播地址”、“被请求节点多播地址”。这些地址通常在地址自动分配和邻节点在探测时使用。IPv4 已经具备使用组播的应用，Internet 编号分配机构 IANA 己经分配了一个用于 IPv4 组播的组标识符列表。IPv6 为这些组标识符保留了相应的永久性多播地址，这些多播地址形成“已注册的多播地址表”并由 IANA 维护。在 IPv6 的 ICMP 中有3个类型代码用于标识组成员关系报文：组成员关系查询、组成员关系报告、组成员关系终止。这 3个类型的 ICMPv6报文等价地实现了 IPv4 的 IGMP 功能。Internet 的多播路由选择还处在研究阶段，查询、报告和终止报文代表当今的最高技术水平。在未来的几年中，还可能实现以下扩展：1) 在报告报文中增加一个或多个源地址字段，用来表明某个主机只想收听来自组成员中的某些站点的多播信息。2) 在终止报文中增加一个或多个源地址用来指明某个主机不想理会组内的哪些成员。3) 增加一个声明报文或者在报告报文中增加一个优先选择字段，用于确定链路上的哪些路由器会为一个特定的组转发数据报。 在很多情况下，网络上可能有多个服务器同时提供相同的服务（例如镜象服务器）。一台主机、一个应用程序或一个用户往往只希望得到某种服务而不关心该服务由那台服务器来提供，也就是说，只需要所有这些服务器中的任何一台为该用户提供服务就可以了。但是，在有些情况下，具体由那一台服务器提供服务可能会很不同，例如，域名服务器不论离用户远近都应该工作得一样好，但离用户近的时间服务器提供的时间可能更准确。任播地址就是为满足这类要求而设计的。任播地址是同时分配给多个网络接口（通常分布在不同的节点上）的一类 IPv6 地址。主机不是将数据报发往一个特定的服务器，而是将其发往某个对于所有给定类型的服务器来说都能识别的通用地址，并相信路由系统能将该数据报分发到这组服务器中最近的一个。任播地址和单播地址在形式上没有任何区别，都分配了相同的格前缀，当把一个单播地址分配给了多个网络接口时，它就在功能上转化成了一个任播地址。主机对待任播和单播地址没有任何不同，任播只是给路由系统增加了负担。路由系统必须为站点的每个活跃的任播地址保持一条路径。这从概念上说很容易实现：在像 RIP 这样的矢量距离协议中，只要为每个任播地址到目的站点的矢量增加一个路由项就可以了；在像 OSPF 这样的链路状态协议中，可以创建一个特殊类型的链路状态记录，说明某个路由器与某个任播直接连。3 IPv6 节点所需地址在 IPv4 网络中，一个网络接口只需要一个IPv4地址和一个本地回送地址就可以满足通信的需要；而在 IPv6 网络中，为了充分发挥协议所提供的功能，要求一个网络接口所拥有的地址相对于 IPv4 要多一些。一个主机节点需要识别以下标识它自身的地址：1) 节点所拥有的所有网络接口的“链路本地单播地址”：在本地链路上标识网络接口，用于本链路上的通信。2) 分配得到的“单播地址”：在整个Internet上标识网络接口，用于与整个Internet上其他节点进行通信。3) 本地回送地址：用于测试本节点内部TCP/IP协议栈是否正常工作。（对应于点所有单播地址和任播地址的“被请求节点任播地址”：用于邻节点探测和地址自动配置。4) 对应于节点所属的所有多播组的“多播地址”：用于接收发往所属多播组的多播报文。路由器除了具有一般节点的功能外还需要负责报文转发、路由信息发布、链路最大传输单元的信息发布、以及配合完成地址自动配置功能等。 因此，路由器除了需要获得并识别以上所有的一个主机节点所需要识别的地址外，还需要获得以下用于完成路由器特殊功能的地址：1) 对应每个具有路由功能的网络接口所连接子网的子网路由器任播地址，该类地址是方便普通节点指定缺省路由器的。2) 路由器所配置的所有其它任播地址：用于接收以这些任播地址为目的地址的报文。3) 所有路由器多播地址：用于路由信息的发布。4) 路由器所从属的所有其它多播组的多播地址：用于接收所属路由器多播组的报文。3、 IPv4到IPv6的过渡技术6,71 过渡技术的现状2 为了开展对于 IPv4 / IPv6过渡问题和高效无缝互连问题的研究, 国际上, IETF组建了专门的 working group即 NGTRANS(现已改为V6ops)工作组来处理这个问题。同时, IETF在全球范围内成立了试验床 6- Bone ，专门对IPv6的特性进行研究。目前已经出现了多种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、 不同环境的通信问题。在过渡的初期，Internet由运行IPv4的/海洋0和运行IPv6的/小岛0组成。随着时间的推移，IPv4的海洋将会逐渐变小，而IPv6的小岛将会越来越多, 最终完全取代IPv4。在过渡的初期, 要解决的问题可以分为两大类: 第一类就是解决这些IPv6的小岛之间互相通信的问题；第二类就是解决IPv6的小岛与IPv4的海洋之间的通信的问题。针对这两类问题已经提出了很多方案，有一些已经相当成熟并形成了RFC参考标准, 而还有一些只是作为Internet草案，有待进一步完善。如何完成从 IPv4到 IPv6的转换是IPv6发展需要解决的第一个问题。现有的几乎每个网络及其连接设备都支持IPv4，因此要想一夜间就完成从IPv4到IPv66的转换是不切实际的。IPv6必须能够支持和处理 IPv4体系的遗留问题。可以预见，IPv4向IPv6过渡需要相当长的时间才能完成。2 双协议栈技术双协议栈技术是指在两端设备上同时安装并使用IPv4和IPv6两种IP协议的技术。通过该技术实现终端设备或网络节点间的IPv4和IPv6同时通讯。双协议栈技术在以太网中采用哪种IP协议通讯，需要查询分析数据报头的协议ID。双协议栈技术根据协议ID的值进行区分。如果协议ID的值为0x0800，则使用IPv4协议通讯。反之，如果协议ID的值为0x86dd，则使用IPv6进行通讯。双协议栈技术互访性好，简单易行，是IPv6与IPv4节点最直观的通讯方式。但由于双协议栈技术要同时各占用一个IPv4和IPv6的地址，无法根本上解决IP地址紧缺的问题， 而且无法解决单IPv4地址主机到图6双协议栈工作方式，单IPv6地址主机的互访问题。所以双协议栈技术只能作为过渡方案。图 5双协议栈技术是指在某个网络节点上既安装 IPv4协议又安装 IPv6协议,因此该节点既能与支持 IPv4协议的节点通信,又能与支持 IPv6协议的节点通信。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/UDP)没有任何区别。 IPv6协议栈仅对原IPv4协议栈的网络层作了改动, 而传输层以上所有层协议保留不动, 其结构如图 7所示。图 7 由图 7可以看出，双协议栈在网络层可以同时支持 IPv4和 IPv6协议, 收发 I Pv4和 IPv6的 IP数据包。IPv6和 IPv4在实现细节上有很多不同, 但它们的原理是相似的。因此, 双协议栈技术的优点是易于实现、互通性好。但是, 由于 IP协议的变化导致路由协议的变化,所以为了保证 IPv4节点与 IPv6节点之间能互相通信, 路由器也需要绑定双协议栈，使得路由器的负荷增加，效率低下，必须有足够大的内存来保存路由表。而且, 每个双协议栈节点都要分配一个合法的IPv4地址。因此, 双协议栈技术只能是在 IPv4与IPv6共存期间暂时使用。3 隧道技术 隧道技术是将IPv6数据包封装成为IPv4数据包，来实现IPv6数据通过IPv4网络进行通讯的。在IPv4骨干网络中，封装成IPv4的IPv6数据包，采用IPv4网络的路由方式传输。数据包发送时，发送端设备会进行数据包封装，而且数据包头采用一个“协议域”来标识IPv6数据包。当接收端设备收到数据包后，首先分析数据包头。如果分析到数据包头 “协议域”值为41，该设备就将这个数据包恢复成封装之前的IPv6数据包， 并传送到目的地址。隧道技术还提供了隧道代理（Tunnel Broker）技术用来自动的配置隧道。达到提高配置隧道的扩展性的目的。隧道代理的主要工作方式是：用户可自行建立、 更改和拆除隧道， 简化隧道的配置过程； 用户一般通过浏览器的方式就可以向ISP申请永久的IPv6地址和域名。ISP负责将用户（操作系统需要支持双协议栈）的IPv6地址和名字信息存放到域名服务DNS里， 实现用户节点的IPv6域名解析。隧道技术大多用于IPv6孤岛对接， 无法完成纯IPv6与纯IPv4的访问。在隧道两端的设备依然需要使用双IP地址， 也无法解决地址紧张问题。隧道技术目前是国际 IPv6试验床 6- Bone所采用的技术。利用隧道技术可以通过现有的运行IPv4协议的 Internet骨干网络 (即隧道 )将局部的IPv6网络连接起来。因而是IPv4向IPv6过渡的初期最易于采用的技术。目前,隧道技术的实现主要有以下几种方式:1) 手工配置隧道在IPv4向IPv6过渡的初始阶段, 纯IPv6网络或结点相对较少,可以通过人工来有效管理。手工配置的隧道可以基于IPv4体系来连接IPv6彼此的主机或网络。这种技术一般用于经常通信的结点之间,由结点所在的网络的管理员手工配置。其中, 由隧道的起始点通过 IPv4环境来发送IPv6数据报文, 而隧道的另一端即终点结点的 IPv4地址则是由隧道起始点本身存储的手工配置信息获得,与原始的 IPv6数据报文中的信宿地址无关。运用手工隧道机制的结点最少需要一个全球唯一的。人工配置隧道是在隧道的两端根据事先协商好的参数人工配置某个特定的IPv4地址, 不需要为节点分配特殊的IPv6地址,适合在经常通讯且相对稳定的两个 IPv6节点之间使用, 但是隧道端点需要支持双协议栈并且它们之间要有可用的 IPv4连接。2) 自动配置隧道是在进行封装的路由器上自动完成数据包的封装, 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。隧道的建立和拆除是动态的,其端点根据分组的目的地址确定,适用于不经常通信的节点间使用。自动配置隧道又可以分为兼容地址自动隧道, 6to4隧道, 6over4隧道,ISATAP隧道, MPLS隧道, GRE隧道等, 这些隧道的实现原理和技术细节都不相同,相应的其应用场景也就不同。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节点与 IPv6节点之间的直接通信。3) IPv4兼容 IPv6地址 ( 6over 4) 6over 4过渡机制使孤立于IPv4网络环境的 IPv6网络结点可以与外界的IPv6网络环境通信。该过渡机制的主要特点在于通过运用网络环境局部范围的 IPv4组播特性来创建一条虚拟的链路, 是一种通过 6over4隧道实现 IPv4与 I Pv6互通的方式。在这种方式下, IPv4终端上要使用 IPv4兼容 I Pv6地址, 即在 128位地址中,高阶的 96位全部为0，而最后的 32位包含IPv4地址。其中，IPv4地址为全局唯一的 I Pv4单播地址。4) IPv6 toIPv4 IPv6 toIPv4隧道可将多个IPv6域通过 IPv4网络连接到 IPv6网络,是一种自动构造隧道的方式,即 6 to4地址。这种 6to4地址的格式为: 2002: a. b. c .d: xxxx: xxxx: xxxx: xxxx 。其中， a . b. c .d是 IPv4地址。这个内嵌在 IPv6地址中的 I Pv4地址可用来查找 6 to IPv4隧道的其他的终点。6 to IPv4地址的网络前缀有64位,其中前 48位由分配给路由器上的 IPv4地址决定,用户不能改变, 而后 16位是由用户自己定义的。这样, 这个边缘路由器后面就可以连接一组网络前缀不同的网络。它的原理是 IPv6出口路由器与其他的I Pv6域建立隧道连接, IPv4隧道的末端可从 IPv6域的地址前缀中自动提取, 因为站点的 IPv4地址包含在 I Pv6地址前缀中。5) 隧道代理 隧道代理相当于虚拟的一种 IPv6的 ISP , 能使孤立的 IPv6网络结点跟隧道提供者的IPv4网络环境互通。隧道代理主要是由隧道代理 TB( Tunnel Broker) , 隧道服务器 TS ( Tunnel Server)和DNS服务器组成。隧道代理的基本原理如下: 结点用户向 TB提出自身希望使用隧道代理的请求, 同时提供该网络结点的IPv4地址、希望使用的 DNS域名和结点类型等信息。TB接到用户请求后, 根据网络负载分配的情况,选择某一个隧道服务器 TS作为该生成隧道的起点,同时将一个 IPv6前缀指定给用户起点,并升级 DNS中的资源记录类型等; 在 DNS服务器中,将组册已配置给隧道的 IPv6地址, DNS将被自动更新; 接下来配置隧道的 TS端,同时把该隧道的6) ISATAP ISATAP机制(the Intrasite Automatic Tunnel Addressing Protocol，站内自动隧道寻址协议)在IETF的RFC中进行定义，通常应用在网络边缘，如企业网或接入网。ISATAP可以和6t04技术联合使用，可以使IPv4站点内的双栈节点通过自动隧道接入到IPv6路由器，允许与IPv6路由器不共享同一物理链路的双栈节点通过IPv4自动隧道将数据包送达IPv6下一跳。7) MPLS隧道 MPLS隧道主要应用于骨干网和城域核心网。MPLS隧道实现IPv6岛屿互联的方式，尤其适合于已经开展了BGPMPLS VPN业务的运营商。这种过渡方式可以使运营商暂时不必将现有核心网络升级为IPv6网络就可以实现对外提供IPv6业务。IPv6站点必须通过CE连接到一个或多个运行MPBGP的双栈PE上，这些PE之间通过MPBGP来交换IPv6的路由可达信息，通过隧道来传送IPv6数据包。8) 二层隧道 为了连接分散的IPv6网络，一种可能的方法是利用二层技术(如ATM，PPP，L2TP等)把这些IPv6网络连接在一起。这种方式的优点是概念清晰、易于理解。缺点是实现较为困难，扩展性较差，当需要互联的IPv6网络较多时，不宜采用这种方式。4 翻译技术3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，由于协议栈的不同很自然地需要对这些协议进行翻译转换。对于协议的翻译涉及两个方面，一方面是IPv4与IPv6协议层的翻译，另一个方面是IPv4应用与IPv6应用之间的翻译。翻译技术可以对应多种实现技术，其中NATPT和TRT主要应用于网络汇聚层，而BIA，BIS则主要是针对主机终端而提出的。 NATPT NAT-PT 就是在做 IPv4/IPv6 地址转换(NAT)的同时在 IPv4 分组和IPv6 分组之间进行报头和语义的翻译(PT)。适用于纯 IPv4 站点和纯IPv6 站点之间的通信。对于一些内嵌地址信息的高层协议（如 FTP），NAT-PT 需要和应用层的网关协作来完成翻译。NAT-PT 通过修改协议报头来转换网络地址，使 IPv4 节点和 IPv6节点互通。与一些隧道技术不同，NAT-PT 只要求在 IPv4 和 IPv6 之间互联的网络转换设备上启用，协议转换的目的是实现 IPv4 和 IPv6 协议头之间的转换，地址转换则是为了让 IPv4 和 IPv6 网络中的主机互相识别对方。另外，NAT-PT 通过与应用层网关（ALG）相结合，实现了只安装 IPv6 的主机和只安装了 IPv4 主机的大部分应用的相互通信。在这里再简单介绍 ALG。ALG，即应用层网关，就是在应用层对数据进行处理，完成 IPv4 和 IPv6 之间的转换，它一般有 DNS-ALG 和FTP-ALG 两种重要的形式，总之，ALG 作为一种应用层的协议转换的方法，可以完全避免在 IP 层进行 IP 头标转换带来的一些问题，但它需要和其他技术如 SOCKS64、NAT-PT 等技术配合使用。另外，NAT-PT 将 SIIT（Stateless IP/ICMP Translation）协议转换技术和 IPv4 网络中动态地址翻译技术（NAT）相结合。它利用了 SIIT技术的工作机制，同时又利用了传统的 IPv4 下的 NAT 技术，动态地访问 IPv4 节点的 IPv6 节点分配 IPv4 地址，很好地解决了 SIIT 技术中的全局 IPv4 地址池规模有限的问题。 NAT-PT 分为静态模式和动态模式，其中，静态 NAT-PT 是由 NAT-PT网关静态的绑定 IPv6 和 IPv4 地址。当 IPv4 主机和 IPv6 主机之间互通，其报文在经过 NAT-PT 网关时，NAT-PT 网关根据配置的绑定关系进行转换。静态 NAT-PT 原理简单明了，但由于网关上的配置的 IPv6 地址与 IPv4 地址一一对应，故配置复杂，维护量大，而且需要消耗大量的 IPv4 地址。在动态 NAT-PT 中，NAT-PT 网关向 IPv6 网络通告一个 96 位的地址前缀，并结合主机 32 位 IPv4 地址作为对 IPv4 网络中的主机的标识。从 IPv6 网络中的主机向 IPv4 网络发送的报文，其目的地址前缀与NAT-PT 发布的地址前缀相同，这些报文都被路由到 NAT-PT 网关，由NAT-PT 网关对报文头进行修改，取出其中的 IPv4 地址信息，替换目的地址。同时，NAT-PT 网关定义了 IPv4 地址池，NAT-PT 网关从地址池中取出一个地址来替换 IPv6报文的源地址，从而完成从 IPv6 地址到IPv4 地址的转换。动态 NAT-PT 改进了静态 NAT-PT 配置复杂、消耗大量 IPv4 地址池的缺点。由于它采用上层协议映射的方法，故只需用很少的 IPv4 地址就可以支持大量的 IPv6 到 IPv4 的转换。但是，动态NAT-PT只能由 IPv6一侧首先发起连接，路由器把 IPv6 地址转换为 IPv4地址后，IPv4 主机才知道使用哪一个 IPv4 地址来标识 IPv6 主机。若从 IPv4 端首先发起连接，IPv4 主机并不知道 IPv6 主机的 IPv4 地址，因为这个地址是 NAT-PT 网关从地址池中随机选择的，连接无法进行。通过结合 ALG 的动态 NAT-PT，一方面可以使 IPv4 主机与 IPv6 主机任意一方都可以主动发起连接，另一方面也可基于 DNS 名称访问对方主机，是一种很实用的 IPv6 过渡技术。 NAT-PT 结合 ALG，可以对报文载荷内的数据进行转换，如 DNS、FTP 等应用都可以进行转换与互通。但缺点是进一步加大了复杂度，对网关的要求较高，可能会造成网络的一个性能瓶颈。 TRT TRT（Transport Relay Translator）机制和 NAT-PT 类似，它提供TCP/UDPv6 与 TCP/UDPv4 交谈间的转译功能。因此，TRT 机制是在传输层将一个 IPv4 的 TCP 或 UDP 连接与一个 IPv6 的 TCP 或 UDP 连接联系起来，也就是说是在传输层实现协议转换，而不是在网络层。TRT 机制的每个连接都是真正的 IPv4 或 IPv6 连接，因此可以避免 IP 分组分片和 ICMP 报文转换带来的问题，但对一些存在内嵌地址信息的高层协议（如 FTP），同样需要和应用层的网关协作来完成协议转换