以应用为中心的IPv4向IPv6过渡策略研究

防 灾 科 技 学 院毕 业 设 计题目 以应用为中心的 IPv4 向 IPv6 过渡策略研究学生姓名 学号系 别 专 业班级开题时间 答辩时间指导教师 职 称以应用为中心的 IPv4 向 IPv6 过渡策略研究作 者 指导老师 摘要 随着网络的高速发展，IPv4 地址空间最终将面临枯竭，为了解决 IPv4 地址空间不足的问题，提出了由 IPv4 网络过渡到 IPv6 网络。IPv4 完全过渡到 IPv6 网络是一个漫长的过程，需要网络中设备的支持，需要升级或者开发大量的 IPv6 应用，需要考虑过渡过程中的网络管理等问题。本文介绍了 IPv6 的发展现状，对 IPv4 向 IPv6 过渡的各个阶段进行了研究，对 IPv4网络向 IPv6 网络过渡的技术进行了分析，最终对 IPv4 网络向 IPv6 网络的应用过渡进行了阐述，提出了新老校园网的 IPv6 网络建设与改造方案。关键词: IPv4;IPv6;过渡策略; 应用The Application for The Centres Research of IPv4 to IPv6 Transition StrategyAuthor GAdvisor CAbstract With the rapid development of Internet, IPv4 address space will eventually face the depletion of IPv4 address space，the transition of IPv4 networks to IPv6 networks raised in order to solve the problems. It is a lengthy process that full transition to IPv6 IPv4 network ,it requires the support of a network device, need to upgrade or develop a large number of IPv6 applications, need to be considered during the transition network management and other issues. This article describes the development status of IPv6, researched the various stages of IPv4 to IPv6 transition, analyzed technology for the on the transition from IPv4 networks to IPv6 network.Ultimately, described transition applications for IPv4 networks to IPv6 network, point out a new old campus Network IPv6 network construction and transformation program.Keywords:IPv4;IPv6;Transition Strategy;Application目 录引言 .11 绪论 .21.1 IPv6 研究的现状及意义 .21.2 研究 IPv6 存在的问题 .21.3 研究以应用为中心的过渡策略价值 .32IPv4 网络向 IPv6 过渡技术标准 .42.1IPv4 与 IPv6 标准比较 .42.2 IPv4 与 IPv6 共存技术 .72.3 IPv4 和 IPv6 互操作技术 .123 网络应用的迁移阶段和应用过渡方案 .153.1 网络应用的迁移阶段 .153.2 应用过渡方案之利用 IPv4 应用为 IPv6 提供服务 .153.3 应用过渡方案之升级或者开发 IPv6 应用 .163.4 应用过渡方案之升级或者开发同时支持 IPv4 和 IPv6 的应用 .184 应用过渡分析 .194.1 纯 IPv4 应用 .194.2 IPv4 和 IPv6 的混合应用 .214.3 纯 IPv6 应用阶段 .215 应用过渡策略 .225.1 应用过渡中网络结构的变化 .225.2 应用过渡中的网络连接方式 .225.3 网络应用的过渡 .255.4 模拟实际校园网络过渡 .26结论 .29致谢 .30参考文献 .31防灾科技学院毕业设计1引言在 IPv4 网络向 IPv6 网络过渡的初期，IPv4 网络已被大量部署，而 IPv6网络只是散布在世界各地的一些孤岛。故而需要一些技术实现 IPv6 孤岛之间的互联以及 IPv4 节点和 IPv6 节点之间的互通。从 IPv4 的局限性和 IPv6 的优势入手，提出了 IP 协议从 IPv4 过渡到 IPv6 将成为历史的必然，重点研究了 IPv4到 IPv6 的过渡策略及策略的选择。为解决应用向 IPv6 过渡问题，应当根据不同过渡阶段网络结构的变化，指出应用过渡的主要方式，在使用不同过渡技术的基础上，提出应用过渡方法和如何为 IPv6 网络提供可访问资源，以期实现应用向 IPv6 的平滑过渡 1。IPv4 地址空间即将耗尽，IPv6 网络终将取代 IPv4 网络，成为全球网络的中流砥柱，在 IPv4 向 IPv6 过渡期间，由于应用是网络存在的基石，所以应用的过渡是极其重要的，研究在网络过渡期间应用的过渡策略是很有价值的。在整个过渡的过程中，应该把握先边缘后核心的原则 2，在过渡的不同阶段采用不同的过渡技术是很重要的，只有如此，才能实现 IPv4 向 IPv6 的稳定高效的过渡。现在的 IPv6 技术还不够成熟，正处于试验的阶段，我们在 IPv4 地址分配上没有取得优势，IPv6 网络的兴起对于我们来说是一个机遇，潜心研究 IPv6 技术，可以奠定我们在未来的网络格局中的地位。防灾科技学院毕业设计21 绪论1.1 IPv6 研究的现状及意义随着因特网的快速发展，IPv4 地址匮乏的问题迟早会出现，为了解决 IPv4地址匮乏的问题，1994 年 11 月 IESG 以 RFC1752 为标准草案产生了下一代的IP 协议，并命名为 IPv6。IPv6 的出现让许多国家高度重视。目前，在 IPv6 的研究和应用方面比角领先的主要是欧洲、韩国、美国和日本。亚洲国家对 IPv6 的态度比欧美积极，最积极的是日本，由于政府重视，日本目前在 IPv6 的研发和应用方面走在世界的前列。到目前为止，日本主要的运营商和 ISP 几乎都已提供 IPv6 商业化接入服务，全国利用 IPv6 的环境正在日益完善。韩国也比较重视 IPv6，制订了 IPv6 的过渡进程。欧洲在发展 IPv6 方面的基本战略是“先移动，后固定” ，希望通过 3G 标准的部署实现在互联网领域与美国并驾齐驱的目标。美国是 IPv4 的发源地，在很多方面都占据了先天的优势，比如地址资源和商业应用方面，但是美国在 IPv6 的商业化推广方面并没有日本额欧洲的力度大。中国从 1998 年开始对 IPv6 进行研究，2002 年 5 月，建立了全国第一个商用电信级 IPv6 试验网。IPv6 产品的研发主要集中在网络设备、应用软件、协议软件和操作系统等领域。到目前为止，支持 IPv6 的路由器、交换机等初期产品已经被主要的网络设备厂商研发出来，其中一些产品已经投入商业应用。UNIX、Linux、Windows 等大多数操作系统已经开始支持 IPv6 或者通过测试。IPv6 是实现三网融合的纽带，IPv6 有着巨大的地址空间以及很多优势和功能，正是由于这样，它成为构筑下一代网络的重要基础，也成为三网融合的唯一纽带。与 IPv4 相比，IPv6 有很多优势，比如，明显地扩大了 IP 地址空间 3，提高了网络整体的吞吐量，很大的改善了整个服务质量，更好的保障了安全性，支持移动性和即插即用。IPv6 对中国具有战略意义，给中国带来机遇，中国将赢得一个从引进技术转换到引导技术发展的机会。防灾科技学院毕业设计31.2 研究 IPv6 存在的问题在应用 IPv6 的过程中，由于 IPv4 的网络结构非常复杂，由 IPv4 向 IPv6 过渡是有一定的难度的，不存在一种能通用的过渡机制来解决网络过渡的问题。IPv6 和 IPv4 是两个完全不同的网络，以 IPv4 为基础的很多应用和网络设备并不能同时升级到支持 IPv6，由于涉及到设备更新周期和保护投资者的利益的问题，IPv4 被 IPv6 取代需要很长的时间，在 IPv4 完全被 IPv6 取代期间，需要的是 IPv4 和 IPv6 长期共存。IPv6 虽然能够提供很多重要的特性，但是 IPv4 向IPv6 过渡是一项很大的工程，涉及到应用程序的开发升级、主机和路由器兼容性等硬件软件问题。1.3 研究以应用为中心的过渡策略价值IPv4 网络的迅猛发展主要原因是网络中大量应用的存在，而 IPv6 网络上的应用很少，可以提供访问的网络资源更是少之又少。要想实现网络的顺利过渡，IPv6 应用是关键， IPv6 网络的顺利过渡依赖于决定性的 IPv6 应用。怎样让IPv6 用户能访问海量的 IPv4 资源，怎样把海量的 IPv4 网络应用移植到 IPv6 网络环境下使用，在过渡的各个时期，采用什么过渡方法能实现对网络资源的有效访问，这些都在网络过渡中起了很重要的作用，也成为能否实现顺利过渡的重要因素。所以，研究以应用为中心的过渡策略在如今有着重大的现实指导意义。防灾科技学院毕业设计42IPv4 网络向 IPv6 过渡技术标准2.1IPv4 与 IPv6 标准比较IPv4 和 IPv6 头部不同，IPv6 头部结构做了截然不同的改变，不是用 128位地址替换 IPv4 头部的 32 位地址。IPv4 与 IPv6 报文头对比如图 2.1 和图2.2：图 2.1 IPv4 头标格式 图 2.2 IPv6 头标格式 依据图 2.1 和图 2.2 的对比可以看出，IPv6 和 IPv4 头部结构不同。IPv6 省略了 IPv4 报文头中不经常使用的部分，通过固定报文头让头部信息更加简洁，防灾科技学院毕业设计5除了省略了不常用的部分，IPv6 在扩展头中增加了新内容，便于 IPv6 拓展新功能 4。IPv6 的地址结构与 IPv4 的地址结构不同，IPv6 采用的是冒号分十六进制的 128 位地址格式来和 IPv4 点分十进制的 32 位的地址格式进行区分，一共有8 个分组，每一个分组有 16 位。IPv6 地址的表示形式优先选用的形式是x：x：x：x：x：x：x：x，x 是 8 个 16 位地址段的十六进制值，每一组数值前面的 0 都可以省略。在分配 IPv6 地址的时候，可能会发生包含长串 0 位的地址，为了简化书写，可以用“ ： ”简化多个 0 位的 16 位组。 “：”符号在一个地址中只能出现一次，也可以用来压缩地址的前部和尾部的 0。在一个 IPv4 和 IPv6节点混杂在一起的节点环境里，需要采用另一种形式，即x：x：x：x：x：x：d.d.d.d，其中 x 是地址中 6 个高阶 16 位段的十六进制值，d 是地址中 4 个低阶 8 位字段的十进制值。IPv6 的基本报头，包括版本域、优先级、流标记、数据长度、下一报头、跳数限制、源地址和目的地址。（1）版本域：长度是 4bit，表示的是 IP 协议的版本号，由于是 IPv6 协议，所以这里的值为“6”。（2）优先级：长度是 8bit，数据报的优先级不同，这里的值不同。（3）流标记：长度是 20bit，IPv4 协议不存在这个字段，是 IPv6 新加的字段。实时数据传输通过使用流标记来确保 QoS。（4）数据长度：长度为 16bit，这个字段表明了有效载荷的长度，其值并不包括 IPv6 的 40 位报文头，表示的是报文头后面的扩展和数据部分的长度。这个字段可以表示的数据有效载荷为 64KB。如果有效载荷超出这个值，那就由超大报扩展部分表示。（5）下一报头：长度为 8bit，在 IPv4 中，传输层报头一直跟在 IP 报头后面，而 IPv6 与之有所差异，IPv6 的扩展部分可以在 IP 报头和传输层报头当中 5，验证、加密、分片是扩展部分的主要功能。而下一报头这个字段表示的是扩展部分是否跟在 IPv6 报头后面。（6）跳数限制：长度为 8bit，IPv4 中的 TTL 字段被这个字段所代替。IPv4 使用的是时值，IPv6 使用的是段值。为了避免将一个数据报无休止的转发，防灾科技学院毕业设计6每经过一个路由器，段值就减少一个。（7）源地址：长度为 128bit，代表的是始发主机的起始地址。（8）目的地址：长度为 128bit，代表的是传输信号的目的地址。IPv6 地址有单播地址、任意播地址、组播地址三种。2.1.1 单播地址单播地址标识了一个单独的 IPv6 接口，多个 IPv6 地址可以在一个节点处，但是每一个接口必须具有一个与之相关的单播地址，单播地址可被认为包含了一段信息，这段信息被包含在 128 位字段中:该地址可以完整地定义一个特定的接口。此外，地址中数据可以被解释为多个小段的信息。但无论如何，当所有的信息被放在一起后，将构成标识一个节点接口的 128 位地址 6。IPv6 地址本身可以为节点提供关于其结构的或多或少的信息，这主要根据是由谁来观察这个地址以及观察什么 7。例如，节点可能只需简单地了解整个128 位地址是一个全球唯一的标识符，而无须了解节点在网络中是否存在。另一方面，路由器可以通过该地址来决定，地址中的一部分标识了一个特定网络或子网上的一个唯一节点 8。IPv6单播地址包括下面几种类型:可集聚全球地址、嵌有 IPv4地址的 IPv6地址、基于供应商和基于地理位置的供应商地址、OSI 网络服务访问点(NSAP)地址、网络互联包交换(IPX)地址 9。另外还有两种比较特殊的地址，回环地址和不确定地址。其中，不确定地址 10的组成形式为0：0：0：0：0：0：0：0，这种地址不能分配给任意节点，此地址的作用就是初始化主机，在主机没有 IPv6地址之前，必须发送的 IPv6数据包的源地址字段可以设置为不确定地址。 IPv6数据包的目的地址字段不能被设置为不确定地址，不确定地址在 IPv6路由头中亦不能被使用。回环地址的形式为0：0：0：0：0：0：0：1，这个地址不可以被分配给任何接口，网络节点可以利用回环地址来给自己发送 IPv6数据包。2.1.2 任意播地址任意播地址是一个标识符对应多个接口的情况，当数据被传送到一个任意播地址时，路由器将决定它被传送到最近的一个接口。IPv6任意播地址只能作目的地址，不能作源地址。任意播地址不能被分配给主机。2.1.3 组播地址组播地址是多个接口的地址标识符，所有 IPv6组播地址以 FF 开始，组播防灾科技学院毕业设计7地址的目的节点为多播地址的数据包被送给该地址标识的所有接口 11。在 IPv4网络中，广播地址是将数据包发给网络中的所有节点，这样一来，广播信息占用了很多带宽资源，该网络中的所有节点都需要处理这次的广播信息，而之后少数节点需要这次广播信息，其他的节点不需要此次广播信息最终都将其忽略，资源利用率太低。为了解决这个问题，IPv6利用组播地址来替代使用广播的情况，这样只需要将需要原来广播信息的节点加入到组播地址中，其他不需要这次广播信息的节点可以忽略这些信息。组播解决了信息不能穿越 Internet 的问题。2.2 IPv4 与 IPv6 共存技术IPv4 与 IPv6 共存技术是来保证 IPv4 和 IPv6 在公用网络中的通信，使 IPv6业务在 IPv4 网络基础架构下顺利工作。IPv4 和 IPv6 共存技术主要包括双协议栈技术和隧道技术 12这两种。（1）双协议栈技术 双协议栈指的是在 IPv4 完全过渡到 IPv6 之前，让一部分主机或者路由器有 IPv4 和 IPv6 两个协议栈。双协议栈技术 13指的是单个节点同时支持 IPv4 和IPv6 两种协议。双协议栈主机或者路由器不仅能和 IPv4 的系统进行通信，也能和 IPv6 的系统通信，其与 IPv4 主机进行通信的时候采用 IPv4 地址，与 IPv6 主机进行通信的时候采用 IPv6 地址，其在通信的时候通过对 DNS 的查询得知目的主机采用哪一种地址，如果 DNS 返回的是 IPv4 地址，那协议栈源主机使用IPv4 与其进行通信，如果 DNS 返回的是 IPv6 地址，那协议栈源主机就使用IPv6 地址与其进行通信。当 IPv6 发展到一定程度，网络中的大部分设备都将同时支持 IPv4 和 IPv6，客户端不管是支持 IPv4 还是 IPv6 还是两者都支持都可以通过一种协议连入网络。IPv4 和 IPv6 功能相近的网络层协议，基于相同的物理平台，并且加载在其上的 TCP 和 UDP 协议没有什么区别，所以，支持双协议栈的节点既能和支持 IPv4 协议的节点通信，也能和支持 IPv6 协议的节点通信。综上看来，双协议栈技术有着便于理解，互通性好的优点，但是在使用双协议栈技术的时候，要求在每个节点都配置 IPv4 地址，由此看来并不能从根本上解决 IPv4 地址匮乏的问题。随着 IPv6 网络的发展，这种要为每个节点分配IPv4 地址和 IPv6 全局地址的方案并不适用，这就需要一种有限双协议栈模型，防灾科技学院毕业设计8这种模型要求服务器和路由器都是双协议栈类型的，但是其他主机不需要是双协议栈的，仅仅需要支持 IPv6 就可以了，运用这种模型，就可以节省大量的IPv4 地址。（2）隧道技术隧道技术是利用 IPv4 网络向 IPv6 网络传送数据包的一种方法，通过将IPv6 数据包封装到 IPv4 数据包里，实现在 IPv4 网络中传输 IPv6 数据 14。隧道技术要求起点设备和终点设备必须同时支持 IPv4 和 IPv6 协议。数据包在网络中传输的过程是，在起点设备中将 IPv6 数据包封装到 IPv4 数据包里通过隧道发给终点设备，终点设备接到数据包以后，将 IPv4 数据包解封装，取出封装在里面的 IPv6 数据包。到目前为止，已经定义的隧道技术有很多种，主要有手工配置隧道和自动隧道 15，其中自动隧道又包括 6over4、6to4 自动隧道、ISATAP 自动隧道、MPLS 隧道等。手工配置隧道手工配置隧道和在两个 IPv6 域之间通过 IPv 主干网络建立一条永久链路类似，适用在边界路由器和主机之间或者两台边界路由器对安全性要求比较高并且比较固定的连接上。在隧道两端的接口上，IPv6 的地址是需要手动配置的，隧道的源 IPv4 地址和目的 IPv4 地址必须手动配置，隧道两端的节点必须支持IPv4 和 IPv6 协议栈，在实际的应用过程中，手工配置隧道总是成对配置，就是说在两台边缘设备上同时配置，可以看作是一种点对点的隧道。6over4通过 IPv4 组播域 6over4 能够实现没有直接相连的 IPv6 主机的互联。这种机制要求 IPv4 网络支持组播功能，通过 6over4 这种机制，IPv6 能够独立于底层链路，跨越支持组播功能的 IPv4 子网 16。虽然 6over4 能够独立于底层链路，但是由于大多数网络没有配置组播功能，所以在实际生产应用中并不是很常被使用。6to4 自动隧道6to4 自动隧道技术允许将被孤立的 IPv6 网络通过 IPv4 网络实现互联。前面所说的手工配置隧道是点对点的隧道，而 6to4 隧道是点对多点的隧道。 6to4防灾科技学院毕业设计9隧道将 IPv4 网络视为非广播多路访问链路，所以 6to4 的设备不需要成对配置，嵌入在 IPv6 地址的 IPv4 地址用来寻找自动隧道的另一端。可以将 6to4 隧道看作是点到多点的隧道，6to4 自动隧道可以被配置在一个被孤立的 IPv6 网络的边界路由器上，对于每一个报文，都将自动建立隧道到达另一个 IPv6 网络的边界路由器 17。6to4 隧道目的地址就是另一端的 IPv6 网络的边界路由器的 IPv4 地址，该 IPv4 地址将从该报文的目的 IPv6 地址中提取，其 IPv6 地址是以前缀2002:/16 开头的。形式如图 2.3 所示：图 2.3 IPv6 6to4 地址格式 6to4 地址是用于 6to4 自动构造隧道技术的地址，其内嵌的 IPv4 地址通常是站点边界路由器出口的全局 IPv4 地址，在自动隧道建立时将使用该地址作为隧道报文封装的 IPv4 目的地址。6ot4 隧道两端的设备同样必须都支持 IPv6 和IPv4 协议栈。6to4 隧道通常是配置在边界路由器之间。ISATAP 自动隧道ISATAP（站内自动隧道寻址协议）是一种站点内部的 IPv6 体系架构将IPv4 网络视为一个非广播型多路访问（NBMA）链路层的 IPv6 隧道技术，即将IPv4 网络当作 IPv6 的虚拟链路层。ISATAP 主要是用在当一个站点内部的纯IPv6 网络还不能用，但是又要在站点内部传输 IPv6 报文的情况，例如站点内部有少数测试用的 IPv6 主机要互相通讯。使用 ISATAP 隧道允许站点内部同一虚拟链路上的 IPv4/IPv6 双栈主机互相通讯 18。在 ISATAP 站点上，ISATAP 设备提供标准的路由器公告报文，从而允许站点内部的 ISATAP 主机进行自动配置；同时 ISATAP 设备也执行站点内的 ISATAP 主机和站点外的 IPv6 主机转发报文的功能。ISATAP 使用的 IPv6 地址前缀可以是任何合法的 IPv6 单点传播的 64 位前缀，包括全球地址前缀、链路本地前缀和站点本地前缀等，IPv4 地址被置于 IPv6 地址最后的 32 比特上，从而允许自动建立隧道。 ISATAP 的地址是指接口标识符的单播地址，ISATAP 的地址结构如图 2.4 所示：防灾科技学院毕业设计10图 2.4 IPv6 ISATAP 地址格式 从上面可以看到接口标识符中包含了 IPv4 的地址，该地址就是双栈主机的IPv4 地址，在自动建立自动隧道时将被使用。MPLS 隧道MPLS 隧道的实现方式有很多种，通常采用的有 6PE 方式。这种方式要求比较低，对客户端的 CE 设备没有要求。MPLS 隧道比其他隧道拥有更好的性能和更优的路由，其在骨干网和城域核心网中有广泛应用，实现孤立的 IPv6 岛屿之间的互联。这种过渡方式对于开始做 BGP/MPLSVPN 业务的 IPv4 运营商来说是节约成本的，运营商可以暂时不考虑升级现有的核心网络，在不升级核心网络的前提下，依旧可以对外提供 IPv6 业务服务。隧道的透明性是隧道技术的优点，基于隧道的透明性，隧道的存在与否IPv6 主机并不需要关心，因为隧道起到的作用仅仅是物理通道。通过隧道技术，利用现有 IPv4 网络，可以明显减少 IPv4 网络向 IPv6 网络过渡期间的投资。隧道技术也是存在缺点的，隧道技术并不能实现 IPv4 主机和 IPv6 主机的通信并且在 IPv4 网络上配置 IPv6 隧道不是一个简洁的过程。下面的实验是两台 IPv6主机通过自动隧道技术实现通信。实验拓扑如图 2.5所示图 2.5 IPv6 主机通过自动隧道技术通信 防灾科技学院毕业设计11（3）配置路由器配置路由器 R1 的端口R1(config)#interface loopback 0 R1(config-if)#ipv6 address 2001:db8:0:1:1/64 R1(config-if)#exitR1(config)#interface serial 1/1 R1(config-if)#ip address 52 R1(config-if)#no shutdown配置路由器 R2 的端口R2(config)#interface serial 1/0 R2(config-if)#ip address 52 R2(config-if)#clock rate 64000 R2(config-if)#no shutdown R2(config-if)#interface serial 1/1 R2(config-if)#ip address 52 R2(config-if)#clock rate 64000 R2(config-if)#no shutdown 配置路由器 R3 的端口R3(config)#interface loopback 0 R3(config-if)#ipv6 address 2001:db8:0:3:1/64 R3(config-if)#exit R3(config)#interface serial 1/0 R3(config-if)#ip address 52 R3(config-if)#no shutdown （2）为了实现 R1 和 R3IPv4 地址互通，需要在 R1 和 R3 上配置静态路由R1(config)#ip route 52 R3(config)#ip route 52 （3）在 R1 和 R3 上配置隧道R1(config)#ipv6 unicast-routing 防灾科技学院毕业设计12R1(config)#interfacetunnel 0 R1(config-if)#ipv6 address 200:db8:0:2:1/64 R1(config-if)#tunnel source serial 1/1 R1(config-if)#tunnel destination R1(config-if)#tunnel mode ipv6ip R3(config)#ipv6 unicast-routing R3(config)#interface tunnel 0 R3(config-if)#ipv6 address 2001:db8:0:2:2/64 R3(config-if)#tunnel source serial 1/0 R3(config-if)#tunnel destination R3(config-if)#tunnel mode ipv6ip查看连通性R1#show ipv6 interface tunnel 0R1#ping ipv6 2001:db8:0:2:2 R3#show ipv6 interface tunnel 0 R3#ping ipv6 2001:db8:0:2:1 2.3 IPv4 和 IPv6 互操作技术IPv4 和 IPv6 的互操作技术可以实现过渡期内 IPv4 节点和 IPv6 节点之间的相互访问。利用 IPv4 和 IPv6 的互操作技术实现在过渡时期 IPv4 用户访问 IPv6应用，IPv6 用户访问大量的 IPv4 应用。现在，主要的互操作技术包括SIIT、 NAT-PT 等翻译策略。(1)SIITSIIT 是无状态 IP/ICMP 翻译技术用于对 IP 和 ICMP 进行不记录流的状态的转换，根据单个报文将 IPv6 报文头转换为 IPv4 报文头，或者将 IPv4 报文头转换为 IPv6 报文头。对于 SIIT 设备来说，每一台 IPv6 主机都有一个临时虚拟的IPv4 地址。SIIT 技术只能应用到网络规模不大的网络，原因是 SIIT 技术完成 IPv4 地址与 IPv6 地址的转换用的是特定的地址空间，SIIT 无法进行地址复用，所以当地址池中的地址分配完以后，SIIT 将无法再进行地址转换，造成通信失败。由防灾科技学院毕业设计13于 SIIT 是无状态的，所以对于应用层数据中内嵌地址的应用的支持存在问题。(2)NAT-PTNAT-PT 是网络地址转换协议，允许只支持 IPv4 协议的主机和只支持 IPv6协议的主机进行通信，一个位于 IPv4 网络和 IPv6 网络边界的设备负责的工作是在 IPv4 报文和 IPv6 报文之间进行翻译转换。NAT-PT 利用 SIIT 的工作机制和 IPv4 的 NAT 动态地址转换技术来解决 SIIT 技术中全局 IPv4 地址池规模有限的问题，通过传输层端口转换技术使多个 IPv6 主机共用一个 IPv4 地址。IPv6 主机使用的 IPv4 地址、IPv6 主机的转换规则、IPv4 主机的转换规则需要在 NAT-PT 设备上设置。当报文经过 NAT-PT 设备时，根据 NAT-PT 转换规则对报文进行协议转换 19。转换规则有一下几种：IPv4 主机的静态规则IPv4 主机与虚拟的 IPv6 地址一一对应。IPv4 主机的动态规则指定一个 96 位的前缀添加在原 IPv4 地址前面组成一个 IPv6 地址。IPv6 主机的静态转换规则IPv6 主机和虚拟的 IPv4 地址一一对应。IPv6 主机的动态转换规则IPv4 地址被多个 IPv6 主机共享，一组 IPv6 主机与 IPv4 地址对应。静态 NAT-PT 是由 NAT-PT 网关静态配置 IPv6 和 IPv4 地址绑定关系。静态配置相对动态配置是复杂的，在实际应用中，对于经常在线或者需要稳定连接的主机比较合适，对于不经常在线的主机，可以简单的动态配置。防灾科技学院毕业设计14图 2.6 静态映射 如图 2.6 所示，PC2 是 IPv4 主机，采用静态映射， PC1 是 IPv6 主机，采用的是动态映射。当 PC1 向 PC2 发送报文时，源地址为 1：3，目的地址为1234：9.次保温在到达 NAT-PT 网关后，目的地址符合 IPv4 静态规则，IPv4报文的目的地址为 PC2 的地址 ，IPv6 报文的源地址符合 IPv6 主机的动态规则，所以从规则的地址池中选择一个未使用的地址 作为 IPv4 报文的源地址。转换以后，IPv4 报文的源地址为 ，目的地址为 。动态 NAT-PT 对静态 NAT-PT 做了改进，静态 NET-PT 配置复杂、消耗大量 IPv4 地址的缺点被动态 NAT-PT 改进。动态 NAT-PT 采用了上层协议映射的方法，只要用少量的 IPv4 地址就可以支持大量的 IPv6 到 IPv4 的转换 20。IPv6侧的映射是动态的，当 IPv4 侧向 IPv6 发起连接，不知道 IPv6 主机应用映射后的结果，无法直接连接 IPv6 主机，针对这个问题，需要结合 DNS ALG 来实现。防灾科技学院毕业设计15图 2.7 动态映射 如图 2.7 所示，IPv4 主机想要访问 IPv6 主机 ，首先向 IPv6 网络中的 DNS 发出名字解析请求，报文类型为“A”类查询报文，NAT-PT 对报文进行转换，DNS 报文需要进行 ALG 处理，把“A”类查询请求转换成“AAAA”或者“A6”类型，把此报文转发给 IPv6 网络中的 DNS。IPv6 网络中的 DNS 服务器接受报文以后，解析出主机 的 IPv6 地址为 1：3，并回应查询结果。NAT-PT 对此报文进行转换后，DNS ALG 同时将其中的 DNS 应答部分进行修改，把“AAAA”或“A6”类转换成“A”类应答，并从 IPv4 地址池中分配一个地址 ，替换应答中的 IPv6 地址 1：3，记录两者之间的映射信息。 IPv4主机在收到此 DNS 应答之后，得知主机 的 IPv4 地址是 ，就可以发起对主机 的连接。在 NAT-PT 中记录了 IPv6 地址 1：3 和IPv4 地址 的映射信息，可以对地址进行转换。3 网络应用的迁移阶段和应用过渡方案3.1 网络应用的迁移阶段网络应用的迁移阶段主要包括：纯 IPv4 网络应用阶段、以 IPv4 应用为主的应用阶段、IPv4 和 IPv6 应用对等并行阶段、以 IPv6 应用为主的应用阶段、纯 IPv6 应用阶段。防灾科技学院毕业设计16（1）纯 IPv4 网络应用阶段IPv6 网络还没开始建设，网络设备还不支持 IPv6 应用。网络中存在大量实用的 IPv4 应用，对于 IPv6 的研究，处于概念阶段。（2）以 IPv4 应用为主的应用阶段开始搭架 IPv6 网络，尝试使用 IPv6 应用，对 IPv6 网络的使用积累经验。IPv4 网络还是海洋，IPv6 网络只是海洋中的孤岛，在这个阶段主要是想实现IPv4 和 IPv6 网络持平。（3）IPv4 和 IPv6 应用对等并行阶段在这个阶段，IPv4 和 IPv4 网络基本持平，开始向 IPv6 海洋和 IPv4 孤岛过渡，IPv6 网络经过了大规模的建设以后，骨干网已经建成，实现 IPv4 网络与IPv6 网络的融合，开发出了大量 IPv6 应用 21。IPv4 网络开始变得越来越少，剩下的少量的 IPv4 网络通过隧道机制来进行通信。（4）以 IPv6 应用为主的应用阶段IPv6 网络已经成为了全球通用的网络，IPv4 网络萎缩成被 IPv6 网络分割开的孤岛，IPv4 应用开始借助 IPv6 网络平台，剩下少量 IPv4 网络通过 IPv6 隧道实现连接。IPv6 海洋、IPv4 孤岛，开始向纯 IPv6 网络过渡。（5）纯 IPv6 应用阶段在这个阶段，完全不存在 IPv4 网络，不需要双协议栈、隧道机制、翻译机制，网络中运行的是 IPv6 协议。3.2 应用过渡方案之利用 IPv4 应用为 IPv6 提供服务在建设 IPv6 网络的初级阶段，由于 IPv6 网络尚不成熟所有应用程序都停留在仅仅支持 IPv4 的阶段，IPv6 网络被部署以后，可以利用大量的 IPv4 应用为 IPv6 网络服务，不需要直接开发支持 IPv6 的应用程序。利用 IPv4 应用为IPv6 提供服务的过程如图 3.1 所示：防灾科技学院毕业设计17图 3.1 利用 IPv4 应用为 IPv6 提供服务 在网络过渡刚开始的阶段，使用利用原有的 IPv4 应用为 IPv6 服务的方法是明智的，翻译技术能比较好的实现 IPv4 与 IPv6 的转换。BIA 和 BIS 技术用于 IPv4 主机和 IPv6 主机通信，在主机上打上 BIS 或者 BIA 补丁，可以轻松实现 IPv4 应用和 IPv6 网络互访。该方法对 IPv4 源代码不明或者不能升级支持IPv6 的情况很有效，但是该方法也有缺点，由于协议转换技术有很明显的局限性，有很多 IPv6 服务不能使用该方法来提供，所以在 IPv4 源代码可知时，最好不要利用该技术。3.3 应用过渡方案之升级或者开发 IPv6 应用为了适应 IPv6 网络，就必须升级 IPv4 应用使其支持 IPv6 或者直接开发纯IPv6 应用。开发纯 IPv6 应用需要利用操作系统提供的支持 IPv6 的网络应用程序编程接口。IPv6 应用提供 IPv6 网络服务的方式有如图 3.2、3.3、3.4 几种：图 3.2 IPv6 网络服务方式 a防灾科技学院毕业设计18图 3.3 IPv6 网络服务方式 b图 3.4 IPv6 网络服务方式 cIPv6 应用程序提供 IPv6 网络服务的三种方式：如图 3.2 所示的方式提供服务，通过主机操作系统中的 IPv6 协议，IPv6 应用程序提供 IPv6 服务。为了实现和 IPv4 应用程序互访，可以利用操作系统中的 IPv4 协议栈和 IPv4-Mapped IPv6 地址。这样同时保证了 IPv6 服务以及 IPv4服务的向后兼容性。但是 IPv4-Mapped IPv6 地址只能和有限的 IPv4 应用互访，为了解决这个问题，如图 3.3 所示，用此种方法来提供 IPv6 和 IPv4 服务，可以保证 IPv4 服务的向后兼容性。IPv6 应用程序通过操作系统中的 IPv6 协议栈提供服务，IPv4 应用程序通过操作系统中的 IPv4 协议栈提供 IPv4 服务。这个方案也是存在缺点的，由于一个网络应用同时由 IPv4 和 IPv6 两个程序来提供服务，所以网络管理比较困难。如图 3.4 的方案，虽然能够提供完善的 IPv6 服务，但是不能提供 IPv4 服务，满足不了 IPv4 的向后兼容性。此种方案，提供的是纯 IPv6 网络的服务，应用程序也是纯 IPv6 程序，简化管理。此种方案的部署是具有 IPv6 特色的，充分利用 IPv6 的特点，适合过渡后期使用。防灾科技学院毕业设计193.4 应用过渡方案之升级或者开发同时支持 IPv4 和 IPv6 的应用能够同时支持 IPv4 和 IPv6 的应用也可以称作是与协议无关的应用，对于IPv6 网络的部署不是一蹴而就的，是一个渐近的过程，在这个过程中 IPv4 网络和 IPv6 网络共存的时候，就要求能提供 IPv6 服务的同时要保证应用程序和IPv4 的兼容性。过渡期的应用兼容性很重要，在过渡期，只有把已经存在的IPv4 应用程序升级到可以同时支持 IPv4 和 IPv6 或者开发新的同时支持 IPv4 和IPv4 的应用程序才能满足过渡期的要求。图 3.5 与协议无关的应用 如图 3.5，应用程序通过操作系统协议栈中的 DNS 解析器，获得通信另一方支持的协议，然后选择使用 IPv4 还是 IPv6 与之进行通信。开发同时支持IPv4 和 IPv6 的应用，对于应用程序的推广很重要，方便了网络管理，使应用程序更加方便使用。在过渡期，升级或者开发同时支持 IPv4 和 IPv6 应用程序是很好的过渡方案，但是这种过渡方案也存在缺点，要想开发同时支持 IPv4 和IPv6 的应用程序比开发纯 IPv6 应用的难度大。防灾科技学院毕业设计204 应用过渡分析4.1