浅析IPv4到IPv6的过渡问题及解决方案.doc

浅析IPv4到IPv6的过渡问题及解决方案技了lc创舒浅边析从IPv4至HIPv6日a渡问题及觚决方案赵海峰(山西网通宽带内容与应用中心)摘要:从介绍IPv6的特征入手,研究了从IPv4过度到IPv6的相关技术,重点分析了双协议技术,遂道技术及转换技术等三种过渡方案.关键词:互联网IPv6双栈技术隧道技术转换技术1IPv6的提出及其主要特征在IPv4(当前版本)开发之初,32位的IP地址已足够Internet需要.但随着Internet的增长,32位的地址被实践证明存在问题.目前正在开发r的下一代IP通常被称为IP版本6(IPv6),就是为了克服IP,r4存在的不足而设计的.IPv6的主要特征是:(1)128位的网络地址IPv6的128位地址长度形成了一个巨大的地址空间.在可预见的很长时期内,它能够为所有可以想象出的网络设备提供一个全球唯一的地址.可以形象地说,128位地址空间包含的地址数足够为地球上每一粒沙子提供一个独立的IP地址.同时,由于IPv6采用了结构化的地址结构,可以方便地实现路由聚合,解决了当前互联网核心路由器路由表爆炸的问题.(2J自动配置IPv6的另一个基本特性是它支持无状态和有状态两种地址自动配置的方式.无状态地址自动配置方式是获得地址的关键.在这种方式下,需要配置地址的节点使用一种邻居发现机制获得一个局部连接地址.一旦得到这个地址之后,它使用另一种即插即收稿日期:2007630作者简介:赵海峰,男(1973一),1996年毕业于太原工业大学通信工程专业,后就读于山西财经大学,并于2004年获MBA学位.自1997年开始筹建山西网通门户三晋热线,后陆续建设了宽带三晋,宽带三晋2等网站,现在山西网通宽带内容与应用中心从事全省IPr,试验网建设和研究.38l山西嗣信斛技)2007年第3期用的机制,在没有任何人工干预的情况下,获得一个全球唯一的路由地址.有状态配置机制,如DHCP(动态主机配置协议),需要一个额外的服务器,因此也需要很多额外的操作和维护.(3)服务质量服务质量(QoS)包含了多方面的内容.从协议的角度看,IPv6的优点体现在能提供不同水平的服务.这主要由于IPv6报头中新增加了字段业务级别和流标记.在传输过程中,由于有了这些新的字段,中间的各节点就可以识别和分开处理任何IP地址流.尽管对这个流标记的准确应用还没有制定出有关标准,但将来它会用于基于服务级别的新计费系统.IPv6同时有助于改进服务质量,这主要表现在支持时时在线连接,防止服务中断以及提高网络性能方面.从另一个角度来看,优质的网络和服务质量可以提高客户的期望值和满意度.2从IPv4到IPv6的过渡2.1过渡技术概述与现状如何完成从IPv4到IPv6的转换是IPv6发展需要解决的第一个问题.虽然从技术上讲,IPv6优于当今的IP版本(IPv4),但在全球范围内实现IPv6还存在潜在的问题.现有的几乎每个网络及其连接设备都支持IPv4,因此要想在短时间内完成从IPv4到IPv6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.因此二者如何过渡就是一个非常重要的问题,过渡时期显然需要IPv4和IPv6之间的互连互通,因此必须考虑在一段时间内提供两个版本的兼容性.IPv6在完善之前可能要经过一个很长的时间来进行各种试验和讨论.经济和技术两方面的原因决定了从IPv4到IPv6的过渡时期将经历几年甚至十几年.因此可以预见,IPv4向IPv6的过渡需要相当长的时间才能完成.2.2过渡时期的基本问题从IPv4向IPv6的过渡会出现的问题是:IPv4嵌入到TCP/IP组件的许多层和许多应用程序中.如果实现到IPv6的切换,那么使用IP的各个应用,驱动程序和TCP栈就不得不进行改变.这会涉及到成百上千的变化,牵扯到数以百万行代码的改动.这么多的生产商不可能在一个特定的时间范围内改变它们的代码.这也意味着IPv4和IPv6必定会共存相当一段时间.现在所有的机器(主机,路由器,桥等等)都在使用IPv4,当机器转向运行IPv6(通过软件或硬件更新)时,所有的机器将会需要两组IP软件,一组用于旧的版本,一组用于新的版本.在一些情况下,这样的实现方式会由于存储或性能问题而变得很困难,所以一些设备不得不只有能拥有一个IP版本(或使用功能更强大的设备).为此,就必须为不能或不会更新至IPv6的应用开发相应的转换软件.比如,一些使用IPv4进行通信的设备和应用,仍需要和IPv6系统进行通信时,会需要一个转化或翻译应用程序在两部分之间进行翻译.这样做必然会增加系统的开销,降低性能,但这可能是惟一的解决合法软件和硬件的方法.IPv4和IPv6之间的过渡看起来不像是个大问题,但它确实会带来问题.基本问题是头翻译,这个过程中发生的一个极小问题就会导致数据丢失.IPv6是以IPv4为基础的,但二者的头非常不同.IPv6头中的任何不被IPv4支持的信息(如优先级分类)会在转化过程中丢失.相反的,由IPv4主机生成的报文转化为IPv6报文时将会丢失大量信息,其中有一些可能是重要信息.地址映射(IPv4地址转换为IPv6地址,或相反)需要一些特殊处理.如果用户有一台主机,此主机具有多个IPv6地址而只有一个IPv4地址,那么转换器,路由器或其他的转发设备必须具有一个大的地址映射来完成一个版本到另一个版本的转换.在大型的组织内,这将是不现实的,并且当从IPv4向技了Ic创舒IPv6转化时可能会导致不正确地目的地.一个IPv4地址可以嵌入到IPv6头中,但这会给基于IPv6的系统带来路由问题.一些TCP/IP服务到IPv6的转变需要很长的时间,比如DNS,保存了通用名字到IP地址的映射.当IPv6出现时,DNS将不得不处理两个IP版本,并且要为每个主机解析多个IP地址.从IPv4到IPv6的过渡应遵循渐进和无伤害过渡,升级要求最小化,寻址简单,投资成本低等四个方面的目标.2.3三种过渡方案(1)IPv4/IPv6双协议栈技术这类技术可以让IPv4,IPv6共存于同一设备和网络中.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又没有任何区别.如果一台主机同时支持IPv6和IPv4两种协议,那么该主机既能与支持IPv4协议的主机通信,又能与支持IPv6协议的主机通信,这就是双协议栈技术的工作机理.IPv4/IPv6双协议栈技术是使IPv6节点与IPv4节点兼容的最直接方式,应用对象是主机,路由器等通信节点,是主要的过渡机制.在网络一侧的接入服务器上实现双栈,成为IPv4与IPv6的接入点,使终端接入IPv4与IPv6服务,以免在网络里使用额外的翻译器.在运营商的IP网络与公众互联网边界处的边缘路由器也应该是一个双栈的路由器.IPv4/IPv6双协议栈的结构如图1所示.应用程序TCP/UDP-l.izIPv6协议IPv4协议物理网络图1IPv4/IPv6双协议栈的协议结构双协议栈方案的工作方式为:?如果应用程序使用的目的地址是IPv4地址,则使用IPv4协议;?如果应用程序使用的目的地址是IPv6中的IPv4兼容地址,则同样使用IPv4协议.所不同的是,此时IPv6就封装(encapsulated)在IPv4当中;?如果应用程序使用的目的地址是一个非IPv4兼容的IPv6地址,那么此时将使用IPv6协议,而且很可能此时要采用隧道等机制来进行路由传送;?如果应用程序使用域名来作为目标地址,那么此时先要从DNS服务器那里得到相应的IPv4/IPv6地址,然后根据地址的情况进行相应的处理.(2)隧道技术这类技术可以让IPv6业务在现有IPv4基础设施上传输.随着IPv6网络的发展,出现了许多局部的IPv6网络,但是这些IPv6网络需要通过IPv4骨干网络相连.将这些孤立的IPv6岛相互联通必须使用隧道技术.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.路由器将IPv6的数据分组封装入IPv4,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站点.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主机与IPv6主机的直接通信.隧道要求在封装/解封的节点上有IPv4/IPv6双栈能力.在设置的隧道里,隧道端点是根据某个IPv4地址手工配置的;在自动的隧道里,封装是在进行封装的路由器/主机里自动进行的,并且该隧道端点的IPv4地址也包括在包的IPv6目的地址里.(3)转换技术这类技术可以让纯IPv6节点能够和纯IPv4节山西置信科技)2007年第3期点相互通信.翻译器是一个处在纯IPv4终端和纯IPv6终端之间的部件,它可使这些终端之间能直接进行通信,且不需要对终端进行任何修改.翻译器对终端来说一般是透明的.翻译器的缺点是它们常常会破坏端到端服务(如端到端的IP安全),这一点和IPv4中的NAT类似.同时,翻译器还会造成网络潜在的单点失效.因此,使用翻译器必须经过慎重考虑,而且对终端应该透明,否则翻译器就需要做相应的修改.头变换是一类重要的翻译器机制.这类方法对IPv6报头与IPv4报头进行相互翻译,其奇偶校验值也根据需要进行调整或重新计算.网络地址协议翻译器(NATIT)是这类机制的一个例子.网络地址转换/协议转换技术NATPT(NetworkAddressTranslationProtocolTranslation)通过与SIIT协议转换和传统的IPv4下的动态地址翻译(NAT)以及适当的应用层网关(ALG)相结合,实现了只安装了IPv6的主机和只安装了IPv4机器的大部分应用的相互通信.用这类地址协议翻译器,IP包的头变换会引起端到端服务的中断问题(如端到端的IPsec),并且也会引起网络中新的潜在的单点故障.在网络中是否使用地址/协议翻译器,要依赖于运营商的决定以及(上接第29页)3G产业链模式给中国3G发展带来了希望和信心.作为未来3G产业链中主要环节的通信运营商,构建适应国情和企情的3G产业链势在必行,意义重大.(2)在3G产业链构建中,我们不能照搬日韩的所谓成功模式,而应立足中国,立足企业,立足用户,立足整个移动产业来进行产业链的构建.移动梦网和互联星空产业链的尝试也证明了这一点.(3)通信运营商在3G时代需要在产业链中进行准确定位,培养自身的核心竞争力.企业不在仅仅关注某一个价值链环节的利益最大化,而开始关注整其他过渡方法的可用性.翻译器仅仅当通信的两个节点间没有共同的IP版本时才推荐使用.3结束语IPv6和IPv4相比较,它彻底解决了地址空间耗尽和路由表爆炸等问题,而且为IP协议注人了新的内容,使支持安全,主机移动以及多媒体成为IP协议的有机组成部分.协议的设计使路由器处理报文更加简便,扩展性也更好.目前,IPv6的实验网6Bone已经遍布全球,IP协议从IPv4过渡到IPv6已经是历史必然.IPv6作为InternetProtocol的新版本,其根本目的是继承和取代IPv4.但从IPv4到IPv6的演进是一个逐渐的过程,而不是彻底改变的过程.在相当的时间内,IPv6节点之间的通信还要依赖于原有IPv4网络的设施,而且IPv6节点也必不可少地要与IPv4节点通信.同时,IPv4已经应用了十多年,基于IPv4的应用程序和设施已经相当成熟和完备,如果希望以最小的代价来实现这些程序在IPv6环境下的应用,就存在一个从IPv4网络向IPv6网络