IPv4-IPv6协议比较研究及过渡技术探究

1、ipv4/ipv6协议比较研究及过渡技术探究摘要：ipv6融合和涵盖了多种先进的网络技术并具有良好 的扩展性，已经成为下一代互联网中的主流网络层协议。然 而ipv4向ipv6过渡将是一个长期的增量部署过程，此过程 不得不考虑如何实现ipv4到ipv6的平滑过渡。文中首先分 析比较了 ipv4与ipv6地址体系结构和数据报格式，接着介绍了双栈技术、隧道技术、转换技术三类主要过渡技术的实 现原理，并重点研究比较了各种隧道技术和转换技术的主要 适用场景及优缺点，同时对它们的安全性进行了分析。最后 进行了总结并讨论了在在向ipv6网络演进过程中还存在的 问题。关键词：ipv4/ipv6协议；地址体系结

2、构；数据报格式； 双栈技术；隧道技术；转换技术中图分类号：tp393文献标识码：a文章编号:1009-3044(2012)29-6932-051背景2011年2月3日，全球互联网数字分配机构(iana )正式宣布已经将ipv4地址库剩余的5个a类地址平均分配给包括apnic在内的五个地区性互联网注册管理机构 (rir ),标志全球现有的ipv4地址资源已经分配完毕。apnic （亚太互联网络信息中心）在2011年4月宣告其 最后一个ipv4地址块已分配。全球互联网必须过渡到下一 代版本的ip地址协议即ipv6地址 然而ipv4协议已经成功 使用了近30年，基于ipv4网络的应用程序和设备已经相

3、当 成熟且数量庞大，不可能在较短时间内完成全球范围ipv4 网络向ipv6网络升级变更。因此，ipv4向ipv6过渡将是一 个长期过程。本文在对ipv4与ipv6地址体系结构、数据报 格式进行详细的分析比较基础上，进一步讨论ipv4向ipv6 过渡的主要技术，细致分析了各种技术的实现原理、优缺点 及适应场景，并对过渡中的主要问题及前景进行了分析和展 望,以促使国内ipv6网络能够可持续快速发展。2 ipv4与ipv6比较分析ip地址是internet上为了区分数以亿计的主机或接口而给每台主机或接口分配的一个专门的地址 通过ip地址一台 主机就可以访问另一台主机，每个internet包都必须带有

4、ip 地址。2.1 ipv4与ipv6地址体系结构比较分析ipv4与ipv6协议地址体系结构主要规范了 ipv4地址与ipv6地址的表示形式和地址的类别，不同类别的ip地址其用 途是不同的。ipv4地址用32位二进制数表示，前m位是网络地址， 后32-m位是主机地址，一般将每8位二进制数分为一组, 每组之间用点分隔开的对应十进制数表示，如192.0.1.1o iana将ipv4地址分为a,b,c,d,e 5类，a类网络126个， 每个网络能容纳1677214个主机。b类网络16384个，每 个网络能容纳65534主机。c类网络可达2097152个，每 个网络能容纳254个主机。d类ip地址是保

5、留的地址，目 前被用在多点广播中。e类ip地址为将来使用保留，仅作实 验和开发用。全“0”地址指任意网络。全“1”的ip地址是当前 子网的广播地址。rfc2373定义了三种ipv6地址类型：1）单播ipv6地址， 一个单独接口的标识。主要包括是可聚合的全球单播地址、 链路本地地址、站点本地地址、唯一的本地单播地址、未指 定地址、回环地址、兼容ipv4的地址.ipv4映射地址、6over4 地址、6to4地址。2）多播ipv6地址，标识一组接口（一般属 于不同节点）。当数据报的目的地址是多播地址时，网络尽量 将其发送到该组的所有接口上。3）任播ipv6地址，标识一组 接口,向任播地址发送的数据报

6、将被发往该地址标识的“最近 的”那个接口。3 ipv4向ipv6过渡的主要技术分析由于ipv4向ipv6网络过渡的重要性和长期性,ngtrans 已经提出一系列过渡策略和技术，概括起来主要有双协议栈 技术、隧道技术和转换技术。前两者需要主机做相应的修改， 第三种实际上是一种网关技术，最大优点是不需要改动通信 主机就能实现纯ipv4与纯ipv6主机之间的“透明”通信。3.1双协议栈(dual-stack)技术分析双协议栈技术不仅可用于建设双协议栈网络，还是所有过 渡技术的基础，适合ipv4网络/节点之间或者ipv6网络/节 点之间通信,这是一种最简单直接的过渡技术。3.1.1双协议栈技术的实现原

7、理双协议栈是指在单个节点同时支持ipv4和ipv6两种协议栈。由于ipv6和ipv4协议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也没有区别，最多是针对ipv6的改进版本，因而支持双协议栈的节点既可与支持ipv4的节点通信，也可 与支持ipv6的节点通信。双协议栈技术实现原理如图2所 不。3.1.2双协议栈技术的优缺点分析双栈技术易于理解，容易实现，是使ipv6节点保持与纯 ipv4节点兼容最直接的方式，这种方式对ipv4和ipv6提供 了完全的兼容。但需要给每个节点同时配置ipv4地址，这 不能解决ipv4地址紧缺的问题。为此，还存在一种有限

8、双 协议栈模型，在该情况下服务器和路由器仍然是双栈的，但 非服务器的主机就只需支持ipv6o这样就可以节省大量的 ipv4地址，但要实现纯ipv6与纯ipv4之间的通信需要结合 采用其他技术，如协议转换技术。同时，双协议栈技术要维 护两种网络协议，运行两套路由器软件，这将増加路由器的 负荷和系统运行的复杂性。3.1.3双协议栈技术的安全性分析双栈技术在ipv4网络安全方面已经有很多的办法加以保 护，但要在ipv6网络安全方面也要求达到现有ipv4的过渡 水平还需要不断提高。比如ipv6地址一般由系统管理员分 配，这就使ipv6地址范围较小，外部用户通过地址扫描可 以较易发现重要服务器的ipv6

9、地址,如果基本过滤功能没 有加载，恶意用户就可能轻易把ipv6作为一个入口点去访 问私有网络，并危及网络安全。此外，当双栈路由器使用隧道机制在ipv4网络中路由ipv6包时，如果入侵者成功侵入 ipv4设备就可激活ipv6 in ipv4隧道，从而可以绕过过滤和 入侵监测系统。可见双栈技术给网络带来一定安全隐患，实 现时必须针对这些问题采取相应措施。3.2隧道仃unneling）技术比较分析隧道技术只要求在隧道的入口和出口处进行修改，对其它部分没有要求。确定入口点是直接的，它岀现在ipv4基 础结构的边界。确定隧道的终点要复杂一些，根据隧道终点 地址的获得方式不同，可将隧道分为配置隧道和自动隧

10、道。根据数据分组的封装/解封装位置的不同，隧道又可分为路由 器路由器隧道，主机路由器隧道，主机主机隧道,路由器主 机隧道。3.2.2隧道技术的比较分析隧道技术的优点在于隧道的透明性，ipv6主机不需关心 隧道的存在。由于充分利用ipv4网络，不需要大量的ipv6 专用路由器和专用链路，可以明显的减少投资。但在ipv4 网络上配置ipv6隧道是一个比较麻烦的过程，而且有些隧 道技术实现起来比较复杂且不能实现ipv4主机和ipv6主机 之间的通信。各种主要隧道技术比较分析如表1所示。gre over ipv4隧道与ipv6配置隧道基本相同，只是额外增加了 gre包头信息有更广泛的通用性。同时，也可

11、以实现 gre over ipv6 的 gre 隧道；isatap. 6to4 隧道 技术比自动的ipv4兼容隧道技术有更多的优点,因此ietf 不推荐使用该技术；6over4隧道相对于6to4和isatap并 没有太多的优势,实际中6over4极少使用；teredo和 silkroad隧道都以穿过nat设备，但silkroad方案相对teredo隧道有更多优点 只是silkroad路由优化要比teredo 更复杂。这些隧道的实现原理和技术细节都不尽相同，相应 的其应用场景也就不同。3.2.3隧道技术的安全性分析隧道机制的引入不仅增加了网络的复杂性，同时也使网 络安全问题更复杂，给攻击者提供了

12、更多的攻击途径。如隧 道代理存在认证问题、隧道自动切断问题、过滤和统计问题 等;6to4隧道存在ipv4地址被欺骗、伪接口的攻击、本地 定向广播攻击（只针对中继）以及业务盗用等问题:isatap 隧道技术存在过滤和站内的ipv6地址欺诈攻击等问题。全 球范围的自动隧道机制限制问题，防止恶意报文借助ipv4隧 道进入ipv6网络内部的安全隐患。3.3 转换技术（network address translation-protocol tran slati on）3.3.2转换技术比较分析转换技术的最大特点是不需要双栈支持或隧道支持，原 有各种协议可以不加改动就能与新的协议互通，但该技术要 求一次

13、会话中双向数据包的转换都在同一个路由器上完成， 因此地址/协议转换方法较适用于只有一个路由器出口的网 络。此外，在实现时需要转换数据报的头标，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。各种 主要转换技术比较分析如表2所示。4结束语综上所述，ipv6的优点显而易见，由ipv4向ipv6全面 升级是互联网发展的必然要求。然而，已有的应用和服务仍 然存在于ipv4网络中，将如此大量的应用和服务移植到ipv6 上必定是渐进的分阶段的。ipv4向ipv6过渡的各种技术都 是针对不同的网络状况提出的，任何一种过渡技术都不能

14、解 决所有网络问题。在满足过渡要求的基础上按照安全、简单、 可靠、适用、性能好、可管理、低成本等原则慎重选择适用 的过渡技术，避免过渡技术的过度使用给网络带来管理、维 护和安全漏洞。ipv6网络演进不仅是一个网络技术问题，还涉及网络设 备、终端、it系统、业务系统以及应用程序、应用与市场需求，商业利益等多方面的因素。当前，我国政府部门在积极 推动ipv6商业部署，已明确公布ipv6的商用时间表，必将 加快ipv6的推广使用。展望未来，ipv6在网络扩容、网络 实名、网络安全和物联网等各个方面定将发挥越来越关键的 作用。参考文献:1 何世明pv4/ipv6主机之间强制隧道的设计j计算 机工程,2006,32(3):143-145.2 王晓峰，吴建平，崔勇互联网ipv6过渡技术综述j.小 型微型计算机系,2006,27(3):390-395.3 wiljakka j.analysis on ipv6 transition in thirdgeneration partnership project (3gpp)networkss.ietfrfc 4215,october 20