【文章內(nèi)容簡介】 。日本被認為是最先進的IPv6試驗場。早在1999年，日本的一些運營商、互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商就已經(jīng)開始啟動IPv6的試驗業(yè)務(wù)和服務(wù)，如NTT，IIJ等運營商后開始提供實驗性服務(wù)。到目前為止，日本已經(jīng)有十個以上的IPv6商用業(yè)務(wù)和實驗服務(wù)提供商，其中NTT公司的IPv6全球發(fā)展策略尤其引人注目。很長一段時間以來，IPv6在美國的發(fā)展都處于休眠狀態(tài)，而2003年6月美國國防部公布將不再購買不支持IPv6的網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備的消息令業(yè)界為之一振。2003年6月9日，美國國防部發(fā)表了一份備忘錄，決定采用新的政策在整個部門中部署IPv6。從2003年10月起，其300億美元的IT預算將只能用來購買支持IPv6的技術(shù)[4]。歐洲的移動通信事業(yè)相當發(fā)達，但在互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展方面去落后于美國，因此歐洲在IPv6的發(fā)展上采取了“先移動，后固定”的基本戰(zhàn)略，并在第三代移動通信網(wǎng)中率先引入了IPv6，已實現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域與美國并駕齊驅(qū)的目標[6]。而中國對于IPv6技術(shù)的態(tài)度是“積極跟蹤、把握機遇、穩(wěn)妥推進”，并且在部分地區(qū)實行了網(wǎng)上實驗。中國政府密切關(guān)注著IPv6的發(fā)展，目前中國高校和科研機構(gòu)已經(jīng)與國外一些運營商合作，對IPv6進行研究實驗。如清華大學、北京大學、北京理工大學等高校已經(jīng)部署了IPv6的專網(wǎng)，為進一步IPv6的研究提供了一個很好的平臺，由此可看出國家對下一代網(wǎng)絡(luò)的重視。上一代網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)可以說是幾乎全部被國外掌握，總是人家制定規(guī)矩讓我們來遵守，這樣很是被動，為了改變這一現(xiàn)狀我們國家一定會抓住IPv6發(fā)展的這一機會，加緊研發(fā)掌握一定的核心技術(shù)，從而在下一代IPv6規(guī)約的制定中分的一杯羹[8]。 4 IPv4到IPv6的過渡技術(shù)由于Internet的規(guī)模以及目前網(wǎng)絡(luò)中數(shù)量龐大的IPv4用戶和設(shè)備，IPv4到IPv6的過渡不可能一次性實現(xiàn)。而且，目前許多企業(yè)和用戶的日常工作越來越依賴于Internet，它們無法容忍在協(xié)議過渡過程中出現(xiàn)的問題。所以IPv4到IPv6的過渡必須是一個循序漸進的過程，在體驗IPv6帶來的好處的同時仍能與網(wǎng)絡(luò)中其余的IPv4用戶通信。能否順利地實現(xiàn)從IPv4到IPv6的過渡也是IPv6能否取得成功的一個重要因素。實際上，IPv6在設(shè)計的過程中就已經(jīng)考慮到了IPv4到IPv6的過渡問題，并提供了一些特性使過渡過程簡化。例如，IPv6地址可以使用IPv4兼容地址，自動由IPv4地址產(chǎn)生；也可以在IPv4的網(wǎng)絡(luò)上構(gòu)建隧道，連接IPv6孤島。目前針對IPv4v6過渡問題已經(jīng)提出了許多機制，它們的實現(xiàn)原理和應用環(huán)境各有側(cè)重，在此我會按照自己所了解的對IPv4v6過渡的基本策略和機制做一個簡單的介紹。在IPv4v6過渡的過程中，必須遵循如下的原則和目標：l 保證IPv4和IPv6主機之間的互通；l 在更新過程中避免設(shè)備之間的依賴性（即某個設(shè)備的更新不依賴于其它設(shè)備的更新）；l 對于網(wǎng)絡(luò)管理者和終端用戶來說，過渡過程易于理解和實現(xiàn)；l 過渡可以逐個進行；對于IPv4向IPv6技術(shù)的演進策略，業(yè)界提出了許多解決方案。特別是IETF組織專門成立了一個研究此演變的研究小組NGTRANS，已提交了各種演進策略草案，并力圖使之成為標準?？v觀各種演進策略，主流技術(shù)主要是隧道技術(shù)與雙棧協(xié)議。 隧道技術(shù)隧道方法用于連接處于Ipv4海洋中的各孤立的IPv6島。此方法要求隧道兩端的IPv6結(jié)點都是雙棧節(jié)點，即也能夠發(fā)送IPv4包。將IPv6封裝在IPv4中的過程與其他協(xié)議封裝相似：隧道一端的節(jié)點把IPv6數(shù)據(jù)報作為要發(fā)送給隨到另一端節(jié)點的IPv4包中的凈荷數(shù)據(jù)，這樣就產(chǎn)生了包含IPv6數(shù)據(jù)報的IPv4數(shù)據(jù)報流。如下圖所示，節(jié)點A和節(jié)點B都是只支持IPv6的節(jié)點。如果節(jié)點A要向B發(fā)送包，A只是簡單地把IPv6頭的目的地址設(shè)為B的IPv6地址，然后傳遞給路由器X；X對IPv6包進行封裝，然后將IPv4頭的目的地址設(shè)為路由器Y的IPv4地址。若路由器Y受到此IPv4包，則首先拆包，如果發(fā)現(xiàn)被封裝的IPv6包是發(fā)給節(jié)點B的，Y就包正確的轉(zhuǎn)發(fā)給B。圖41通過在雙棧IPv4/IPV6路由器之間使用隧道連接IPv6網(wǎng)絡(luò)孤島的連接可以跨越IPv4海洋包含IPv4地址的IPv6地址大至可分為兩類：IPv4兼容地址和IPv4映射地址。IPv4兼容地址是指在128位地址中，高階的96位全部為0，而最后的32位包含IPv4地址。能夠自動將IPv6包以隧道方式在IPv4網(wǎng)絡(luò)中傳送的IPv4/IPv6節(jié)點將使用這些地址。IPv6的隧道類型大致分為一下幾種：圖42IPv6隧道的不同類型 路由器路由器隧道 路由器X和路由器Y使用隧道方式來傳送經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)o的包，而網(wǎng)絡(luò)o只支持IPv4。主機A可以透明地將IPv6包發(fā)送給主機B，這個主機都不必考慮中間插入的IPv4網(wǎng)絡(luò)（即網(wǎng)絡(luò)o）。這種情況下，主機A和主機B都是只支持IPv6的節(jié)點。路由器主機隧道 此時網(wǎng)絡(luò)M只支持IPv4，但主機B同時運行IPv4和IPv6，網(wǎng)絡(luò)的其他部分都只支持IPv6。這種情況下，隧道傳送發(fā)生在路由器Y和主機B之間。在網(wǎng)絡(luò)的其他部分，IPv6包可以自由傳送。但是路由器Y必須將IPv6包封裝在IPv4包中，以便通過只支持IPv4的網(wǎng)絡(luò)M。主機主機隧道 假設(shè)此時只有主機A和主機B同時支持IPv4和IPv6，而網(wǎng)絡(luò)的其他部分都支持IPv4。這種情況下，隧道傳送發(fā)生在主機A和主機B之間。對于發(fā)往主機B的IPv6包，主機A必須把他們封裝在IPv4包中，以便由只支持IPv4的路由器來運載。主機路由器隧道 假設(shè)此時主機A和路由器X為雙棧節(jié)點，網(wǎng)絡(luò)N只支持IPv4，而網(wǎng)絡(luò)的其他部分都只支持IPv6。這種情況下，主機A僅對發(fā)往路由器X的IPv6包采用隧道方式；一旦通過了只支持IPv4的網(wǎng)絡(luò)N，路由器X就對這些通過隧道傳送的包拆包，然后按正常方式通過IPv6網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)。 雙棧協(xié)議正如2000問題的幽靈所表現(xiàn)出來的，傳統(tǒng)系統(tǒng)的堅固性被高估了。很長時間內(nèi)，IPv4仍將存在，即使一些網(wǎng)絡(luò)或連網(wǎng)時間的其余部分已升級為IPv6。到那時，升級系統(tǒng)將需要保持與IPv4系統(tǒng)的互操作能力。隨著時間的推移，互操作的負擔將由早期的實現(xiàn)者承擔轉(zhuǎn)為由傳統(tǒng)系統(tǒng)的維護者來承擔。任何情況下，同時支持IPv4和IPv6的系統(tǒng)都是必要的。雙棧節(jié)點并不是一個新概念。例如，許多公司主機及支持到Internet的鏈接能力，也支持連接到使用早期版本的Novell Netware的公司LAN。這些主機已經(jīng)支持兩種根本不同的網(wǎng)絡(luò)棧。到Internet的連接能力通過TCP/IP協(xié)議棧來提供，而到Netware的連接能力則通過IPX棧來提供。鏈路層接收到數(shù)據(jù)段并拆開，段頭指明數(shù)據(jù)報是發(fā)給TCP/IP棧還是發(fā)給IPX棧，然后將該包傳遞給正確的棧處理。IPv4/IPv6雙棧節(jié)點與其他類型的多棧節(jié)點的工作方式相同。鏈路層接收到數(shù)據(jù)段，拆開并檢查包頭。如果IPv4/IPv6頭中的第一個字段，即IP包的版本號是4,該包就有IPv4棧來處理；如果版本號是6，則由IPv6棧處理。最簡單的雙棧工作是只支持IPv4和IPv6，但不支持隧道方式。對于多大數(shù)節(jié)點，尤其是如果這些節(jié)點的Internet應用軟件都已升級為同時支持IPv4和IPv6，這種功能足夠。因此，如同用于訪問IPv4網(wǎng)絡(luò)服務(wù)一樣，同一應用也能夠用于訪問本地IPv6網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。節(jié)點可以與任何IPv4節(jié)點或IPv6節(jié)點互操作，但只限于與其有連接能力的網(wǎng)絡(luò)。如下圖所示，可以與雙棧節(jié)點D互操作的節(jié)點包括：網(wǎng)絡(luò)A和網(wǎng)絡(luò)B中的IPv4節(jié)點或IPv6節(jié)點、網(wǎng)絡(luò)M中的所有IPv4節(jié)點，但D不能和網(wǎng)絡(luò)C中的節(jié)點互操作。網(wǎng)絡(luò)C是嚴格的IPv6網(wǎng)絡(luò)，從網(wǎng)絡(luò)A到網(wǎng)絡(luò)C沒有IPv6路徑。連接網(wǎng)絡(luò)A和網(wǎng)絡(luò)M的路由器只支持IPv4，因此無法通過網(wǎng)絡(luò)M向網(wǎng)絡(luò)C轉(zhuǎn)發(fā)IPv6包。雙棧節(jié)點對于IPv4包和IPv6包都使用相同的地址。只支持IPv4的節(jié)點雙棧節(jié)點發(fā)送包時，是使用雙棧節(jié)點的IPv4地址；而只支持IPv6的節(jié)點則使用雙棧節(jié)點的IPv6地址，即將原IPv4地址填充0后成為128位?？傊?，這類節(jié)點可以作為路由器連接IPv6網(wǎng)絡(luò)，采用自動隧道方式穿越IPv4網(wǎng)絡(luò)。該路由器從本地IPv6網(wǎng)絡(luò)接受IPv6包，將這些包封裝在IPv4包中，然后使用IPv4兼容地址發(fā)送給IPv4網(wǎng)絡(luò)另一端的另一個雙棧路由器。如此繼續(xù)，封裝的包將通過IPv4網(wǎng)絡(luò)群轉(zhuǎn)發(fā)，直至到達隧道另一端的雙棧路由器，有該路由器對IPv4包拆包，釋放出IPv6包并轉(zhuǎn)發(fā)給本地的IPv6主機。圖43根據(jù)是否能在IPv4網(wǎng)絡(luò)中按隧道方式轉(zhuǎn)發(fā)IPv6包，雙棧節(jié)點、路由器和網(wǎng)絡(luò)提供不同程度的互操作性支持隧道方式的雙棧節(jié)點增加了在IPv4網(wǎng)絡(luò)上進行互操作的能力，而無需額外的IPv6路由器。在IPv4網(wǎng)絡(luò)上以隧道方式傳送IPv6包使上圖中的示例得以改變。例如，如果節(jié)點D能在IPv4上一隧道方式傳送IPv6包，則它可使用本地IPv4路由器將包轉(zhuǎn)發(fā)給網(wǎng)絡(luò)C。如果節(jié)點同時支持自動隧道，則可實現(xiàn)無縫操作；負責需要某些連接配置。 網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換協(xié)議轉(zhuǎn)換(NAT PT)包括兩個組成部分:網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換協(xié)議和協(xié)議轉(zhuǎn)換。其中地址轉(zhuǎn)換是指通過使用NAT 網(wǎng)關(guān),將一種IP 網(wǎng)絡(luò)的地址轉(zhuǎn)換為另一種IP 網(wǎng)絡(luò)的地址, 它允許內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)使用一組在公網(wǎng)中從不使用的保留地址。使用這項技術(shù)時可以將IPv6 網(wǎng)視為一個獨立而封閉的局域網(wǎng), 它需要使用一個地址翻譯器進行地址翻譯。當內(nèi)網(wǎng)的主機向外發(fā)送數(shù)據(jù)包時, 將內(nèi)部的IP 地址轉(zhuǎn)換為外部的公網(wǎng)地址, 當數(shù)據(jù)包從外部網(wǎng)絡(luò)回復數(shù)據(jù)包時, 再將公網(wǎng)地址轉(zhuǎn)換為內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的地址。協(xié)議轉(zhuǎn)換是指根據(jù)IPv6 和IPv4 之間的差異對數(shù)據(jù)包的首部做相應的修改以符合對方網(wǎng)絡(luò)的格式要求, 并且由于網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的改變要對上層的TCP、UDP、ICMP 等數(shù)據(jù)包做相應的修改。將網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換機制與協(xié)議轉(zhuǎn)換機制相結(jié)合而產(chǎn)生的NAT PT 可以通過對協(xié)議、地址的轉(zhuǎn)換實現(xiàn)IPv6 和IPv4 之間的相互通信。其主要思想是在IPv6節(jié)點與IPv4節(jié)點的通信時需借助于中間的協(xié)議轉(zhuǎn)換服務(wù)器，此協(xié)議轉(zhuǎn)換服務(wù)器的主要功能是把網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議頭進行IPv6/Ipv4間的轉(zhuǎn)換，以適應對端的協(xié)議類型。優(yōu)點：能有效解決IPv4節(jié)點與IPv6節(jié)點相互通信的問題。缺點：不能支持所有的應用。這些應用層程序包括：① 應用層協(xié)議中如果包含有IP地址、端口等信息的應用程序，如果不將高層報文中的IP地址進行變換，則這些應用程序就無法工作，如FTP、STMP等。② 含有在應用層進行認證、加密的應用程序無法在此協(xié)議轉(zhuǎn)換中工作。5 不同需求下的三種接入方案 網(wǎng)絡(luò)中心工作小組的接入方案 l 應用背景：在一個高校的網(wǎng)絡(luò)中，按照層次結(jié)構(gòu)劃分校園中心機房屬于核心層，學院中心機房為匯聚層，然后各個教育科研辦公室是網(wǎng)絡(luò)的邊緣接入層，現(xiàn)在為了完成對下一代IPv6網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)性研究，在位于網(wǎng)絡(luò)核心層的一個網(wǎng)絡(luò)研究小組要求接入純IPv6網(wǎng)絡(luò)，對IPv4網(wǎng)絡(luò)不進行訪問。校園內(nèi)其他網(wǎng)絡(luò)用戶不要求接入。l 技術(shù)背景：通過對應用背景的分析我們了解到現(xiàn)在位于核心層的一個網(wǎng)絡(luò)研究小組要求接入IPv6網(wǎng)絡(luò)，他們是直接與核心出口路由器相連，我們完全可以在核心路由器上做一個隧道的配置來滿足這個網(wǎng)絡(luò)小組的網(wǎng)絡(luò)要求。隧道技術(shù)的運行原理：將原有的IPv6 報文封裝為IPv4 報文，IPv4 報文中的源地址為隧道的起始點，目的地址為隧道的終點。報文按照“隧道起點封裝 —— IPv4 網(wǎng)絡(luò)中路由 —— 隧道終點拆封裝”這個過程來進行傳遞。表51IPv4 headerIPv6 headerIPv6data手工隧道報文封裝示意圖圖51方案一拓撲l 模擬描述：現(xiàn)在我們只要在上圖中對應的核心路由器以及IPv6資源的邊界路由器上進行ipv6ip模式隧道的配置，從而實現(xiàn)在IPv4的骨干網(wǎng)上傳輸IPv6的數(shù)據(jù)包，校園內(nèi)除了網(wǎng)絡(luò)研究小組使用IPv6網(wǎng)絡(luò)外，其他網(wǎng)絡(luò)用戶依然使用現(xiàn)有的IPv4網(wǎng)絡(luò)。這樣既可滿足應用背景的網(wǎng)絡(luò)需求。 實驗拓撲圖：　　圖52方案一實驗拓撲l 實驗配置參數(shù)表52所有路由器的子網(wǎng)掩碼為：路由器型號對應端口的IP地址R13640F0/0:F1/0:2010:1111::1R23640F0/0:F1/0:R33640F0/0:F1/0:2010:2222::1R43640F0/0:2010:1111::2Loopback 0:2000:1111::1R53640F0/0:2010:2222::2Loopback 0:2000:2222::1l 實驗設(shè)備Cisco路由器3640*5l 實驗步驟1. 公網(wǎng)路由器RRR3的初始配置：（1）R1配置：基本配置、端口、路由協(xié)議的配置基本配置：RouterenRouterconf tRouter(config)no ip domainlookupRouter(config)line console 0Router(configline)exect 0 0Router(configline)logging syRouter(configline)exitRouter(config)ho R1端口配置：R1(config)int f0/0R1(configif)ip add R1(configif)no shutR1(configif)exit路由配置：R1(config)router eigrp 100R1(configrouter)no auR1(configrouter)net R1(conf