【導讀】提出的比較成熟的IPv4向IPv6的過渡技術。并在著重分析隧道技術的基礎上提出在校園網里實現(xiàn)IPv4向IPv6過渡的研究方案。

　　

【正文】 數(shù)據(jù)包封裝進某個 IPv4 首部中，接著通過隧道傳輸封裝后的數(shù)據(jù)包。如此有需要的話，也會將封裝后的 IPv4 數(shù)據(jù)包分段。 2） 隧道出口點接收到封裝后的數(shù)據(jù)包。如果數(shù)據(jù)包被分段，將由出口點重新進行組裝。然后出口點剝離 IPv4 首部，將 IPv6 數(shù)據(jù)包傳遞到最初的目的地址。 IPv6數(shù)據(jù)包封裝進 IPv4 數(shù)據(jù)包如圖 75 所示。 20 IPv4 首部 IPv6 首部 IPv6 有效載荷 從源主機發(fā)送到隧道入口點是原始 IPv6 數(shù)據(jù)包，發(fā)送到隧道出口點的是封裝后的IPv4 數(shù)據(jù)包。 需要注意的是 IPv4 首部中的下列字段： Header Length(首部長度 )字段包括 IPv4 首部的長度，也要加上其他擴展首部長度及 IPv6 有效載荷的長度。如果封裝后的數(shù)據(jù)包必須要加以分段，則標志位（ Flag）字段與段偏移（ FO ， Fragment Offset）字段中就會填入對應的值。生存時間（ TTL）， Time to Live 字段的值取決于所使用的實現(xiàn)方式。協(xié)議號（ Protocol Number）設置為 41，這是指派給 IPv6 的值。如果想分析隧道中的 IPv6 通信，就要在分析器中調協(xié)一個過濾器，篩選出 Protocol Number 字段為 41 的所有數(shù)據(jù)包。IPv4 源地址（ IPv4 Source Address）指隧道出口點的 IPv4 地址。把 IPv4 上的 IPv6 隧道看成一跳，因些 IPv6 首部中的跳數(shù)限制（ Hop Limit）字段每次遞減１。這種方式對最終用戶隱藏了隧道的存在，而且一般工作，例如 traceroute 也檢測不到隧道的存在。 3 隧道 IPv6 的首部組成 技術文檔 RFC2473 給出了 IPv6 封裝的隧道模型與實現(xiàn)機制 .IPv6 隧道中的主要差別在于：數(shù)據(jù)包會被封裝進一個 IPv6 首部中，并會通過 IPv6 網絡發(fā)送；所封裝的數(shù)據(jù)包可以是 IPv6 數(shù)據(jù)包，也可以是 IPv4 數(shù)據(jù)包，甚至還可能是其他協(xié)議包。隧道入口點會預處理 IPv6 首部，如果必要的話，會在原始數(shù)據(jù)包上添加一組擴展（ Extension）首部。隧道入口點所做的預處理工作稱為隧道 IPv6(Tunnel IPv6)首部 。 隧道 IPv6 首部及組成如圖 77 所 示。 原始首部 原始有效載荷 IPv6 首部 擴展首部 原始首部 原始有效載荷 圖 77 隧道 IPv6 首部及組成 在隧道入口點的 IPv6 首部中，其源地址是隧道入口節(jié)點的地址，而目的地址則是隧道出口節(jié)點的地址。隧道入口節(jié)點也可以是原始數(shù)據(jù)包的源節(jié)點。原始數(shù)據(jù)包的首部根IPv6 首部 IPv6 有效載荷 21 據(jù)標準的轉發(fā)規(guī)則進行處理。若是 IPv4 的首部，則 TTL 字段將會減 1。若是 IPv6 首部，Hop Limit 字段會減 1。這樣，隧道入口點的隧道出口點之間的網絡只相當于一跳，而不管實際上其中存在多少跳。 4 手工隧道 手工配置隧道（ Configured Tunnel）需要隧道兩個端點所有的網絡的管理員協(xié)作完成。隧道的端點地址由配置來決定，不需要為站點分配特殊的 IPv6 地址，適應于經常通信的 IPv6 站點之間。第一個隧道的封裝節(jié)點必須保存隧道終點的地址，當一個 IPv6 數(shù)據(jù)包在隧道上傳輸時終點地址作為 IPv4 數(shù)據(jù)包的目的地址進行封裝。通常封裝節(jié)點要根據(jù)路由信息決定一個包是否要通過隧道轉發(fā) [3]。 采用手工配置隧道進行通信的站點之間必須有可用的 IPv4 連接，并且至少要具有一個全球唯一的 IPv4 地址。站點中每個主機 都至少需要支持 IPv6，路由器需要支持雙棧。在隧道要經過 NAT 設施的情況下這種機制不可用。 手工配置隧道如圖 76 所示。 P C AR 1E 0 E 1 E 1 E 0P C BR 2 PC1 和 PC2 主機分別位于兩個不同的 IPv6 網絡，需要通過 IPv4 網絡通信。 R1 和R2 為雙棧路由器，位于 IPv4 網絡的邊界，分別與兩個不同的 IPv6 網絡連接。進行手工隧道配置時，在 R1 和 R2 之間互相指定隧道的起點和終點。 5 基本的自動隧道技術 1)配置隧道 在配置隧道中，隧道入口點上已經配置了隧道出口點地址。封裝 IPv6 數(shù)據(jù)包的時候，隧道入口點使用該地址作為 IPv4 首部中的目的地址。 網段上的 IPv6/IPv4 主機即使沒有 IPv6 路由器，也可以配置出一個靜態(tài)路由指向 IPv4隧道另一端的 IPv6 路由器（位于 Inter 上），這樣就可以和遠程 IPv6 網絡進行交流了。這種情況下，隧道另一端 IPv6/IPv4 路由器的 IPv6 地址將會加入到路由表中作為默認路由?，F(xiàn)在，所有匹配該路由的 IPV6 目的地址都可以利用隧道通過 IPv4 基礎設施。默認路由的掩碼為零，只有不存在具有特定匹配掩碼或網絡前綴的其他路由器 的情況下，才 22 會 使用此默認路由。 2) 自動配置的隧道 自動配置的隧道（ Auto –configured Tunnel）的建立和拆除是動態(tài)的，它的端點根據(jù)分組的目的地址確實，適用于單獨的主機之間或不經常通信的站點之間。自動配置的隧道需要站點采用 IPv4 兼容的 IPv6 地址（ IPv4 Compatible IPv6 Address,0::IPv4ADDR/96) ，這些站點之間必須有可用的 IPv4 連接，每個采用這種機制的主機都需要有一個全球唯一的 IPv4 地址。 采用這種機制不能解決 IPv4 地址空間耗盡的問題（采用手工配置隧道的 站點就不需要 IPv4 地址）。此外，還有一種危險就是如果把 Inter 上全部 IPv4 路由表包括到 IPv6網絡中，那么會加劇路由表膨脹的問題。這種隧道的兩個端點都必須支持雙棧協(xié)議棧（手工配置就不需要）。這種機制不可以在隧道要經過 NAT 設施的情況下使用。 3) 自動隧道與配置隧道的使用 很多時候，在不包含 IPv6 路由器的網段中，其中的 IPv6/IPv4 主機需要配合使用這兩種隧道技術。這類主機可以有兩個隧道路由條目。一個路由條目指向全零的 96 位前綴。只要數(shù)據(jù)包的目的地址為兼容 IPv4 的 IPv6，這些數(shù)據(jù)包就會通 過這個路由發(fā)送。另一個路由條目指向一個配置成自動隧道的 IPv6 路由器。目的地址確實為 IPv6 的所有數(shù)據(jù)包將會通過該配置隧道進行路由。這些真正的 IPV6 主機的應答數(shù)據(jù)包將會被發(fā)送至該 IPV6路由器上，由該路由器通過自動隧道將這些數(shù)據(jù)包傳送回原始主機。 如果發(fā)送數(shù)據(jù)包的主機既有兼容 IPV4 的 IPV6 地址，又有一個全局的真正 IPV6 地址，則對于發(fā)往兼容 IPv4 的 IPv6 目的主機上的數(shù)據(jù)包，該主機會用兼容 IPv4 的 IPv6 地址作為數(shù)據(jù)包的源地址；而對于發(fā)往真正 IPv6 目的主機上的數(shù)據(jù)包，該主機會用真正的IPv6 地址作為數(shù)據(jù)包的源地址。下面通過一個名稱為 PCA 的主機路由表例子說明隧道配置情況： C： / IPv6 rt ::/0?2/:: pref 0 (lifetime :1800s,publish,no aging) 2020::/16 2 pref 0 (lifetime:1800s,publish,no aging) ::/96?2 pref0 (lifetime:infinite) C: / 顯示路由表的命令是 IPv6RT。第一條目為：： /0。零長度的前綴表明 該路由是默認路由。數(shù)據(jù)包將通過 2 號接口跳至下一跳，其 IPv6 地址為 131． 107． 152． 32。這是一 23 個兼容 IPv4 的 IPv6 地址，也就是 PCA 所配置的 6 to 4 中繼路由器。這樣，所有無法匹配特寫路由條目的 IPv6 通信都將被封裝進一個 IPv4 首部中，然后通過該默認路由被路由。 PCA 上啟用了路由：其相關生存時間與發(fā)布標志位表明該路由是一個發(fā)布路由。 2號接口是隧道式偽接口，所有通過 2 號接口送出的通信都被封裝進一個 IPv4 首部中。2020：： /16 這個條目表示該 6to4 中繼器的路由，同樣也要通過 2 號接口送 出，同樣要進行封裝。有了這兩個路由之后，該主機既能到達 6Bone，也能到達 6to4 主機。第 3 個路由條目表明路由指向前綴全零的 96 位掩碼。所有匹配該前綴的兼容 IPv4 的 IPv6 地址只要無法找到其他特定條目，就只有通過 2 號接口路由。 [4] 6 over 4 也是一種自動建立隧道的機制，在 RFC2529 中描述和定義，這種隧道端點的 IPv4 地址采用領導發(fā)現(xiàn)的方法確定。與手工配置隧道不同的是，它不需要任何地址配置；與自動隧道不同的是它不需要使用 IPv4 兼容的 IPv6 地址。但是采用這種機制的前提就是 IPv4 網 絡基礎設施支持 IPv4 多播。這里的 IPv4 多播可以是采用全球唯一的 IPv4地址的網絡，或是一個私有的 IPv4 網絡的一部分。這種機制適用于 IPv6 路由器沒有直接連接的物理鏈路上的孤立的 IPv6 主機，使得它們能夠將 IPv4 廣播域作為它們的虛擬鏈路，成為功能完全的 IPv6 站點。 采用這種方法連接的 IPv6 站點不需要采用 IPv4 兼容地址，也不需要手工配置的隧道。當采用 6 voer 4 的站點通過一臺支持 6 voer 4 的路由器與外界相連時，站點內的主機可以和外部 IPv6 站點通信。 轉換技術 （ NATPT） 這類技術讓純 IPv6 節(jié)點能夠和純 IPv4 節(jié)點相互通信。技術文檔是 RFC2766。轉換網關除了要進行 IPv4 地址和 IPv6 地址轉換，還要進行協(xié)議 的轉換和翻譯，轉換網關作為通信的中間設備，可在 IPv4 和 IPv6 網絡之間 IP 首部的地址，同時根據(jù)協(xié)議不同對分組做相應的語義翻譯，從而使純 IPv4 和純 IPv6 站點這間能夠透明通信。 [5] 地址與協(xié)議轉換（翻譯）技術在文檔 RFC2765 和 RFC2766 中定義和描述，是與雙棧技術、隧道技術一起提供的主要過渡機制。該機制的目標是為 IPv6 網絡節(jié)點與 IPv4網絡節(jié)點相互通 信提供透明的路由。 RFC2766 中定義和描述內容如下： 1）網絡地址轉換（ NAT），轉換 IP 地址、 TCP、 UDP 及 ICMP 首部校驗和等。 2）網絡地址接口轉換（ NAPT），除了 NAT 傳輸中所轉換的字段之外，還要轉換其他標識符，如 TCP 端口號、 UDP 端口號、 ICMP 報文類型等。 24 3）網絡地址轉換與協(xié)議轉換（ NATPT）允許 IPv6 數(shù)據(jù)包與等價 IPv4 數(shù)據(jù)包之間的相互轉換。 目前最有名的地址翻譯機制 NATPT（ workaddresstranslationprotocoltranslation）分為靜態(tài) NATPT 和動態(tài) NATPT 兩種。 NATPT 的使用基于這樣一個基本假設：當且僅當無其他本地 IPv6 或 IPv6 to IPv4 隧道可用時考慮使用該技術。它是 SIIT（ stateless IP/ICMP translation algorithm）協(xié)議轉換技術和 IPv4 網絡中動態(tài)地址翻譯（ NAT）技術結合與改進。該技術適用于過渡的初始階段，使得基于雙協(xié)議棧的主機，能夠運行 IPv4 與IPv6 應用程序互相通信。該機制要求主機必須是雙棧的，同時要在協(xié)議棧中插入 3 個特殊的擴展模塊：域名解析服務器、 IPv4/IPv6 地址映射器和 IPv4/IPv6 翻譯器。一個典型的 NATPT 系統(tǒng)如圖 3 所示。 [6] N A T P TD N S A L GI P v 4 a d d r e s s p o o lN I CI P v 4 / I P v 6 a d d r e s s m a p p i n gN I CI P v 4 / I P v 6 t r a s l a t i o n m a n a g e rT C P / U D PIPv4 nodeIPv4 nodeI P v 4I P v 4D N S s e r v e r 圖 3 NATPT 系統(tǒng) NATPT 處于 IPv6 和 IPv4 網絡的交界處，可以實現(xiàn) IPv6 主機與 IPv4 主機之間的互通。協(xié)議轉換的目的是實現(xiàn) IPv4 和 IPv6 協(xié)議頭之間的轉換；地址轉換則是為了讓 IPv6和 IPv4 網絡中的主機能夠識別對方。也就是說， IPv4 網絡中的主機用一個 IPv4 地址標識 IPv6 網絡中的一個主機，而 IPv6 網絡中 的主機用一個 IPv6 地址標識 IPv4 網絡中的一個主機。 當一臺 IPv4 主機要與 IPv4 對端通信時， NATPT 從 IPv4 地址池中分配一個 IPv4池地址標識 IPv6 對端。在 IPv4 與 IPv6 主機通信的全過程中，由 NATPT 負責處理 IPv4池地址與 IPv6 主機之間的映射關系。在 NATPT 中，使用 ALG（ applicationlevelgateway，應用層網關）對分組載荷中的