【導(dǎo)讀】提出的比較成熟的IPv4向IPv6的過渡技術(shù)。并在著重分析隧道技術(shù)的基礎(chǔ)上提出在校園網(wǎng)里實(shí)現(xiàn)IPv4向IPv6過渡的研究方案。

　　

【正文】 數(shù)據(jù)包封裝進(jìn)某個(gè) 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(huì)將封裝后的 IPv4 數(shù)據(jù)包分段。 2） 隧道出口點(diǎn)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(diǎn)重新進(jìn)行組裝。然后出口點(diǎn)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(jìn) 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(jī)發(fā)送到隧道入口點(diǎn)是原始 IPv6 數(shù)據(jù)包，發(fā)送到隧道出口點(diǎn)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(zhǎng)度 )字段包括 IPv4 首部的長(zhǎng)度，也要加上其他擴(kuò)展首部長(zhǎng)度及 IPv6 有效載荷的長(zhǎng)度。如果封裝后的數(shù)據(jù)包必須要加以分段，則標(biāo)志位（ Flag）字段與段偏移（ FO ， Fragment Offset）字段中就會(huì)填入對(duì)應(yīng)的值。生存時(shí)間（ TTL）， Time to Live 字段的值取決于所使用的實(shí)現(xiàn)方式。協(xié)議號(hào)（ Protocol Number）設(shè)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(diào)協(xié)一個(gè)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(diǎn)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(duì)最終用戶隱藏了隧道的存在，而且一般工作，例如 traceroute 也檢測(cè)不到隧道的存在。 3 隧道 IPv6 的首部組成 技術(shù)文檔 RFC2473 給出了 IPv6 封裝的隧道模型與實(shí)現(xiàn)機(jī)制 .IPv6 隧道中的主要差別在于：數(shù)據(jù)包會(huì)被封裝進(jìn)一個(gè) IPv6 首部中，并會(huì)通過 IPv6 網(wǎng)絡(luò)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(diǎn)會(huì)預(yù)處理 IPv6 首部，如果必要的話，會(huì)在原始數(shù)據(jù)包上添加一組擴(kuò)展（ Extension）首部。隧道入口點(diǎn)所做的預(yù)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(kuò)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(diǎn)的 IPv6 首部中，其源地址是隧道入口節(jié)點(diǎn)的地址，而目的地址則是隧道出口節(jié)點(diǎn)的地址。隧道入口節(jié)點(diǎn)也可以是原始數(shù)據(jù)包的源節(jié)點(diǎn)。原始數(shù)據(jù)包的首部根IPv6 首部 IPv6 有效載荷 21 據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則進(jìn)行處理。若是 IPv4 的首部，則 TTL 字段將會(huì)減 1。若是 IPv6 首部，Hop Limit 字段會(huì)減 1。這樣，隧道入口點(diǎn)的隧道出口點(diǎn)之間的網(wǎng)絡(luò)只相當(dāng)于一跳，而不管實(shí)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(gè)端點(diǎn)所有的網(wǎng)絡(luò)的管理員協(xié)作完成。隧道的端點(diǎn)地址由配置來決定，不需要為站點(diǎn)分配特殊的 IPv6 地址，適應(yīng)于經(jīng)常通信的 IPv6 站點(diǎn)之間。第一個(gè)隧道的封裝節(jié)點(diǎn)必須保存隧道終點(diǎn)的地址，當(dāng)一個(gè) IPv6 數(shù)據(jù)包在隧道上傳輸時(shí)終點(diǎn)地址作為 IPv4 數(shù)據(jù)包的目的地址進(jìn)行封裝。通常封裝節(jié)點(diǎn)要根據(jù)路由信息決定一個(gè)包是否要通過隧道轉(zhuǎn)發(fā) [3]。 采用手工配置隧道進(jìn)行通信的站點(diǎn)之間必須有可用的 IPv4 連接，并且至少要具有一個(gè)全球唯一的 IPv4 地址。站點(diǎn)中每個(gè)主機(jī) 都至少需要支持 IPv6，路由器需要支持雙棧。在隧道要經(jīng)過 NAT 設(shè)施的情況下這種機(jī)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(jī)分別位于兩個(gè)不同的 IPv6 網(wǎng)絡(luò)，需要通過 IPv4 網(wǎng)絡(luò)通信。 R1 和R2 為雙棧路由器，位于 IPv4 網(wǎng)絡(luò)的邊界，分別與兩個(gè)不同的 IPv6 網(wǎng)絡(luò)連接。進(jìn)行手工隧道配置時(shí)，在 R1 和 R2 之間互相指定隧道的起點(diǎn)和終點(diǎn)。 5 基本的自動(dòng)隧道技術(shù) 1)配置隧道 在配置隧道中，隧道入口點(diǎn)上已經(jīng)配置了隧道出口點(diǎn)地址。封裝 IPv6 數(shù)據(jù)包的時(shí)候，隧道入口點(diǎn)使用該地址作為 IPv4 首部中的目的地址。 網(wǎng)段上的 IPv6/IPv4 主機(jī)即使沒有 IPv6 路由器，也可以配置出一個(gè)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(yuǎn)程 IPv6 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)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(huì)加入到路由表中作為默認(rèn)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(chǔ)設(shè)施。默認(rèn)路由的掩碼為零，只有不存在具有特定匹配掩碼或網(wǎng)絡(luò)前綴的其他路由器 的情況下，才 22 會(huì) 使用此默認(rèn)路由。 2) 自動(dòng)配置的隧道 自動(dòng)配置的隧道（ Auto –configured Tunnel）的建立和拆除是動(dòng)態(tài)的，它的端點(diǎn)根據(jù)分組的目的地址確實(shí)，適用于單獨(dú)的主機(jī)之間或不經(jīng)常通信的站點(diǎn)之間。自動(dòng)配置的隧道需要站點(diǎn)采用 IPv4 兼容的 IPv6 地址（ IPv4 Compatible IPv6 Address,0::IPv4ADDR/96) ，這些站點(diǎn)之間必須有可用的 IPv4 連接，每個(gè)采用這種機(jī)制的主機(jī)都需要有一個(gè)全球唯一的 IPv4 地址。 采用這種機(jī)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(diǎn)就不需要 IPv4 地址）。此外，還有一種危險(xiǎn)就是如果把 Inter 上全部 IPv4 路由表包括到 IPv6網(wǎng)絡(luò)中，那么會(huì)加劇路由表膨脹的問題。這種隧道的兩個(gè)端點(diǎn)都必須支持雙棧協(xié)議棧（手工配置就不需要）。這種機(jī)制不可以在隧道要經(jīng)過 NAT 設(shè)施的情況下使用。 3) 自動(dòng)隧道與配置隧道的使用 很多時(shí)候，在不包含 IPv6 路由器的網(wǎng)段中，其中的 IPv6/IPv4 主機(jī)需要配合使用這兩種隧道技術(shù)。這類主機(jī)可以有兩個(gè)隧道路由條目。一個(gè)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(huì)通 過這個(gè)路由發(fā)送。另一個(gè)路由條目指向一個(gè)配置成自動(dòng)隧道的 IPv6 路由器。目的地址確實(shí)為 IPv6 的所有數(shù)據(jù)包將會(huì)通過該配置隧道進(jìn)行路由。這些真正的 IPV6 主機(jī)的應(yīng)答數(shù)據(jù)包將會(huì)被發(fā)送至該 IPV6路由器上，由該路由器通過自動(dòng)隧道將這些數(shù)據(jù)包傳送回原始主機(jī)。 如果發(fā)送數(shù)據(jù)包的主機(jī)既有兼容 IPV4 的 IPV6 地址，又有一個(gè)全局的真正 IPV6 地址，則對(duì)于發(fā)往兼容 IPv4 的 IPv6 目的主機(jī)上的數(shù)據(jù)包，該主機(jī)會(huì)用兼容 IPv4 的 IPv6 地址作為數(shù)據(jù)包的源地址；而對(duì)于發(fā)往真正 IPv6 目的主機(jī)上的數(shù)據(jù)包，該主機(jī)會(huì)用真正的IPv6 地址作為數(shù)據(jù)包的源地址。下面通過一個(gè)名稱為 PCA 的主機(jī)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(zhǎng)度的前綴表明 該路由是默認(rèn)路由。數(shù)據(jù)包將通過 2 號(hào)接口跳至下一跳，其 IPv6 地址為 131． 107． 152． 32。這是一 23 個(gè)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(wú)法匹配特寫路由條目的 IPv6 通信都將被封裝進(jìn)一個(gè) IPv4 首部中，然后通過該默認(rèn)路由被路由。 PCA 上啟用了路由：其相關(guān)生存時(shí)間與發(fā)布標(biāo)志位表明該路由是一個(gè)發(fā)布路由。 2號(hào)接口是隧道式偽接口，所有通過 2 號(hào)接口送出的通信都被封裝進(jìn)一個(gè) IPv4 首部中。2020：： /16 這個(gè)條目表示該 6to4 中繼器的路由，同樣也要通過 2 號(hào)接口送 出，同樣要進(jìn)行封裝。有了這兩個(gè)路由之后，該主機(jī)既能到達(dá) 6Bone，也能到達(dá) 6to4 主機(jī)。第 3 個(gè)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(wú)法找到其他特定條目，就只有通過 2 號(hào)接口路由。 [4] 6 over 4 也是一種自動(dòng)建立隧道的機(jī)制，在 RFC2529 中描述和定義，這種隧道端點(diǎn)的 IPv4 地址采用領(lǐng)導(dǎo)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(dòng)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(jī)制的前提就是 IPv4 網(wǎng) 絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)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(wǎng)絡(luò)，或是一個(gè)私有的 IPv4 網(wǎng)絡(luò)的一部分。這種機(jī)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(jī)，使得它們能夠?qū)?IPv4 廣播域作為它們的虛擬鏈路，成為功能完全的 IPv6 站點(diǎn)。 采用這種方法連接的 IPv6 站點(diǎn)不需要采用 IPv4 兼容地址，也不需要手工配置的隧道。當(dāng)采用 6 voer 4 的站點(diǎn)通過一臺(tái)支持 6 voer 4 的路由器與外界相連時(shí)，站點(diǎn)內(nèi)的主機(jī)可以和外部 IPv6 站點(diǎn)通信。 轉(zhuǎn)換技術(shù) （ NATPT） 這類技術(shù)讓純 IPv6 節(jié)點(diǎn)能夠和純 IPv4 節(jié)點(diǎn)相互通信。技術(shù)文檔是 RFC2766。轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)除了要進(jìn)行 IPv4 地址和 IPv6 地址轉(zhuǎn)換，還要進(jìn)行協(xié)議 的轉(zhuǎn)換和翻譯，轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)作為通信的中間設(shè)備，可在 IPv4 和 IPv6 網(wǎng)絡(luò)之間 IP 首部的地址，同時(shí)根據(jù)協(xié)議不同對(duì)分組做相應(yīng)的語(yǔ)義翻譯，從而使純 IPv4 和純 IPv6 站點(diǎn)這間能夠透明通信。 [5] 地址與協(xié)議轉(zhuǎn)換（翻譯）技術(shù)在文檔 RFC2765 和 RFC2766 中定義和描述，是與雙棧技術(shù)、隧道技術(shù)一起提供的主要過渡機(jī)制。該機(jī)制的目標(biāo)是為 IPv6 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與 IPv4網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)相互通 信提供透明的路由。 RFC2766 中定義和描述內(nèi)容如下： 1）網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換（ NAT），轉(zhuǎn)換 IP 地址、 TCP、 UDP 及 ICMP 首部校驗(yàn)和等。 2）網(wǎng)絡(luò)地址接口轉(zhuǎn)換（ NAPT），除了 NAT 傳輸中所轉(zhuǎn)換的字段之外，還要轉(zhuǎn)換其他標(biāo)識(shí)符，如 TCP 端口號(hào)、 UDP 端口號(hào)、 ICMP 報(bào)文類型等。 24 3）網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換與協(xié)議轉(zhuǎn)換（ NATPT）允許 IPv6 數(shù)據(jù)包與等價(jià) IPv4 數(shù)據(jù)包之間的相互轉(zhuǎn)換。 目前最有名的地址翻譯機(jī)制 NATPT（ workaddresstranslationprotocoltranslation）分為靜態(tài) NATPT 和動(dòng)態(tài) NATPT 兩種。 NATPT 的使用基于這樣一個(gè)基本假設(shè)：當(dāng)且僅當(dāng)無(wú)其他本地 IPv6 或 IPv6 to IPv4 隧道可用時(shí)考慮使用該技術(shù)。它是 SIIT（ stateless IP/ICMP translation algorithm）協(xié)議轉(zhuǎn)換技術(shù)和 IPv4 網(wǎng)絡(luò)中動(dòng)態(tài)地址翻譯（ NAT）技術(shù)結(jié)合與改進(jìn)。該技術(shù)適用于過渡的初始階段，使得基于雙協(xié)議棧的主機(jī)，能夠運(yùn)行 IPv4 與IPv6 應(yīng)用程序互相通信。該機(jī)制要求主機(jī)必須是雙棧的，同時(shí)要在協(xié)議棧中插入 3 個(gè)特殊的擴(kuò)展模塊：域名解析服務(wù)器、 IPv4/IPv6 地址映射器和 IPv4/IPv6 翻譯器。一個(gè)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(wǎng)絡(luò)的交界處，可以實(shí)現(xiàn) IPv6 主機(jī)與 IPv4 主機(jī)之間的互通。協(xié)議轉(zhuǎn)換的目的是實(shí)現(xiàn) IPv4 和 IPv6 協(xié)議頭之間的轉(zhuǎn)換；地址轉(zhuǎn)換則是為了讓 IPv6和 IPv4 網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)能夠識(shí)別對(duì)方。也就是說， IPv4 網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)用一個(gè) IPv4 地址標(biāo)識(shí) IPv6 網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)主機(jī)，而 IPv6 網(wǎng)絡(luò)中 的主機(jī)用一個(gè) IPv6 地址標(biāo)識(shí) IPv4 網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)主機(jī)。 當(dāng)一臺(tái) IPv4 主機(jī)要與 IPv4 對(duì)端通信時(shí)， NATPT 從 IPv4 地址池中分配一個(gè) IPv4池地址標(biāo)識(shí) IPv6 對(duì)端。在 IPv4 與 IPv6 主機(jī)通信的全過程中，由 NATPT 負(fù)責(zé)處理 IPv4池地址與 IPv6 主機(jī)之間的映射關(guān)系。在 NATPT 中，使用 ALG（ applicationlevelgateway，應(yīng)用層網(wǎng)關(guān)）對(duì)分組載荷中的