【正文】 圖 39 Teredo 地址結(jié)構(gòu)圖 Teredo 協(xié)議中定義了 4 種不同的實體：客戶端、服務(wù)器、中繼、特定主機中繼。如果 NAT 支持 UDP 端口解析，那么它就支持 Teredo 。 因為傳統(tǒng)的 NAT 不能夠支持IPv6overIPv4 數(shù)據(jù)包的穿越。 隧道 Teredo 隧道 是 一種 IPv6overUDP 隧道。 I P V 4 域雙 棧 主 機 2雙 棧 主 機 1I S A T A P 服 務(wù) 器 圖 38 ISATAP 隧道技術(shù)原理 ISATAP 要求通信主機和 ISATAP 服務(wù)器都支持雙協(xié)議棧，可應(yīng)用于內(nèi)部私有網(wǎng)絡(luò)中各雙棧主機之間進行 IPv6 通信，不要求隧道 節(jié)點具有全球唯一的 IPv4 地址 [3]。 通過這個嵌入的 IPv4 地址就可以自動建立隧道，完成 IPv6 報文的傳送。 ISATAP 地址格式為： Prefix（ 64bit） :0:5EFE:（ 即隧道端點的 IPv4 源地址，形式或者 xxxx:xxxx，其中 xxxx:xxxx 是由 轉(zhuǎn)化而來的 32 位 16 進制表示 ） 。 . ISATAP 隧道 ISATAP（ IntraSite Automatic Tunnel Addressing Protocol） 意為 域內(nèi)自動隧道尋址協(xié)議，它指某個 IPv4域內(nèi)的雙棧主機相互之間可以通過該隧道進行通信 [2]。 TB 的結(jié)構(gòu)如圖 37 所示。它要求隧道的雙方都支持雙棧。 隧道代理技術(shù)簡化了隧道的配置，解決了人工 隧道配置對網(wǎng)絡(luò)管理者所帶來的繁重工作量這一困難。 6over4 技術(shù)要求 在 IPv4 網(wǎng)絡(luò)中支持組播功能， 使孤立的 IPv6 主機可以將 IPv4 廣播域作為它們的虛擬鏈路， 在實際應(yīng)用中很少被利用。 通過這種機制， IPv6 可以可以跨越支持組播的 IPv4 子網(wǎng) ，獨立于底層 。 ． 6over4 6over4 是一種自動建立隧道的機制，采用鄰居發(fā)現(xiàn)的方法確定隧道端點的 IPv4 地址。孤島子網(wǎng)中的一臺設(shè)備使用公開的 IPv4 地址，稱為 6to4 路由。 6to4 的基本思路是，任何一個 IPv6 孤島都使用其全網(wǎng)唯一的 IPv4 地址構(gòu)造自己的 IPv6 地址前綴，因此前綴也是全網(wǎng)唯一的 [1]。 圖 36 6to4 地址格式 也就是 2020::xxxx:xxxx:xxxx:xxxx:xxxx。 ． 6to4 隧道 10 6to4 隧道也是一種自動構(gòu)造隧道的方式，具有自動隧道 配置簡便 的優(yōu)點，同時又克服了兼容地址隧道不能互聯(lián) IPv6 網(wǎng)絡(luò)的缺陷。但是，采用這種機制的主機都需要一個全球唯一的 IPv4 地址，擴展性差，不能解決 IPv4地址空間耗盡的問題；隧道兩端的主機或路由器必須支持雙棧，在隧道要經(jīng)過 NAT 設(shè)施的情況下，這種機制不 可以用 ，原因是 NAT 設(shè)施可能不支持 IPv6。 80 bits 16bits 32bits 0000 可以看出這種 IPv6 地址可以方便隧道起點設(shè)備通過該地址取得內(nèi)嵌的 IPv4 地址 ，從而確定隧道的目的地址 。 圖 34 封裝格式 . 兼容地址 自動 配置 隧道 自動 隧道 完成的是 點到多點的連接， IPv4 兼容 IPv6 自動隧道技術(shù)能夠使隧道自動生成 ，隧道的建立和拆除都是動態(tài)的，它的端點根據(jù)分組的目的地址確定，適用于 IPv4 網(wǎng)絡(luò)中 IPv6 節(jié)點間的隨機通信[2]。 采用手工配置隧道 的站點中每個主機都需要支持 IPv6，路由器需要支持雙棧協(xié)議。 手動隧道不需要為站點分配特殊的 IPv6 地址，端點地址由配置來決定。手工配置隧道主要應(yīng)用在個別 IPv6 主機或網(wǎng)絡(luò)需要通過 IPv4 網(wǎng)絡(luò)進行通信的場合 。 利用隧道方式實現(xiàn)的方案很多，如手工配置隧道、自動配置的隧道、 6to 6over Tunnel brnker 和 BGP tunnel 等 。 如圖 33 所示。對于采用隧道技術(shù) 的設(shè)備來說，在起始端（隧道入口） 將 IPv6 的數(shù)據(jù)報文封裝裝入 IPv4， IPv4 報文的源地址和目的地址分別是隧道入口和出口的 IPv4地址。 隧道 （ Tunnel）是指將一種協(xié)議報文封裝在另一協(xié)議報文中，這樣一種協(xié)議就可以通過另一種協(xié)議的封裝進行通信 [4]。 DSTM 的結(jié)構(gòu)示意圖如圖 32[12]。 雙協(xié)議棧過渡機制 DSTM DSTM(Dual Stack Transition Mechanism)用于解決純 IPv6 網(wǎng)絡(luò)中的主機和其他 IPv4 主機及應(yīng)用程序之間的通信問題 ，其主要原理是為 IPv6 為主的網(wǎng)絡(luò)中的雙棧節(jié)點臨時分配 IPv4 地址，并采用 IPv4 over IPv6 隧道機制實現(xiàn)。 這種有限的雙棧協(xié)議的優(yōu)點在于它只需要相對較少的緊缺的 IPv4 地址資源 ，節(jié)省大量的 IPv4 地址 。 協(xié)議棧 技術(shù) 有限雙棧技術(shù)是針對雙棧技術(shù)的一種改進。 這種方式對 IPv4 和 IPv6 提供了完全的兼容， 互通性好， 簡單易 理解。 應(yīng)用層協(xié)議 TCP/UDP IPv4 IPv6 鏈路層 圖 31 雙協(xié)議棧模 型 8 雙協(xié)議棧的工作方式可以描述如下： 若目的地址是一個 IPv4 地址，則使用 IPv4； 若目的地址是 IPv4 兼容 IPv6 地址，則將 IPv6 分組封裝在 IPv4 報文里； 若目的地址是其它類型的兼容地址，則使用 IPv6，有可能要進行封裝。如果一臺主機同時支持 IPv6和 IPv4 兩種協(xié)議，那么該主機既能與支持 IPv4 協(xié)議的節(jié)點通信，又能與支持 IPv6 協(xié)議的節(jié)點通信 ，這就是雙協(xié)議棧的工作原理 [4]。 雙棧節(jié)點同時支持與 IPv4 和IPv6 節(jié) 點的通信，當和 IPv4 節(jié)點通信時需要采用 IPv4 協(xié)議棧，當和 IPv6 節(jié)點通信時需要采用 IPv6 協(xié)議棧。目前提出的較為成熟的過渡技術(shù)主要包括雙協(xié)議棧技術(shù)，隧道技術(shù)和協(xié)議翻譯（ NATPT）這三種。一是在現(xiàn)有的，占主導(dǎo)地 位的 IPv4 路由體系中相隔的局部 IPv6 網(wǎng)絡(luò)之間如何通信，即在 IPv4 海洋中的 IPv6 孤島間的通信問題；二是如何使局部配置的 IPv6 網(wǎng)絡(luò)能夠無縫的訪問現(xiàn)有的 IPv4 資源，反之亦然。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。如何漸進的，以合理的代價由目前的 IPv4 的網(wǎng)絡(luò)過渡到基于 IPv6 的下一代網(wǎng)絡(luò)，并盡可能減少過渡成本，是人們目前所面臨的主要問題 。 相對于移動 IPv4，移動 IPv6 的優(yōu)點主要有： 路由優(yōu)化、入口過濾、廣播數(shù)據(jù)包、外地代理、安全機制、消除黑洞、流量控制等等。移動 IP 的目標是：不管連接在歸屬鏈路還是移動到外地網(wǎng)絡(luò)，它總是通過歸屬地被尋址。 . 移動性 IPv6 的出 現(xiàn) 成為移動計算機的一個里程碑。 AH 和 ESP 頭既可用于 IPv4 中，也可用于 IPv6 中。 IPsec 提供的安全服務(wù)包括：訪問控制、無連接的完整性、數(shù)據(jù)包來源認證、有限的業(yè)務(wù)流機密性、抗數(shù)據(jù)重發(fā)攻擊。 安全性 7 IPv6提出了全新的網(wǎng)絡(luò)安全體系結(jié)構(gòu) — IPsec標準。 IPv6 對 QoS 的支持主要體現(xiàn)在 IPv6 的基本報頭和擴展報頭中包含了與特定 QoS 有關(guān)的服務(wù)元素：業(yè)務(wù)類型（ traffic class）和流標簽（ flow label）。 因此最初的 IP 網(wǎng)絡(luò)中沒有服務(wù)質(zhì)量（ QoS）的概念，不能保證符合要求的傳送延時以及 足夠的吞吐量 。因為任播地址在形式上與單播地址無法區(qū)分開，一個任播地址的每個成員，必須顯示地加以配置，以便識別任播地址 [3]。 但是任播地址不能作為 IPv6 數(shù)據(jù)包的源地址，一個任播地址不能分配給一個主機，只能分配給路由器。任播地址 與組播地址類似， 也是用來標識多個，通常是屬于不同 節(jié)點 的接口。例如： ff23： 3454： 2132： da43:af6b:3247:2435:9874表示的就是一個組播地址。 組播地址的格式如圖 22。 組播地址： 組播地址用來標識多個接口，而這些接口通常屬于不同的 節(jié)點 ，一個 節(jié)點 可以屬于多個組播地址組 [2]。 一個單播地址只能標識一個唯一的接口，即尋址到單播地址的數(shù)據(jù)包最終將到達唯一的一個節(jié)點。 . IPv6 地址 類型 IPv6 地址可以分為單播 地址， 組 播地址和任播地址三類。 另外， IPv6 地址還有一種“ IPv6 地址 /前綴長度” 的表示方式，前綴長度是一個十進制值， 表示該地址的前多少位是地址前綴 。但是在簡化的 IPv6 地址中，它最多只能出現(xiàn)一次 。例如： 0000 可以表示 成 0。 例如上面 IPv6 地址中的 0420 可以寫成 420； 0002 可以寫成 2。為了書寫方便，出現(xiàn)了一些 IPv6 書寫簡化的方法。 IPv6 的 128 位地址每 16 位劃分為一段，共 8 段，每段被轉(zhuǎn)換為一個 4 位十六進制，段與段之間用“：”號隔開。 除了在地址長度上有所變化外， IPv6 地址的表示方法也和 IPv4 不同。 ． IPv6 地址技術(shù) IPv4 的地址長度是 32 位，而 IPv6 的地址長度是 128 位，是 IPv4 地址長度的 4 倍。 當一個 IPv6 數(shù) 據(jù)包具有多個擴展報頭時，必須嚴格按照擴展報頭的出現(xiàn)順序依次處理 。 每個擴展頭的長度應(yīng)為 8 的整數(shù)倍 （以字節(jié)為單位），以保證下面的頭也按 8 字節(jié)對齊， 每個 IPv6 數(shù)據(jù)包可帶有 0 個， 1 個，或者多個擴展頭 [1]。 . IPv6 擴 展報頭 IPv6 擴展報頭 是 一種 可選報頭 ，它存在于基本報頭和上一層協(xié)議報頭之間的 。 源地址：長度為 128 位，表示數(shù)據(jù)包的主機的 IPv6 地址。 跳數(shù)限制：該域為 8 位 無符號整數(shù)，它定義了 IP 數(shù)據(jù)包所能經(jīng)過的最大 路由 數(shù)。 下一個報頭：該域的長度為 8 位，表明緊接在 IPv6 報頭后面的 下一個 頭的類型。它用來標示屬于同一業(yè)務(wù)流的包，它需要由中間的 IPv6 路由器 進行特殊 的處理。 業(yè)務(wù)流類別：該域長度為 8 位，功能和 IPv4 報頭中的服務(wù)類型類似，用于區(qū)分不同 IPv6 包的類別或優(yōu)先級。 5 . IPv6 基本 介紹 基本 報 頭 IPv6 基本 報 頭 的總長度為 40 字節(jié)，其格式如圖 21。 IPv4 的這些問題不利于互聯(lián)網(wǎng)大規(guī)模發(fā)展 。人們希望能夠省去計算機接入網(wǎng)絡(luò)時的各種專業(yè)的，復(fù)雜的配置，特別是終端設(shè)備能夠 做到即插即用。這對于開放的 Inter 顯然是不適應(yīng)的。例如， SSL（安全套接字層協(xié)議）由 IP 之上的 傳輸層處理，而 應(yīng)用的安全 HTTP 則由應(yīng)用層處理 【 1】 。 . 安全性有所欠缺 IP 協(xié)議 在剛開始設(shè)計的時候，安全性并不是一個主要的問題。 為此，研究人員 提出了很多新的協(xié)議來支持這些新型應(yīng)用，如 DiffServ， RTP/RTCP 等。 . 缺乏服務(wù)質(zhì)量保證 互聯(lián)網(wǎng) 在設(shè)計之初遵循盡力而為的原則，這種服務(wù)簡單，高效，但是對互聯(lián)網(wǎng)上涌現(xiàn)的新業(yè)務(wù)卻缺乏有效的支持。90 年代，研究人員已經(jīng)意識到了 IP 地址空間和分配存在的問題，并開發(fā)了 CIDR、 NAT 等新技術(shù)來改善地址分配和解決地址短缺問題。 ．有限的地址空間 Inter 發(fā)展如此之迅猛是早期設(shè)計者們所始料未及的。然而，隨著 Inter 的擴張和新應(yīng)用的不斷推出，人們對互聯(lián)網(wǎng)提出了 更多更高的要求， IPv4 在實際應(yīng)用中暴露出了很多缺點，越來越顯示出了它的局限性。與此同時，互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展也成為國家 現(xiàn)代化和信息化 建設(shè)的重要組成部分 ，為國家經(jīng)濟和社會的發(fā)展做出了重大貢獻 。 2． IPv6 簡介 IPv6 誕生背景 IPv4 自誕生以來，發(fā)展 異常 迅猛。在 IPv6完全取代 IPv4，成為主流網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 之前，兩種協(xié)議 必定會有一段很長的 共存期。 IPv6 業(yè)務(wù)的發(fā)展 和普及 將是 一 個漫長的過程 ： IPv6 并不是 IPv4 的簡單升級 ， 它是一種全新的協(xié)議，和 IPv4 不 兼容。目前 IPv6 的相關(guān)標準和產(chǎn)品已經(jīng)逐漸成熟 ， IPv6 的市場前景日趨看好。 然而， 隨著互聯(lián)網(wǎng) 規(guī)模的迅猛發(fā)展 ，互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議 IPv4 的 局限性也 越來越突出 ，主要包括： IPv4 的地址空間 匱乏， 面臨即將耗盡的危險 ； Inter 早期缺乏規(guī)劃， IP 地址分配 不合理 ；缺乏服務(wù)質(zhì)量保證，對新業(yè)務(wù)類型缺乏有效的支持；路由選擇效率不高；配置復(fù)雜，無法做到即插即用 4 等 。 詳細介紹了GRE手動隧道 ,IPv4兼容地址自動隧道， 6to4隧道， ISATAP， NATPT 等過渡方案的配置設(shè)計。 1 IPv4 到 IPv6 的過渡方案設(shè)計 物理與光電信息科技學(xué)院 電子信息工程 專業(yè) 106032020207 江播偉 指導(dǎo)教師 董雪豐 【 摘 要 】 本文簡要 介紹了 IPv4向 IPv6過渡的主要技術(shù) — 雙協(xié)議棧技術(shù)、隧道技術(shù)、協(xié)議轉(zhuǎn)換技術(shù)（翻譯機制）。對各過渡策略的優(yōu)缺點 進行