【正文】 the different technologies,we summarize the scope and conditions of the various technologies. Key word: IPv6。 GNS3。 NATPT。 與此同時(shí)，互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展也成為國(guó)家信息化和現(xiàn)代化建設(shè)的重要部分，并產(chǎn)生了重大的經(jīng)濟(jì) 效益和社會(huì)效益。 IPv6作為 IETF 確定的下一代互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，有望徹底解決 IPv4存在的問題，因此受到人們的關(guān)注。目前 IPv6的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品已經(jīng)逐漸成熟。 2021年，我國(guó)啟動(dòng)了基于 IPv6的 “ 下一代互聯(lián)網(wǎng)示范網(wǎng) CNGI 工程 ” ，更使得 IPv6成為了國(guó)內(nèi)業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。 盡管目前我國(guó)已經(jīng)開始了較大規(guī)模的 IPv6網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，但 IPv6業(yè)務(wù)的發(fā)展還將是個(gè)漫長(zhǎng)的過程， IPv4向 IPv6的過渡需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間才能完成。因此，有必要制定相應(yīng)的方案保證 IPv4和 IPv6的互操作性和平滑過渡。這些技術(shù)各有不同的特點(diǎn)和適用場(chǎng)合。 2 2 IPv6 簡(jiǎn)介 IPv6 優(yōu)勢(shì) (1)巨大的地址空間 IPv6的源地址和目標(biāo)地址都是 128位的 (16字節(jié) ),幾乎可以不受限制地提供 IP地址，128位可以表達(dá)超過 1038種可能的組合 ,也就是說(shuō)整個(gè)地球的 每平方米面積上可以分配 1023個(gè) IP地址 ,設(shè)計(jì)這種巨大的地址空間的目的是為了能更好的把路由器域名劃分出層次結(jié)構(gòu) ,并更好地反映出現(xiàn)代 Inter 的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) ,使尋址和路由層次的設(shè)計(jì)更具靈活性 ,允許使用多級(jí)的子網(wǎng)劃分和地址分配 ,涵蓋范圍從 Inter 骨干直到機(jī)構(gòu)組織內(nèi)部的各個(gè)子網(wǎng) ,這些正是基于 IPv4的 Inter 所缺乏的，即便是算上目前已為主機(jī)分配的所有 IP 地址 ,IPv6網(wǎng)絡(luò)協(xié)議仍然還有充足的地址可供今后使用，由于有絕對(duì)更多地可用地址 ,就不再需要一些節(jié)約地址的技術(shù) ,比如 NAT 轉(zhuǎn)換 ,這樣就可 以全面建立端到端的連接了 [1]。 圖 IPv4和 IPv6地址空間比較 (2)新的協(xié)議頭格式 3 IPv6協(xié)議的頭采用一種新的格式 ,可最大程度地減少協(xié)議頭開銷。由于 Inter 上的絕大部分包都只是被路由器簡(jiǎn)單地轉(zhuǎn)發(fā) ,因此固定的包頭長(zhǎng)度有助于加快路由速度。中間路由器必須處理的字段從 6個(gè)降到了 4個(gè) ,這樣網(wǎng)絡(luò)中的中間路由器在處理這種簡(jiǎn)化的 IPv6協(xié)議頭時(shí) ,效率就更高 。 IPv6定義了多種擴(kuò)展包頭 ,能提供對(duì)多種應(yīng)用的強(qiáng)力支持 ,同時(shí)又為以后支持新的應(yīng)用提供了可能。 IPv6從功能上說(shuō) ,并不是 IPv4的超集 ,也就是說(shuō)它并不向下兼容 IPv4。雖然新 IPv6中的地址位數(shù)是 IPv4地址位數(shù)的 4倍 ,但是 ,新 IPv6網(wǎng)絡(luò)協(xié)議頭的長(zhǎng)度僅是 IPv4協(xié)議頭的 2倍 [3]。 圖 IPv4和 IPv6包頭比較 (3)有效地、分級(jí)的尋址和路由結(jié)構(gòu) 與 IPv4地址空間的劃分準(zhǔn)則相似 ,IPv6網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的地址空間也是基于地址中高位的值來(lái)進(jìn)行劃分的。根據(jù)格式前綴位的多少劃分IPv6地址空間 ,目前已分配的有為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)接入點(diǎn) (NSAP)、可集聚全球單播地址、鏈路本地單播地址、站點(diǎn)本地單播地 址和多播地址 ,當(dāng)前可被 IPv6節(jié)點(diǎn)使用的單播地址集合 4 由可集聚全球單播地址、鏈路本地單播地址和站點(diǎn)本地地址組成。 IPv6使用全球地址的設(shè)計(jì)意圖是創(chuàng)建一個(gè)有效地、分層次的并且可以概括的路由結(jié)構(gòu) ,這種路由結(jié)構(gòu)是基于當(dāng)前存在的多級(jí) ISP 體系而設(shè)計(jì)的。站點(diǎn)拓?fù)涫且粋€(gè)機(jī)構(gòu)站點(diǎn)的內(nèi)部子網(wǎng)的集合。在采用 IPv6的 Inter 中 ,骨干路由器具有更小的路由表 ,這種 路由表對(duì)應(yīng)著全球 ISP 的路由結(jié)構(gòu) [2]。 圖 IPv6路由結(jié)構(gòu) (4) 提高服務(wù)質(zhì)量 IPv6數(shù)據(jù)包的格式包含業(yè)務(wù)流類別 (Class)和流標(biāo)簽 (Flow Label)。 (5) 提供認(rèn)證與私密性 IPv6將 IP 安全性 (IPSec)作為自身標(biāo)準(zhǔn)的有機(jī)組 成部分 。而在 IPv4中 AH和 ESP 是可選的 , 因此 , 采用 IPv6安全性會(huì)更加簡(jiǎn)便，一致 。而在 IPv4中這 5 是作為一種對(duì) IP 協(xié)議附加的功能提出的 , 更重要的是 , IPv4有限的地址空間資源無(wú)法提供所有潛在移動(dòng)終端設(shè)備所需的 IP地 址 , 難以實(shí)現(xiàn)移動(dòng) IP的大規(guī)模應(yīng)用 。 IPv6 編址 和 IPv4地址分為單播，組播，廣播 3類不同， IPv6去除了廣播地址，增加了任播地址。 1）未指定地址 IPv6的未指定地址即 0:0:0:0:0:0/128或 者 :/128。該地址不屬于分配給任何物理接口。 3） 全球單播地址 全球單播地址結(jié)構(gòu)如圖 。全球路由前綴：提供商指定給一個(gè)組織機(jī)構(gòu)（末端站點(diǎn)）的前綴應(yīng)該至少是 /48前綴。 InterfaceID：在一條鏈路上面需要唯一的確定一個(gè)接口。 例如： 6 MAC 地址： 000E0C82C4D4 轉(zhuǎn)換后： 020E:0CFF:FE:82:C4D4 （ RFC3041） 4） 本地鏈路地址 本地鏈路地址結(jié)構(gòu)如圖 ， 地址前綴： FE80::/10。節(jié)點(diǎn)可以自動(dòng)生成，用于相鄰節(jié)點(diǎn)之間使用，可用于鄰居發(fā)現(xiàn)，無(wú)狀態(tài)地址配置等應(yīng)用。 7 圖 IPv6組播地 址 (3) 任意播地址 一個(gè)地址可以標(biāo)識(shí)多個(gè)不同接口或者節(jié)點(diǎn)，目的是該地址的數(shù)據(jù)報(bào)文會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)到最近的一個(gè)節(jié)點(diǎn)上（最近取決于單播路由計(jì)算的結(jié)果）。 圖 壓縮格式 內(nèi)嵌 IPv4地址的 IPv6地址 這是在 IPv4向 IPv6過渡機(jī)制中特有的 IPv6表示方法，分為兩類： IPv4兼容的 IPv6地址：用于在 IPv4網(wǎng)絡(luò)上面建立自動(dòng)隧道，以傳輸 IPv6數(shù)據(jù)包。例如： 0:0:0:0:0:0: 或者 ::，由于應(yīng)用 IPv4兼容的 IPv6地址的自動(dòng)隧道技術(shù)已經(jīng)廢除，所以該地址已經(jīng)沒有實(shí)際應(yīng)用意義。該地址高 80bits 為 0，接著 16bits 為 1，后 32bits為 IPv4地址，例如： 0:0:0:0:0:FFFF: 或者 ::FFFF:[5]。 《意見》提出的發(fā)展目標(biāo)為，“十二五”期間，互聯(lián)網(wǎng)普及率達(dá)到 45%以上，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)三網(wǎng)融合， IPv6寬帶接入用戶數(shù)超過 2500萬(wàn)，實(shí)現(xiàn) IPv4和 IPv6主流業(yè)務(wù)互通， IPv6地址獲取量充分滿足用戶需求。 據(jù)了解，基于 IPv6（國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議第 6版）的下一代互聯(lián)網(wǎng)，地址空間是現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)的 10的 29次方倍，有比喻說(shuō)， IPv6能給地球上每一粒沙子都分配一個(gè) IP 地址，因此一旦 IPv6全面商用， IP 地址不夠用的情況將被徹底解決 [13]。就網(wǎng)絡(luò)建設(shè)而言， 2021年應(yīng)該是主體規(guī)劃全面推進(jìn)的過程， 2021年相關(guān)設(shè)備有望全面爆發(fā) [16]。這是使 IPv6節(jié)點(diǎn)保持與純 IPv4節(jié)點(diǎn)兼容最直接的方式，針對(duì)的對(duì)象是通信端節(jié)點(diǎn)（包括主機(jī)、路由器）。 雙棧是所有過渡的基礎(chǔ)，隧道技術(shù)的隧道頭尾節(jié)點(diǎn)和翻譯設(shè)備 必須要識(shí)別 IPv6 和IPv4流量，因此必須要支持雙棧；而從核心向邊緣過渡方案則所有核心設(shè)備都需要支持雙棧；雙棧技術(shù)是一種并存技術(shù)，異種網(wǎng)絡(luò)流量并行地運(yùn)行在網(wǎng)絡(luò)之上；這種技術(shù)對(duì)于應(yīng)用的影響是最小的，但是對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備影響較大，成本較高，而且不能節(jié)約 IPv4 地址 [6]。 采用 NATPT方式進(jìn)行過渡的優(yōu)點(diǎn)是不需要進(jìn)行 IPv4， IPv6 節(jié)點(diǎn)的升級(jí)改造，缺點(diǎn)是 IPv4 節(jié)點(diǎn)訪問 IPv6節(jié)點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)方法比較復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換、地址轉(zhuǎn)換的處理開銷較大，一般在其他互通方式無(wú)法使用的情況下使用 [7]。 10 4 IPv6 過渡 詳解 及配置步驟 IPv4/IPv6 雙棧 雙協(xié)議棧技術(shù)是指在終端設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上既安裝 IPv4 又安裝 IPv6 的協(xié)議棧。 圖 IPv4/IPv6 雙協(xié)議棧結(jié)構(gòu) 在以太網(wǎng)中 ,數(shù)據(jù)報(bào)頭的協(xié)議字段分別用值 0x86DD 和 0x0800 來(lái)區(qū)分所采用的是IPv6 還是 IPv4。如果 IPv4/IPv6 包頭中的第一個(gè)字段 , 即 IP 包的版本號(hào)是 4,該包就由 IPv4 的協(xié)議棧來(lái)處理 ； 如果版本號(hào)是 6, 則由 IPv6 的協(xié)議棧處理 [9]。 圖 IPv4/IPv6 雙協(xié)議棧的工作過程 雙棧配置的具體步驟 ： 1．規(guī)劃 ipv4 地址和 ipv6 地址，保證地址全網(wǎng)唯一 。 3．配置 ipv4 網(wǎng)絡(luò)，使用靜態(tài)路由或者運(yùn)行動(dòng)態(tài)路由學(xué)習(xí)相互的路由條目 。 5．終端的 ipv4 地址可以使用手工指定或者 DHCP 來(lái)獲取 (需要路由器有相關(guān)配置 )。 7．在用路由器模擬的終端 上配置 ipv6 靜態(tài)路由和 ipv4默認(rèn)網(wǎng)關(guān)，配置 ipv6 靜態(tài)路由器使用 ipv6 route ::/0 ipv6 網(wǎng)關(guān)地址，配置 ipv4 默認(rèn)網(wǎng)關(guān)使用 ip defaultgateway ipv4網(wǎng)關(guān)地址 。此時(shí)將 IPv6 網(wǎng)視為獨(dú)立而封閉的地址域 ,它需要使用一個(gè)“翻譯器 ”將“內(nèi)部地址 ”轉(zhuǎn)換為“外部地址 ”。 圖 NATPT 系統(tǒng) NAT PT 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。也就是說(shuō) , 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) [8]。 2． ipv6 終端和 natpt設(shè)備需要開啟 ipv6 unicastrouting， ipv4 網(wǎng)絡(luò)的其他設(shè)備無(wú)需開啟 ip unicastrouting。 4．在 natpt 路由器上配置 ipv6 地址 。 6．在 natpt 設(shè)備上定義轉(zhuǎn)換規(guī)則，可以使用靜態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)則，也可以使用動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)則，在和 ipv6 終端以及 ipv4 網(wǎng)絡(luò)連接端口上開啟 ipv6 nat，靜態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)則命令格式分為ipv6和 ipv4 的綁定， ipv4 和 ipv6 的綁定，以及 ipv6 前綴設(shè)置 。隧道的端點(diǎn)設(shè)備必須支持 IPv6/IPv4 雙協(xié)議棧。 IPv6 手工配置隧道要求在設(shè)備上手工配置隧道的源地址和目的地址，如果一個(gè)邊界設(shè)備要與多個(gè)設(shè)備建立手工隧道，就需要在設(shè)備上配置多個(gè)隧道。 一個(gè)手工隧道在設(shè)備上以一個(gè)虛接口存在，從 IPv6一側(cè)收到一個(gè) IPv6報(bào)文后，根據(jù) IPv6報(bào)文的目的地址查找 IPv6轉(zhuǎn)發(fā)表，如果該報(bào)文是從此虛擬隧道接口轉(zhuǎn)發(fā)出去的，則根據(jù)隧道接口配置的隧道源端和目的端的 IPv4 地址進(jìn)行封裝。報(bào)文通過 IPv4 網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)到隧道的終點(diǎn) [10]。并將解封裝后的報(bào)文交給IPv6協(xié)議棧處理。 MCT(手工配置 )隧道配置 的具體步驟： 1．規(guī)劃 ipv4 地址和 ipv6 地址，保證地址全網(wǎng)唯一 。 3．配置 ipv4 網(wǎng)絡(luò)，使用靜態(tài)路由或者運(yùn)行動(dòng)態(tài)路由學(xué)習(xí)相互的路由條目 。 5．在 ipv4 網(wǎng)絡(luò)和 ipv6 網(wǎng)絡(luò)的交界設(shè)備上，使用 interface tunnel number 創(chuàng)建隧道接口，并選擇一個(gè)只在本地有意義的整數(shù)做為隧道接口號(hào) 。 7．在隧道子命令定義隧道的目的 ipv4 地址， tunnel destination 目標(biāo)接口地址或者環(huán)回地址，建議使用環(huán)回地址，因?yàn)榄h(huán)回地址穩(wěn)定，只要設(shè)備沒有問題，該接口就不會(huì)出現(xiàn)問題，該地址必須與另一臺(tái)路由器使用命令 tunnel source 指定的地址相同 。 9．在 MCT配置完成之后，還需要在創(chuàng)建隧道的路由器上啟用 ipv6，并像配置連接到專用線的串行接口那樣配置隧道接口，可以配置 ipv6 IGP。 GRE 隧道是兩點(diǎn)之間的鏈路，每條鏈路都是一條單獨(dú)的隧道。所配置的 IPv6 地址是在 Tunnel 接口上配置的，而所配置的 IPv4 地址是 Tunnel 源地址和目的地址 ,也就是隧道的起點(diǎn)和終點(diǎn) [15]。 2．在 ipv6 網(wǎng)絡(luò)的所有設(shè)備都開啟 ipv6 unicastrouting， ipv4 中心設(shè)備無(wú)需開啟，ipv4和 ipv6 的交界設(shè)備都需要配置為雙棧 。 14 4．在終端配置 ipv6 地址，可以使用多種方式來(lái)獲得 。 6．在隧道子命令定義隧道的源 ipv4 地址， tunnel source 本地接口地址或者環(huán)回地址，建議使用環(huán)回地址，因?yàn)榄h(huán)回地址穩(wěn)定，只要設(shè)備沒有問題，該接口就不會(huì)出現(xiàn)問題 。 8．在隧道子命令定義隧道模式， tunnel mode gre ip，將隧道指定為 RFC 定義的 GRE的隧道，這也是和手工配置的隧道，在配置上的唯一的不同之處 。 動(dòng)態(tài)隧道 6to4 隧道 6to4隧道也支持隧道的自動(dòng)建立。 6to4方式使用 IANA 指定的專用地址前綴 :2021::/16， 6to4地址格式 如圖 示 。 2．在 ipv6 網(wǎng)絡(luò)的所有設(shè)備都開啟 ipv6 unicastrouting， ipv4 中心設(shè)備無(wú)需開啟，ipv4和 ipv6 的交界設(shè)備都需要配置為雙棧 。 15 4．在終端配置 ipv6 地址，可以使用多種方式來(lái)獲得 。 6．在隧道子命令定義隧道的源 ipv4 地址， tunnel source 本地接口地址或者環(huán)回地址，建議使用環(huán)回地址，因?yàn)榄h(huán)回地址穩(wěn)