IPv4到IPv6的过渡方案设计.docx

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1、IPv4到IPv6的过渡方案设计【摘 要】本文简要介绍了 IPv4向IPv6过渡的主要技术一双协议栈技术、隧道技术、协议转换技术（翻译机制）。对各过渡策略的优缺点进行分析总结以及IPv6网络部署初期，中期，后期各策略的具体应用进行了说明。详细介绍了GRE手动隧道,IPv4兼容地址自动隧道，6to4隧道，ISATAP, NAT-PT等过渡方案的配置设计。【关键词】IPv4; IPv6;过渡技术目录1. 引言42. IPv6 简介42.1 诞生背景42.1.1 有限的地址空间42.1.2 缺乏服务质量保证42.1.3 全性有所缺失42.1.4 配置复杂52.1.5 其他问题52.2 IPv6基本介

2、绍52.2.1 IPv6基本报头52.2.2 IPv6扩展报头62.2.3 IPv6地址技术62.2.4 IPv6地址类型62.3 IPv6新特性72.3.1 服务质量72.3.2 安全性72.3.3 移动性73. IPv4到IPv6的过渡策略73.1 概述73.2 双栈协议83.2.1 基本双协议栈技术83.2.2 有限双栈协议技术83.2.3 双栈协议过渡机制DSTM83.3 隧道技术93.3.1 手工配置隧道93.3.2 兼容地址自动配置隧道103333.3.4 6over4103.3.5 隧道代理(TB) 113.3.6 ISATAP 隧道113.3.7 Teredo 隧道123.4

3、翻译技术123.4.1 SIIT.123.4.2 NAT-PT.133.4.3 BIS133.4.4 BIA143.4.5 SOCKs64143.5 过渡技术对比，总结154. IPv6的部署方案设计164.4 IPv6部署进程164.5 过渡技术设计164.5.1 双协议栈的配置设计164.5.2 GRE手动隧道配置设计174.5.3 IPv4兼容IPv6自动隧道配置设计184.5.4 6to4隧道配置设计184.5.5 ISATAP隧道配置设计194.5.6 NAT-PT隧道配置设计205.总结21致谢22参考文献221 .引言互联网的飞速发展给人民的生活带来了翻天覆地的变化，进入21世纪

4、，互联网的影响已经渗透到人们生活的每一个角落。然而，随着互联网规模的迅猛发展，互联网协议IPv4的局限性也越来越突出，主要包括：IPv4的地址空间匮乏，面临即将耗尽的危险；Internet早期缺乏规划，IP地址分配不合理；缺乏服务质量保证，对新业务类型缺乏有效的支持；路由选择效率不高；配置复杂，无法做到即插即用等。为此IPv6应运而生，有望彻底解决IPv4存在的问题，受到世界各国的广泛关注。目前IPv6的相关标准和产品已经逐渐成熟，IPv6的市场前景日趋看好。2003年，我国启动了基于IPv6的下一代互联网示范网CNGI工程，更使得IPv6成为了国内业界关注的焦点。IPv6业务的发展和普及将是

5、一个漫长的过程：IPv6并不是IPv4的简单升级，它是一种全新的协议,和IPv4不兼容。因此，目前基于IPv4的网络向IPv6网络的过渡需要相当长的时间才能完成。在IPv6完全取代IPv4,成为主流网络协议之前，两种协议必定会有一段很长的共存期。因此，必须根据IPv6网络发展不同阶段制定相应的过渡方案，从而保证IPv4和IPv6的互操作性和平滑过渡。2 . IPv6简介2.1 IPv6诞生背景IPv4自诞生以来，发展异常迅猛。目前，几乎所有的网络都在使用IP协议进行通信，已经深入到人们生活的各个方面。与此同时，互联网的发展也成为国家现代化和信息化建设的重要组成部分，为国家经济和社会的发展做出了

6、重大贡献。实践证明，IPv4的确是一个非常成功的，健壮的协议，它可以把网络上的数以百计，数以千记的计算机连接在一起。然而，随着Internet的扩张和新应用的不断推出，人们对互联网提出了更多更高的要求，IPv4在实际应用中暴露出了很多缺点，越来越显示出了它的局限性。这些问题主要包括以下几个方面。2.1.1. 有限的地址空间Internet发展如此之迅猛是早期设计者们所始料未及的。尤其是在过去的十几年中，连接Internet的计算机数量每隔不到一年的时间就增加一倍，加上IP地址分配不均，IP地址紧缺的矛盾日益突出。90年代，研究人员已经意识到了 IP地址空间和分配存在的问题，并开发了 CIDR、

7、NAT等新技术来改善地址分配和解决地址短缺问题。这些技术缓解了地址空间即将耗尽的危机，但并不能彻底解决IP地址短缺问题。2.1.2. 缺乏服务质量保证互联网在设计之初遵循尽力而为的原则，这种服务简单，高效，但是对互联网上涌现的新业务却缺乏有效的支持。特别是实时多媒体业务，要求互联网在时延、错误率、带宽、抖动等方面提供一定的服务质量保证。为此，研究人员提出了很多新的协议来支持这些新型应用，如DiffServ, RTP/RTCP等。这些协议同时增加了规划和构造网络的成本和复杂性。2.1.3. 安全性有所欠缺IP协议在刚开始设计的时候，安全性并不是一个主要的问题。很长时间以来，人们一直认为安全性在网

8、络协议栈的低层并不重要，安全性的责任应交给较高层处理，通常是应用层，有时是传输层。例如，SSL （安全套接字层协议）由IP之上的传输层处理，而应用的安全HTTP则由应用层处理。在这种情况下，IPv4只具备最少的安全选项，几乎没有采取任何安全措施。这对于开放的Internet显然是不适应的。2.1.4,配置复杂IPv4配置比较第杂，这显然不利于普通老百姓将自己的计算机接入互联网，因为现在使用计算机的人员可能根本不懂得计算机和网络。人们希望能够省去计算机接入网络时的各种专业的，复杂的配置,特别是终端设备能够做到即插即用。2.1.5. 其他问题IPv4的问题还远不止上述列举的这些，例如还有：路由选择

9、效率不高，移动性欠佳，很难开展端到端的业务等等。IPv4的这些问题不利于互联网大规模发展。为了彻底，有效的解决IPv4的上述不足,IPv6的发展应运而生。2.2 . IPv6基本介绍2. 2.1. IPv6基本报头IPv6基本报头的总长度为40字节，其格式如图2-1。0481631版本 业务流类别流标签载荷长度下一个报头跳数限制源地址目的地址图2-1 IPv6基本报头由上表我们可以看出，IPv6的报头比IPv4的报头简单了许多，各域的说明如下：版本号：该字段指明了 IP协议的版本号，长度为4位，其值为6。业务流类别：该域长度为8位，功能和IPv4报头中的服务类型类似，用于区分不同IPv6包的类

10、别或优先级。流标签：该域长度为20位，是IPv6的新增的字段。它用来标示属于同一业务流的包，它需要由中间的IPv6路由器进行特殊的处理。载荷长度：该域的长度为16位，表示IPv6数据包的有效载荷，即IP报头后数据包其余部分的长下一个报头：该域的长度为8位，表明紧接在IPv6报头后面的下一个头的类型。所使用的类型值和IPv4相同。跳数限制：该域为8位无符号整数，它定义了 IP数据包所能经过的最大路由数。IP数据包每经过一个路由器，跳数限制减1,当该字段的值为。时，该数据包被丢弃。源地址：长度为128位，表示数据包的主机的IPv6地址。目的地址：长度为128位，表示数据包最终要达到的目的主机的地址

11、。2. 2. 2. IPv6扩展报头IPv6扩展报头是一种可选报头，它存在于基本报头和上一层协议报头之间的。这种扩展头的数量不多，每个扩展报头的类型都由一个明确的“下一个头”域的值所确定。每个扩展头的长度应为8的整数倍（以字节为单位），以保证下面的头也按8字节对齐，每个IPv6数据包可带有。个，1个，或者多个扩展头。IPv6的扩展报头可以分为以下一些类型，这些头的出现顺序为：逐跳选项头、路由头、分段头、认证头、封装安全载荷头、目的地选项头。当一个IPv6数据包具有多个扩展报头时，必须严格按照扩展报头的出现顺序依次处理。除了逐跳选项头规定必须由每个转发路由器检查和处理外，其他的扩展头对于中间的路

12、由器是不可见的，这种处理方式提高了路由处理数据包的速度，从而提高了转发性能。2. 2. 3. IPv6地址技术IPv4的地址长度是32位，而IPv6的地址长度是128位，是IPv4地址长度的4倍。理论上，IPv6的地址一共有2128个，这是一个巨大的数量，有人戏称，几乎可以给地球表面每一颗沙粒分配一个IP地址。除了在地址长度上有所变化外，IPv6地址的表示方法也和IPv4不同。IPv4地址使用号隔开的4段十进制数来表示，例如192.168.1.1o IPv6的128位地址每16位划分为一段，共8段，每段被转换为一个4位十六进制，段与段之间用“：”号隔开。例如:2001： 0420： 0000：

13、 0002： 0000： 0000： 0000：45efo为了书写方便，出现了一些IPv6书写简化的方法。1）每段高位的。可以省略。例如上面IPv6地址中的0420可以写成420； 0002可以写成2。2）如果某段全为0,则可以用一个0代替。例如：0000可以表示成0。3）如果连续几段全是0,那么这些段可以用一个:：代替。但是在简化的IPv6地址中，它最多只能出现一次。例如：2001： 0420： 0000： 0000： 0002： 0000： 0000： 45ef按照上述的简化方法可以改写为 2001： 420： 0： 0： 2： 45ef 或 2001： 420： ： 2： 0： 0： 4

14、5ef。另外，IPv6地址还有一种“IPv6地址/前缀长度”的表示方式，前缀长度是一个十进制值，表示该地址的前多少位是地址前缀。假如一个IP地址2001： 420： 0： 2： 45ef的前缀是64位，则用地址前缀表示就为:2001： 420： 0： 2： 45ef/64o2. 2. 4. IPv6地址类型IPv6地址可以分为单播地址，组播地址和任播地址三类。单播地址：单播地址是连续的，以位为单位的可掩码地址，和带有CIDR的IPv4地址很相似。一个单播地址只能标识一个唯一的接口，即寻址到单播地址的数据包最终将到达唯一的一个节点。IPv6的单播地址可以分为以下几种类型：可聚合全球单播地址、NSAP地址、链路本地地址、站点本地地址、IPX分级地址等。组播地址：组播地址用来标识多个接口，而这些接口通常属于不同的节点，一个节点可以属于多个组播地址组。一个源节点发送的数据包能被特定的多个目的节点收到。组播地址的格式如图2-2。8bit 4bit 4bit112bit11111111标识范围组图2-2组播地址格式由上图可知，组播地址以 11111111 开头,即 ff。例如：ff23： 3454： 2132： da43:af6b:3247:2435:9874表示的就是一个组播地址。任播地址：任播地址是IPv6特