计算机网络IPv4到IPv6的转换

IPv6与IPv4是两种不同的网络地址协议。如今互联网规模很大，但并非集中管理，不可能规定某个具体时间让每个主机和路由器都从IPv4转换至IPv6。在此情形下，转换将涉及数亿台计算机和几百万个网管系统和管理者。

转换问题的实质是新构成的IPv6系统要考虑“向后兼容”。即同时兼顾发送、转发IPv4的数据报，但已部署的基于IPv4的系统却不能操作IPv6的数据报。

为此，解决的思路是：保持只理解IPv4的主机和路由器可继续运行IPv4尽可能长的时间，但这些结点应能与其他的IPv4、IPv6结点进行交流。同时，IPv6主机应能和其他IPv6结点交流，即使它们之间的基础结构目前只支持IPv4。

目前转换的基本策略是逐步将IPv6主机和路由器融入IPv4的互联网。从长远看，最终所有IPv4主机都将过渡到IPv6。这里介绍两种实现IPv4到IPv6转换的主要技术：双栈操作（Dual-Stack Operation）和隧道技术（Tunneling）。

1.双栈操作和隧道技术

（1）双栈操作（Dual-Stack）

双栈操作策略是指在网元中同时具有IPv4和IPv6协议栈，既可接收、处理、收发IPv4的分组，也可接收、处理、收发IPv6的分组。对于主机（终端）来讲，“双栈”是指其可以根据需要来对业务产生的数据进行IPv4封装或者IPv6封装。对于路由器来讲，“双栈”是指在一个路由器设备中维护IPv6和IPv4两套路由协议，使得路由器既能与IPv4主机也能与IPv6主机通信，分别支持独立的IPv6和IPv4路由协议，IPv4和IPv6路由信息按照各自的路由协议进行计算，维护不同的路由表。IPv6数据报按照IPv6路由协议得到的路由表转发，IPv4数据报按照IPv4路由协议得到的路由表转发。双栈转换方案如图4-4所示。

图4-4 IPv6的双栈方案

这样的结点称为IPv6/IPv4结点（RFC 1933），可同时发送IPv4和IPv6数据报。在与IPv4结点互操作时，发送IPv4数据报，在与IPv6结点互操作时，发送IPv6数据报。该结点必须同时拥有IPv4和IPv6网络地址，能确认与之交互的结点是IPv6还是仅支持IPv4，并通过DNS解决。

假设A结点要给F结点发送数据报，两结点都支持IPv6操作。A结点到B结点使用的是IPv6数据报，而B结点必须将数据报转换成IPv4后才能发送到C结点，IPv6中的数据和地址映射是可转入IPv4数据报的，但B结点无法将某些IPv6特有字段（如flow identifier字段）复制到IPv4的数据报的相应字段，所以这些信息将丢失，即使E结点和F结点之间可交换IPv6数据报，而由D结点发给E结点的数据报由于没有包含从A结点所发出的数据报的所有原始信息，所以F结点收到的数据报也不可能是完整的。

（2）隧道技术(www.xing528.com)

隧道技术（RFC 1993）是IPv4/v6综合组网技术中常用的一种方法。其基本思想是把在图4-5中出现在路由中间的IPv4路由器看成“隧道”。所谓“隧道”，简单来讲，就是利用一种协议来传输另一种协议的数据技术。当IPv6的数据报要通过这种隧道时（图中是从B结点往C结点发送时），将整个IPv6的数据报包含在一个IPv4的数据报中进行发送；当数据报通过隧道后（图中数据报到达E结点时），再将IPv6的数据报从IPv4的数据报取出后，再发送给下一个IPv6结点。

IPv6隧道：在IPv6分组上封装一个IPv4的头部，头部中有隧道端点的地址，穿过只支持IPv4的网段，然后在端点解去封装。端点可能是主机或路由器。如端点是一个映射IPv4的IPv6地址的主机，那么通过从IPv6地址中抽取IPv4地址，并用它形成IPv4头部，就可自动使用隧道技术。否则，隧道需人工配置。在此情况下，由于不能从IPv6头部得知隧道另一端IPv4地址，需要通过人为的手段使封装结点知道。人工配置隧道的优点是实现相对简单，缺点是扩展性差，当需要通信的IPv6主机或网络较多时，隧道配置和维护工作量则很大。

图4-5 IPv6的隧道方案

隧道有入口和出口（终点），隧道端点通常为双栈结点。在隧道入口以一种协议的形式来对另外一种协议数据进行封装并发送。在隧道出口对接收到的协议数据解封装，并做相应处理。在隧道入口通常维护与隧道相关的信息，如记录隧道MTU等参数。在隧道出口通常因安全性考虑要对封装的数据进行过滤，以防止来自外部的恶意攻击。

隧道有多种，如6to4隧道、6over4、ISATAP、MPLS、GRE隧道等。

2.翻译转换

双栈操作和隧道技术都基于这样的前提：关键主机或路由器既支持IPv6又支持IPv4。但目前网络中必然会存在纯IPv4主机和纯IPv6主机之间进行通信的需求，由于协议栈不同，很自然地需要对这些协议进行翻译转换。协议的翻译涉及两方面，一是IPv4与IPv6协议层的翻译，另一方面是IPv4应用与IPv6应用之间的翻译。翻译策略对应多种实现技术，其中NAT-PT和TRT主要应用于网络汇聚层，而BIA、BIS则主要是针对主机终端提出的。

NAT-PT网关能实现IPv4和IPv6协议栈的互相转换，包括网络层协议、传输层协议及一些应用层协议间的互相转换，原有各种协议可不加改动就能与新协议互通。该技术在应用上存在某些限制：在拓扑结构上要求一次会话中双向数据包的转换都在同一个6TNet（IPv6Telecom Trial Network）上。

6TNet即下一代IP电信试验网，是由国家信产部发起的试验项目，有国内外电信运营商和设备商广泛参与合作。该项目以面向商用试验为目标，进行IPv6产业化进程中的关键技术、组网、过渡策略、协议标准制订、测试、业务开发及商业模型的研究，为大规模的IPv6商用提供经验，加速IPv6产业化进程。该项目已建3个骨干结点和1个CPN结点，连接国际最大IPv6试验网6Bone，网络结点间以2.5Gbit/s光纤连接，运行Native IPv6协议，开展多项应用。如IPv6视频会议、视频点播、网络监控系统、无线PDA、IPv4/IPv6双协议终端和服务器操作系统等。