运营商IPv6过渡技术分析

摘 要：IPv6协议是因特网的新一代通信协议，如何实现从IPv4过渡到IPv6是IPv4地址逐渐耗尽带来的急需解决的关键问题。该文研究并总结了网络中潜在的IPv6过渡场景及典型的过渡机制并提出ISP网络中核心网和接入网IPv6过渡部署的策略，为网络中部署IPv4向IPv6过渡技术提供参考。

关键词：IPv6过渡机制 下一代互联网 IPv6

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）04（c）-0033-01

随着下一代互联网协议的普及和部署，IPv6对IPv4的最终取代将不可避免。IPv4在很多方面暴露出不足和局限性，特别是在地址空间，服务质量，网络配置，传输性能，安全性和移动性等方面。

在我国工信部提出了“十二五”互联网发展规划（征求意见稿），提出了要推进IPv6商用，并要求统筹部署向下一代互联网的发展演进。为更好的将国家要求落地，同时更广泛的发展用户，中国移动计划在北京、上海、广东、山东、江苏、浙江、河南、福建、江西、湖南等10个省份的多个城市中同时推进IPv6试商用，在十个IPv6商用省市实现网络和终端IPv6过渡。

1 IPv4地址使用情况概述

随着IPv4地址的逐渐耗尽，现在很多业务有巨大的IP地址需求， 对国内运营商来说，IPv4公有地址储备量较少，而现实中IPV6端到端整体的产业环境较少，还无法实施纯IPV6运营时，将会出现两个艰难的选择。

（1）给新用户分配IPV6单栈地址发展业务，为了解决新用户与其他用户间IPv4业务通信时，必须部署IPV6与IPv4互通转换设备。

（2）给新用户同时分配双栈地址（IPv4私有地址+IPV6地址），这样新用户用IPv4私有地址和IPv6地址分别访问IPv4和IPv6业务，而IPv4与IPV6之间不进行互通，并且运营商网络必须部署传统的NAT设备以用来将IPv4私有地址转换为IPv4公有地址。

2 IPv6演进技术介绍

许多研究机构、技术标准化组织如IETF，BBF为了应对IPv4如何向IPv6迁徙的问题，提出了众多的解决方案，即隧道方式、双栈方式和转换方式这三种方式。

2.1 隧道方式

隧道技术（Tunneling）是一种通过使用互联网络的基础设施在网络之间传递数据的方式。使用隧道传递的数据（或负载）可以是不同协议的数据帧或包。隧道协议将其它协议的数据帧或包重新封装然后通过隧道发送。

（1）6PE。在一个IPv4骨干网上部署MPLS，可以利用6PE（IPv6 Provider Edge）技术为分散用户的IPv6网络提供互连的能力，将一个用户的IPv6网络称为IPv6孤岛，可以把多个IPv6孤岛看作一个VPN网，通过MPLS网络将其连接起来，这样可以通过使用MP-BGP来交换IPv6信息，并在PE间建立隧道连接，充分利用了现有的MPLS或VPN网络。

（2）6RD。6RD（RFC5569）是IPv6快速部署（IPv6 Rapid Deployment）的简称，是在6to4（RFC3056）基础上发展起来的一种IPv6网络过渡技术方案。在一个现有的IPv4网络中添加6RD-BR，6RD就是通过这种方法为IPv6用户提供IPv6接入；为了实现为IPv4网络提供IPv6服务，需在IPv6用户的网关和6RD网关间建立6in4隧道。

（3）IPv6 over IPv4隧道。在IPv4网络彻底被IPv6网络替代之前，将首先具有IPv6协议栈的接入设备（包括RG和接入节点设备）看作IPv4网络中的IPv6孤岛。IPv6 over IPv4隧道技术是利用网络中现有的IPv4设施为IPv6主机提供服务，其目的是使得分散的IPv6孤岛可以跨越现有的IPv4网络进行相互通信。

（4）DS-Lite。DS-Lite是 IPv4 over IPv6隧道的一种典型技术，它结合了“隧道技术（IPv4-in-IPv6隧道）”与“改进的NAT技术（以Tunnel-id/IPv6地址为NAT表索引）”。DS-Lite隧道技术是通过用户侧设备将IPv4流量封装在IPv6隧道内，穿越运营商的IPv6接入网络，最后到达“网关”设备，然后终结IPv6隧道封装，通过集中式NAT转换后转发至IPv4 Internet。

（5）IPv4 over IPv6隧道。相反于Pv6 over IPv4隧道技术，在IPv4 over IPv6隧道技术中，将具有IPv4协议栈的接入设备看作IPv6网络中的IPv4孤岛，解决这些IPv4孤岛间相互通信问题，其会出现在IPv6技术发展的后期。

2.2 双栈方式

双栈方式是要现网中的网络设备同时支持IPv4和IPv6两个协议栈，并分别处理IPv4和IPv6报文。这种双栈方案只能减少在发展新业务中对IPv4公网地址的消耗，并不能节约IPv4公网地址。

2.3 转换方式

（1）NAT-PT。与传统NAT相似，区别是在IPv6地址和IPv4地址互相转换时加上协议转换。在纯IPv6和IPv4节点间通过NAT-PT协议转换服务器实现互通。NAT-PT服务器对每一个IPv6主机分配不同的IPv4地址，NAT-PT服务器和相邻IPv6网络通信时宣告96位用于标识IPv4主机的地址前缀信息。

（2）NAT64。NAT64技术是指有状态的协议翻译，将“IPv4地址+端口”与IPv6地址的映射表的会话状态记录在网关中，这种协议翻译技术处于网络层，它的应用场景为6-6-4。实际上为了替代NAT-PT从而提出了NAT64，NAT64允许的连接必须是IPv6主动发起的，并为了避免NAT-PT中一些与DNS-ALG相关的缺陷将DNS-ALG的功能与NAT64网关的功能相分离。

3 CMNET从IPv4至IPv6演进思路

CMNET骨干网IPv6演进是一个循序渐进的过程，其演进原则如下。

（1）保障网络质量：IPv6过渡应实现平滑过渡，保障现有IPv4业务不受影响，IPv6业务质量不低于IPv4业务质量。（2）控制改造成本：IPv6过渡应保护现有投资，尽量降低升级成本和网络改造量。（3）选择通用技术：IPv6过渡技术应选择符合相关国际、国内标准和中国移动标准的通用技术，为了确保网络的开放性，应避免采用私有标准或非开放协议。（4）双栈是基础：在过渡初期，网络、业务、终端均需具备IPv4和IPv6双栈支持能力，并提供IPv4和IPv6的互通能力。（5）单栈是目标：鼓励在局部区域内进行IPv6单栈网络的部署和实验，如物联网等封闭型网络。积累一定过渡经验，逐步推广IPv6升级范围。

4 结语

该文通过介绍IPv4 to IPv6网络过渡的背景，分析了IPv4 to IPv6网络过渡阶段内技术层面的挑战，并分析与对比IPv4 over IPv6隧道技术等不同种类的过渡技术。运营商网络从IPv4向IPv6过渡是网络发展的趋势，种种原因导致这是一个漫长的过程。在运营商IPv4网络向IPv6过渡过程中，在解决不同场景下所遇到的不同挑战时必须使用过渡技术。所用的过渡技术必须进行全方面的考量，包括数据层面、地址格式、适用场景的分析、控制层面以及可扩展性等问题。只有结合实际情况以及网络自身特点采用合适的过渡技术，才是推进IPv6发展的正确选择。

参考文献

[1] 张宏科，苏伟.IPv6路由协议栈原理与技术[M].北京：北京邮电大学出版社，2006.

[2] 沈庆伟，张霖.基于隧道的IPv4/IPv6过渡技术分析[J].计算机技术与发展， 2007（5）.