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葉曉娟 葛萬(wàn)成 唐衛(wèi)華
摘 要：本文在簡(jiǎn)要地介紹Ngtrans工作組提出的大多數(shù)過(guò)渡機(jī)制的基礎(chǔ)上，嘗試對(duì)它們進(jìn)行區(qū)分、分類(lèi)，并對(duì)每一種過(guò)渡機(jī)制的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析。另外，還對(duì)這些機(jī)制的布置以及一部分支持這些機(jī)制的產(chǎn)品平臺(tái)進(jìn)行討論。
關(guān)鍵字：隧道／封裝；兼容IPv6地址；站內(nèi)自動(dòng)隧道尋址協(xié)議；網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換－－協(xié)議轉(zhuǎn)換；多協(xié)議標(biāo)記交換
1 引言
隨著互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，IPv4協(xié)議的缺陷逐漸暴露出來(lái)，由于IPv6與IPv4相比具有諸多的優(yōu)越性，使得IPv6替代IPv4已經(jīng)成為網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的必然趨勢(shì)。然而，IPv4協(xié)議體系已有廣泛的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)，IPv6協(xié)議體系作為后來(lái)者，必須提供完整的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)過(guò)渡方案和應(yīng)用過(guò)渡方案才能夠滿(mǎn)足互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)遷移到IPv6的要求。本文試圖網(wǎng)羅當(dāng)今最有市場(chǎng)前景、已經(jīng)被標(biāo)準(zhǔn)化的以及被廣泛承認(rèn)和支持的過(guò)渡機(jī)制。
2 過(guò)渡機(jī)制
任何過(guò)渡機(jī)制都可以被劃分為屬于以下一種（或幾種）類(lèi)型：
·雙協(xié)議棧方式
·隧道／封裝方式
·協(xié)議翻譯
2．1 雙協(xié)議棧方式
雙協(xié)議棧是IPv6過(guò)渡技術(shù)的基礎(chǔ)，不僅用于建設(shè)雙棧網(wǎng)絡(luò)，也是各種過(guò)渡隧道機(jī)制的基礎(chǔ)，它是指在同一網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)支持IPv4和IPv6兩種協(xié)議棧。雙協(xié)議棧方式的實(shí)現(xiàn)可參見(jiàn)圖1所示的概念模型。
這種雙協(xié)議棧方式主要指所有提供IPv4和IPv6協(xié)議棧的主機(jī)和路由器。即：在理論上，任何雙棧結(jié)點(diǎn)都能夠直接同IPv4和IPv6網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)互操作。
2．2 隧道方式
IPv6的隧道策略就是在網(wǎng)絡(luò)的某一結(jié)點(diǎn)將IPv6的整個(gè)報(bào)文封裝在IPv4報(bào)文中，并將這個(gè)IPv6報(bào)文視作IPv4數(shù)據(jù)報(bào)的數(shù)據(jù)凈負(fù)載，然后在目的地將其解封，得到IPv6報(bào)文。圖2簡(jiǎn)要地說(shuō)明了這種技術(shù)的運(yùn)作機(jī)制。
隧道技術(shù)巧妙地利用了現(xiàn)有的IPv4網(wǎng)絡(luò)，提供了一種使IPv6的節(jié)點(diǎn)之間能夠在過(guò)渡期間通信的方法，但它并不能解決IPv6節(jié)點(diǎn)與IPv4節(jié)點(diǎn)之間相互通信的問(wèn)題。
�。�1）IPv4兼容IPv6地址（6over4）
這是一種通過(guò)6over4隧道實(shí)現(xiàn)IPv4與IPv6互通的方式。在這種方式下，IPv4終端上要使用IPv4兼容IPv6地址，地址格式如圖3所示。其中，IPv4地址為全局惟一的IPv4單播地址。
IPv4域中的IPv4終端實(shí)際上也支持雙重協(xié)議棧，與其他IPv4終端通信時(shí)使用IPv4協(xié)議棧，與IPv6終端通信時(shí)使用6over4隧道。IPv4域的路由要通過(guò)網(wǎng)關(guān)路由器滲透到IPv6域中，以便在IPv6域中形成通往IPv4域的兼容地址自動(dòng)隧道，使IPv6域內(nèi)終端能夠訪問(wèn)IPv4終端。系統(tǒng)構(gòu)成如圖4所示。
（2）6to4
這種機(jī)制實(shí)際上是將IPv4網(wǎng)絡(luò)當(dāng)作一個(gè)單播的點(diǎn)到點(diǎn)鏈路層，其特點(diǎn)在于特殊形式的IPv6地址運(yùn)用。一個(gè)6to4站點(diǎn)必須具有一個(gè)或一個(gè)以上的全球唯一的IPv4地址，任何一個(gè)6to4站點(diǎn)都擁有圖5的地址形式。該站點(diǎn)的IPv6地址前綴包括FP、TLA、NLA三部分，總長(zhǎng)度為48位，表示方式是2002：V4ADDR：：／48。
6to4站點(diǎn)內(nèi)的主機(jī)可相互通訊，當(dāng)需要與一般IPv6主機(jī)通訊時(shí)，必須經(jīng)過(guò)6to4 relay router，6to4 relay router必須同時(shí)具備6to4及IPv6接口，同時(shí)提供這些接口的封包傳送。
�。�3）站內(nèi)自動(dòng)隧道尋址協(xié)議
站內(nèi)自動(dòng)隧道尋址協(xié)議ISATAP用于在IPv4站點(diǎn)內(nèi)連接IPv6主機(jī)和路由器，它允許那些與IPv6路由器不共享共同鏈路的雙棧節(jié)點(diǎn)，通過(guò)IPv4自動(dòng)將分組以隧道的方式送到IPv6下一地址。雙棧主機(jī)在與其他主機(jī)或路由器通信之前，首先要獲得一個(gè)ISATAP地址。雙棧主機(jī)先向ISATAP服務(wù)器發(fā)送路由請(qǐng)求，得到一個(gè)64位的IPv6地址前綴，然后再加上64位的接口標(biāo)識(shí)符∷0：5EFE：IPv4Address，這樣就構(gòu)成一個(gè)ISATAP地址。雙棧主機(jī)配置了ISATAP地址后，就成了一個(gè)ISATAP客戶(hù)機(jī)，進(jìn)而就可以在IPv4域內(nèi)和其他的ISATAP客戶(hù)機(jī)進(jìn)行通信了。
（4）Teredo（Tunneling IPv6 through NATs）
由于目前的NATbox一般只支持第四層為UDP／TCP協(xié)議的轉(zhuǎn)換，使得IPv6－OVER－IPv4的數(shù)據(jù)包無(wú)法順利通過(guò)NAT，因此IEIF提出Teredo（Tunneling IPv6 through NATs）轉(zhuǎn)移機(jī)制，將IPv6數(shù)據(jù)包包在UDP／IPv4 數(shù)據(jù)包中傳送。
Teredo使用特殊的地址格式，除了固定的Teredo前綴，將Teredo服務(wù)器IPv4地址、客戶(hù)端的公共IPv4地址以及UDP端口插入IPv6地址中。Teredo目前尚為IEIF草案，還未指派特定的IPv6前綴作為T(mén)eredo前綴。
2．3 翻譯器
�。�1）NAT-PT
網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換－協(xié)議轉(zhuǎn)換（NAT-PT）是一種純IPv4終端和純IPv6終端之間的互通方式，也就是說(shuō)，原IPv4用戶(hù)終端上不需要進(jìn)行升級(jí)改造，所有包括地址、協(xié)議在內(nèi)的轉(zhuǎn)換工作都由網(wǎng)絡(luò)設(shè)備來(lái)完成。在這種情況下，網(wǎng)關(guān)路由器要向IPv6域中發(fā)布一個(gè)路由前綴Prefix：：／96，凡是具有該前綴的IPv6包都被送往網(wǎng)關(guān)路由器。網(wǎng)關(guān)路由器為了支持NAT-PT功能，還具有IPv4地址池，在從IPv6向IPv4域中轉(zhuǎn)發(fā)包時(shí)使用。此外，網(wǎng)關(guān)路由器支持DNS－ALG（DNS－應(yīng)用層網(wǎng)關(guān)），在IPv6終端訪問(wèn)IPv4終端的過(guò)程中發(fā)揮作用。采用NAT-PT方式互通時(shí)的系統(tǒng)構(gòu)成如圖7所示。
�。�2）BIS ／BIA
BIS（bump－in－the－stack）機(jī)制允許在IPv4節(jié)點(diǎn)運(yùn)行的不支持IPv6的應(yīng)用程序能夠與純IPv6節(jié)點(diǎn)通信，在IPv4協(xié)議棧中插入三個(gè)特殊的擴(kuò)展模塊：域名解析模塊、地址映射模塊和報(bào)頭翻譯模塊。其基本思想是當(dāng)IPv4應(yīng)用程序與純IPv6節(jié)點(diǎn)通信時(shí)，將節(jié)點(diǎn)的IPv6地址映射成一個(gè)備用IPv4地址池中的IPv4地址�？梢哉J(rèn)為BIS是NAT-PT在主機(jī)節(jié)點(diǎn)IP協(xié)議棧的特例實(shí)現(xiàn)。
BIA技術(shù)在雙棧主機(jī)的SockeAPI模塊與TCP/IP模塊之間加入一個(gè)API翻譯器，API翻譯器包含域名解析器、地址映射器和函數(shù)映射器三個(gè)模塊，主機(jī)API檢測(cè)到發(fā)出的IPv4 API，進(jìn)行相應(yīng)的地址映射，調(diào)用IPv6的API函數(shù)和外部的IPv6主機(jī)進(jìn)行通信。BIA技術(shù)同BIS類(lèi)似，只是在API層而不是在協(xié)議棧的層次上進(jìn)行分組的翻譯，所以它的實(shí)現(xiàn)比BIS要簡(jiǎn)單一些，因?yàn)椴恍枰獙?duì)IP包頭進(jìn)行翻譯。BIS與BIA的主要區(qū)別是：BIS用在沒(méi)有IPv6協(xié)議棧的系統(tǒng)上，BIA用在有IPv6協(xié)議棧的系統(tǒng)上。
2．4 MPLS過(guò)渡技術(shù)
MPLS是第三代網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，是集成式的IPoverATM技術(shù)，數(shù)據(jù)包通過(guò)虛擬電路來(lái)傳送，只需在ＯＳＩ第二層（數(shù)據(jù)鏈接層）執(zhí)行硬件式交換。MPLS是面向連接的，其關(guān)鍵概念使用標(biāo)簽來(lái)識(shí)別IP報(bào)文，并把標(biāo)簽封裝過(guò)后的報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)到已升級(jí)改善過(guò)的交換機(jī)或路由器，由他們?cè)诰W(wǎng)絡(luò)內(nèi)部繼續(xù)交換標(biāo)簽，轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文，網(wǎng)絡(luò)路由器只需判別標(biāo)記后即可進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)處理。
網(wǎng)絡(luò)邊緣的節(jié)點(diǎn)被稱(chēng)為標(biāo)簽邊緣路由器（LER），而網(wǎng)絡(luò)的核心節(jié)點(diǎn)被稱(chēng)為標(biāo)簽交換路由器（LSR）。在LSR內(nèi)，MPLS控制模塊以IP功能為中心，轉(zhuǎn)發(fā)模塊基于標(biāo)簽交換算法，并通過(guò)標(biāo)簽分配協(xié)議（LDP）在節(jié)點(diǎn)間完成標(biāo)簽信息以及相關(guān)信令的發(fā)送。但LDP信令以及標(biāo)簽綁定信息只在MPLS相鄰節(jié)點(diǎn)間傳遞。LSR之間或LSR與LER之間仍然需要運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)的路由協(xié)議，并由此來(lái)獲得拓?fù)湫畔�。通過(guò)這些信息LSR可以明確選取報(bào)文的下一跳，并可以最終建立特定的標(biāo)簽交換路徑（LSP），在MPLS節(jié)點(diǎn)之間的路徑就是LSP，一條LSP可以看作是一條貫穿網(wǎng)絡(luò)的單向隧道。
表1對(duì)上述的各種過(guò)渡機(jī)制進(jìn)行分類(lèi)，分析了它們的優(yōu)缺點(diǎn)，給出方案適用的網(wǎng)絡(luò)范圍和環(huán)境以及地址分配的要求等。在實(shí)際應(yīng)用中，需要綜合考慮應(yīng)用要求，因地制宜，以便采用合適的過(guò)渡機(jī)制。
3 過(guò)渡機(jī)制的支持平臺(tái)
經(jīng)過(guò)3年多的發(fā)展，主要的幾種操作系統(tǒng)（無(wú)論作為客戶(hù)還是服務(wù)器），以及路由平臺(tái)都在一定程度上支持IPv6過(guò)渡機(jī)制。表2給出了幾種主流平臺(tái)對(duì)這幾種過(guò)渡機(jī)制的支持情況。
4 結(jié)束語(yǔ)
到目前為止，還沒(méi)有一種機(jī)制能夠適用于所有的情況，各種過(guò)渡機(jī)制都有其特定的適用環(huán)境。在部署IPv6網(wǎng)絡(luò)的過(guò)程中，首先要明確應(yīng)用的類(lèi)型、范圍和系統(tǒng)的類(lèi)型，然后選擇合適的過(guò)渡機(jī)制進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)施。只有因地制宜、科學(xué)分析，才能更好地、更順利地用最小的代價(jià)從IPv4網(wǎng)絡(luò)世界逐步過(guò)渡到IPv6網(wǎng)絡(luò)世界。
摘自 天津通信技術(shù)
作者：葉曉娟 葛萬(wàn)成 唐衛(wèi)華 來(lái)源：天津通信技術(shù)
