簡述IPv4到IPv6的過渡

摘要：近些年來，因特網得到了飛速發展，網絡在人們的日常生活和工作中起著日益重要的作用，越來越多的其他設備連接到因特網上，尤其移動通信由傳統的語音通信向數據通信轉化，IPv4顯然已經無法滿足這些要求，加之Internet IP 地址分配不合理，IPv4 的許多缺陷逐漸顯現，其中最突出的是IP 地址空間將被耗盡和主干路由表不斷增長的問題，雖然NAT（網絡地址翻譯）等地址使用技術可以緩解IPv4地址不足的狀況，但是不能從根本解決問題。所以，IPv6的推廣是大勢所趨。其簡單描述了IPv4 和IPv6 之間的區別，探究了從IPv4 過渡到IPv6 的技術策略。

關鍵詞：IPv4 IPv6 互聯網 方法

0 引言

隨著互聯網在人們社會生活的普及和發展，現有的網絡基礎設施和網絡服務已難以滿足和支持將來大規模的網絡應用。現有Internet 已十分擁擠，IP地址空間不足，路由表不斷龐大，網絡的管理和運營變得非常復雜，地址空間匱乏、帶寬瓶頸、網絡安全、數據保密、服務質量、新業務的盈利模式、對移動特性的支持等問題逐漸暴露出來，為了應對這一危機，IETF制定出了新的網絡協議——IPv6。[1]

1 IPv4與IPv6的比較

IPv6是為了解決IPv4的不足而由IETF提出。為了防止將來又出現IPv4現在遇到的問題，IETF超前設計了IPv6，但是IPv6也不是最終的網絡協議。下面是IPv4與IPv6之間在構成、功能、表示方法以及在IPSec、QoS方面的一些差異：[2]

1.1 全新的報文結構

IPv6使用了新的協議頭格式，不僅僅是簡單地將IPv4報文頭中的地址部分增加到128位而已。在IPv6中，報文頭部包括固定頭部和擴展頭部，一些非根本性的和可選字段被移到IPv6協議頭之后的擴展協議頭中，這使得網絡中的中間路由器在處理IPv6協議頭時，有更高的效率。

1.2 巨大的地址空間

IPv6的地址空間非常巨大，夸張的說，可以做到地球上的每一粒沙子都有一個IP地址。

IPv4 的地址位數為32 位，也就是最多有2 的32 次方的電腦可以聯到Internet 上。IPv6的地址位數增長了4倍，達到128比特，地址空間擴展為3.4×10的38次方個，人均可分配到5.7x10的28次方個IPv6 地址。

1.3 全新的地址配置方式

隨著技術的進一步發展，Internet上的節點不再是單純的計算機了，將包括PDA，移動電話、各種終端，甚至包含冰箱、彩電等家用電器，這就要求IPv6主機地址配置更加簡化。

為了簡化地址配置，IPv6除了支持手工地址配置和有狀態自動地址配置外，還支持一種無狀態地址配置技術。在無狀態地址配置中，網絡上的主機能自動給自己配置IPv6地址。在同一鏈路上，所有主機不用人工干預就可以通信。

1.4 更好的Qos支持

IPv6在報頭中新定義了一個叫做流標簽的特殊字段。IPv6的流標簽字段使得網絡中的路由器可以對屬于一個流的數據包進行識別，并提供特殊處理。用這個標簽，路由器無需打開傳送的內層數據包就可以識別流，這樣即使數據包有效載荷已經進行了加密，仍然可以實現對Qos的支持。

1.5 內置的安全性

IPv6協議本身就支持IPSec，包括AH和ESP等擴展報頭，這就為網絡安全性提供了一種基于標準的解決方案，提高了不同IPv6實現方案之間的互操作性。

1.6 全新的鄰居發現協議

IPv6中的鄰節點發現協議是一系列機制，用來管理相鄰節點的交互。該協議用更加有效的單播和組播報文，取代了IPv4中的地址解析（ARP）、ICMP路由器發現、ICMP路由器重定向，并在無狀態地址自動配置中起到不可或缺的作用。

1.7 良好的擴展性

因為IPv6報頭之后添加了擴展報頭，IPv6可以很方便的實現擴展。IPv4報頭中的選項最多可以支持40個字節的選項，而IPv6擴展報頭的長度只受到IPv6數據包的長度制約。

1.8 內置的移動性

由于采用了Routing Header 和Destination Option Header等擴展報頭，使得IPv6提供了內置的移動性。[3][4][5]

2 IPv4向IPv6過渡的辦法

要實施IPv6網絡，必須考慮現有網絡條件，充分利用現有的條件構建下一代互聯網，以免造成過多的投資浪費。現有網絡設備大多都是基于IPv4的，不可能在短時期內都更換為基于IPv6設備，因此，在相對較長的一段時期內，IPv6網絡和IPv4網絡共存，實現IPv4向IPv6的平穩演進，可以通過雙棧主機、隧道技術和翻譯轉換技術來實現在IPv4的環境里組建IPv6網絡。

2.1 雙協議棧

雙協議棧是指在完全過渡到IPv6 之前，使一部分主機和路由器裝有兩個協議，一個IPv4 協議和一個IPv6 協議。因此這種主機既能與IPv6 的系統通信，又能與IPv4 的系統通信。網絡中的主機、服務器和路由器可以同時使用IPv4和IPv6協議棧。當雙棧節點連接到一個啟用雙棧的網絡時，雙棧模式為節點在IPv6或者IPv4上建立端到端的會話提供了靈活性。[6]

2.2 隧道封裝

隧道技術是將IPv6 分組在進入IPv4 區域時，封裝成為IPv4 數據報，整個IPv6 數據分組變成了IPv4 數據分組的數據部分。當IPv4 數據報離開IPv4 區域時，再將其數據部分交給主機的IPv6 協議棧， 這就好象在IPv4 區域中打通了一個IPv6 隧道來傳輸IPv6 數據分組。隧道使孤立的IPv6主機、服務器、路由器和域利用現有的IPv4基礎設施與其他IPv6網絡通信。[7]

2.3 地址/協議轉換技術

地址/協議轉換技術采用了直接明了的轉化方式，不用修改上層協議即能互相通信。該方案的中心設備，稱為NAT-PT網關，能夠實現IPv4和IPv6之間協議棧的互相轉換，包括網絡層協議、傳輸層協議以及一些應用層協議之間的互相轉換。在協議轉換時，并不是針對每個報文都進行轉換，而是對本次會話中的初始化報文進行轉換，并將它的參數存放在緩存中，其余的報文直接轉換，地址/協議轉換技術較好地解決了IPv4和IPv6間的互通問題。它的優點是不需要進行IPv4/IPv6節點的升級改造，缺點是IPv4節點訪問IPv6節點的實現方法比較復雜，網絡設備進行協議轉換、地址轉換的處理開銷較大，一些協議字段在轉換時不能完全保持原有的含義。因此，一般在其他互通方式無法使用的情況下才使用。[8]

2.4 如何選擇一個合適的過渡機制

為選擇一個合適的機制，需要明確應用的類型、范圍和系統的類型，選擇合適的轉換機制進行設計和實施。IPv4向IPv6的過渡時期，通常采用以下的組網原則：①能直接建立IPv6 鏈路的情況下可以使用純IPv6 路由。②不能使用IPv6 鏈路的，IPv6 節點之間使用隧道技術。③雙棧的IPv6/IPv4主機和純IPv6或者純IPv4的主機通信不需要采用協議轉換，而直接“自動”選擇相應的通信協議。④對于純IPv6節點和純IPv4節點之間的互通，則需要使用協議轉換(NAT-PT) 或者應用層網關(ALG)技術。[9][10]

3 IPv6發展狀況及所面臨的問題

IPv6不僅僅是一個取代IPv4的新技術，或者說是全球工程師們的一個新的開發方向，IPv6描繪的是未來幾十年里因特網的發展方向。IPv4 地址即將枯竭，但是IPv4向IPv6 的轉換卻不是短期內能完成的，這不僅是技術上的問題，還包括設備更換產生的巨額費用，ISP 也不愿放棄現有的已經相當成熟的IPv4 網絡。但隨著手機行業為實現廣泛的3G 通信，需要IPv6 的支持，以及各類家電對IP 地址的要求，都會加快推進IPv6 的發展，相信在不久的將來，IPv6 會給世界帶來更加安全、服務質量更高的internet 服務。

參考文獻：

[1]孔婷.IPv4網絡向IPv6網絡的演進[J]，福建電腦，2008（1），33.

[2]肖若輝.IPV6與IPV4的比較[J]，電腦與電信，2007（3），46.

[3]謝希仁.TCP/IP協議簇第3版[M].清華大學出版社，2006.5580-605

[4]華為3com技術有限公司編著IPv6技術[M].清華大學出版社2004.1

0，4-5.

[5]蔣亮.郭建下一代網絡移動IPv6技術[M].機械工業出版社，2005.6，3

1-34.

[6][加]RegisDesmeules，CiscoIPv6網絡實現技術[M].人民郵電出版社，2004.

[7]呂迪波，烏日娜，楊麗萍，IPv4與IPv6比較及IPv4向IPv6過渡方法[J]，內蒙古氣象，2009(2)，28.

[8]康蘇明.淺析IPv4向IPv6的過渡策略[J].大同職業技術學院報，2006.

3，第20卷（1），81-82.

[9]張云勇，劉韻潔，張智江，基于IPv6的下一代互聯網[M]，電子工業出版社，2004.7，258.

[10]張瑞明，淺析IPv4向IPv6的過渡[J].有線電視技術，2008（1），107-

108.

作者簡介：程飛（1981-），男，天津人，本科，南開大學濱海學院網絡及實驗室管理中心職員。