基于雙協議棧和隧道技術的IPv6網絡性能分析

吳英姣（成都市婦女兒童中心醫院，成都　610091）

基于雙協議棧和隧道技術的IPv6網絡性能分析

吳英姣
（成都市婦女兒童中心醫院，成都610091）

本文主要討論IPv4向IPv6過渡的機制，重點測試分析了雙協議棧、ISATAP隧道、6to4隧道三種過渡機制的性能。結果表明，雙協議棧機制下IPv6網絡的性能優于IPv4網絡的性能；雙協議棧機制下IPv6網絡的性能優于6to4隧道和ISATAP隧道機制下IPv6網絡的性能。

雙協議棧技術；隧道技術；IPv6；吞吐量；往返時延

0　引言

IPv4網絡遭遇了越來越多的問題，特別是網絡安全漏洞以及地址空間危機。IPv6將32位IP地址增加到128位，從而解決了IP地址的危機，目前有很多工作已經過渡到IPv6以及網絡安全的維護。IPv6和IPv4的兼容性是極其有限的，當前對于IPv4向IPv6過渡機制的研究非常廣泛深入，主要包括：雙協議棧技術和隧道技術兩種方案。本文在闡述過渡機制原理的的基礎上，通過測試常用的IPv6過渡機制的性能，并進行了對比分析。因此我們認為IPv6協議可以提供更高的安全性，主要由于其128-bit的地址空間能夠很好防御蠕蟲病毒。

1　過渡機制

1.1雙協議棧技術

雙協議棧是指在完全過渡到IPv6之前，使一部分主機或路由器裝有兩個協議棧，一個IPv4和一個IPv6。雙協議棧主機或路由器既能夠和IPv6的系統通信，又能夠和IPv4的系統通信。雙協議棧主機在和IPv6主機通信時采用IPv6地址，在和IPv4主機通信時采用IPv4地址。雙協議棧主機能通過對域名系統DNS的查詢知道目的地主機是采用哪一種地址。若DNS返回的是IPv4地址，雙協議棧的源主機就使用IPv4地址。但當DNS返回的是IPv6地址時，源主機就使用IPv6地址。

1.2隧道技術

向IPv6過渡的另一種方法是使用隧道技術。這種方法的要點就是在IPv6數據報要進入IPv4網絡時由實現了雙協議棧的路由器將IPv6數據報封裝成為IPv4數據報，使得整個IPv6數據報變成了IPv4數據報的數據部分。然后IPv6數據報就在IPv4網絡的隧道中傳輸。當IPv4數據報離開IPv4網絡中的隧道時，再由實現了雙協議棧的路由器將其數據部分，即原來的IPv6數據報交給IPv6協議棧。

1.2.16to4隧道

6to4（RFC3056）機制被定義在站點之間進行IPv6通訊，每個站點必須至少有一臺“6to4”路由器作為出入口，使用特需的地址格式，地址前綴為（2002：開頭），并將路由器的IPv4地址夾入IPv6地址中，因此位于不同6to4 site內的主機彼此通訊時即可自動抽出IPv4地址在路由器之間建立Tunnel。

透過6to4 router，不同6to4 site內的主機可互相通訊，當需與一般IPv6主機通訊時，則必須過6to4 relay router。6to4 relay router必須同時具備6to4及IPv6接口，同時提供這些接口的封包轉送。

6to4需要一個全球合法的IPv4地址，所以對解決IPv4地址短缺沒有太大幫助。但它不需要申請IPv6地址，通過它可使站點迅速升級到IPv6。

1.2.2ISATAP隧道

ISATAP和6to4都是目前比較流行的自動建立隧道的過渡技術，都可以連接被IPv4隔絕的IPv6孤島，都是通過將IPv4地址嵌入到IPv6地址當中，并將IPv6封包封裝在IPv4中傳送，在主機相互通信中抽出IPv4地址建立tunnel。但具體實現的流程，IPv6地址和應用范圍不盡相同。

ISATAP（draft-ietf-ngtrans-isatap-23.txt） 的全名是 Intra-Site Automatic Tunnel Addressing Protocol，它將IPv4地址夾入IPv6地址中，當兩臺 ISATAP 主機通訊時，可自動抽取出 IPv4 地址建立 Tunnel 即可通訊，且并不需透過其它特殊網絡設備，只要彼此間IPv4網絡通暢即可。

雙棧主機支持isatap后會自動在該隧道接口上生成本地鏈 路的前綴（fe80：：開頭）和64位的接口標識符：：0：5EFE：X.X.X.X（這里的X.X.X.X是雙棧主機的IPv4單播地址），這樣就可以和同一子網內其他isatap客戶機進行ipv6通訊了；如果需要和其他網絡的isatap客戶機或者IPv6網絡通信，必須通過ISATAP路由器拿到全球單播地址前綴（2001：, 2002：, 3ffe：開頭），通過路由器與其他IPv6主機和 網絡通信。

ISATAP過渡技術不要求隧道端節點必須具有全球惟一的IPv4地址，只要雙棧主機具有IPv4單播地址即可，不管該地址公有的還是私有的都可以。

2　性能測試設計與分析

本文主要進行了吞吐量和往返時延的測試：在雙協議棧過渡機制下，對比分析IPv6與IPv4網絡的吞吐量和往返時延。ISATAP和6to4兩種隧道過渡機制的性能指標，并進行對比分析。

2.1測試結構的設計

本文主要測試分析了雙協議棧、ISATAP和6to4三種過渡機制下網絡的吞吐量和往返時延，其三種過渡機制的測試結構如圖1所示。

在圖1中，PC1和PC2分別為測試的發送端和接收端，裝有Windows操作系統。由于條件限制，路由器由裝有Windows操作系統的高性能PC模擬。測試采用主動測試，即由PC1經過網絡向PC2發送特定強度的數據包進行測試。

圖1　實驗測試結構圖

2.2測試分析

2.2.1吞吐量

圖2　雙協議棧機制下IPv6網絡吞吐量及IPv4網絡吞吐量

圖3　三種過渡機制下IPv6網絡吞吐量對比圖

本實驗中采用了TCP協議測試吞吐量，測試數據包有效載荷大小從64字節到1408字節，每組測試取10次測試的平均值。圖2為雙協議棧機制下IPv6網絡吞吐量及與IPv4網絡吞吐量的對比。圖3為雙協議棧機制下、ISATAP隧道機制下和6to4隧道機制下的IPv6網絡吞吐量對比。

圖4　雙協議棧機制下IPv6網絡雙向時延及IPv4網絡雙向時延

圖5　三種過渡機制下IPv6網絡雙向時延對比圖

由圖2可以看出，在雙協議棧機制下，TCP/IPv6吞吐量隨著數據包有效載荷大小的增大而增大，且比相同條件下測得的TCP/IPv4吞吐量大。由圖3可以看出，在相同測試條件下，6to4隧道機制下的吞吐量和ISATAP隧道機制下的吞吐量相差不大，但雙協議棧機制下的吞吐量要比6to4和ISATAP隧道機制下的吞吐量大。

2.2.2往返時延

本實驗中IPv6網絡、IPv4網絡的雙向時延測試分別采用ICMPv6和ICMP協議，測試數據包大小為1024字節且每組測試結果取100次測試的平均值。圖4為雙協議棧機制下測試得到的50組IPv6網絡、IPv4網絡的往返延遲結果。圖5為雙協議棧機制下、ISATAP隧道機制下和6to4隧道機制下的IPv6網絡雙向時延對比。

由圖4可以看出，在雙協議棧機制下，在相同的網絡負載及數據包大小的條件下，IPv6網絡往返時延平均比IPv4網絡往返時延小。由圖5可以看出，在相同測試條件下，6to4隧道機制下的往返延遲和ISATAP隧道機制下的往返延遲相差不大，但雙協議棧機制下的往返延遲要比6to4和ISATAP隧道機制下的往返延遲小。

需要指出的是，以上實驗結果都是在小型Ethernet局域網環境下測試得到的，具有一定的局限性和特殊性，還應當在廣域網中進行實驗，開展近一步的研究。

3　結論

本文在分析IPv6過渡機制原理的基礎上，采用主動測量方法對過渡機制下IPv6網絡性能進行了測試研究，并編寫了測試程序，對雙協議棧、6to4隧道、ISATAP隧道三種過渡機制下的IPv6網絡性能進行了實驗測試。結果表明，雙協議棧機制下IPv6網絡的性能優于雙協議棧機制下IPv4網絡的性能；雙協議棧機制下IPv6網絡的性能優于6to4隧道和ISATAP隧道機制下IPv6網絡的性能。

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Performance Analysis of IPv6 Network Based on dual Stack and Tunneling Technology

WU Ying-jiao
(Chengdu Women & Children’s Central Hospital, Chengdu610091）

The paper discussed the transition mechanism about the transition of IPv4 network to IPv6 network and analyzed several solutions, such as Dual-Protocol Stack, ISATAP Tunnel, 6 to 4 Tunnels. The practice program is designed and different transition mechanisms are tested. By in-depth analysis of the theory and the validation of practice, the results show that IPv6 gains a better performance than others.

Dual-Protocol Stack； Tunnel； IPv6； Throughput； Round-Trip Delay

吳英姣，女，學士學位，成都市婦女兒童中心醫院質量管理部；研究方向：衛生信息管理。