IPv4向IPv6的過渡

1、 . IPv4向IPv6的過渡策略移動網(wǎng)絡(luò)向移動IPv6的過渡過程中，IPv4的網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)將會在一段相當(dāng)長的時間里與IPv6共存，許多業(yè)務(wù)仍然要在IPv4網(wǎng)絡(luò)上運行很長時間，特別是IPv6不可能馬上提供全球的連接，很多IPv6的通信不得不在IPv4網(wǎng)路上傳輸，因此過渡機制非常重要，需要業(yè)界的特別關(guān)注和重視。 IPv4向IPv6過渡的過程是漸進的，可控制的，過渡時期會相當(dāng)長，而且網(wǎng)絡(luò)/終端設(shè)備需要同時支持IPv4和IPv6，最終的目標(biāo)是使所有的業(yè)務(wù)功能都運行在IPv6的平臺上。 1、IPv4到IPv6的過渡方法 從IPv4到IPv6的過渡方法有三種：網(wǎng)絡(luò)元素/終端的雙協(xié)議棧、網(wǎng)絡(luò)中的隧道技術(shù)以與

2、翻譯機制。其中雙協(xié)議棧和隧道技術(shù)是主要的方法，而翻譯機制由于效率比較低，只在不同IP版本的元素之間進行通信時才采用。 (1)網(wǎng)絡(luò)元素和移動終端上的IPv4/IPv6雙協(xié)議棧雙協(xié)議棧是非常重要的過渡機制，從網(wǎng)絡(luò)方面來看，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(如GGSN)實現(xiàn)雙協(xié)議棧對于實現(xiàn)IPv4和IPv6的接入點并完成IPv6-in-IPv4的隧道都是至關(guān)重要的，另外運營商IP網(wǎng)絡(luò)和公眾因特網(wǎng)邊緣的邊際路由器也應(yīng)該是雙棧路由器。從移動終端來看，需要通過雙協(xié)議棧來訪問IPv4和IPv6的業(yè)務(wù)而不需要網(wǎng)絡(luò)上的翻譯機制。 (2)隧道技術(shù) 如將IPv6的數(shù)據(jù)包封裝在IPv4的數(shù)據(jù)包中并在隧道的另一端解除封裝，這也是一種非常重要的

3、過渡方法，隧道技術(shù)要求在封裝和解除封裝的節(jié)點上都有IPv4/IPv6雙協(xié)議棧的功能。隧道技術(shù)又分為自動和人工配置兩種，人工配置的隧道技術(shù)是在隧道的終點人工配置到某個特定的IPv4地址；對于自動隧道技術(shù)來說，封裝是自動在進行封裝的路由器/主機上完成的，隧道終點的IPv4地址被包含在目的地址為IPv6地址的數(shù)據(jù)包中，如“6to4”隧道技術(shù)。 (3)網(wǎng)絡(luò)上的IPv4-IPv6協(xié)議翻譯器：翻譯器是純IPv4主機和純IPv6主機之間的中間件，使兩種主機不需要修改任何配置就可以實現(xiàn)彼此之間的直接通信，翻譯器的使用對于移動終端來說是透明的，頭標(biāo)轉(zhuǎn)換是一種重要的翻譯機制，通過這種方法IPv6數(shù)據(jù)包的頭標(biāo)被轉(zhuǎn)換

4、為IPv4數(shù)據(jù)包的頭標(biāo)，或者反過來，IPv4轉(zhuǎn)換為IPv6，有必要的時候?qū)πｒ炦M行調(diào)整或重新計算，NAT/PT(Network Address Translator/Protocol Translator)就是采用這種機制的一種方法。 采用地址/協(xié)議翻譯器需要轉(zhuǎn)換IP數(shù)據(jù)包的頭標(biāo)，帶來的問題是破壞了端到端的服務(wù)(如端到端的IPSec)，而且NAT/PT可能成為網(wǎng)絡(luò)性能的瓶頸，有可能限制業(yè)務(wù)提供平臺的容量和擴展性。 使用網(wǎng)絡(luò)中的地址/協(xié)議翻譯器還是采用其它過渡方法主要由網(wǎng)絡(luò)運營商決定，一般來說，只有當(dāng)兩個通信節(jié)點的IP版本不同時才建議采用翻譯器。 2、IPv4到IPv6的過渡階段 圖1中給出了G

5、PRS/WCDMA網(wǎng)絡(luò)過渡到IPv6的一個簡單描述，同樣的原則也適用于其它網(wǎng)絡(luò)類型。 從圖1中可以看出，開始的時候是只支持IPv4的GPRS/WCDMA網(wǎng)絡(luò)，所有連接到因特網(wǎng)上的終端都是純IPv4的設(shè)備，NAT被用來節(jié)約公共的IP地址。這些網(wǎng)絡(luò)向IPv6過渡的過程可以分為三個階段： 圖1IPv4過渡到IPv6的各個階段   (1)第一階段：網(wǎng)絡(luò)中有著一個個單獨的IPv6孤島，它們之間的連接是通過在IPv4網(wǎng)絡(luò)上自動或人工配置“IPv6 in IPv4”的隧道來實現(xiàn)的。在這個階段，向移動用戶提供的IPv6業(yè)務(wù)絕大多數(shù)是由運營商的網(wǎng)絡(luò)(Intranet)提供的，其它的一些IPv6業(yè)務(wù)通過

6、在IPv4網(wǎng)絡(luò)上的配置/自動隧道來實現(xiàn)，傳統(tǒng)的IPv4業(yè)務(wù)可以提供有IPv4或者雙協(xié)議棧的終端。在運營商的網(wǎng)絡(luò)上仍然有NAT，通過分配臨時地址來處理公共IPv4地址匱乏的問題。運營商的網(wǎng)絡(luò)上還可以安裝翻譯器(如NAT-PT)來完成IPv4與IPv6協(xié)議之間的翻譯轉(zhuǎn)換。 (2)第二階段：這一階段IPv6已經(jīng)廣泛部署并且有了大量在IPv6平臺上實現(xiàn)的業(yè)務(wù)，但是由于IPv6網(wǎng)絡(luò)還不能達到完全連接，有時仍然需要IPv4網(wǎng)上的隧道技術(shù)來與IPv6節(jié)點連接通信。 這個階段由于所有新業(yè)務(wù)都在IPv6平臺上實現(xiàn)，從而加速了IPv6的部署。從IPv6的發(fā)展趨勢來看，移動網(wǎng)絡(luò)將率先進入這一發(fā)展階段。這時大量傳統(tǒng)的

7、IPv4業(yè)務(wù)仍然存在，很多移動節(jié)點上都安裝了IPv4/IPv6雙協(xié)議棧。 (3)第三階段：IPv6已經(jīng)獲得主導(dǎo)地位，IPv6網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)實現(xiàn)了全球連接而且所有的業(yè)務(wù)都在IPv6平臺上運行，這時候?qū)⒉辉傩枰p協(xié)議棧功能或者地址/協(xié)議的翻譯機制，這使得網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加簡單，網(wǎng)絡(luò)維護也更加容易。 IPv6使得網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點都有一個獨一無二的、全球可路由到的地址。 3、IPv4向IPv6過渡的網(wǎng)絡(luò)模型 3.1網(wǎng)絡(luò)模型 圖2簡單地顯示出移動終端與GPRS核心網(wǎng)絡(luò)的連接，移動終端與GGSN接入點(AP)之間所建立的連接稱為分組數(shù)據(jù)協(xié)議(PDP)上下文，移動終端通過激活PDP上下文來獲取其IP地址，圖2中顯示了兩

8、種不同的移動終端連接到GGSN的兩個不同的接入點上的情況。GGSN中的AP1是原生的IPv6，始終連接到IPv6環(huán)境中。AP2提供通過IPv4網(wǎng)絡(luò)隧道的IPv6連接，這一連接可以是“6to4”的、也可以是“4to6”的。AP3是原生的IPv4，提供到純IPv4服務(wù)/主機的連接。 圖2到GGSN的IPv4和IPv6接入點的連接    圖3是過渡期網(wǎng)絡(luò)模型分析的簡單圖解，只顯示了移動終端和GPRS核心網(wǎng)。使用運營商本地的IPv4和IPv6業(yè)務(wù)(網(wǎng)業(yè)務(wù))沒有必要采用公用IPv4地址或全球IPv6地址(站點本地IPv6地址就足夠了)。 當(dāng)用戶離開運營商網(wǎng)絡(luò)時，通信流要通過

9、邊緣路由器和防火墻，在這種情況下，需要公用IPv4地址和全球IPv6地址。獲取全球IPv6地址不是問題，但是運營商的公用IPv4地址非常有限，因此需要提供臨時的IPv4地址的機制，如NAT。 當(dāng)通過IPv4網(wǎng)絡(luò)來連接某個IPv6主機時需要采用隧道技術(shù)，隧道的起點可以是GGSN、邊緣路由器、或者移動終端，隧道的終點可以是主機或者IPv6網(wǎng)絡(luò)邊緣的路由器(如圖3中的路由器1)，如果隧道在主機之前終結(jié)則由該路由器解裝。 圖3過渡期的網(wǎng)絡(luò)模型   圖4顯示了雙棧移動終端在某個僅支持IPv4的外訪網(wǎng)絡(luò)上漫游，而用戶希望連接某個IPv6主機的情況。鏈路層的移動性是指移動終端可以連接到其

10、家鄉(xiāng)GGSN并獲得到IPv6網(wǎng)絡(luò)的接入，外訪網(wǎng)絡(luò)上的SGSN通過InterPLMN骨干網(wǎng)絡(luò)的GTP隧道，將移動終端連接到家鄉(xiāng)的GGSN上，Inter-PLMN網(wǎng)絡(luò)連接運營商的GPRS核心網(wǎng)和相關(guān)得有漫游協(xié)議的運營商網(wǎng)絡(luò)。 圖4鏈路層的移動性MT從外訪網(wǎng)絡(luò)通過PLMN骨干網(wǎng)之間的網(wǎng)絡(luò)連接到家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)GGSN和某個IPv6主機   3.2連接的不同組合方式 移動網(wǎng)絡(luò)、移動終端、連接到的不同主機的IP版本都存在兩種可能性，它們之間的連接會出現(xiàn)不同的組合方式。一條基本規(guī)則是：如果兩個通信的IP節(jié)點的IP版本不同，網(wǎng)絡(luò)中的某些節(jié)點就需要協(xié)議翻譯。網(wǎng)絡(luò)元素和移動終端采用IPv4/IPv6

11、雙協(xié)議棧是一個確保通信節(jié)點能用同一種IP版本通信的很好的解決方案。 在過渡期將會有三種不同的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)類型： (1)傳統(tǒng)的IPv4業(yè)務(wù)通過全球連接的IPv4網(wǎng)絡(luò)來傳輸：由于缺乏公用IPv4地址，必須采用私有IPv4地址和NAT。 (2)IPv6網(wǎng)絡(luò)上的IPv6業(yè)務(wù)：這種情況下原生的IPv6路由即可完成，不需要IPv4網(wǎng)絡(luò)上的隧道或者協(xié)議翻譯。 (3)IPv4網(wǎng)絡(luò)上的IPv6業(yè)務(wù)：通信的IPv6節(jié)點/網(wǎng)絡(luò)通過IPv4網(wǎng)絡(luò)采用隧道技術(shù)實現(xiàn)連接，有可能使用協(xié)議翻譯。 使用以上三種網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的移動終端類型可以是純IPv4的終端(常見的第一代GPRS/WCDMA終端)、雙IPv4/IPv6協(xié)議棧的終端、或純

12、IPv6的終端(正在研發(fā)階段)，同樣與之通信的對等主機也可以是雙協(xié)議棧、純IPv4或者純IPv6的。 3.3過渡方式 (1)純IPv4終端 純IPv4終端主要是第一代的GPRS終端，提供給純IPv4終端的是純IPv4業(yè)務(wù)，在很多情況下沒有足夠的公用IPv4地址來分配給這些移動終端，因此通常情況下移動終端分配到的是私有IPv4地址。如果一個擁有私有IPv4地址的移動終端要通過公用的IPv4網(wǎng)絡(luò)連接到某個主機上，網(wǎng)絡(luò)中必須有NAT。 圖5描述了三種情況： 移動終端連接到同一網(wǎng)的某個主機上，這時僅用私有IPv4地址就足夠了； 移動終端連接到公共因特網(wǎng)上的某個主機，移動終端將從運營商的地址空間中分配到

13、一個公用IPv4地址并通過全球的IPv4路由來實現(xiàn)連接，由于公用IPv4地址池中的地址有限，圖5中的b)情形很少發(fā)生。 移動終端有一個私有的IPv4地址，NAT分配一個臨時的公用IPv4地址給它，移動終端通過這個臨時的地址實現(xiàn)連接。 圖5IPv4終端連接到不同的IPv4主機   (2)雙協(xié)議棧的終端 如圖6所示，雙協(xié)議棧的移動終端在IPv6模式下操作移動終端打開IPv6類型的PDP上下文并且從GGSN接收到一個全球的IPv6地址，該終端通過IPv6網(wǎng)絡(luò)連接到純IPv6主機上，這時所有的選路都是在IPv6的域上，不需要任何翻譯機制，在這種情況下純IPv6終端與雙協(xié)議棧終端的工

14、作方式是一樣的。圖6移動終端連接到一個純IPv6主機   如圖7所示，PDP上下文在移動終端和GGSN(AP類型是IPv6)之間打開，在這種情況下，邊際路由器被配置為對IPv6分組封裝/解除封裝，因此邊際路由器是運營商網(wǎng)絡(luò)上唯一需要公用IPv4地址的設(shè)備。 圖7通過IPv4網(wǎng)絡(luò)或IPv6網(wǎng)絡(luò)連接到IPv6主機   來自移動節(jié)點發(fā)送到主機的IPv6數(shù)據(jù)包可以通過IPv4網(wǎng)絡(luò)上的隧道技術(shù)來傳輸，或者可以直接通過IPv6網(wǎng)絡(luò)傳輸。但在很多情況下不能通過IPv6網(wǎng)絡(luò)來發(fā)送，因為還沒有直接的連接。 發(fā)送到主機的數(shù)據(jù)包采用“6to4”類型的主機地址，如果數(shù)據(jù)包的所有選路都是通

15、過IPv6網(wǎng)絡(luò)就不需要“6to4”隧道技術(shù)，否則在邊際路由器和路由器1之間將采用自動“6to4”隧道技術(shù)。 如圖8所示，雙協(xié)議棧的移動終端連接到純IPv4的主機(例如IPv4的公司接入網(wǎng)絡(luò)上的服務(wù)器)上，雙協(xié)議棧的移動終端在IPv4模式下工作，由于公用IPv4地址的缺乏而被分配到一個私有的IPv4地址，需要用NAT來為移動終端提供臨時的公用IPv4地址。 圖8雙協(xié)議棧移動終端連接到純IPv6主機上   (3)純IPv6終端 純IPv6移動終端的通信與雙協(xié)議棧終端的主要區(qū)別在于：移動終端與純IPv4主機之間的通信需要在網(wǎng)絡(luò)上有翻譯器(如NAT-PT)。 如圖9所示，純IPv6移動節(jié)點從GGSN(GGSN的AP類型是IPv6)獲得了全球的IPv6地址，由于純IPv6移動終端連接到的純IPv4主機有公用IPv4地址，因此需要NAT-PT和其它的翻譯機制來實現(xiàn)IPv6-IPv4協(xié)議和地址之間的翻譯，邊際路由器是雙協(xié)議棧的路由器，既有