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IPv6相关知识

场景提要

在现行的IPv4网络向IPv6过渡过程中，IPv4仍然是不可或缺的部分。尽管IPv6技术已经发展多年，但其在全球范围内的应用仍处于初期阶段。许多实际应用仍依赖诸如NAT等技术来维持IPv4网络的功能，并且在IPv4网络中传输IPv6数据流量。因此，如何选择适合各企业实际需求的平稳过渡方案，是实现IPv6网络实践的关键问题之一。同时，需要清楚认识到，IPv4向IPv6过渡是一个渐进的、可控的过程，过渡时期将相当长，网络和终端设备需要同时支持IPv4和IPv6，最终目标是实现所有业务功能在IPv6平台上的运行。

1、过渡方法

1.1 IPv4到IPv6的较成熟过渡方法

从IPv4到IPv6的过渡方法主要有三种：双协议栈、隧道技术和翻译机制。其中，双协议栈和隧道技术是主要的过渡方法，而翻译机制则主要用于不同IP版本网络之间的通信。

1.2 三种方法的比较

1) 双协议栈：双协议栈是实现IPv4和IPv6过渡的重要机制。从网络层面来看，网络设备（如GGSN）需要实现IPv4和IPv6的双协议栈功能，并支持IPv6-in-IPv4的隧道传输。运营商IP网络和公众服务边缘的路由器也应配置为双栈路由器。从终端设备来看，双协议栈能够让移动终端无需依赖网络上的翻译机制即可访问IPv4和IPv6服务。

2) 隧道技术：隧道技术通过将IPv6数据包封装在IPv4数据包中实现通信。在封装和解除封装的节点上，必须具备IPv4/IPv6双协议栈功能。隧道技术又分为自动配置和人工配置两种。自动隧道技术在封装路由器或主机上自动完成封装操作，并包含目的地址为IPv6地址的IPv4地址（如“6to4”隧道技术）。人工配置隧道技术则需要在隧道终点手动指定目标IPv4地址。

3) 网络上的IPv4-IPv6协议翻译器：翻译器用于纯IPv4主机和纯IPv6主机之间的通信，使得两类主机无需任何配置即可直接通信。翻译器的使用对移动终端是透明的。然而，翻译机制可能破坏端到端的服务（如IPSec）并成为网络性能瓶颈，限制业务提供平台的容量和扩展性。因此，翻译技术通常仅在通信节点IP版本不同时采用。

1.3 IPv4过渡到IPv6阶段性案例参考

在过渡阶段，IPv6网络可能由多个孤岛组成，各孤岛之间通过IPv4网络上的隧道技术实现通信。移动用户的IPv6业务主要依赖于运营商内部网络（Intranet），而对外部网络的访问则通过IPv4网络上的自动或人工配置隧道实现。传统的IPv4业务则可以通过双协议栈终端或纯IPv4设备继续使用。网络运营商可以在现有NAT基础上部署翻译器（如NAT-PT）以支持IPv4与IPv6的通信。

1.4 IPv4向IPv6过渡的网络模型

1) 网络模型1：上图显示了移动终端与GPRS核心网络的连接，移动终端与GGSN接入点之间建立PDP上下文。移动终端通过激活PDP上下文获取IP地址。GGSN中的AP1始终连接到IPv6环境，AP2提供通过IPv4网络隧道的IPv6连接（如“6to4”），AP3则提供纯IPv4服务。

2) 过渡期网络模型：在运营商网络之外，用户通过IPv4网络访问IPv6主机时需要采用隧道技术。隧道的起点可以是GGSN、边缘路由器或移动终端，终点则是主机或IPv6网络边缘路由器（如图3中的路由器1）。路由器在解封装时负责将IPv6数据包转发至目标主机。

2、IPv6与IPv4过渡方式之翻译

2.1 IPv4<-->IPv6翻译技术

在过渡时期，网络中可能存在纯IPv4主机和纯IPv6主机，需要通过翻译技术实现通信。翻译技术涉及两方面：IPv4与IPv6协议层的翻译，以及IPv4应用与IPv6协议栈的应用层翻译。

2.2 常用翻译技术

1) NAT-PT（Network Address Translator/Protocol Translator）：NAT-PT是一种协议翻译技术，主要应用于网络汇聚层。它通过转换IPv4和IPv6的网络地址和协议头实现互通。NAT-PT网关需要配置IPv4地址池，在从IPv6向IPv4网络转发数据包时，将IPv6地址转换为IPv4地址，并重新计算包头校验和。NAT-PT的优势是无需修改现有IPv4网络配置，可实现内部网络的IPv4主机与外部IPv6主机的通信。

2) TRT（Transport Relay Translator）：TRT位于纯IPv6主机和纯IPv4主机之间，实现(TCP/UDP)/IPv6与(TCP/UDP)/IPv4的数据对译。TRT的传输中继分为TCP中继和UDP中继两种，主要适用于协议层的数据转换。

3) BIS（Binary Interface Support）：BIS技术通过在双栈主机中添加翻译器、扩展域名解析器和地址映射器实现IPv4与IPv6协议栈的数据翻译。该技术适用于双栈主机，能够支持现有IPv4应用与IPv6主机的通信。

4) BIA（Binary Interface Adapter）：BIA技术通过在双栈主机的Socket API模块与TCP/IP模块之间插入API翻译器实现IPv4与IPv6协议栈的应用层互译。该技术无需修改IP头信息，简化了协议转换过程。

2.3 NAT-PT分类

NAT-PT网关需要配置IPv4地址池，在从IPv6向IPv4网络转发数据包时，将IPv6地址转换为IPv4地址，并记录地址映射关系。NAT-PT分为静态NAT-PT和动态NAT-PT两种模式。静态NAT-PT需要一一对应配置，复杂且占用大量IPv4地址；动态NAT-PT通过预定义的NAT-PT前缀和IPv4地址池实现动态地址映射。

2.4 NAPT-PT（NAT Address Port Translation-Protocol Translation）

NAPT-PT技术通过多对一的动态映射实现多个IPv6节点通过一个IPv4地址和端口进行通信。它结合了NAT和PAT技术，适用于有端口号的协议（如TCP、UDP）。转换过程涉及地址和端口的动态映射，并在TCP/UDP层面进行转换。