IPv4向IPv6过渡技术标准综述(1)

IPv4向IPv6过渡技术标准综述(1)

1  引言

目前，IPv4地址已经呈现越来越紧缺的态势，据分配机构IANA）根据最近3年的地址使用数据，预测全球IPv4地址资源将于2011年底前后耗尽。而在我国，IPv4地址短缺问题尤为严重。在此情况下，IPv6作为下一代互联网是惟一能够替代IPv4的核心协议并得到业界的广泛认同。IPv6地址逐渐替代即将枯竭的IPv4地址已成为互联网发展的必然趋势，也是目前互联网向下一代互联网过渡的重要历史时期。

虽然IPv6提供了巨大的地址空间，与IPv4相比，IPv6在其它方面也有很多改进。但是，IPv6协议与IPv4协议并不兼容，IPv6的报头结构、报头长度等都与IPv4有着很大的不同，IPv4和IPv6将会长期共存。针对共存期中如何顺利开展IPv4和IPv6的各项业务，推进IPv4向IPv6的演进过程，已经引起业界的广泛重视。除了目前研究相对成熟的双栈技术外，在国际标准化组织IETF中的Behave和Softwire等工作组也积极开展了其他相关过渡技术的讨论、制定和标准化过程。

鉴于目前相关过渡技术纷繁复杂、种类多样，本文将针对不同的应用场景，总结归纳目前的相关标准，并分析其优缺点及适用场景。

2  IPv4向IPv6过渡场景分析

在今后一段时间内，IPv4和IPv6将长期共存，这种共存的趋势将会随着IPv4地址的进一步消耗逐渐过渡为以IPv6为主导的情形。目前，随着IPv4地址紧缺所导致的IPv4和IPv6的过渡共存场景主要包括以下几个方面：

1）IPv4 NATNetwork Address Translator）及NAT444

IPv4的NAT解决方案是暂时缓解IPv4地址消耗的有效途径，已被广泛使用。NAT可以使用端口复用，这样一个用户或一个单位、部门）获得的惟一一个公网IP地址可以由多个用户使用。

在IPv4 NAT的基础上，随着IPv4地址的进一步紧缺，用户的公网地址也无法得到的情况下，运营商网络也开始使用私用地址，这样NAT的位置就由用户终端设备Customer Premises Equipment，CPE）侧移到了接入汇聚处，因此就出现了双层NAT见图1）。在该方案增加了系统的复杂性，限制了较多应用的部署与开展，具有可扩展性、安全性、端对端可靠性的问题。

图1  双NAT过渡场景

2）纯IPv6接入初期

随着IPv4地址消耗殆尽，此时用户已无法得到IPv4地址，这时便出现了纯IPv6接入的应用场景，即用户接入的网络是纯IPv6，而不支持IPv4。由于在此阶段仍然存在着大量的IPv4应用与服务，因此IPv4与IPv6的共存阶段具有以下两个长尾特征：

◆操作系统的长尾特征。虽然目前的主流操作系统Windows XP，Vista，Linux等）都已经能够支持IPv6，但对纯IPv6的支持还不够。例如，XP尚不能在纯IPv6环境中处理DNS请求。此外，一些IPv4的应用无法很快升级到IPv6，一些电子设备目前也只能支持IPv4。因此，这就要求在纯IPv6的接入环境中仍然能够使用IPv4的应用以及IPv4的操作系统。

◆服务与内容的长尾特征。目前IPv6的服务还比较少，这就要求在纯IPv6的介入环境中仍然能够保持IPv4服务的连通性。

在本阶段，IPv4与IPv6的共存机制包括已广泛使用的IPv4 NATCGN，双层NAT），IPv4应用与服务以及IPv6应用与服务见图2）。IPv6过渡初期的一个重要目标就是保持IPv4的后项兼容性，使用户仍然能够将IPv4的应用接入纯IPv6网络中，这样才能够实现IPv6的顺利过渡。

图2  纯IPv6接入过渡初期场景

3）纯IPv6接入中期

在纯IPv6的接入中期，随着IPv6的进一步发展，操作系统以及应用程序对IPv6的支持都有了较好的提升，因此用户开始较多地转向使用纯IPv6的应用，用户端出现了较多的纯IPv6的主机，而非双栈或纯IPv4的主机见图3）。在该阶段，IPv6的服务还较为有限，大量IPv4的服务依然存在，因此用户需要通过IPv6的应用来访问IPv4的服务。

图3  纯IPv6接入过渡中期景

4）IPv6普及发展阶段

在IPv6已较为普及，用户及网络侧都已经基本升级到纯IPv6的环境时，此时还存在少量位于NAT后的IPv4服务。这个阶段需要解决的问题是，在纯IPv6的环境中访问少量位于NAT后的IPv4服务见图4）。

图4  IPv6普及发展阶段

综上所述，纯IPv6接入场景是向IPv6过渡非常重要的应用场景。尤其在IPv6的过渡初期，需要解决的主要问题在于保持IPv4的后向兼容性，使用户能够在IPv6的接入环境中无缝使用IPv4的应用与服务。