IPv6和IPv4之间的通信机制和方法
IPv6和IPv4之间的通信机制和方法
在前面两个部分(《IPv6技术之发展现状和技术原理》《IPv6技术之移动连接特性简述》)中主要讲解了IPv6自身的一些原理和特点，但是由于现存的网络体系多为IPv4结构，因此，在今后较长的一段时间里都将是两者相互并存，这就势必造成两者之间相互通信的问题，幸好，IPv6的设计者们已经为这个问题准备好了解决方法。
1、背景现状
尽管IPv6已被认为是下一代互联网络协议核心标准之一。但是，新生事物从诞生到广泛应用需要一个过程，尤其是对于现时IPv4仍然很好的支撑着的Internet。在IPv6的网络流行于全球之前，总是有一些网络首先使用IPv6协议栈并希望能够与当前的Internet正常通信。为达到这一目的，研究者们必须开发出IPv4 / IPv6互通技术以保证IPv4能够平稳过渡到IPv6，除此之外，互通技术应该对普通用户做到“无缝”，使用起来没有感到不便，对信息传递做到高效。
在过渡时期，要解决相互通信的问题无非两类：第一类就是IPv6之间互相通信的问题；第二类就是解决IPv6与IPv4之间的通信问题。
针对这两类问题已经提出了很多方案，有一些已经相当成熟并形成了RFCRequest For Commnets），有一些还只是作为Internet draft，有待进一步完善。
2、过渡技术
目前解决过渡问题基本技术主要有三种：双协议栈RFC 2893 obsolete RFC1933）、隧道技术(RFC 2893)、NAT-PT(RFC 2766)。
(1) 双协议栈 ( Dual Stack)
采用该技术的节点上同时运行IPv4和IPv6两套协议栈。这是使IPv6节点保持与纯IPv4节点兼容最直接的方式，针对的对象是通信端节点包括主机、路由器）。这种方式对IPv4和IPv6提供了完全的兼容，但是对于IP地址耗尽的问题却没有任何帮助。由于需要双路由基础设施，这种方式反而增加了网络的复杂度。
(2) 隧道技术 ( Tunnel)
隧道技术提供了一种以现有IPv4路由体系来传递IPv6数据的方法：将IPv6的分组作为无结构意义的数据，封装在IPv4数据报中，被IPv4网络传输。根据建立方式的不同，隧道可以分成两类：(手工)配置的隧道和自动配置的隧道。隧道技术巧妙地利用了现有的IPv4网络，它的意义在于提供了一种使IPv6的节点之间能够在过渡期间通信的方法，但它并不能解决IPv6节点与IPv4节点之间相互通信的问题。
(3) 网关转换NAT-PT）
转换网关除了要进行IPv4地址和IPv6地址转换，还要包括协议并翻译。转换网关作为通信的中间设备，可在IPv4和IPv6网络之间转换IP报头的地址，同时根据协议不同对分组做相应的语义翻译，从而使纯IPv4和纯IPv6站点之间能够透明通信。 3、IPv6通信
它是指v6与v6之间的通信，主要方法有以下几种：
(1) 手工配置隧道 ( Configured Tunnel)
这种隧道的建立是手工配置的，需要隧道两个端点所在网络的管理员协作完成。隧道的端点地址由配置来决定，不需要为站点分配特殊的IPv6地址，适用于经常通信的IPv6站点之间。每一个隧道的封装节点必须保存隧道终点的地址，当一个IPv6包在隧道上传输时终点地址会作为IPv4包的目的地址进行封装。通常封装节点要根据路由信息决定一个包是否要通过隧道转发。
采用手工配置隧道进行通信的站点之间必须有可用的IPv4 连接，并且至少要具有一个全球唯一的IPv4地址。站点中每个主机都至少需要支持IPv6，路由器需要支持双栈。在隧道要经过NAT设施的情况下这种机制不可用。
手工配置隧道的主要缺点是网络管理员的负担很重，因为他要为每一条隧道做详细的配置。
(2) 自动配置的隧道 ( Auto-configured Tunnel )
这种隧道的建立和拆除是动态的，它的端点根据分组的目的地址确定，适用于单独的主机之间或不经常通信的站点之间。自动配置的隧道需要站点采用IPv4兼容的IPv6地址，这些站点之间必须有可用的IPv4连接，每个采用这种机制的主机都需要有一个全球唯一的IPv4地址。
采用这种机制不能解决IPv4地址空间耗尽的问题采用手工配置隧道的站点就不需要IPv4地址）。两外还有一种危险就是如果把Internet 上全部IPv4路由表包括到IPv6网络中，那么会加剧路由表膨胀的问题。这种隧道的两个端点都必须支持双协议栈手工配置就不需要）。在隧道要经过NAT设施的情况下这种机制不可用。
(3) 隧道中介(Tunnel Broker)
Tunnel Broker不是一种隧道机制，而是一种方便构造隧道的机制。可以简化隧道的配置过程，适用于单个主机获取IPv6连接的情况。Tunnel Broker也可用于站点之间，但这时可能会在IPv6的路由表中引入很多条目，导致IPv6的路由表过于庞大，违背了IPv6设计的初衷。用户可以通过Tunnel Broker从支持IPv6的ISP处获得持久的IPv6地址和域名。 Tunnel Broker要求隧道的双方都支持双栈并有可用的IPv4连接，在隧道要经过NAT设施的情况下这种机制不可用。采用TB方法，可以使IPv6 的ISP可以很容易对用户执行接入控制，按照策略对网络资源进行分配。
TB转换机制包括Tunnel Server(TS)和Tunnel Broker(TB)。server和boker位于不同的计算机上，对于隧道的控制通常是web形式的。
(4) 6 over 4
6 over 4 是一种点到点、点到路由和路由到点的自动隧道技术，它被用作通过Ipv4内部网的Ipv6节点之间的单点或多点连接。这种隧道端点的IPv4地址采用邻居发现的方法确定。与手工配置隧道不同的是，它不需要任何地址配置；与自动隧道不同的是它不要求使用V4兼容的V6地址。但是采用这种机制的前提就是IPv4网络基础设施支持IPv4多播。这里的IPv4多播域可以是采用全球唯一的IPv4地址的网络，或是一个私有的IPv4网络的一部分。这种机制适用于IPv6路由器没有直接连接的物理链路上的孤立的IPv6主机，使得它们能够将IPv4广播域作为它们的虚拟链路，成为功能完全的IPv6站点。基本原理如下图示。
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这种机制把广域的IPv4网络作为一个单播的点到点链路层。这种机制适合作为V4/V6共存的初始阶段的转换工具，它可以与防火墙、NAT共存，但是NAT box必须具有全球唯一的IPv4地址，并且应有6to4机制和完备的路由功能。在windows2003中的原理如下图。
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4、IPv6/IPv4通信
(1) Dual Stack Model (双栈模型 )
在这种模型下，任意节点都是完全双栈的。这时不存在IPv4与IPv6之间的相互通信问题，但是这种机制要给每一个IPv6的站点分配一个IPv4地址。这种方法不能解决IPv4地址资源不足的问题，而且随着IPv6站点的增加会很难得到满足，因此这种方法只能用在早期的变迁过程。
(2) Limited Dual Stack Model (限制型双栈模型)
在这种模型下，服务器和路由器仍然是双栈的，而非服务器的主机只需要支持IPv6。这种机制可以节省大量的IPv4地址，但是在纯IPv6和纯IPv4节点之间的通信将会出现问题，为了解决这种问题，必须与其它技术结合使用。
(3) SIIT ( Stateless IP/ ICMP Translation，无状态IP/ICMP 转换 )
SIIT定义了在IPv4和IPv6的分组报头之间进行翻译的方法，这种翻译是无状态的，因此对于每一个分组都要进行翻译。这种机制可以和其它的机制(如NAT-PT)结合，用于纯IPv6站点同纯IPv4站点之间的通信，但是在采用网络层加密和数据完整性保护的环境下这种技术不可用。纯IPv6节点和纯IPv4节点通过一个SIIT转换器通信，IPv6节点看到的对方一个IPv4 mapped地址的主机，同时它自己则使用一个IPv4 translated的地址。如果IPv6主机发出的IP分组中的目的地址是一个IPv4 mapped地址，那么SIIT转换器就知道这个IP分组需要进行协议转换。
(4) NAT-PT (Network Address Translation - Protocol Translation，网络地址―协议转换 )
NAT-PT就是在做IPv4/IPv6地址转换(NAT)的同时在IPv4分组和IPv6分组之间进行报头和语义的翻译(PT)。适用于纯IPv4站点和纯IPv6站点之间的通信。对于一些内嵌地址信息的高层协议如FTP），NAT-PT需要和应用层的网关协作来完成翻译。在NAT-PT的基础上利用端口信息，就可以实现NAPT-PT，这点同目前IPv4下的NAT-PT没有本质区别。
该机制适用于过渡的初始阶段，使得基于双协议栈的主机，能够运行IPv4应用程序与IPv6应用互相通信。这种技术允许不支持IPv6的应用程序透明地访问纯IPv6站点。该机制要求主机必须是双栈的，同时要在协议栈中插入三个特殊的扩展模块：域名解析器、地址映射器和翻译器，相当于在主机的协议栈中使用了NAT-PT。
(5) BIA ( Bump-In-the-API, Internet Draft )
这种技术同BIS类似，只是在API层而不是在协议栈的层次上进行分组的翻译，所以它的实现比BIS要简单一些，因为不需要对IP包头进行翻译。BIS与BIA的主要区别是：BIS用在没有IPv6协议栈的系统上，BIA用在有IPv6协议栈的系统
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