IPv4如何向IPv6过渡？IPv6过渡转换技术有哪些？

Posted 2022-11-24 中科三方

IPv6是下一代互联网协议，相比IPv4其拥有更大的地址空间和更高的安全性，可以满足大数据、物联网等新型网络技术的需要。从IPv4向IPv6过渡，需要解决IPv4网络和IPv6网络之间的互联互通问题。

很早之前，人们就意识到了IPv4协议存在的种种弊端，尤其是地址空间已经无法满足爆炸式增长的需求，于是在1992年，人们就已经提出了IPv6概念，如今已经过去了三十年，IPv6的技术已经发展相当成熟，那么IPv6是不是能够全部替换IPv4呢？答案是否定的。因为IPv6不是IPv4的改进，它是一个全新的协议，两者在链路层是不同的网络协议，不能直接进行通信。互联网经过几十年的高速发展，几乎所有应用都是使用的IPv4协议，所以无法在短时间内全部替换为IPv6。

在IPv6成为主流协议之前，首先使用IPv6协议栈的网络希望能够与当前仍使用IPv4协议的网络进行正常通信，必须开发出IPv4和IPv6互通技术以实现IPv4到IPv6的平稳过渡。

目前来说，实现IPv4和IPv6共存的策略和过渡技术有三种。第一种，使用双栈让主机或网络设备可以同时支持IPv4和IPv6双协议栈；第二种，通过隧道技术将IPv6数据包封装在IPv4数据包中；第三种，通过网络地址转换（NAT）技术将IPv6数据包转换为IPv4数据包，反之亦然。

本文将针对这三种IPv6过渡技术方式原理、优缺点和适用环境做下简单介绍。

1.双栈技术

双栈技术是指在网络节点中同时具备IPv4和IPv6两个协议栈，这样它就可以同时处理和收发IPv4和IPv6两种分组。这种方式是IPv6节点和IPv4节点兼容的最直接方式。

对于主机来讲，“双栈”是指其可以根据需要来对业务产生的数据进行IPv4 封装或者IPv6封装；对于路由器来讲，“双栈”是指在一个路由器设备中维护IPv6和IPv4两套路由协议栈，使得路由器既能与IPv4 主机也能与IPv6主机通信。

当IPv6节点访问IPv4节点时，先向双栈服务器申请一个临时IPv4地址，同时从双栈服务器得到网关路由器的TEP（TunnelEndPoint）IPv6地址。IPv6节点在此基础上形成一个4 over 6的IP包，4 over 6包经过IPv6网传到网关路由器，网关路由器将其IPv6头去掉，将IPv4包通过IPv4网络送往IPv4节点。网关路由器要记住IPv6源地址与IPv4临时地址的对应关系，以便反方向将IPv4节点发来的IP包转发到IPv6节点。

双栈技术的优缺点：

双栈技术的优点是概念清晰，易于理解，网络规划相对简单，同时在IPv6 逻辑网络中可以充分发挥IPv6协议的所有优点（如安全性、路由约束、流的支持等方面）。

缺点在于，网元设备要求较高，网络升级改造将牵涉到网络中的所有网元设备，增加了网络的复杂度，依然无法解决IP地址耗尽的问题。

2.隧道技术

隧道技术是IPv4/IPv6 过渡中经常使用到的一种机制。所谓“隧道”是指在IPv6发展早期，必然会出现许多局部的IPv6网络，这些IPv6网络被IPv4骨干网络隔离开来，形成一个个的孤岛，为使这些“IPv6岛”互联互通，必须使用隧道技术将其互相连接起来。

隧道技术的工作原理就是在IPv6网络和IPv4网络隧道入口处，路由器将IPv6数据分组封装入IPv4数据包中，在隧道的出口处再将IPv6分组取出转发给目的节点。目前的隧道技术主要实现了将IPv6数据包封装到IPv4中，随着IPv6技术的发展和应用，也会出现将IPv4数据包封装到IPv6数据包的技术。

隧道技术只要求在隧道的入口和出口处进行修改，对其他部分没有要求，因而非常容易实现。但是隧道技术不能实现IPv4主机与IPv6主机的直接通信。

隧道技术的优缺点：

隧道技术的优点在于无信息丢失，技术实现难度低，只需在隧道的入口和出口进行修改即可实现，网络运维相对比较简单。

缺点在于，隧道需要进行封装和解封装，转发效率比较低，无法实现IPv4和IPv6的互通，同样也无法解决IPv4短缺问题。

3.NAT-PT协议转换技术

NAT-PT是一种纯IPv6节点和IPv4节点间的互通方式，所有包括地址、协议在内的转换工作都由网络设备来完成。支持NAT-PT的网关路由器应具有IPv4 地址池，在从IPv6向IPv4域中转发包时使用，地址池中的地址是用来转换IPv6 报文中的源地址的。 NAT-PT 协议转换网关又称为NAT-PT翻译网关，一般被配置在边界路由器上，用来连接IPv4 网络和IPv6 网络，负责IPv4 和IPv6 网络地址和协议的翻译工作，实现纯IPv4节点和纯IPv6 节点之间的网络通信。

NAT技术的优缺点：

NAT-PT 技术的最大优点就是不需要进行 IPv4、IPv6 节点的升级改造，而缺点也是十分明显的。缺点是 IPv4 节点访问 IPv6 节点的实现方法比较复杂，网络设备进行协议转换、地址转换的处理开销较大一般在其他互通方式无法使用的情况下使用。

IPv6过渡技术选择
从以上的分析中可以发现，三种IPv6过渡技术都具有各自的优点也存在不同的弊端，需要从周期性、实现成本、技术难度、部署便捷性以及运维难度等多方便综合考虑。

因此需结合实际需求在不同的场景下选择不同的过渡技术：

（1）对于新建业务系统的场景，推荐采用双栈技术，同时支持IPv4和IPv6；

（2）对于多个孤立IPv6网络互通的场景，如多个IPv6数据中心的互联，可以采用隧道技术，将IPv6数据封装到IPv4网络上传输，以减少部署的成本和压力；

（3）对于已经上线的业务系统，可以采用地址协议转换技术，低成本，快捷实现。