摘要：IPv6已被認(rèn)為是下一代互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議核心標(biāo)準(zhǔn)之一。本文首先從IPv4的缺點(diǎn)和IPv6的優(yōu)點(diǎn)出發(fā)分析了IPv6網(wǎng)絡(luò)取代IPv4網(wǎng)絡(luò)的必然性；然后研究了IPv6及IPv4向IPv6過(guò)渡的技術(shù)；最后提出了基于現(xiàn)有技術(shù)的校園網(wǎng)從IPv4到IPv6的過(guò)渡策略和相應(yīng)的升級(jí)方案。

關(guān)鍵詞：IP地址資源；IPv4；IPv6；雙協(xié)議棧；隧道

1 引言

隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，目前基于IPv4的互聯(lián)網(wǎng)在實(shí)際應(yīng)用中越來(lái)越暴露出其不足之處，IPv6已被認(rèn)為是下一代互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議核心標(biāo)準(zhǔn)之一，但是一種新的協(xié)議誕生到廣泛應(yīng)用需要一個(gè)過(guò)程，尤其是對(duì)于當(dāng)前IPv4仍然很好地支撐著的Internet而言。在IPv6的網(wǎng)絡(luò)流行于全球之前，必然有一些使用IPv6協(xié)議棧網(wǎng)絡(luò)希望能夠與當(dāng)前的Internet正常通信，為了達(dá)到這一目的，我們必須研究開(kāi)發(fā)出IPv4/ IPv6互通技術(shù)，以保證IPv4能夠平穩(wěn)過(guò)渡到IPv6。

2 IPv4的局限性與IPv6的優(yōu)點(diǎn)

隨著新應(yīng)用的不斷涌現(xiàn)，傳統(tǒng)的IPv4協(xié)議已經(jīng)難以支持互聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)一步擴(kuò)張和新業(yè)務(wù)的特性，比如實(shí)時(shí)應(yīng)用和服務(wù)質(zhì)量保證等。其不足主要體現(xiàn)在：有限的地址空間；路由選擇效率不高；缺乏服務(wù)質(zhì)量保證；配置復(fù)雜，對(duì)移動(dòng)性支持不好等幾方面。

與IPv4相比，IPv6有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：提供更大的地址空間；提供更好的服務(wù)質(zhì)量；提供更強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)安全保障；主機(jī)自動(dòng)配置IP地址，從而支持即插即用和移動(dòng)性；簡(jiǎn)化報(bào)頭的格式，提高了網(wǎng)絡(luò)的整體吞吐量。

3 IPv4到IPv6的過(guò)渡技術(shù)

IPv6與IPv4是不兼容的， 要實(shí)施IPv6網(wǎng)絡(luò)，必須充分考慮現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)條件，充分利用現(xiàn)有的條件構(gòu)造下一代互聯(lián)網(wǎng)，以避免過(guò)多的投資浪費(fèi)。實(shí)現(xiàn)IPv4向IPv6的平穩(wěn)演進(jìn)，可以通過(guò)雙協(xié)議棧技術(shù)、隧道技術(shù)和純IPv6鏈路混合組網(wǎng)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)在IPv4的環(huán)境里組建IPv6網(wǎng)絡(luò)。

3.1 雙協(xié)議棧技術(shù)。路由器和主機(jī)同時(shí)運(yùn)行IPv4和IPv6兩套協(xié)議棧，分別支持獨(dú)立的IPv4和IPv6路由協(xié)議。主機(jī)使用IPv4協(xié)議棧和IPv4站點(diǎn)進(jìn)行通信，使用Ipv6協(xié)議棧和IPv6站點(diǎn)通信。采用雙協(xié)議棧技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是互通性好，易于理解。缺點(diǎn)是每個(gè)IPv6節(jié)點(diǎn)都需要使用一個(gè)內(nèi)嵌IPv4地址的IPv6地址，由此浪費(fèi)IPv4地址[1]。

3.2 隧道技術(shù)。隧道技術(shù)提供了一種以現(xiàn)有IPv4路由體系來(lái)傳遞IPv6數(shù)據(jù)的方法，將IPv6包作為無(wú)結(jié)構(gòu)意義的數(shù)據(jù)封裝在IPv4包中，被IPv4網(wǎng)絡(luò)傳輸。其優(yōu)點(diǎn)是只要求在隧道的入口和出口處進(jìn)行修改，對(duì)其他部分沒(méi)有要求，因而非常容易實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn)是不能實(shí)現(xiàn)IPv4節(jié)點(diǎn)與IPv6節(jié)點(diǎn)間的直接通信[3]。

3.3 協(xié)議轉(zhuǎn)換技術(shù)。NAT-PT(Network Address Translation-Protocol Translation)是一種純IPv6網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和IPv4網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)主機(jī)之間的互通方式。NAT-PT最大優(yōu)點(diǎn)是IPv6和IPv4節(jié)點(diǎn)不需要進(jìn)行改造，原有IPv4協(xié)議不加改動(dòng)就能與IPv6協(xié)議互通，解決了備用全局IPv4地址池分配地址不足的問(wèn)題。但其缺點(diǎn)也很明顯，IPv4節(jié)點(diǎn)訪(fǎng)問(wèn)IPv6節(jié)點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)方法比較復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換和協(xié)議轉(zhuǎn)換處理開(kāi)銷(xiāo)較大[4]。

4 校園從IPv4過(guò)渡到IPv6的策略與方案

4.1 校園網(wǎng)的IPv6的需求分析。IP地址資源極其有限是在校園網(wǎng)中采用IPv6的急迫和現(xiàn)實(shí)的需求。在我國(guó)，校園網(wǎng)所分配的都是C類(lèi)IP地址，網(wǎng)絡(luò)數(shù)量和網(wǎng)內(nèi)IP地址都很有限。此外，作為高等學(xué)校，積極投入作為下一代互聯(lián)網(wǎng)核心協(xié)議IPv6的實(shí)驗(yàn)和研究，建立IPv6實(shí)驗(yàn)網(wǎng)，開(kāi)展相關(guān)應(yīng)用和演進(jìn)機(jī)制的研究也是必須的。

4.2 校園網(wǎng)的IPv6演進(jìn)策略。在校園網(wǎng)中采用IPv6，必須考慮校園網(wǎng)IPv6數(shù)據(jù)量增長(zhǎng)是一個(gè)漸進(jìn)的過(guò)程，而現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備大部分都是基于IPv4的，不可能將它在短時(shí)間內(nèi)都過(guò)渡到基于IPv6的設(shè)備。基于以上因素，參考了IETF下屬的Ngtrans（下一代網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)）工作組相關(guān)技術(shù)和策略的基礎(chǔ)上，我提出在校園網(wǎng)中漸進(jìn)應(yīng)用IPv6的策略。

在過(guò)渡初期IPv6數(shù)據(jù)流量較小情況下，在運(yùn)行IPv4的“海洋”中建立運(yùn)行IPv6的“島嶼”。在這個(gè)階段主要解決IPv6“小島”之間通訊的問(wèn)題和IPv6“小島”與 IPv4“海洋”相互通信的問(wèn)題。由于校園網(wǎng)主體為IPv4“海洋”，所以與外部IPv4網(wǎng)絡(luò)的通信尚不存在問(wèn)題，校園網(wǎng)IPv6“小島”與外部IPv6“小島”之間可通過(guò)隧道技術(shù)解決。隨著IPv6數(shù)據(jù)流量的增大，逐步擴(kuò)大為IPv6“島嶼”，演變?yōu)镮Pv4“島嶼”位于 IPv6“海洋”的模式；在這個(gè)階段主要是將網(wǎng)絡(luò)中的主要設(shè)備逐步替換為支持IPv6的設(shè)備。這一階段主要解決的問(wèn)題是IPv6“海洋”中IPv4“島嶼”之間的通訊問(wèn)題以及以 IPv6“海洋”為主體的校園網(wǎng)與外部IPv4網(wǎng)絡(luò)通訊的問(wèn)題。對(duì)于這兩個(gè)問(wèn)題，可采用NAT-PT或其擴(kuò)展NAPT-PT解決。隨著IPv6業(yè)務(wù)的增長(zhǎng)，逐步縮小IPv4“島嶼”，最終演變?yōu)閱我坏腎Pv6網(wǎng)絡(luò)。

4.3 校園網(wǎng)的IPv6解決方案實(shí)例。下面介紹以上述策略為基礎(chǔ)的某校園網(wǎng)IPv6升級(jí)解決方案實(shí)例[5]。

圖1為校園網(wǎng)第一階段的IPv6改造示意圖。校園網(wǎng)中IPv6改造區(qū)的匯聚層交換機(jī)升級(jí)為支持IPv6的交換機(jī)。核心層除了交換機(jī)升級(jí)外，還增加一個(gè)IPv6 core，以增加對(duì)數(shù)據(jù)中心的IPv6數(shù)據(jù)流的支持。在設(shè)置上，考慮到此時(shí)的校園網(wǎng)主體仍是IPv4“海洋”，為了保證對(duì)IPv4的兼容，在IPv6改造區(qū)的交換機(jī)和主機(jī)上設(shè)置雙協(xié)議棧，在不同的IPv6改造區(qū)之間則架設(shè)隧道。在第一階段中，如在校園網(wǎng)中增加純IPv6網(wǎng)（如IPv6試驗(yàn)床），若要實(shí)現(xiàn)該純IPv6網(wǎng)與校園網(wǎng)其他部分的通訊，可在該網(wǎng)與其他改造IPv6網(wǎng)之間架設(shè)隧道，與其他IPv4主機(jī)及應(yīng)用程序之間的通信問(wèn)題，則可通過(guò)雙棧過(guò)渡機(jī)制DSTM(Dual Stack Transition Mechanism)實(shí)現(xiàn)。DSTM體系結(jié)構(gòu)由DSTM結(jié)點(diǎn)、DSTM服務(wù)器和DSTM網(wǎng)關(guān)組成，如圖2所示。

第一階段的改造特點(diǎn)是，PC終端與服務(wù)器可同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)IPv6與IPv4網(wǎng)絡(luò)，IPv4與IPv6兼容程度高；IPv4與IPv6并行，方便逐步升級(jí)；交換機(jī)可隨網(wǎng)絡(luò)的IPv6流量而逐步升級(jí)， 保障投資，投入成本低。隨著IPv6的數(shù)據(jù)量的增長(zhǎng)和越來(lái)越多IPv4網(wǎng)改造為IPv6以及新的IPv6 子網(wǎng)的接入，校園的IPv6改造進(jìn)入第二階段，圖3為其示意圖。其升級(jí)特點(diǎn)是，匯聚層與核心層的交換機(jī)均為支持IPv6的交換機(jī)，并且IPv6線(xiàn)數(shù)配置，可應(yīng)負(fù)大量IPv6數(shù)據(jù)， 為全網(wǎng) IPv6作準(zhǔn)備。此時(shí)網(wǎng)絡(luò)已過(guò)渡IPv6“海洋”和IPv4“島嶼”， 網(wǎng)絡(luò)中主要需解決的問(wèn)題IPv4“島嶼”與外界通訊的問(wèn)題，這個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)對(duì)IPv4“島嶼”中主機(jī)設(shè)置雙協(xié)議棧比較容易解決。

結(jié)束語(yǔ)

IPv6解決了IPv4地址空間耗盡和路由表爆炸等問(wèn)題，而且在地址容量、安全性、網(wǎng)絡(luò)管理、移動(dòng)性以及服務(wù)質(zhì)量等方面有明顯的改進(jìn)，將成為下一代互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的核心標(biāo)準(zhǔn)之一。IP協(xié)議從IPv4過(guò)渡到IPv6將成為歷史的必然，但還需經(jīng)歷一段較為漫長(zhǎng)的過(guò)程。到目前為止，還沒(méi)有一種普遍適用的、標(biāo)準(zhǔn)的IPv4向IPv6過(guò)渡技術(shù)，現(xiàn)有過(guò)渡技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)和各自不同的適用范圍，應(yīng)根據(jù)IPv6不同的發(fā)展階段，合理選擇比較合適的過(guò)渡策略。

可以毫無(wú)疑問(wèn)地說(shuō)，下一代互聯(lián)網(wǎng)將是基于IPv6的。作為先進(jìn)技術(shù)的開(kāi)創(chuàng)者和先進(jìn)技術(shù)的介紹和傳播者，在高校校園網(wǎng)中推廣IPv6網(wǎng)絡(luò)將具有極其重要的意義。本文所介紹的 IPv4到IPv6的策略與方案，對(duì)在高校校園網(wǎng)中推廣IPv6具有實(shí)際的指導(dǎo)價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]張?jiān)朴?，劉韻潔，張智?基于IPv6的下一代互聯(lián)網(wǎng)[M].北京:電子工業(yè)出版社.2004:224-258.

[2]肖德寶.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)[M].武漢:華中科技大學(xué)出版社.2000:148-186.

[3]桂海進(jìn).IPv4到IPv6過(guò)渡策略研究[J]. 廣播與電視技術(shù).2005，No.4:43-45.

[4]林小燕.從IPv4到IPv6的過(guò)渡策略[J]. 科技創(chuàng)業(yè)月刊.2005，No.6:152-153.

[5]李琪.校園網(wǎng)從IPv4到IPv6的演進(jìn)策略與方案研究[J]. 四川理工學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版).2005，No.2:41-45.

作者簡(jiǎn)介：陸偉，男，1980年9月生，2003年畢業(yè)于南京師范大學(xué)，助教，鹽城師范學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院。