IPv4向IPv6的過渡策略(doc18)

1、IPv4向IPv6的過渡策略移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)向移動(dòng)IPv6的過渡過程中，IPv4的網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)將會(huì)在一段相當(dāng)長的時(shí)間里與IPv6共存，許多業(yè)務(wù)仍然要在IPv4網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行很長時(shí)間，特別是IPv6不可能馬上提供全球的連接，很多IPv6的通信不得不在IPv4網(wǎng)路上傳輸，因此過渡機(jī)制非常重要，需要業(yè)界的特別關(guān)注和重視。 IPv4向IPv6過渡的過程是漸進(jìn)的，可控制的，過渡時(shí)期會(huì)相當(dāng)長，而且網(wǎng)絡(luò)/終端設(shè)備需要同時(shí)支持IPv4和IPv6，最終的目標(biāo)是使所有的業(yè)務(wù)功能都運(yùn)行在IPv6的平臺(tái)上。 1、IPv4到IPv6的過渡方法 從IPv4到IPv6的過渡方法有三種：網(wǎng)絡(luò)元素/終端的雙協(xié)議棧、網(wǎng)絡(luò)中的隧道技術(shù)以及翻譯機(jī)

2、制。其中雙協(xié)議棧和隧道技術(shù)是主要的方法，而翻譯機(jī)制由于效率比較低，只在不同IP版本的元素之間進(jìn)行通信時(shí)才采用。 (1)網(wǎng)絡(luò)元素和移動(dòng)終端上的IPv4/IPv6雙協(xié)議棧雙協(xié)議棧是非常重要的過渡機(jī)制，從網(wǎng)絡(luò)方面來看，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(如GGSN)實(shí)現(xiàn)雙協(xié)議棧對(duì)于實(shí)現(xiàn)IPv4和IPv6的接入點(diǎn)并完成IPv6-in-IPv4的隧道都是至關(guān)重要的，另外運(yùn)營商IP網(wǎng)絡(luò)和公眾因特網(wǎng)邊緣的邊際路由器也應(yīng)該是雙棧路由器。從移動(dòng)終端來看，需要通過雙協(xié)議棧來訪問IPv4和IPv6的業(yè)務(wù)而不需要網(wǎng)絡(luò)上的翻譯機(jī)制。 (2)隧道技術(shù) 如將IPv6的數(shù)據(jù)包封裝在IPv4的數(shù)據(jù)包中并在隧道的另一端解除封裝，這也是一種非常重要的過渡方

3、法，隧道技術(shù)要求在封裝和解除封裝的節(jié)點(diǎn)上都有IPv4/IPv6雙協(xié)議棧的功能。隧道技術(shù)又分為自動(dòng)和人工配置兩種，人工配置的隧道技術(shù)是在隧道的終點(diǎn)人工配置到某個(gè)特定的IPv4地址；對(duì)于自動(dòng)隧道技術(shù)來說，封裝是自動(dòng)在進(jìn)行封裝的路由器/主機(jī)上完成的，隧道終點(diǎn)的IPv4地址被包含在目的地址為IPv6地址的數(shù)據(jù)包中，如“6to4”隧道技術(shù)。 (3)網(wǎng)絡(luò)上的IPv4-IPv6協(xié)議翻譯器：翻譯器是純IPv4主機(jī)和純IPv6主機(jī)之間的中間件，使兩種主機(jī)不需要修改任何配置就可以實(shí)現(xiàn)彼此之間的直接通信，翻譯器的使用對(duì)于移動(dòng)終端來說是透明的，頭標(biāo)轉(zhuǎn)換是一種重要的翻譯機(jī)制，通過這種方法IPv6數(shù)據(jù)包的頭標(biāo)被轉(zhuǎn)換為IP

4、v4數(shù)據(jù)包的頭標(biāo)，或者反過來，IPv4轉(zhuǎn)換為IPv6，有必要的時(shí)候?qū)πｒ?yàn)進(jìn)行調(diào)整或重新計(jì)算，NAT/PT(Network Address Translator/Protocol Translator)就是采用這種機(jī)制的一種方法。 采用地址/協(xié)議翻譯器需要轉(zhuǎn)換IP數(shù)據(jù)包的頭標(biāo)，帶來的問題是破壞了端到端的服務(wù)(如端到端的IPSec)，而且NAT/PT可能成為網(wǎng)絡(luò)性能的瓶頸，有可能限制業(yè)務(wù)提供平臺(tái)的容量和擴(kuò)展性。 使用網(wǎng)絡(luò)中的地址/協(xié)議翻譯器還是采用其它過渡方法主要由網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商決定，一般來說，只有當(dāng)兩個(gè)通信節(jié)點(diǎn)的IP版本不同時(shí)才建議采用翻譯器。 2、IPv4到IPv6的過渡階段 圖1中給出了GPRS

5、/WCDMA網(wǎng)絡(luò)過渡到IPv6的一個(gè)簡單描述，同樣的原則也適用于其它網(wǎng)絡(luò)類型。 從圖1中可以看出，開始的時(shí)候是只支持IPv4的GPRS/WCDMA網(wǎng)絡(luò)，所有連接到因特網(wǎng)上的終端都是純IPv4的設(shè)備，NAT被用來節(jié)約公共的IP地址。這些網(wǎng)絡(luò)向IPv6過渡的過程可以分為三個(gè)階段： 圖1IPv4過渡到IPv6的各個(gè)階段 (1)第一階段：網(wǎng)絡(luò)中有著一個(gè)個(gè)單獨(dú)的IPv6孤島，它們之間的連接是通過在IPv4網(wǎng)絡(luò)上自動(dòng)或人工配置“IPv6 in IPv4”的隧道來實(shí)現(xiàn)的。在這個(gè)階段，向移動(dòng)用戶提供的IPv6業(yè)務(wù)絕大多數(shù)是由運(yùn)營商的內(nèi)網(wǎng)絡(luò)(Intranet)提供的，其它的一些IPv6業(yè)務(wù)通過在IPv4網(wǎng)絡(luò)上的

6、配置/自動(dòng)隧道來實(shí)現(xiàn)，傳統(tǒng)的IPv4業(yè)務(wù)可以提供有IPv4或者雙協(xié)議棧的終端。在運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)上仍然有NAT，通過分配臨時(shí)地址來處理公共IPv4地址匱乏的問題。運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)上還可以安裝翻譯器(如NAT-PT)來完成IPv4與IPv6協(xié)議之間的翻譯轉(zhuǎn)換。 (2)第二階段：這一階段IPv6已經(jīng)廣泛部署并且有了大量在IPv6平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)的業(yè)務(wù)，但是由于IPv6網(wǎng)絡(luò)還不能達(dá)到完全連接，有時(shí)仍然需要IPv4網(wǎng)上的隧道技術(shù)來與IPv6節(jié)點(diǎn)連接通信。 這個(gè)階段由于所有新業(yè)務(wù)都在IPv6平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)，從而加速了IPv6的部署。從IPv6的發(fā)展趨勢(shì)來看，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)將率先進(jìn)入這一發(fā)展階段。這時(shí)大量傳統(tǒng)的IPv4業(yè)務(wù)仍然存

7、在，很多移動(dòng)節(jié)點(diǎn)上都安裝了IPv4/IPv6雙協(xié)議棧。 (3)第三階段：IPv6已經(jīng)獲得主導(dǎo)地位，IPv6網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了全球連接而且所有的業(yè)務(wù)都在IPv6平臺(tái)上運(yùn)行，這時(shí)候?qū)⒉辉傩枰p協(xié)議棧功能或者地址/協(xié)議的翻譯機(jī)制，這使得網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加簡單，網(wǎng)絡(luò)維護(hù)也更加容易。 IPv6使得網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)獨(dú)一無二的、全球可路由到的地址。 3、IPv4向IPv6過渡的網(wǎng)絡(luò)模型 3.1網(wǎng)絡(luò)模型 圖2簡單地顯示出移動(dòng)終端與GPRS核心網(wǎng)絡(luò)的連接，移動(dòng)終端與GGSN接入點(diǎn)(AP)之間所建立的連接稱為分組數(shù)據(jù)協(xié)議(PDP)上下文，移動(dòng)終端通過激活PDP上下文來獲取其IP地址，圖2中顯示了兩種不同的移動(dòng)終端連

8、接到GGSN的兩個(gè)不同的接入點(diǎn)上的情況。GGSN中的AP1是原生的IPv6，始終連接到IPv6環(huán)境中。AP2提供通過IPv4網(wǎng)絡(luò)隧道的IPv6連接，這一連接可以是“6to4”的、也可以是“4to6”的。AP3是原生的IPv4，提供到純IPv4服務(wù)/主機(jī)的連接。圖2到GGSN的IPv4和IPv6接入點(diǎn)的連接 圖3是過渡期網(wǎng)絡(luò)模型分析的簡單圖解，只顯示了移動(dòng)終端和GPRS核心網(wǎng)。使用運(yùn)營商本地的IPv4和IPv6業(yè)務(wù)(網(wǎng)內(nèi)業(yè)務(wù))沒有必要采用公用IPv4地址或全球IPv6地址(站點(diǎn)本地IPv6地址就足夠了)。 當(dāng)用戶離開運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)時(shí)，通信流要通過邊緣路由器和防火墻，在這種情況下，需要公用IPv4地址

9、和全球IPv6地址。獲取全球IPv6地址不是問題，但是運(yùn)營商的公用IPv4地址非常有限，因此需要提供臨時(shí)的IPv4地址的機(jī)制，如NAT。 當(dāng)通過IPv4網(wǎng)絡(luò)來連接某個(gè)IPv6主機(jī)時(shí)需要采用隧道技術(shù)，隧道的起點(diǎn)可以是GGSN、邊緣路由器、或者移動(dòng)終端，隧道的終點(diǎn)可以是主機(jī)或者IPv6網(wǎng)絡(luò)邊緣的路由器(如圖3中的路由器1)，如果隧道在主機(jī)之前終結(jié)則由該路由器解開封裝。圖3過渡期的網(wǎng)絡(luò)模型 圖4顯示了雙棧移動(dòng)終端在某個(gè)僅支持IPv4的外訪網(wǎng)絡(luò)上漫游，而用戶希望連接某個(gè)IPv6主機(jī)的情況。鏈路層的移動(dòng)性是指移動(dòng)終端可以連接到其家鄉(xiāng)GGSN并獲得到IPv6網(wǎng)絡(luò)的接入，外訪網(wǎng)絡(luò)上的SGSN通過InterP

10、LMN骨干網(wǎng)絡(luò)的GTP隧道，將移動(dòng)終端連接到家鄉(xiāng)的GGSN上，Inter-PLMN網(wǎng)絡(luò)連接運(yùn)營商的GPRS核心網(wǎng)和相關(guān)得有漫游協(xié)議的運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)。圖4鏈路層的移動(dòng)性MT從外訪網(wǎng)絡(luò)通過PLMN骨干網(wǎng)之間的網(wǎng)絡(luò)連接到家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)GGSN和某個(gè)IPv6主機(jī) 3.2連接的不同組合方式 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)終端、連接到的不同主機(jī)的IP版本都存在兩種可能性，它們之間的連接會(huì)出現(xiàn)不同的組合方式。一條基本規(guī)則是：如果兩個(gè)通信的IP節(jié)點(diǎn)的IP版本不同，網(wǎng)絡(luò)中的某些節(jié)點(diǎn)就需要協(xié)議翻譯。網(wǎng)絡(luò)元素和移動(dòng)終端采用IPv4/IPv6雙協(xié)議棧是一個(gè)確保通信節(jié)點(diǎn)能用同一種IP版本通信的很好的解決方案。 在過渡期將會(huì)有三種不同的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)類

11、型： (1)傳統(tǒng)的IPv4業(yè)務(wù)通過全球連接的IPv4網(wǎng)絡(luò)來傳輸：由于缺乏公用IPv4地址，必須采用私有IPv4地址和NAT。 (2)IPv6網(wǎng)絡(luò)上的IPv6業(yè)務(wù)：這種情況下原生的IPv6路由即可完成，不需要IPv4網(wǎng)絡(luò)上的隧道或者協(xié)議翻譯。 (3)IPv4網(wǎng)絡(luò)上的IPv6業(yè)務(wù)：通信的IPv6節(jié)點(diǎn)/網(wǎng)絡(luò)通過IPv4網(wǎng)絡(luò)采用隧道技術(shù)實(shí)現(xiàn)連接，有可能使用協(xié)議翻譯。 使用以上三種網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的移動(dòng)終端類型可以是純IPv4的終端(常見的第一代GPRS/WCDMA終端)、雙IPv4/IPv6協(xié)議棧的終端、或純IPv6的終端(正在研發(fā)階段)，同樣與之通信的對(duì)等主機(jī)也可以是雙協(xié)議棧、純IPv4或者純IPv6的。

12、3.3過渡方式 (1)純IPv4終端 純IPv4終端主要是第一代的GPRS終端，提供給純IPv4終端的是純IPv4業(yè)務(wù)，在很多情況下沒有足夠的公用IPv4地址來分配給這些移動(dòng)終端，因此通常情況下移動(dòng)終端分配到的是私有IPv4地址。如果一個(gè)擁有私有IPv4地址的移動(dòng)終端要通過公用的IPv4網(wǎng)絡(luò)連接到某個(gè)主機(jī)上，網(wǎng)絡(luò)中必須有NAT。 圖5描述了三種情況： 移動(dòng)終端連接到同一網(wǎng)內(nèi)的某個(gè)主機(jī)上，這時(shí)僅用私有IPv4地址就足夠了； 移動(dòng)終端連接到公共因特網(wǎng)上的某個(gè)主機(jī)，移動(dòng)終端將從運(yùn)營商的地址空間中分配到一個(gè)公用IPv4地址并通過全球的IPv4路由來實(shí)現(xiàn)連接，由于公用IPv4地址池中的地址有限，圖5中的

13、b)情形很少發(fā)生。 移動(dòng)終端有一個(gè)私有的IPv4地址，NAT分配一個(gè)臨時(shí)的公用IPv4地址給它，移動(dòng)終端通過這個(gè)臨時(shí)的地址實(shí)現(xiàn)連接。圖5IPv4終端連接到不同的IPv4主機(jī) (2)雙協(xié)議棧的終端 如圖6所示，雙協(xié)議棧的移動(dòng)終端在IPv6模式下操作移動(dòng)終端打開IPv6類型的PDP上下文并且從GGSN接收到一個(gè)全球的IPv6地址，該終端通過IPv6網(wǎng)絡(luò)連接到純IPv6主機(jī)上，這時(shí)所有的選路都是在IPv6的域上，不需要任何翻譯機(jī)制，在這種情況下純IPv6終端與雙協(xié)議棧終端的工作方式是一樣的。圖6移動(dòng)終端連接到一個(gè)純IPv6主機(jī) 如圖7所示，PDP上下文在移動(dòng)終端和GGSN(AP類型是IPv6)之間打

14、開，在這種情況下，邊際路由器被配置為對(duì)IPv6分組封裝/解除封裝，因此邊際路由器是運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)上唯一需要公用IPv4地址的設(shè)備。圖7通過IPv4網(wǎng)絡(luò)或IPv6網(wǎng)絡(luò)連接到IPv6主機(jī) 來自移動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)送到主機(jī)的IPv6數(shù)據(jù)包可以通過IPv4網(wǎng)絡(luò)上的隧道技術(shù)來傳輸，或者可以直接通過IPv6網(wǎng)絡(luò)傳輸。但在很多情況下不能通過IPv6網(wǎng)絡(luò)來發(fā)送，因?yàn)檫€沒有直接的連接。 發(fā)送到主機(jī)的數(shù)據(jù)包采用“6to4”類型的主機(jī)地址，如果數(shù)據(jù)包的所有選路都是通過IPv6網(wǎng)絡(luò)就不需要“6to4”隧道技術(shù)，否則在邊際路由器和路由器1之間將采用自動(dòng)“6to4”隧道技術(shù)。 如圖8所示，雙協(xié)議棧的移動(dòng)終端連接到純IPv4的主機(jī)(例如

15、IPv4的公司接入網(wǎng)絡(luò)上的郵件服務(wù)器)上，雙協(xié)議棧的移動(dòng)終端在IPv4模式下工作，由于公用IPv4地址的缺乏而被分配到一個(gè)私有的IPv4地址，需要用NAT來為移動(dòng)終端提供臨時(shí)的公用IPv4地址。圖8雙協(xié)議棧移動(dòng)終端連接到純IPv6主機(jī)上 (3)純IPv6終端 純IPv6移動(dòng)終端的通信與雙協(xié)議棧終端的主要區(qū)別在于：移動(dòng)終端與純IPv4主機(jī)之間的通信需要在網(wǎng)絡(luò)上有翻譯器(如NAT-PT)。 如圖9所示，純IPv6移動(dòng)節(jié)點(diǎn)從GGSN(GGSN的AP類型是IPv6)獲得了全球的IPv6地址，由于純IPv6移動(dòng)終端連接到的純IPv4主機(jī)有公用IPv4地址，因此需要NAT-PT和其它的翻譯機(jī)制來實(shí)現(xiàn)IPv6-IPv4協(xié)議和地址之間的翻譯，邊際路