IPv6网络层协议的几种关键技术综述

随着移动和宽带技术的发展，IP地址的需求还将更大。例如，大量终端的IP接入需要更多的IP地址，面对下一代网络对IP地址的巨大需求，IPv4显然无法满足。除了IP地址问题，IPv4还存在着路由表庞大、QoS和移动等一系列问题。

IPv4地址空间有限，就算全部互联网用户不都是永远在线，IP地址在三、四年后也将被耗尽。未雨绸缪，为解决地址空间问题以及其它一些IPv4中的疑难问题，发展了IPv6协议。

必须在IPv4地址枯竭前逐步引进IPv6，经过IPv6与IPv4的共存时代，最终全面过渡到IPv6。

IPv6的几种关键技术

路由转发技术

IPv6作为构建网络的基础，在技术上有诸多优势，基于这些技术优势，更丰富的应用会大量出现，其应用前景也将更加广阔。同时，虽然IPv6是新的标准体系，但是它的架构仍然沿袭了TCP/IP体系，很多IPv4的相关技术应用业务，可以方便地引入到IPv6网络中。

在路由和转发过程中，IPv6路由查找思想与IPv4相同，采用最长地址匹配，选择最优路径，同样允许路由过滤、引入、聚合等操作。IPv4的动态路由协议，经过扩展后可以在IPv6网络上运行，包括RIPng、BGP4＋、ISISv6、OSPFv3。

IPv6作为新的网络层协议，原有支持IPv4的链路层通过扩展可以方便地提供支持。如以太网支持IPv6，帧格式不变，只是通过新的协议域值为0x86DD来标识上层承载IPv6报文。在接口的处理上，通过识别不同的链路层中的协议号，将IPv4或者IPv6报文送到不同的协议栈中处理。因此，网络设备可以同时支持IPv4协议栈和IPv6协议栈。

应用支持IPv6的技术

IPv4网络中还存在大量应用协议，它们会在IPv6中继续使用，需要将这些IPv4上层的应用层协议移植到IPv6中。这种移植基本分为两类：一部分应用层协议可以直接将IPv4 Socket接口改为IPv6 Socket，而协议本身机制可以基本不做改动，如 Telnet等；另一部分应用层协议中包含IP地址信息，除了改用IPv6 Socket，还需要对协议本身做适度扩展，如FTP for IPv6等。

由于IPv6并未有体系结构上的变革，总体上，应用协议也会比较方便地引入到IPv6中来。

IPv6过渡技术

IPv6的部署大致要经历一个渐进的过程。初始阶段，在IPv4的网络海洋中，会出现若干局部零散的IPv6孤岛，为了保持通信，这些孤岛通过跨越IPv4的隧道彼此连接。

随着IPv6规模的应用，原来的孤岛逐渐聚合成为了骨干的IPv6 Internet网络，形成于IPv4骨干网并存的局面。在IPv6骨干上可以引入了大量的新业务，同时可以充分发挥IPv6的优势。

为了实现IPv6和IPv4网络资源的互访，还需要转换服务器以实现IPv6和IPv4的互通。

最后，IPv4骨干网逐步萎缩成局部的孤岛，通过隧道连接，IPv6占据了主导地位，具备全球范围的连通性。

IPv6提供很多过渡技术来实现这个渐进过程。这些过渡技术主要围绕着解决两类问题：IPv6孤岛互通技术——实现IPv6网络和IPv6网络的互通；IPv6和IPv4互通技术——实现两个不同网络之间互相访问资源。

目前，主要有16种过渡技术。其中，基本过渡技术有两种：双栈和隧道。

双栈：即设备升级到IPv6的同时保留对IPv4支持，可以同时访问IPv6和IPv4设备。其中包含双协议栈支持，应用程序依靠DNS地址解析返回的地址类型，来决定使用何种协议栈。

隧道：通过在一种协议中承载另一种协议，实现跨越不同域的互通，具体可以是IPv6-in-IPv4、IPv6-in-MPLS、IPv4-in-IPv6等隧道类型。

常见的过渡技术

不同的过渡技术适用于不同的网络应用环境，常见的过渡技术有手工配置隧道、IPv6 to IPv4隧道、MPLS隧道和NAT-PT。

手工配置隧道

手工隧道是最简单的一种实现IPv6和IPv6互通的技术，同时也是其它IP隧道技术的基础。IPv4网络和IPv6网络的边缘设备具有双栈能力，通过在两个边缘设备间手工配置隧道，将IPv6报文通过隧道封装在IPv4报文的负荷中传送到对端，解封装后再发送到目的IPv6节点。

手工配置隧道适合于比较固定的IPv6连接，缺点是每两个IPv6网络之间都要手工建立隧道，配置较麻烦。

IPv6 to IPv4隧道

针对隧道手工配置的问题，一些过渡技术被提出来可以实现隧道的自动配置，如自动隧道、隧道代理（Tunnel Broker）以及IPv6toIPv4隧道等。

IPv6 to IPv4隧道使用IPv6toIPv4地址，这种IPv6地址的前缀中包含IPv4地址，也就是隧道边缘设备的IPv4地址，使用IPv6 to IPv4地址的IPv6网络称为IPv6 to IPv4网络。

在简单应用中，可以实现两个IPv6toIPv4网络互通，方法是在边缘设备取出目的IPv6地址中包含的IPv4地址作为隧道末端，自动建立隧道。

在复杂的应用中，可以通过在纯IPv6网络的边缘提供IPv6 to IPv4中继设备，实现大型非IPv6 to IPv4的IPv6网络对其他IPv6 to IPv4网络的接入。

IPv6 to IPv4隧道技术在过渡初期较为有效，无须申请正式IPv6地址就可以部署IPv6网络并接入到IPv6骨干网中。但是，由于网络使用的IPv6地址限制为特殊的IPv6 to IPv4地址，IPv6 to IPv4技术不适于在大型IPv6骨干网络中使用。

MPLS隧道

使用已有的MPLS VPN网络，可以较为方便地实现IPv6网络的互通。将IPv6网络视为IPv4的私网，在MPLS骨干网中为不同的IPv6网络间建立LSP隧道，并通过BGP等传递可达信息。这种方式只需对骨干网中PE设备升级，P设备无须改动。

MPLS隧道包括两类：L2VPN和L3VPN。L2VPN隧道的实现，无须为IPv6做特殊工作，并且能够实现IPv6站点的IGP互通；L3VPN隧道的实现需要6PE的技术，它使IPv6进一步融合到MPLS网络中，但是不能做到站点间IGP的互通，各站点必须是独立的AS。

NAT-PT

NAT-PT是一种协议转换技术，用来解决IPv6和IPv4互通的问题。其主要思想是在IPv6节点与IPv4节点的通信时，借助于中间的NAT-PT协议转换服务器，把网络层协议头进行IPv6/IPv4间的转换，以适应对端的协议类型。

当IPv6主机要与IPv4主机通信时，首先需要在IPv6网络中标识IPv4主机，NAT-PT网关向IPv6网络中广播一个96位的地址前缀，用96位地址前缀加上32位IPv4主机地址作为对IPv4网络中主机的标识。

IPv6主机发给IPv4主机的报文，通过96位前缀被路由到NAT-PT网关处，对NAT-PT网关对IPv6报文头进行转换，分配临时IPv4地址标识IPv6源，报文转换为IPv4报文后发给IPv4目的主机。

IPv4主机要与IPv6主机通信时，需要NAT-PT网关为IPv6主机分配临时IPv4地址，这种分配和绑定关系可以结合DNS完成。IPv4主机发出的报文在经过NAT-PT网关时，IPv4报文被转换为IPv6报文，并发送给IPv6主机。

由于NAT-PT过渡方式，只需要在中间设置转换设备即可完成IPv6网络和IPv4网络的互通，应用较为简便，适用于常用的网络互通需求。

IPv6的过渡技术中应用最广、最方便的过渡技术是双栈技术。

IPv6网络中的存在很多双栈节点，可以利用节点上的IPv4应用，直接访问其他IPv4网络的服务，实现IPv6和IPv4的互通。