基于網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)的IPv6組網(wǎng)策略分析

王悄

摘要：伴隨著互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展，用戶量的增多凸顯了IPv4定義的地址空間短缺問題，IPv6成為當(dāng)前甚至今后的重要網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。從IPv4到IPv6有許多過渡技術(shù)，但目前尚未有較為成熟的IPv6組網(wǎng)部署實(shí)例。因此，IPv4和IPv6混合組網(wǎng)的現(xiàn)象應(yīng)該是當(dāng)前所能采取的最優(yōu)方法，我們可以對現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)進(jìn)行分析和評判，根據(jù)分析和評判的結(jié)果選擇相應(yīng)的組網(wǎng)策略。

關(guān)鍵詞：IPv4；IPv6；網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)；雙棧；隧道；翻譯

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）23-0079-02

伴隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷普及，互聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)不斷增多，互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為關(guān)系國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的關(guān)鍵基礎(chǔ)性設(shè)施?，F(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)基于IPv4協(xié)議，伴隨著互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展，用戶量的增多凸顯了IPv4定義的地址空間短缺問題，為了解決地址短缺、端到端IP連接、服務(wù)質(zhì)量和安全性等問題，IPv6協(xié)議的提出應(yīng)運(yùn)而生。IPv4中定義了總共32位的地址長度，而IPv6中定義了總共128位的地址長度，按照估算，IPv6協(xié)議可以滿足每平方米的面積上能分配1000多個IPv6地址。

加快IPv6的規(guī)模部署是具有高速率、廣普及、全覆蓋、智能化特性的下一代互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展要求，有助于提升我國互聯(lián)網(wǎng)的承載能力和服務(wù)水平，帶動網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)、產(chǎn)業(yè)、應(yīng)用的創(chuàng)新和變革，不斷催生新技術(shù)新業(yè)態(tài)，促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的進(jìn)一步繁榮，創(chuàng)造出先進(jìn)、開放的下一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)產(chǎn)業(yè)生態(tài)。

此外，在網(wǎng)絡(luò)安全日益重要的今天，加速IPv6規(guī)模部署為提高網(wǎng)絡(luò)安全管理效率和創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)安全機(jī)制提供了新思路，它將有助于創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)安全的手段，完善網(wǎng)絡(luò)安全保障的體系，進(jìn)一步增強(qiáng)互聯(lián)網(wǎng)的安全性、可信性和綜合治理能力。

1 IPv6過渡技術(shù)

當(dāng)前從IPv4協(xié)議過渡到IPv6協(xié)議有三種模式：

1）雙棧模式

由于IPv4和IPv6都屬于網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，因此它們可以基于相同的物理層，針對加載于網(wǎng)絡(luò)層上的傳輸層協(xié)議TCP和UDP而言，它們所實(shí)現(xiàn)的功能也基本相近。如果一個設(shè)備可以同時既支持IPv4協(xié)議又支持IPv6協(xié)議，則該設(shè)備既可以與配有IPv4協(xié)議的設(shè)備通信，又可以與配有IPv6協(xié)議的設(shè)備通信。

雙棧模式是在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)上部署IPv6技術(shù)的最佳方式，這樣對于新建網(wǎng)絡(luò)中的雙棧用戶來說，可以同時訪問IPv6和IPv4網(wǎng)絡(luò)，不需要為不同類型的用戶單獨(dú)部署IPv4或IPv6網(wǎng)絡(luò)配置，整體網(wǎng)絡(luò)改造成本小，網(wǎng)絡(luò)管理簡單。

但是，原有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實(shí)際部署都是在IPv4協(xié)議中，如果采用雙棧模式，需要確保原有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都能支持雙棧協(xié)議，否則要將原有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備淘汰，用戶端需要進(jìn)行較大投資，設(shè)備資源容易產(chǎn)生浪費(fèi)現(xiàn)象。因此，這種模式適合于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備較新，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境新建或即將升級改造的情況。

2）隧道模式

在IPv6的過渡技術(shù)中，隧道技術(shù)相對比較重要，我們對兩種常用的隧道技術(shù)的原理和實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行如下分析。

①ISATAP隧道技術(shù)分析

ISATAP隧道是一種點(diǎn)到點(diǎn)的自動隧道技術(shù)，它將在IPv6數(shù)據(jù)包的目的地址中嵌入IPv4地址，將數(shù)據(jù)包包頭的"協(xié)議" 域字段設(shè)為41，表示這個數(shù)據(jù)包的有效負(fù)載是IPv6數(shù)據(jù)包。封裝后的數(shù)據(jù)包將通過IPv4協(xié)議進(jìn)行路由。

在ISATAP隧道技術(shù)中，IPv6數(shù)據(jù)包的目的地址、隧道接口的IPv6地址均采用ISATAP地址，通過ISATAP地址來自動建立隧道，用以實(shí)現(xiàn)IPv6數(shù)據(jù)包的傳輸。ISATAP地址格式為：Prefix（64bit）：0：5EFE：IPv4ADDR（IPv4ADDR即隧道端點(diǎn)的IPv4源地址）。

②6to4隧道技術(shù)分析

6to4隧道是一種基于點(diǎn)到多點(diǎn)的自動隧道技術(shù)，用于將多個IPv6經(jīng)IPv4網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)連接，通過在IPv6數(shù)據(jù)包的目的地址中嵌入IPv4地址，使得數(shù)據(jù)包可以自動獲取隧道的終點(diǎn)。

在6to4隧道技術(shù)中，采用特殊的地址：6to4地址。它從2002開頭，后面是由32位的IPv4地址轉(zhuǎn)化的32位16進(jìn)制表示，構(gòu)成一個48位的6to4前綴2002：IPv4ADDR：：/48。

隧道模式的實(shí)現(xiàn)可以在不替換原有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的前提下，完成IPv6技術(shù)的部署，原有的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜吐酚刹呗詭缀醪挥谜{(diào)整。通過隧道技術(shù)實(shí)現(xiàn)的主機(jī)—路由器隧道，主機(jī)配置簡單，只需確定隧道對端路由器接口的IPv6地址即可，同時對于主機(jī)必須都要有IPv4地址。該技術(shù)非常適合在網(wǎng)絡(luò)中使用，尤其在IPv4仍然是網(wǎng)絡(luò)主導(dǎo)的今天。

但是，為了實(shí)現(xiàn)隧道技術(shù)，隧道兩側(cè)的端點(diǎn)設(shè)備均需要支持雙棧協(xié)議，因此在端點(diǎn)設(shè)備上需要額外的系統(tǒng)開銷。同時，由于IPv6協(xié)議具有比IPv4協(xié)議更多的地址位，路由表可存儲的路由表項(xiàng)相對來說較少。

3）翻譯模式

翻譯技術(shù)即翻譯轉(zhuǎn)換技術(shù)，用于在僅支持IPv4和僅支持IPv6的主機(jī)之間實(shí)現(xiàn)協(xié)議處理，使得兩個主機(jī)之間可以相互通信。在網(wǎng)關(guān)處需要存儲從IPv4到IPv6的地址映射表，通過地址映射表對經(jīng)過網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)包頭部信息進(jìn)行替換來實(shí)現(xiàn)協(xié)議的轉(zhuǎn)換。

翻譯技術(shù)不需要對現(xiàn)網(wǎng)中的所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行升級改造，只需要在網(wǎng)關(guān)處進(jìn)行必要的協(xié)議轉(zhuǎn)換。但是翻譯技術(shù)需要與應(yīng)用層進(jìn)行相應(yīng)的協(xié)同合作，才能完成翻譯過程，且如果對網(wǎng)絡(luò)層以下進(jìn)行了數(shù)據(jù)加密，則翻譯技術(shù)將無法完成兩種協(xié)議之間的通信。

2 基于網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)的IPv6組網(wǎng)策略

考慮IPv6的多種過渡技術(shù)，以及IPv6中單播和組播路由協(xié)議的多樣性，現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備對IPv6業(yè)務(wù)支持的種類不盡相同，不同用戶終端設(shè)備及辦公軟件等對IPv6協(xié)議的支持能力也參差不齊?？紤]到IPv6的地址空間較足，IPv6網(wǎng)絡(luò)中不存在私網(wǎng)地址的概念，不需要類似IPv4協(xié)議中私有地址通過NAT轉(zhuǎn)換方式來訪問公有地址，因此，IPv6網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜度對運(yùn)營商而言是大于IPv4網(wǎng)絡(luò)的。此外，目前較多的IPv6標(biāo)準(zhǔn)仍處于草案階段，即使它們已經(jīng)成為RFC標(biāo)準(zhǔn)，以后仍有可能會進(jìn)行協(xié)議擴(kuò)充，國內(nèi)目前尚未有較為成熟的IPv6組網(wǎng)部署實(shí)例。我們可以對現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)進(jìn)行分析和評判，再決定使用以下哪種組網(wǎng)策略。

1）雙棧方式：即現(xiàn)網(wǎng)中所有的軟件設(shè)備和硬件設(shè)備可以同時運(yùn)行IPv4 協(xié)議棧和IPv6 協(xié)議棧，能夠同時處理IPv4 和IPv6 數(shù)據(jù)包，實(shí)現(xiàn)同時支持IPv6和IPv4訪問。此外，還需要網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的路由表項(xiàng)能力較高，因?yàn)镮Pv6的地址長度使得它對路由表項(xiàng)的存儲空間要求較高。

2）新建IPv6服務(wù)方式：創(chuàng)建IPv6的服務(wù)平面，用以對外提供IPv6服務(wù)，不影響原有IPv4服務(wù)的情況。若不希望影響到現(xiàn)有的IPv6服務(wù)，且現(xiàn)網(wǎng)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，改造難度較大，可以采用新建的方式，逐步將現(xiàn)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備替換成支持雙棧協(xié)議。

3）地址族轉(zhuǎn)換方式：在IPv4 網(wǎng)絡(luò)外部掛接一臺v4/v6地址族轉(zhuǎn)換設(shè)備，原有IPv4設(shè)備不需修改，只需將DNS域名解析AAAA記錄撥到轉(zhuǎn)換設(shè)備配置的IPv6 地址。當(dāng)IPv6用戶訪問目標(biāo)IPv4業(yè)務(wù)系統(tǒng)時，IPv6地址經(jīng)DNS解析調(diào)度后轉(zhuǎn)向訪問轉(zhuǎn)換設(shè)備的IPv6 地址，轉(zhuǎn)換設(shè)備從IPv4 網(wǎng)絡(luò)中讀取數(shù)據(jù)，經(jīng)過協(xié)議轉(zhuǎn)換后發(fā)送數(shù)據(jù)給IPv6用戶。若IPv6地址的業(yè)務(wù)系統(tǒng)較少，不想對現(xiàn)網(wǎng)進(jìn)行較大范圍的改造且資金有限，可以在連接運(yùn)營商的出口設(shè)備處部署可支持雙棧的路由器或交換機(jī)，在路由器或交換機(jī)上實(shí)現(xiàn)地址轉(zhuǎn)換功能。

3 結(jié)論

基于此，我們可以看出IPv4和IPv6混合組網(wǎng)的現(xiàn)象應(yīng)該是當(dāng)前所能采取的最優(yōu)方法，由IPv4向IPv6全面推進(jìn)也必定是一個長期而緩慢過程。因此，我們在部署IPv6技術(shù)的時應(yīng)采用平滑過渡的策略。為完成IPv6基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)承載能力建設(shè)的目標(biāo)，應(yīng)根據(jù)用戶網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用的實(shí)際部署情況，在不影響現(xiàn)有IPv4主體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的前提下，采用雙棧策略、新建IPv6服務(wù)策略和地址族轉(zhuǎn)換策略，使得現(xiàn)網(wǎng)中需要部署IPv6網(wǎng)絡(luò)的地方能夠通過各種隧道和翻譯等技術(shù)，在過渡階段完成協(xié)議內(nèi)和協(xié)議間的應(yīng)用互訪。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相對成熟之后，從過渡階段逐步轉(zhuǎn)換成IPv6技術(shù)。

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【通聯(lián)編輯：王力】