互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)站IPv6改造技術(shù)方案1. IPv6應(yīng)用現(xiàn)狀據(jù)國外媒體報道，自上世紀(jì)八十年代開始部署的，“可以容納43億個IP 地址”的IPv4地址，于2011年2月3日最后一批（共7塊）即將分配完畢，這意

互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)站IPv6改造技術(shù)方案

1. IPv6應(yīng)用現(xiàn)狀

據(jù)國外媒體報道，自上世紀(jì)八十年代開始部署的，“可以容納43億個IP 地址”的IPv4地址，于2011年2月3日最后一批（共7塊）即將分配完畢，這意味著全球范圍內(nèi)的IP 地址即將耗盡。 隨著手機(jī)上網(wǎng)的用戶大量增加以及物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展必然會加速IPv4地址的耗盡，向IPv6演進(jìn)已經(jīng)迫在眉睫。

1998年12月，IPv6標(biāo)準(zhǔn)正式發(fā)布并被確認(rèn)為Internet 的未來基礎(chǔ)協(xié)議，IPv6熱潮席卷全球。但此后10年間，IPv6網(wǎng)絡(luò)與應(yīng)用發(fā)展卻不盡人意，備受爭議。近年，隨著IPv4地址耗盡日期的日益臨近，國際上對互聯(lián)網(wǎng)過渡到以IPv6為基礎(chǔ)的下一代互聯(lián)網(wǎng)達(dá)成了共識，業(yè)界對待IPv6的態(tài)度更加務(wù)實。然而任何一種新技術(shù)的推廣和普及都離不開產(chǎn)業(yè)鏈的支撐，可以說產(chǎn)業(yè)鏈的支撐能力是確定IPv6部署策略及進(jìn)度的重要決定因素。IPv6產(chǎn)業(yè)涉及終端設(shè)備、軟件、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、應(yīng)用等多個環(huán)節(jié)，如果任一環(huán)節(jié)存在短板，都可能使整體產(chǎn)業(yè)難以發(fā)展。

首先，終端方面，固定終端多數(shù)能夠支持IPv6但自主性差，使用IPv6地址的還較少，另外支持IPv6的移動終端數(shù)量很少。

隨著IPv6技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)的逐步成熟，各固定終端廠商，如Apple 、Cisco 、IBM 、HP 、Dell 、SUN 、LG 、NEC 、Fujitsu 以及Panasonic 等，均針對IPv6的發(fā)展，開發(fā)了相關(guān)IPv6終端產(chǎn)品。在IPv4時代，受地址資源所限，數(shù)字家電領(lǐng)域的應(yīng)用尚不發(fā)達(dá)，目前尚處于起步階段，但傳統(tǒng)家電廠商均將IPv6視為重要的發(fā)展機(jī)遇。由此判斷，IPv6固定終端設(shè)備已經(jīng)基本成熟，然而由于終端的自主性較差，目前真正能獲取和使用IPv6地址的用戶終端設(shè)備還非常少。與IPv6固定終端相比，由于IPv6市場需求推動不足以及移動終端自身條件所限，移動IPv6終端發(fā)展緩慢，市場上支持IPv6的移動終端數(shù)量很少。

其次，操作系統(tǒng)已經(jīng)全面支持IPv6，IPv6應(yīng)用軟件的開發(fā)進(jìn)度仍滯后于操作系統(tǒng)。

大批計算機(jī)廠商和操作系統(tǒng)軟件廠商，如Microsoft 、IBM 、SUN 、HP 以及Linux 開發(fā)者，紛紛投入到IPv6相關(guān)研究和開發(fā)行列。所有主流操作系統(tǒng)均已支持IPv6，包括Windows 、Linux 、FreeBSD 、Z/OS、AIX 、UNIX 、Solaris 以及MAC OS等。另外，目前支持IPv6的應(yīng)用軟件類型已經(jīng)比較豐富，開發(fā)類軟件，如中間件平臺軟件、編程開發(fā)環(huán)境軟件、數(shù)據(jù)庫軟件、應(yīng)用服務(wù)器軟件以及WEB 服務(wù)器軟件等，基本可以支持IPv6應(yīng)用。用戶類軟件，包括即時通信、域名服務(wù)、文件下載、電子郵件、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、新聞組件、P2P 下載、遠(yuǎn)程接入、視訊會議以及web 瀏覽器等，也可以支持IPv6。但是由于IPv6網(wǎng)絡(luò)及用戶發(fā)展尚不如人意，IPv6應(yīng)用軟件的開發(fā)進(jìn)度仍滯后于操作系統(tǒng)，尤其是Windows 操作系統(tǒng)下的用戶應(yīng)用軟件數(shù)量比較少，供用戶選擇的余地不大。

此外，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備方面IPv6的成熟度最高。

業(yè)界主流IPv4承載網(wǎng)絡(luò)設(shè)備供應(yīng)商，如Cisco 、Juniper 以及Alcatel 等，均針對IPv6的發(fā)展需求，投入大量研發(fā)經(jīng)費(fèi)，開發(fā)了IPv6承載網(wǎng)產(chǎn)品。目前IPv6承載網(wǎng)絡(luò)設(shè)備產(chǎn)品類型已經(jīng)十分豐富，完全覆蓋了原有IPv4產(chǎn)品，包括路由器、交換機(jī)、寬帶接入服務(wù)器、防火墻、入侵檢測/防御以及VPN 網(wǎng)關(guān)等。主流承載網(wǎng)絡(luò)設(shè)備提供商的產(chǎn)品已經(jīng)通過嚴(yán)格測試，并且已有規(guī)模部署案例。我國自2003年開展了以IPv6為核心的CNGI 試驗工程，建成了基于IPv6的大規(guī)模下一代互聯(lián)網(wǎng)示范網(wǎng)絡(luò)，包括6個主干網(wǎng)、2個國際交換中心、273個駐地網(wǎng)（包括全國100所高校、100個科研單位、73個企業(yè)）。運(yùn)營商方面，中國電信分別在長沙、無錫進(jìn)行了IPv6試商用試點(diǎn)?？梢?，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的IPv6成熟度最高。

最后，網(wǎng)站應(yīng)用對IPv6的支持明顯滯后。

據(jù)IPv6論壇消息：截止到2011年6月8日，全球共有1206 個網(wǎng)站獲得IPv6 Enabled WWW Logo，其中中國大陸有276個網(wǎng)站獲得Logo ，占全球總量的25左右，居世界首位。我國下一代互聯(lián)網(wǎng)示范工程項目CNGI 和 cernet 中，共有包括清華，北大在內(nèi)的251個網(wǎng)站獲得Logo 。雖然看上去我國支持IPv6的網(wǎng)站數(shù)

目較多，但實際上面向大眾用戶的商業(yè)網(wǎng)站能支持IPv6的還非常少，而且有些網(wǎng)站也僅僅是在IPv6日（6月8日）當(dāng)天，只開通了首頁的IPv6訪問，并在隨后進(jìn)行了關(guān)閉。另據(jù)美洲互聯(lián)網(wǎng)號碼注冊管理機(jī)構(gòu)（ARIN ）的CEO 約翰·克倫表示，目前只有2的網(wǎng)站支持IPv6，其中很多都是全球訪問量最大的網(wǎng)站，包括谷歌和Facebook 。但他預(yù)計，一些規(guī)模較小的網(wǎng)站也將開始部署IPv6地址。

2. IPv6過渡存在的核心問題

雖然IETF 的IPv6工作開始于1990年，但截至目前為止IPv6還是很少被用于個人業(yè)務(wù)上。雖然各國政府/機(jī)構(gòu)一直在推動采用服務(wù)提供商部署IPv6，但是沒有真正的商業(yè)上的驅(qū)動力，一方面沒有新的應(yīng)用需要IPv6，另一方面普遍認(rèn)為IPv6的引入成本太高。上述原因?qū)е铝朔?wù)提供商很少關(guān)注在住宅寬帶網(wǎng)絡(luò)中引入IPv6。但是，隨著公網(wǎng)IPv4地址的枯竭，智能手機(jī)和M2M 設(shè)備的迅速普及，越來越多的人認(rèn)識到需要通過引入IPv6來維持業(yè)務(wù)增長并為客戶提供完善的服務(wù)。

各自為戰(zhàn)，網(wǎng)站應(yīng)用匱乏拖延進(jìn)程

目前，在部署IPv6方面，運(yùn)營商、互聯(lián)網(wǎng)商、通信設(shè)備商仍然各自為戰(zhàn)，缺乏行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和國家層面的統(tǒng)一部署，制約了產(chǎn)業(yè)鏈的成型。IPv6的需求如此迫切但發(fā)展如此緩慢，商業(yè)應(yīng)用和終端的匱乏一直被業(yè)界認(rèn)為是主要原因。終端與應(yīng)用作為聯(lián)系用戶的前沿對于推動市場起著重要作用。而內(nèi)容應(yīng)用的匱乏、移動終端對IPv6的支持薄弱，都使得用戶需求不足，進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)方的動力不足。

業(yè)務(wù)和應(yīng)用對IPv6的支持嚴(yán)重不足，IPv6網(wǎng)站數(shù)量較少，大部分應(yīng)用程序仍基于IPv4，網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)站對IPv6的支持情況明顯不協(xié)調(diào)，網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了IPv6試點(diǎn)后，由于缺少支持IPv6的應(yīng)用而少有用戶使用IPv6，網(wǎng)站則因為用戶需求少，而沒有動力開發(fā)和升級IPv6應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)站應(yīng)用之間沒有形成良性循環(huán)。

移動領(lǐng)域有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和終端的IPv6的支持不足

由于手機(jī)上網(wǎng)等業(yè)務(wù)被逐漸推廣，移動領(lǐng)域?qū)Pv6地址的需求尤為迫切，然而目前移動領(lǐng)域向IPv6過渡仍存在一些問題：

首先，通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)有待進(jìn)一步完善，設(shè)備入網(wǎng)尚未強(qiáng)制要求支持IPv6，行標(biāo)對推動IPv6發(fā)展有重要意義，但部分行標(biāo)還未涉及IPv6功能，如IMS 、短信網(wǎng)關(guān)。部分行標(biāo)正在制定中，應(yīng)盡快發(fā)布，如LTE 、移動終端、寬帶接入服務(wù)器。 其次，現(xiàn)有設(shè)備對IPv6的支持能力與商用仍存在差距，部分設(shè)備缺乏行標(biāo)依據(jù)。如WAP 網(wǎng)關(guān)支持廠家少，移動核心網(wǎng)設(shè)備功能支持不足。

第三，移動終端對IPv6支持能力差，還需要行標(biāo)支持。目前，所有TD 商用終端都不支持IPv6。而在TD-LTE 終端方面，從芯片到上層軟件距離支持IPv6尚有差距。

從上述核心問題可見，網(wǎng)站應(yīng)用對IPv6的支持匱乏是導(dǎo)致IPv6推進(jìn)緩慢的重要原因，另外，關(guān)于網(wǎng)絡(luò)如何向IPv6演進(jìn)的方案已經(jīng)研究了多年，網(wǎng)絡(luò)的IPv6過渡方案也已經(jīng)基本成熟，而關(guān)于網(wǎng)站如何向IPv6遷移的研究一直以來投入非常少，IPv6的整體過渡需要產(chǎn)業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)推進(jìn)，加強(qiáng)網(wǎng)站IPv6改造的技術(shù)方案研究，盡快擬補(bǔ)網(wǎng)站應(yīng)用這一環(huán)節(jié)的短板，通過產(chǎn)業(yè)鏈各方的精誠合作，借助移動寬帶、三網(wǎng)融合、物聯(lián)網(wǎng)、電子政務(wù)等新熱點(diǎn)，推動IPv6在新領(lǐng)域的應(yīng)用，最終實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈的共同和諧發(fā)展。

3. 網(wǎng)站IPv6改造的總體技術(shù)方案

網(wǎng)站IPv6改造的技術(shù)方案主要有三種：雙棧方式、翻譯方式和開發(fā)新的IPv6應(yīng)用的方式。

3.1 雙棧方式

網(wǎng)站的雙棧改造涉及三部分：網(wǎng)站服務(wù)器設(shè)備雙棧升級，網(wǎng)站應(yīng)用程序雙棧升級，另外，為提供雙棧訪問，還需要在本地域名服務(wù)器上提供該網(wǎng)站的雙棧記錄。網(wǎng)站升級為支持雙棧是一種最直接的方式，也是在網(wǎng)站向IPv6遷移的過程

中會長期使用的一種方式，網(wǎng)站經(jīng)過雙棧升級后，既可以支持來自IPv4的用戶訪問也可以支持來自IPv6的用戶訪問，不存在不同協(xié)議棧之間的互通問題。

3.2 翻譯方式

翻譯方式是網(wǎng)站雙棧升級的補(bǔ)充，當(dāng)網(wǎng)站或個別網(wǎng)站應(yīng)該無法進(jìn)行雙棧升級時，采用翻譯的方式為不同協(xié)議棧的用戶提供服務(wù)，從而提高用戶體驗。翻譯方式因翻譯功能所處的位置不同，包括網(wǎng)絡(luò)翻譯和終端翻譯兩種。

3.2.1. 網(wǎng)絡(luò)翻譯方式

網(wǎng)絡(luò)翻譯方式，顧名思義，是指在網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置翻譯代理功能，完成不同協(xié)議?；ピL時的IP 地址翻譯，翻譯功能可以設(shè)在運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)中，也可以設(shè)置在每個網(wǎng)站的出口處，參見下圖。

圖 網(wǎng)絡(luò)翻譯方式示意圖

當(dāng)在運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置翻譯代理功能時，該翻譯代理功能除了完成數(shù)據(jù)包的網(wǎng)絡(luò)層地址翻譯外，還可以為一些應(yīng)用層含有IP 地址信息的數(shù)據(jù)包完成應(yīng)用層翻譯，此時翻譯功能就充當(dāng)了該數(shù)據(jù)包應(yīng)用的應(yīng)用代理，由于不同應(yīng)用采用不同的應(yīng)用層協(xié)議，而且有些應(yīng)用往往采用私有協(xié)議進(jìn)行通信，因此該應(yīng)用代理必然與應(yīng)用相關(guān)，

在運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)處設(shè)置的應(yīng)用代理功能通常只能為一些使用開放協(xié)議

的應(yīng)用提供翻譯。設(shè)置在運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)中的翻譯功能有運(yùn)營商提供的翻譯代理和第三方提供的翻譯代理兩種形式。

網(wǎng)站服務(wù)商也可以在網(wǎng)站出口處部署翻譯設(shè)備，當(dāng)網(wǎng)站應(yīng)用暫時無法升級時，通過翻譯設(shè)備為IPv6用戶提供訪問，從而提高用戶體驗。

綜上可見采用網(wǎng)絡(luò)翻譯方式進(jìn)行網(wǎng)站遷移，主流大型網(wǎng)站可以在網(wǎng)站出口處設(shè)置翻譯設(shè)備為訪問本網(wǎng)站的用戶進(jìn)行翻譯，而小型網(wǎng)站則可以通過租用電信運(yùn)營商或第三方提供的翻譯代理初步實現(xiàn)向IPv6的遷移。

盡管網(wǎng)站仍保持單棧運(yùn)行，但是為實現(xiàn)雙棧用戶的訪問，網(wǎng)站必須在DNS 服務(wù)器上登記雙棧記錄，因此除了設(shè)置翻譯代理外，還需要將翻譯代理設(shè)備的地址加入DNS 記錄中，此時同一個域名對應(yīng)兩個地址（一個IPv4地址，一個IPv6地址），一個是網(wǎng)站服務(wù)器的實際地址，另一個則是翻譯代理設(shè)備的地址。

3.2.2. 終端翻譯方式

向IPv6遷移的過程中，除了主機(jī)本身需要支持IPv6外，還有主機(jī)上的應(yīng)用是否支持IPv6的問題，基于網(wǎng)絡(luò)的翻譯方式是在主機(jī)和應(yīng)用都支持同一協(xié)議的前提下才會有效，然而，在現(xiàn)實的業(yè)務(wù)部署中，往往主機(jī)上的應(yīng)用并不支持IPv6，即應(yīng)用程序源碼所調(diào)用的系統(tǒng)Socket API不支持IPv6，，如果主機(jī)僅有IPv6地址可用則無法完成通信，此時可以采用終端翻譯方式完成通信。

IETF 提出兩種終端翻譯方式：BIA （RFC3338）和BIS （RFC2767），其中BIA 完成Socket API層的轉(zhuǎn)換（如下圖所示），而非IP 層的轉(zhuǎn)換，雙棧主機(jī)的Socket API 模塊與TCP/IP模塊之間加入一個API 翻譯器，在IPv4的Socket API函數(shù)和IPv6的Socket API函數(shù)間進(jìn)行互譯。

圖 BIA 原理

BIS 通過網(wǎng)絡(luò)層地址翻譯完成主機(jī)應(yīng)用與底層網(wǎng)絡(luò)地址的互通，具體方法是在主機(jī)中添加若干個模塊，包括翻譯器、擴(kuò)展域名解析器和地址映射器（如下圖所示），用于檢測TCP/IP模塊與網(wǎng)卡驅(qū)動程序之間的數(shù)據(jù)流，并進(jìn)行相應(yīng)IPv4與IPv6數(shù)據(jù)包之間的相互翻譯。

圖 BIS 原理

除了上述兩種終端翻譯技術(shù)外，中國移動提出了BIH/PNAT的翻譯技術(shù)，PNAT 的提出基于兩種互通應(yīng)用場景：一種是IPv4應(yīng)用和IPv6服務(wù)的互通，另一種是IPv4應(yīng)用通過IPv6網(wǎng)絡(luò)訪問IPv4服務(wù)。其中IPv4應(yīng)用通過IPv6網(wǎng)絡(luò)訪問IPv4服務(wù)時需要經(jīng)過終端側(cè)翻譯和網(wǎng)絡(luò)側(cè)翻譯兩次翻譯過程，具體如下圖所示。

圖 終端翻譯方式示意圖

當(dāng)一次訪問過程需要經(jīng)過二次翻譯時，網(wǎng)站同樣需要在DNS 服務(wù)器中記錄網(wǎng)絡(luò)翻譯代理設(shè)備的地址，如3.2.1節(jié)的要求。

由于固網(wǎng)終端自主性較差，運(yùn)營商或服務(wù)商無法控制終端應(yīng)用，因此終端翻譯方式在固網(wǎng)中很少使用，而移動網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商則可以通過定制終端的形式，在終端中安裝翻譯插件完成相關(guān)的終端翻譯功能。終端翻譯方式更有利于網(wǎng)絡(luò)流量向IPv6遷移。

3.3 開發(fā)新的IPv6應(yīng)用

隨著IPv6被用戶逐漸熟悉和使用，網(wǎng)站服務(wù)商新開發(fā)的應(yīng)用將基于雙?；蚣僆Pv6，借助IPv6協(xié)議的特點(diǎn)開發(fā)純IPv6應(yīng)用將成為網(wǎng)站應(yīng)用的新趨勢。

新開發(fā)的純IPv6應(yīng)用可以通過無狀態(tài)地址翻譯的方式為IPv4用戶提供服務(wù)，即通過翻譯設(shè)備將用戶的IPv4地址翻譯成內(nèi)嵌IPv4地址的IPv6地址實現(xiàn)對純IPv6應(yīng)用的訪問。

3.4 網(wǎng)站IPv6改造的場景和對應(yīng)的技術(shù)方案

在網(wǎng)站的IPv6改造過程中，存在多種不同協(xié)議棧的主機(jī)和網(wǎng)站之間互通的場景，歸納起來，網(wǎng)站的IPv6改造共有5種場景，分別是IPv6主機(jī)訪問IPv4網(wǎng)站應(yīng)用、IPv4或IPv6主機(jī)訪問雙棧網(wǎng)站應(yīng)用、IPv6主機(jī)（運(yùn)行IPv4

應(yīng)用）訪問

IPv4網(wǎng)站應(yīng)用、IPv6主機(jī)（運(yùn)行IPv4應(yīng)用）訪問IPv6網(wǎng)站應(yīng)用和IPv4主機(jī)訪問IPv6網(wǎng)站應(yīng)用。

場景1 IPv6主機(jī)訪問IPv4網(wǎng)站應(yīng)用

當(dāng)IPv6主機(jī)訪問IPv4網(wǎng)站應(yīng)用（不包括需要使用客戶端的應(yīng)用）時，需要使用網(wǎng)絡(luò)翻譯方式來實現(xiàn)IPv6與IPv4網(wǎng)絡(luò)的互通，網(wǎng)絡(luò)翻譯功能可以設(shè)置在運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)中，也可以設(shè)置在網(wǎng)站出口處。

圖 場景1- IPv6主機(jī)訪問IPv4網(wǎng)站應(yīng)用

場景2- IPv4或IPv6主機(jī)訪問雙棧網(wǎng)站應(yīng)用

場景2包括IPv4主機(jī)、IPv6主機(jī)和雙棧主機(jī)分別訪問雙棧網(wǎng)站應(yīng)用，可見雙棧應(yīng)用可以同時支持不同協(xié)議棧的用戶訪問，因此為保證用戶體驗，在向IPv6遷移的初期和過渡期的很長時間里，雙棧方式應(yīng)是一種主要的應(yīng)用服務(wù)方式。

圖 場景2-不同協(xié)議棧的主機(jī)訪問雙棧網(wǎng)站應(yīng)用

場景3-在IPv6主機(jī)（運(yùn)行IPv4應(yīng)用）訪問IPv4網(wǎng)站應(yīng)用

場景3是指IPv6主機(jī)訪問使用客戶端的IPv4網(wǎng)站應(yīng)用的情景，即用戶主機(jī)已使用IPv6地址，但主機(jī)上的應(yīng)用客戶端仍是基于IPv4的，網(wǎng)站應(yīng)用也是基于IPv4的，此時，需要經(jīng)過終端翻譯和網(wǎng)絡(luò)翻譯兩次翻譯才能實現(xiàn)互通。