計算機技術(shù)與發(fā)展第20卷 第8期 ol. 20 No. 8 V 2010年8月A ug. 2010COM PUT ER TECHNOLOGY AND DEVELOPM

計算機技術(shù)與發(fā)展第20卷 第8期 ol. 20 No. 8 V 2010年8月A ug. 2010COM PUT ER TECHNOLOGY AND DEVELOPM ENT

推動IPv4/IPv6過渡策略分析

王立超1, 唐學(xué)文1, 2, 曹志通1

(1. 重慶大學(xué)計算機學(xué)院, 重慶400044; 2. 重慶大學(xué)信息與網(wǎng)絡(luò)管理中心, 重慶400044)

摘 要:IPv4地址即將耗盡, 推動IPv6的部署已經(jīng)勢在必行。實現(xiàn)IPv4/IPv6的互通和轉(zhuǎn)換對保證用戶愿意嘗試IPv6起著至關(guān)重要的作用, 只有做到IPv4和IPv6網(wǎng)絡(luò)的共存、互通, 解決IPv4網(wǎng)絡(luò)與IPv6網(wǎng)絡(luò)內(nèi)主機和資源互訪的問題, 才能推動當前的試商用, 使試商用的規(guī)模達到理想的狀態(tài)。對互通技術(shù)進行了分析與總結(jié), 提出了一些過渡的策略, 給出了鼓勵引導(dǎo)大家使用IPv6的思路并分析了可能存在的問題, 以期推動IPv4向IPv6的過渡, 加速IPv4/v6的過渡進程。關(guān)鍵詞:IPv4/IPv6; 互通; 過渡策略

中圖分類號:TN 915 04 文獻標識碼:A 文章編號:1673-629X(2010) 08-0124-04

Analysis of Promoting IPv4/IPv6Transition Strategies

WANG Li chao 1, TANG Xue w en 1, 2, CAO Zhi tong 1

(1. College of Computer Science of Chongqing University, Chongqing 400044, China; 2. Info rmation and Netwo rk Center of Chongqing U niversity , Chongqing 400044, China)

Abstract:Th e IPv4address w ill be exhaus ted soon, so it s an imperative to impel the deployment of IPv6. It s very important to realize the accessing and transformation betw een IPv4and IPv6, wh i ch w ill make sure that the users would like to try IPv6. Only if make IPv4and IPv6coexist, IPv4an d IPv6can access w ith each other, to solve the problems of main computer of network and resource accessi ng betw een IPv4and IPv6, can make sure that the schedule an d scale of trial commercial application can be reached the most ideal estate. In order to impel the transi tion from IPv4to IPv6in sch eduled time, and speedup the transition process from IPv4to IPv6, analyzes and summarizes the accessi ng technology and put forw ard some transiti onal s trategy. Also gave some good idea to encourage and lead people to use IPv6and analyzed the potenti al exis ting problem.

Key words:IPv4/IPv6; interactive access; transitional strategy

0 引 言

IPv4網(wǎng)絡(luò)向IPv6網(wǎng)絡(luò)過渡將是一個漫長的過程。在過渡的初始階段, IPv6的小島將被IPv4的海洋包圍, IPv6網(wǎng)絡(luò)所能夠提供的服務(wù)和信息量不夠豐富, IPv6用戶有訪問IPv4用戶的需求。因此, IPv4與IPv6的互通和轉(zhuǎn)換技術(shù), 對保證用戶愿意嘗試IPv6起著至關(guān)重要的作用。要想順利地實現(xiàn)從IPv4網(wǎng)絡(luò)到IPv6網(wǎng)絡(luò)的過渡, 首先必須解決IPv4與IPv6網(wǎng)絡(luò)的互通問題。只有做到IPv4與IPv6網(wǎng)絡(luò)的共存、互通, 解決IPv4網(wǎng)絡(luò)與IPv6網(wǎng)絡(luò)內(nèi)主機和資源互訪的問題, 才能推動當前的試商用, 使試商用的規(guī)模達到比較理想的狀態(tài)。

收稿日期:2009-11-26; 修回日期:2010-02-11

作者簡介:王立超(1982-) , 男, 碩士研究生, 研究方向為互聯(lián)網(wǎng)安全、下一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù); 唐學(xué)文, 高級工程師, 研究方向為網(wǎng)絡(luò)安全、1 當前常用的互通技術(shù)

目前的IPv4/IPv6互通主要是通過以下途徑實現(xiàn)的:雙協(xié)議棧, 網(wǎng)絡(luò)層翻譯, 應(yīng)用級轉(zhuǎn)發(fā), IPv6節(jié)點暫時分配IPv4地址, 以及設(shè)計IPv6內(nèi)嵌IPv4地址等方法。

1. 1 雙協(xié)議棧技術(shù)(Dual Stack Model)

雙協(xié)議棧技術(shù)

[1~5]

是IPv4網(wǎng)絡(luò)向IPv6網(wǎng)絡(luò)過渡

技術(shù)中使用較為廣泛的一種過渡技術(shù), 其他過渡技術(shù)是以雙協(xié)議棧技術(shù)為基礎(chǔ)的。在一臺設(shè)備上運行IPv4和IPv6兩種協(xié)議棧使設(shè)備可以同時支持兩種協(xié)議、處理兩種類型的數(shù)據(jù)。主機具體使用IPv4協(xié)議還是IPv6協(xié)議來發(fā)送和接收數(shù)據(jù)包是由目的地址來決定的。當支持IPv4協(xié)議的主機(節(jié)點) 同時具有IPv6協(xié)議棧時, 主機就能夠使用IPv4協(xié)議與IPv4節(jié)點通信或者使用IPv6協(xié)議與IPv6節(jié)點進行通信。

雙棧節(jié)點的具體工作方式為:首先通過DNS 解析,

第8期 王立超等:推動IP v4/IPv6過渡策略分析?125?

是IPv4格式(包括IPv4兼容地址) 時使用IPv4協(xié)議進行通信(目的地址是IPv4兼容地址的把IPv6數(shù)據(jù)報封裝在IPv4協(xié)議中) ; 當目的地址是非IPv4兼容的IPv6地址時使用IPv6協(xié)議進行通信, 此時可能需要配合使用隧道等技術(shù)來進行路由轉(zhuǎn)發(fā)。

雙協(xié)議棧技術(shù)的優(yōu)點是可以解決IPv6/IPv4節(jié)點與IPv6節(jié)點或IPv4節(jié)點之間, 以及與所有IPv6/IPv4節(jié)點之間相互通信的問題, 并且易于理解; 但它不能解決IPv6-Only 節(jié)點與IPv4-Only 節(jié)點之間的通信。使用雙協(xié)議棧技術(shù)就必須給網(wǎng)絡(luò)中的雙協(xié)議棧節(jié)點與主機同時分配IPv4地址和IPv6地址, 因此它不能解決IPv4地址即將耗盡的問題。雙協(xié)議棧節(jié)點與主機需要同時運行兩個協(xié)議棧、處理兩套不同的地址方案, 增加運行與維護的開銷。1. 2 協(xié)議轉(zhuǎn)換技術(shù)

協(xié)議轉(zhuǎn)換技術(shù)[3~5]主要有SIIT 技術(shù)和NAT -PT 技術(shù)。協(xié)議轉(zhuǎn)換技術(shù)的主要思想是借助中間的協(xié)議轉(zhuǎn)換服務(wù)器來解決IPv6網(wǎng)絡(luò)節(jié)點與IPv4節(jié)點的相互訪問的問題。通過對網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議頭進行IPv4/IPv6之間的報文格式轉(zhuǎn)換來有效地解決IPv4網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和IPv6節(jié)點之間的相互通信, 缺點是破壞了網(wǎng)絡(luò)端到端通信的特性。

1. 2. 1 無狀態(tài)IP/ICM P 翻譯(Stat eless IP/ICM P

T rans lat ion) 技術(shù)

無狀態(tài)IP/ICM P 翻譯技術(shù)用于對IP 和ICM P 報文進行轉(zhuǎn)換。IPv4與IPv6之間地址的轉(zhuǎn)換是通過使用特定格式的地址空間來完成的, 它對流的狀態(tài)不作記錄, 只根據(jù)單個報文將一個IPv6報文頭轉(zhuǎn)換為IPv4報文頭, 或?qū)Pv4報文頭轉(zhuǎn)換為IPv6報文頭。

SIIT 技術(shù)中IPv4與IPv6地址之間的轉(zhuǎn)換通過使用特定格式的地址空間完成的。SIIT 無法對設(shè)定的地址重復(fù)使用, 地址池中地址的多少限制了IPv6節(jié)點的數(shù)量。所以無狀態(tài)IP/ICM P 翻譯技術(shù)所能應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不能很大。另外, 由于無狀態(tài), 所以不能很好地支持應(yīng)用層數(shù)據(jù)中內(nèi)嵌地址的應(yīng)用。1. 2. 2 NAT -PT 技術(shù)

NAT-PT 技術(shù)分為靜態(tài)NAT -PT 和結(jié)合AL G 技術(shù)的動態(tài)NAT -PT 技術(shù)。

(1) 靜態(tài)NAT -PT 技術(shù)[6, 7]。

IPv4地址和IPv6地址的對應(yīng)綁定關(guān)系靜態(tài)配置在NAT -PT 網(wǎng)關(guān)上。當IPv4主機和IPv6主機進行通信時, NAT -PT 網(wǎng)關(guān)根據(jù)配置在其上面的綁定關(guān)系進行地址轉(zhuǎn)換, 這種技術(shù)支持IPv4端主機發(fā)起的通信連接請求也支持IPv6端主機發(fā)起的連接請求。靜態(tài), 需要提供穩(wěn)定連接的應(yīng)用。

當網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大時, 需要處理很多主機的通信連接請求, 配置和維護就變得非常復(fù)雜。SIIT 需要消耗比較多的IPv4地址, 對解決IPv4地址短缺問題沒有幫助, 因而不適合應(yīng)用在大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中。

(2) 動態(tài)NAT-PT 技術(shù)[6, 7]。

由于靜態(tài)NAT-PT 需要消耗大量的IPv4地址, 動態(tài)NAT -PT 技術(shù)對這一缺點進行了改進, 它通過采用動態(tài)地址映射和上層協(xié)議映射的方法, 使只需要少量的IPv4地址就可以完成與大量的IPv6地址之前的通信連接轉(zhuǎn)換。

NAT -PT 網(wǎng)關(guān)向IPv6網(wǎng)絡(luò)通告一個96位的地址前綴, 當IPv4網(wǎng)絡(luò)中的主機發(fā)起訪問IPv6網(wǎng)絡(luò)的連接請求時, 把這個地址前綴再加上32位的IPv4地址就變成了轉(zhuǎn)換后的IPv6地址。在動態(tài)NAT -PT 技術(shù)應(yīng)用中, 若從IPv4端首先發(fā)起連接, IPv4主機無從知道IPv6主機隨機映射后的IPv4地址或上層協(xié)議端口, 連接無法進行。需要與應(yīng)用層網(wǎng)關(guān)技術(shù)ALG (Application Level Gateway) 結(jié)合使用解決此問題。

動態(tài)NAT-PT 技術(shù)僅使用很少的IPv4地址, 在不修改IPv4網(wǎng)絡(luò)的情況下, 就可實現(xiàn)純IPv4網(wǎng)絡(luò)與純IPv6網(wǎng)絡(luò)的相互訪問, 從這個角度, 它是一個很實用的IPv4和IPv6之間的過渡技術(shù)。但是動態(tài)NAT-PT 技術(shù)比較復(fù)雜, 對NAT-PT 設(shè)備的操作系統(tǒng)設(shè)計水平、硬件處理能力及系統(tǒng)穩(wěn)定性提出了很高的要求。地址在傳輸過程中不斷變化, 端到端連接的安全性很難保證。1. 3 代理技術(shù)

代理技術(shù)[8]可以充分地利用有限的IP 地址資源, 同時在網(wǎng)絡(luò)安全方面也能得到較好的保障。尤其是全能代理協(xié)議SOCKS, 可以完成網(wǎng)頁瀏覽、文件傳輸和遠程登陸等工作的代理, 其功能強大、應(yīng)用靈活。基于SOCKS 的過渡技術(shù)包括BIA 和SOCKS64技術(shù)。API 內(nèi)凸塊(BIA) 技術(shù)是直接在雙棧主機上實現(xiàn)IPv4和IPv6的地址轉(zhuǎn)換; SOCKS64技術(shù)是通過一個雙協(xié)議棧網(wǎng)關(guān)來完成IPv4地址和IPv6地址之間的轉(zhuǎn)換的。通過使用代理技術(shù)能夠較好地完成WWW 、T elnet 和FT P 等代理工作。SOCK S64代理服務(wù)器就相當于高層的軟件網(wǎng)關(guān), 它的實現(xiàn)需要付出很大的代價, 并且需要在客戶端實現(xiàn)支持SOCKS 代理的軟件, 這些變化對于用戶來講都不是透明的, 因此代理技術(shù)只能作為臨時性的過渡措施。

1. 4 傳輸層中繼(Transport Relay)

傳輸層中繼的工作機理與SOCKS64相似, 傳輸層,

? 126 ? 計算機技術(shù)與發(fā)展 第20卷

技術(shù)的協(xié)議翻譯發(fā)生在網(wǎng)絡(luò)層。與SOCK S64技術(shù)相比, 由于傳輸層中繼的每個IPv4或IPv6的連接都是真正的連接, 因此能夠避免 ICM P 報文轉(zhuǎn)換! 和 IP 分組分片! 帶來的安全問題。由于有些網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序中包含有網(wǎng)絡(luò)的地址等信息, 傳輸層中繼技術(shù)無法解決這類問題的地址轉(zhuǎn)換。1. 5 應(yīng)用層代理網(wǎng)關(guān)(ALG)

與SOCKS64、傳輸層中繼等技術(shù)一樣, 都是在V 4與V6間提供一個雙棧網(wǎng)關(guān), 提供 協(xié)議翻譯! 的功能, 只不過A LG 是在應(yīng)用層級進行協(xié)議翻譯。這樣可以有效解決應(yīng)用程序中帶有網(wǎng)絡(luò)地址的問題, 但應(yīng)用層代理網(wǎng)關(guān)技術(shù)需要針對每個單獨的業(yè)務(wù)編寫相應(yīng)的ALG 代理, 同時還需要客戶端應(yīng)用也在不同程序上支持ALG 代理, 靈活性很差。顯然, 此技術(shù)必須與其它過渡技術(shù)綜合使用, 才有推廣意義。1. 6 IVI 技術(shù)

IV I 技術(shù)

[4, 9]

擴大, 變成V6的海洋。但是如何推動加速這一過渡進程、如何推動大家使用IPv6網(wǎng)絡(luò)是要進一步思考的問題

[10~12]

。

(1) 目前的許多應(yīng)用是不支持IPv6的, 需要下大力氣進行遷移。IPv6應(yīng)用一是操作系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)要支持IPv6, 二是應(yīng)用系統(tǒng)在支持IPv6操作系統(tǒng)上能運行。對于一些即使出了問題也影響不大的應(yīng)用先進行遷移, 對于那些與學(xué)校的教學(xué)科研密切結(jié)合在一起的應(yīng)用可以采用同時支持V6和V4的方式, 將應(yīng)用同時部屬在支持V6和V4的服務(wù)器上?？上冗\行起來, 為大家使用創(chuàng)造條件, 觀察其運行的效率及對原有網(wǎng)絡(luò)的影響等, 以便做進一步的改進。

(2) 如果現(xiàn)在V6和V 4上都有同樣的資源, 如何引導(dǎo)大家優(yōu)先使用V6網(wǎng)絡(luò)呢? 比如說搜索, 大家都知道競價排名:一些搜索引擎按照出價高者排名靠前的原則, 通過增加權(quán)來人工干預(yù)搜索結(jié)果的排序?？刹豢梢园堰@個思路借過來試一下呢。比如說搜索, 當要搜索某個資源的時候, 在V4和V6網(wǎng)絡(luò)上同時進行搜索, 對搜索結(jié)果進行干預(yù), 將IPv6網(wǎng)絡(luò)上的資源靠前排列, V4網(wǎng)絡(luò)上的資源排在V6資源的后面, 這樣無形中就影響大家來優(yōu)先使用V6資源。

(3) 域名解析過程干預(yù)。DNS 的工作原理及解析過程如下:

a. 客戶機發(fā)起域名解析請求, 并將域名解析請求發(fā)送給本地的域名解析服務(wù)器。

b. 本地的域名解析服務(wù)器收到域名解析請求后, 首先查詢本地的緩存, 如查詢結(jié)果中有該紀錄項, 本地域名解析服務(wù)器就直接把查詢的結(jié)果返回給客戶機。

c . 如果在本地的緩存中沒有查詢到相應(yīng)的紀錄, 則本地域名解析服務(wù)器就把請求發(fā)給根域名解析服務(wù)器, 接著根域名服務(wù)器返回給本地域名解析服務(wù)器一個所查詢域(根的子域) 的主域名解析服務(wù)器的地址。

d. 本地域名解析服務(wù)器再向第3步返回的域名解析服務(wù)器發(fā)送解析請求, 接著接受請求的服務(wù)器查詢自己的緩存, 如果沒有該紀錄, 則返回相關(guān)的下級的域名解析服務(wù)器的地址。

e. 重復(fù)第4步, 直到查詢到相應(yīng)的解析請求。f. 本地域名解析服務(wù)器把返回的結(jié)果保存到緩存, 同時將解析得到的結(jié)果返回給客戶機。

對于采用雙協(xié)議棧方式的網(wǎng)絡(luò), 因為在DNS 服務(wù)器中同時存在IPv4的32位記錄和IPv6的128位記錄, DNS 服務(wù)器經(jīng)過少量修改就可以處理兩種記錄。由于節(jié)點既可以處理IPv4協(xié)議, 也可以處理IPv6協(xié)議, 無論DN S 服務(wù)器回答 A ! 記錄還是 AAAA ! 記錄, 是對SIIP 技術(shù)和NAT -PT 技術(shù)的

改進與擴展。IVI 轉(zhuǎn)換模式有兩種:無狀態(tài)的一對一轉(zhuǎn)換和有狀態(tài)的一對N 轉(zhuǎn)換。

一對一的無狀態(tài)地址轉(zhuǎn)換:對SIIT 技術(shù)的擴展, 它是通過使用一段特殊的IPv6地址來與IPv4地址進行惟一映射, 實現(xiàn)了這部分地址的無狀態(tài)轉(zhuǎn)換, 這種技術(shù)支持IPv4端主機發(fā)起的通信連接請求也支持IPv6端主機發(fā)起的連接請求。IV I 網(wǎng)關(guān)不需要通過DNS 進行解析來查找IPv4與IPv6地址之間的對應(yīng)關(guān)系, 而是通過IPv4地址與IPv6地址的一對一的映射來直接找到相對應(yīng)的地址, 這種映射完全基于算法, 可以大大減輕網(wǎng)關(guān)設(shè)備的負擔(dān), 提高了轉(zhuǎn)換的效率。

一對N 的有狀態(tài)地址轉(zhuǎn)換:對NAT -PT 技術(shù)的改進, 它是用于對特殊地址(一對一的IPv6轉(zhuǎn)換地址) 之外的IPv6地址進行轉(zhuǎn)換的。一對N 的有狀態(tài)地址轉(zhuǎn)換實現(xiàn)了IPv4地址和端口基于狀態(tài)的復(fù)用, 一對N 的有狀態(tài)地址轉(zhuǎn)換技術(shù)只支持IPv6對IPv4的單向通信。通過端口復(fù)用技術(shù), 目前的IPv4的B 類地址可以當A 類的地址用。

一對一的無狀態(tài)地址轉(zhuǎn)換技術(shù)的轉(zhuǎn)換性能高, 但是需要使用大量的IPv4地址。由于IPv4地址資源有限, 在以后的實際應(yīng)用中可能會更多的選擇1:N 的轉(zhuǎn)換方式。當網(wǎng)絡(luò)和用戶規(guī)模擴大后, IV I 系統(tǒng)可能會成為網(wǎng)絡(luò)性能的瓶頸。

2 過渡策略與問題

建好了網(wǎng)絡(luò)并不意味著大家立即就來使用, 互通技術(shù)也只是方便大家訪問兩個網(wǎng)絡(luò)的資源, 理想的過

第8期 王立超等:推動IP v4/IPv6過渡策略分析?127?

中指定先進行IPv6地址解析, 當IPv6解析失敗后再進行IPv4地址解析。這樣就可以達到在IPv6資源存在的情況下被優(yōu)先使用的目的。

(4) 豐富IPv6網(wǎng)絡(luò)上的資源, 吸引大家來使用IPv6網(wǎng)絡(luò)。對于校園網(wǎng)絡(luò)來說, 學(xué)生和老師是主要的使用者, 學(xué)生們精力充沛, 喜歡嘗試新事物, 可以搭建一個互動平臺, 讓同學(xué)們來豐富IPv6網(wǎng)絡(luò)上的資源, 讓他們上傳資源供大家分享, 對于他們上傳的資源如果有人下載就給予上傳者一定的回報(比如上網(wǎng)流量贈送等) , 下載使用的人越多, 上傳者得到的回報就越多, 調(diào)動他們的積極性, 這樣大家逐漸接觸、了解、使用IPv6網(wǎng)絡(luò)資源, 無形中就培育出了使用群體, 推動IPv6網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和發(fā)展。

推動IPv4向IPv6過渡將是一個長期艱巨的任務(wù), 還有很多問題等待探索與解決。比如:

網(wǎng)絡(luò)性能問題:重慶大學(xué)正在進行試商用, IPv6和IPv4要同時跑大量數(shù)據(jù), 對核心和匯聚交換機性能是一個嚴峻考驗。要有一個良好的體系架構(gòu), 一般采用大匯聚結(jié)構(gòu)。IPv6一定用硬件方式實現(xiàn), 軟件方式只能做試驗。IPv6試商用首先要保證V4網(wǎng)的正常使用。

認證計費問題:目前各學(xué)校已經(jīng)建立了認證計費系統(tǒng), 并有自己的一套管理收費辦法, 數(shù)字化校園統(tǒng)一身份認證, IPv6技術(shù)升級后, 能否替換原有的計費系統(tǒng), 存在風(fēng)險。

地址管理問題:IPv6地址自動分配適應(yīng)前期, 后期如何合理有效管理分配IPv6地址, 如何實現(xiàn)IPv6源地址認證與校園統(tǒng)一身份認證、計費認證結(jié)合實現(xiàn)單點登錄是一個很大的難題。

防火墻問題:目前雖然有支持IPv6的防火墻, 一般是包過濾防火墻, 與V4防火墻相比有很大差距, 一般學(xué)校防火墻不支持IPv6, 對IPv6可以采用跳接方式跨越方式跳過防火墻。

能存在的問題。IPv4地址即將耗盡, 推動部署IPv6既是形勢所迫也是戰(zhàn)略考慮, 但是只有較好地解決IPv4/IPv6互通的問題, 使IPv4和IPv6能夠容易方便地互訪各自的資源, 才能有力地推動IPv6的部署與試商用。同時, 在部署IPv6的時候采取一些方法有意引導(dǎo)大家接觸、了解、使用IPv6網(wǎng)絡(luò)資源, 從而加速IPv4/IPv6的過渡進程。

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