史上最全！IPv6过渡技术全解析

IPv6浪潮来临

随着移动互联网、物联网、工业4.0等新兴产业迅速发展，接入网络的终端数量呈指数级增长，从传统的PC、手机，到未来无处不在的物联网终端，都需要通过IP地址接入互联网，预计2020年，全球将有500亿设备在线，地址需求数量是IPv4地址总数的十倍以上。目前IPv4地址已经全部分配完毕，地址紧缺的问题十分严峻。

经过二十多年的发展，IPv6已经是一个非常成熟的技术。IPv6具有更多地址数量、更小路由表、更好安全性等优点，可以有效解决当前IPv4面临的问题。

2017年11月26，中共中央办公厅、国务院办公厅联合印发了《推进互联网协议第六版(IPv6)规模部署的行动计划》(下称《行动计划》)。《行动计划》要求，用5到10年时间，形成下一代互联网自主技术体系和产业生态，建成全球最大规模的IPv6商业应用网络，实现下一代互联网在经济社会各领域深度融合应用，成为全球下一代互联网发展的重要主导力量，IPv6的浪潮真正来临了。

IPv6过渡技术介绍

由于IPv6本身不兼容IPv4，大规模部署IPv6还面临不少挑战。目前可行的办法是使用过渡技术，将IPv4逐渐演进到IPv6，当前主要有三种主流的过渡技术：

1. 双线技术

双栈示意图

双栈技术，是指在终端各类应用系统、运营支撑系统和各网络节点之间同时运行IPv4和IPv6协议栈(两者具有相同的硬件平台)，从而实现分别与IPv4或IPv6节点间的信息互通。

具有IPv4/IPv6双协议栈的结点称为双栈节点，这些结点既可以收发IPv4报文，也可以收发IPv6报文。它们可以使用IPv4与IPv4结点互通，也可以直接使用IPv6与IPv6结点互通。双栈节点同时包含IPv4和IPv6的网络层，但传输层协议(如TCP和UDP)的使用仍然是单一的。

双栈协议模型

双栈节点可以运行以下三种模式，灵活启用/关闭IPv4/IPv6功能：

• 使能它们的IPv4栈并关闭它们的IPv6栈，表现为IPv4节点。 
• 使能它们的IPv6栈并关闭它们的IPv4栈，表现为IPv6节点。 
• 使能双栈，同时开启IPv4和IPv6协议。

双栈模式的工作原理可以简单描述为：

• 若目的地址是一个IPv4地址，则使用IPv4地址;
• 若目的地址是一个IPv6地址，则使用IPv6地址。使用IPv6地址时有可能要进行封装。

双栈技术是所有过渡技术的基础，支持灵活地启用或关闭节点的IPv4/IPv6功能，可以很好地过渡到纯IPv6的环境。但同时，要求所有节点都支持双栈，增加了改造和部署难度。

2. 隧道技术

隧道技术示意图

基于IPv4隧道来传送IPv6数据报文的隧道技术，是将IPv6报文封装在IPv4报文中，这样IPv6协议包就可以穿越IPv4网络进行通信。因此被孤立的IPv6网络之间可以通过IPv6的隧道技术利用现有的IPv4网络互相通信而无需对现有的IPv4网络做任何修改和升级。IPv6隧道可以配置在边界路由器之间也可以配置在边界路由器和主机之间，但是隧道两端的节点都必须既支持IPv4协议栈又支持IPv6协议栈。

IPv6数据报在IPv4中的封装

IPv4/IPv6隧道技术的实现机制：

• 隧道入口节点(封装路由器)创立一个用于封装的IPv4报文头，并传送此被封装的分组。
• 隧道出口节点(解封装路由器)接收此被封装的分组，如果需要重新组装此分组，移去IPv4报文头，并处理收到的IPv6分组。
• 封装路由器或许需要为每个隧道记录维持软状态信息，这类参数诸如隧道MTU，以便处理转发的IPv6分组进隧道。

隧道技术封装示意图

IPv6隧道技术分为手动隧道和自动隧道：

(1) 手动隧道：即边界设备不能自动获得隧道终点的IPv4地址，需要手工配置隧道终点的IPv4地址，报文才能正确发送至隧道终点，通常用于路由器到路由器之间的隧道，常用的手动隧道技术如下：

• IPv6 over IPv4手动隧道
• GRE隧道

(2) 自动隧道： 即边界设备可以自动获得隧道终点的IPv4地址，所以不需要手工配置终点的IPv4地址，一般的做法是隧道的两个接口的IPv6地址采用内嵌IPv4地址的特殊IPv6地址形式，这样路由设备可以从IPv6报文中的目的IPv6地址中提取出IPv4地址，自动隧道可用于主机到主机，或者主机到路由器之间，常用的自动隧道技术如下：

• 6to4
• ISATAP
• 6RD

通过隧道技术，依靠现有IPv4设施，只要求隧道两端设备支持双栈，即可实现多个孤立IPv6网络的的互通，但是隧道实施配置比较复杂，也不支持IPv4主机和IPv6主机直接通信。

地址协议转换技术

地址转换技术示意图

1. NAT-PT转换技术

（编辑：核心网）

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