IPv4向IPv6的过渡Word格式.docx

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（1）网络元素和移动终端上的IPv4/IPv6双协议栈双协议栈是非常重要的过渡机制，从网络方面来看，网络设备（如GGSN）实现双协议栈对于实现IPv4和IPv6的接入点并完成IPv6-in-IPv4的隧道都是至关重要的，另外运营商IP网络和公众因特网边缘的边际路由器也应该是双栈路由器。

从移动终端来看，需要通过双协议栈来访问IPv4和IPv6的业务而不需要网络上的翻译机制。

（2）隧道技术

如将IPv6的数据包封装在IPv4的数据包中并在隧道的另一端解除封装，这也是一种非常重要的过渡方法，隧道技术要求在封装和解除封装的节点上都有IPv4/IPv6双协议栈的功能。

隧道技术又分为自动和人工配置两种，人工配置的隧道技术是在隧道的终点人工配置到某个特定的IPv4地址；

对于自动隧道技术来说，封装是自动在进行封装的路由器/主机上完成的，隧道终点的IPv4地址被包含在目的地址为IPv6地址的数据包中，如“6to4”隧道技术。

（3）网络上的IPv4-IPv6协议翻译器：

翻译器是纯IPv4主机和纯IPv6主机之间的中间件，使两种主机不需要修改任何配置就可以实现彼此之间的直接通信，翻译器的使用对于移动终端来说是透明的，头标转换是一种重要的翻译机制，通过这种方法IPv6数据包的头标被转换为IPv4数据包的头标，或者反过来，IPv4转换为IPv6，有必要的时候对校验进行调整或重新计算，NAT/PT（NetworkAddressTranslator/ProtocolTranslator）就是采用这种机制的一种方法。

采用地址/协议翻译器需要转换IP数据包的头标，带来的问题是破坏了端到端的服务（如端到端的IPSec），而且NAT/PT可能成为网络性能的瓶颈，有可能限制业务提供平台的容量和扩展性。

使用网络中的地址/协议翻译器还是采用其它过渡方法主要由网络运营商决定，一般来说，只有当两个通信节点的IP版本不同时才建议采用翻译器。

2、IPv4到IPv6的过渡阶段

图1中给出了GPRS/WCDMA网络过渡到IPv6的一个简单描述，同样的原则也适用于其它网络类型。

从图1中可以看出，开始的时候是只支持IPv4的GPRS/WCDMA网络，所有连接到因特网上的终端都是纯IPv4的设备，NAT被用来节约公共的IP地址。

这些网络向IPv6过渡的过程可以分为三个阶段：

图1　IPv4过渡到IPv6的各个阶段

（1）第一阶段：

网络中有着一个个单独的IPv6孤岛，它们之间的连接是通过在IPv4网络上自动或人工配置“IPv6inIPv4”的隧道来实现的。

在这个阶段，向移动用户提供的IPv6业务绝大多数是由运营商的内网络（Intranet）提供的，其它的一些IPv6业务通过在IPv4网络上的配置/自动隧道来实现，传统的IPv4业务可以提供有IPv4或者双协议栈的终端。

在运营商的网络上仍然有NAT，通过分配临时地址来处理公共IPv4地址匮乏的问题。

运营商的网络上还可以安装翻译器（如NAT-PT）来完成IPv4与IPv6协议之间的翻译转换。

（2）第二阶段：

这一阶段IPv6已经广泛部署并且有了大量在IPv6平台上实现的业务，但是由于IPv6网络还不能达到完全连接，有时仍然需要IPv4网上的隧道技术来与IPv6节点连接通信。

这个阶段由于所有新业务都在IPv6平台上实现，从而加速了IPv6的部署。

从IPv6的发展趋势来看，移动网络将率先进入这一发展阶段。

这时大量传统的IPv4业务仍然存在，很多移动节点上都安装了IPv4/IPv6双协议栈。

（3）第三阶段：

IPv6已经获得主导地位，IPv6网络已经实现了全球连接而且所有的业务都在IPv6平台上运行，这时候将不再需要双协议栈功能或者地址/协议的翻译机制，这使得网络结构更加简单，网络维护也更加容易。

IPv6使得网络中的每个节点都有一个独一无二的、全球可路由到的地址。

3、IPv4向IPv6过渡的网络模型

3.1　网络模型

图2简单地显示出移动终端与GPRS核心网络的连接，移动终端与GGSN接入点（AP）之间所建立的连接称为分组数据协议（PDP）上下文，移动终端通过激活PDP上下文来获取其IP地址，图2中显示了两种不同的移动终端连接到GGSN的两个不同的接入点上的情况。

GGSN中的AP1是原生的IPv6，始终连接到IPv6环境中。

AP2提供通过IPv4网络隧道的IPv6连接，这一连接可以是“6to4”的、也可以是“4to6”的。

AP3是原生的IPv4，提供到纯IPv4服务/主机的连接。

图2　到GGSN的IPv4和IPv6接入点的连接 

图3是过渡期网络模型分析的简单图解，只显示了移动终端和GPRS核心网。

使用运营商本地的IPv4和IPv6业务（网内业务）没有必要采用公用IPv4地址或全球IPv6地址（站点本地IPv6地址就足够了）。

当用户离开运营商网络时，通信流要通过边缘路由器和防火墙，在这种情况下，需要公用IPv4地址和全球IPv6地址。

获取全球IPv6地址不是问题，但是运营商的公用IPv4地址非常有限，因此需要提供临时的IPv4地址的机制，如NAT。

当通过IPv4网络来连接某个IPv6主机时需要采用隧道技术，隧道的起点可以是GGSN、边缘路由器、或者移动终端，隧道的终点可以是主机或者IPv6网络边缘的路由器（如图3中的路由器1），如果隧道在主机之前终结则由该路由器解开封装。

图3　过渡期的网络模型

图4显示了双栈移动终端在某个仅支持IPv4的外访网络上漫游，而用户希望连接某个IPv6主机的情况。

链路层的移动性是指移动终端可以连接到其家乡GGSN并获得到IPv6网络的接入，外访网络上的SGSN通过Inter—PLMN骨干网络的GTP隧道，将移动终端连接到家乡的GGSN上，Inter-PLMN网络连接运营商的GPRS核心网和相关得有漫游协议的运营商网络。

图4　链路层的移动性——MT从外访网络通过PLMN骨干网之间的网络连接到家乡网络GGSN和某个IPv6主机

3.2　连接的不同组合方式

移动网络、移动终端、连接到的不同主机的IP版本都存在两种可能性，它们之间的连接会出现不同的组合方式。

一条基本规则是：

如果两个通信的IP节点的IP版本不同，网络中的某些节点就需要协议翻译。

网络元素和移动终端采用IPv4/IPv6双协议栈是一个确保通信节点能用同一种IP版本通信的很好的解决方案。

在过渡期将会有三种不同的网络业务类型：

（1）传统的IPv4业务通过全球连接的IPv4网络来传输：

由于缺乏公用IPv4地址，必须采用私有IPv4地址和NAT。

（2）IPv6网络上的IPv6业务：

这种情况下原生的IPv6路由即可完成，不需要IPv4网络上的隧道或者协议翻译。

（3）IPv4网络上的IPv6业务：

通信的IPv6节点/网络通过IPv4网络采用隧道技术实现连接，有可能使用协议翻译。

使用以上三种网络业务的移动终端类型可以是纯IPv4的终端（常见的第一代GPRS/WCDMA终端）、双IPv4/IPv6协议栈的终端、或纯IPv6的终端（正在研发阶段），同样与之通信的对等主机也可以是双协议栈、纯IPv4或者纯IPv6的。

3.3　过渡方式

（1）纯IPv4终端

纯IPv4终端主要是第一代的GPRS终端，提供给纯IPv4终端的是纯IPv4业务，在很多情况下没有足够的公用IPv4地址来分配给这些移动终端，因此通常情况下移动终端分配到的是私有IPv4地址。

如果一个拥有私有IPv4地址的移动终端要通过公用的IPv4网络连接到某个主机上，网络中必须有NAT。

图5描述了三种情况：

◆移动终端连接到同一网内的某个主机上，这时仅用私有IPv4地址就足够了；

◆移动终端连接到公共因特网上的某个主机，移动终端将从运营商的地址空间中分配到一个公用IPv4地址并通过全球的IPv4路由来实现连接，由于公用IPv4地址池中的地址有限，图5中的b）情形很少发生。

◆移动终端有一个私有的IPv4地址，NAT分配一个临时的公用IPv4地址给它，移动终端通过这个临时的地址实现连接。

图5　IPv4终端连接到不同的IPv4主机

（2）双协议栈的终端

如图6所示，双协议栈的移动终端在IPv6模式下操作——移动终端打开IPv6类型的PDP上下文并且从GGSN接收到一个全球的IPv6地址，该终端通过IPv6网络连接到纯IPv6主机上，这时所有的选路都是在IPv6的域上，不需要任何翻译机制，在这种情况下纯IPv6终端与双协议栈终端的工作方式是一样的。

图6　移动终端连接到一个纯IPv6主机

如图7所示，PDP上下文在移动终端和GGSN（AP类型是IPv6）之间打开，在这种情况下，边际路由器被配置为对IPv6分组封装/解除封装，因此边际路由器是运营商网络上唯一需要公用IPv4地址的设备。

图7　通过IPv4网络或IPv6网络连接到IPv6主机

来自移动节点发送到主机的IPv6数据包可以通过IPv4网络上的隧道技术来传输，或者可以直接通过IPv6网络传输。

但在很多情况下不能通过IPv6网络来发送，因为还没有直接的连接。

发送到主机的数据包采用“6to4”类型的主机地址，如果数据包的所有选路都是通过IPv6网络就不需要“6to4”隧道技术，否则在边际路由器和路由器1之间将采用自动“6to4”隧道技术。

如图8所示，双协议栈的移动终端连接到纯IPv4的主机（例如IPv4的公司接入网络上的邮件服务器）上，双协议栈的移动终端在IPv4模式下工作，由于公用IPv4地址的缺乏而被分配到一个私有的IPv4地址，需要用NAT来为移动终端提供临时的公用IPv4地址。

图8　双协议栈移动终端连接到纯IPv6主机上

（3）纯IPv6终端

纯IPv6移动终端的通信与双协议栈终端的主要区别在于：

移动终端与纯IPv4主机之间的通信需要在网络上有翻译器（如NAT-PT）。

如图9所示，纯IPv6移动节点从GGSN（GGSN的AP类型是IPv6）获得了全球的IPv6地址，由于纯IPv6移动终端连接到的纯IPv4主机有公用IPv4地址，因此需要NAT-PT和其它的翻译机制来实现IPv6-IPv4协议和地址之间的翻译，边际路由器是双协议栈的路由器，既有全球的IPv4地址也有IPv6地址。

图9　纯IPv6移动终端使用翻译器连接到纯IPv4主机

在这种情况下，双协议栈终端能工作得更好，因为双协议栈的终端不需要NAT-PT。

4、应用和服务

IPv6对有些应用来说至关重要，如VoIP、WAP、推送和其它需要“永远在线”支持（如实时连接）的业务。

由于过渡策略是不依赖于应用的，也就是说两者是分离的，因此建议所有的新业务都在IPv6平台上实现，实际上所有的业务在可能的条件下都可以移植到IPv6平台上。