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IPv6刷新，过渡手艺明争冷战，怎样选择?

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宣布时间：2018-11-05

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IPv6浪潮来临

随着移动互联网、物联网、工业4.0等新兴工业迅速生长，接入网络的终端数目呈指数级增添，从古板的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500亿装备在线，地址需求数目是IPv4地址总数的十倍以上。现在IPv4地址已经所有门配完毕，地址紧缺的问题十分严肃。

经由二十多年的生长，IPv6已经是一个很是成熟的手艺。IPv6具有更多地址数目、更小路由表、更好清静性等优点，可以有用解决目今IPv4面临的问题。

2017年11月26，中共中央办公厅、国务院办公厅团结印发了《推进互联网协议第六版（IPv6）规模安排的行动妄想》（下称《行动妄想》）。《行动妄想》要求，用5到10年时间，形成下一代互联网自主手艺系统和工业生态，建玉成球最大规模的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生长的主要主导力量，IPv6的浪潮真正来临了。

IPv6过渡手艺先容

由于IPv6自己不兼容IPv4，大规模安排IPv6还面临不少挑战。现在可行的步伐是使用过渡手艺，将IPv4逐渐演进到IPv6，目今主要有三种主流的过渡手艺：

• 双栈手艺

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▲图 1 双栈示意图

双栈手艺，是指在终端种种应用系统、运营支持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)，从而实现划分与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。双栈节点同时包括IPv4和IPv6的网络层，但传输层协议（如TCP和UDP）的使用仍然是简单的。

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▲图 2 双栈协议模子

双栈节点可以运行以下三种模式，无邪启用/关闭IPv4/IPv6功效：

1.使能它们的IPv4栈并关闭它们的IPv6栈，体现为IPv4节点。

2.使能它们的IPv6栈并关闭它们的IPv4栈，体现为IPv6节点。

3.使能双栈，同时开启IPv4和IPv6协议。

双栈模式的事情原理可以简朴形貌为：

1.若目的地址是一个IPv4地址，则使用IPv4地址；

2.若目的地址是一个IPv6地址，则使用IPv6地址。使用IPv6地址时有可能要举行封装。

双栈手艺是所有过渡手艺的基础，支持无邪地启用或关闭节点的IPv4/IPv6功效，可以很好地过渡到纯IPv6的情形。但同时，要求所有节点都支持双栈，增添了刷新和安排难度。

•隧道手艺

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▲图 3 隧道手艺示意图

基于IPv4隧道来传送IPv6数据报文的隧道手艺，是将IPv6报文封装在IPv4报文中，这样IPv6协议包就可以穿越IPv4网络举行通讯。因此被伶仃的IPv6网络之间可以通过IPv6的隧道手艺使用现有的IPv4网络相互通讯而无需对现有的IPv4网络做任何修改和升级。IPv6隧道可以设置在界线路由器之间也可以设置在界线路由器和主机之间，可是隧道两头的节点都必需既支持IPv4协议栈又支持IPv6协议栈。

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▲图 4 IPv6数据报在IPv4中的封装

IPv4/IPv6隧道手艺的实现机制：

1.隧道入口节点(封装路由器)建设一个用于封装的IPv4报文头，并传送此被封装的分组。

2.隧道出口节点(解封装路由器)吸收此被封装的分组，若是需要重新组装此分组，移去IPv4报文头，并处置惩罚收到的IPv6分组。

3.封装路由器或许需要为每个隧道纪录维持软状态信息，这类参数诸如隧道MTU，以便处置惩罚转发的IPv6分组进隧道。

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▲图 5 隧道手艺封装示意图

IPv6隧道手艺分为手动隧道和自动隧道：

1.手动隧道

即界线装备不可自动获得隧道终点的IPv4地址，需要手工设置隧道终点的IPv4地址，报文才华准确发送至隧道终点，通常用于路由器到路由器之间的隧道，常用的手动隧道手艺如下：

（1）IPv6 over IPv4手动隧道

（2）GRE隧道

2.自动隧道

即界线装备可以自动获得隧道终点的IPv4地址，以是不需要手工设置终点的IPv4地址，一样平常的做法是隧道的两个接口的IPv6地址接纳内嵌IPv4地址的特殊IPv6地址形式，这样路由装备可以从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，常用的自动隧道手艺如下：

（1）6to4

（2）ISATAP

（3）6RD

通过隧道手艺，依赖现有IPv4设施，只要求隧道两头装备支持双栈，即可实现多个伶仃IPv6网络的的互通，可是隧道实验设置较量重大，也不支持IPv4主机和IPv6主机直接通讯。

• 地址协议转换手艺

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▲图 6 地址转换手艺示意图

1.NAT-PT转换手艺

NAT-PT（Network Address Translation-Protocol Translation，网络地址转换-协议转换）：由SIIT（Stateless IP/ICMP Translation，无状态翻译手艺）协议转换手艺和动态地址翻译（NAT）手艺团结和演进而来，SIIT提供IPv4和IPv6一对一的映射转换，NAT-PT支持在SIIT基础上实现多对一或多对多的地址转换。

NAT-PT分为静态和动态两种形式：

（1）静态NAT-PT

静态模式提供一对一的IPv6地址和IPv4地址的映射。IPv6单协议网络域内的节点要会见IPv4单协议网络域内的每一个IPv4地址，都必需在NAT-PT网关中设置。每一个目的IPv4在NAT-PT网关中被映射成一个具有预界说NAT-PT前缀的IPv6地址。在这种模式下，每一个IPv6映射到IPv4地址需要一个源IPv4地址。静态设置适合经常在线，或者需要提供稳固毗连的主机。

（2）动态NAT-PT

在动态 NAT-PT中，NAT-PT网关向IPv6网络通告一个96位的地址前缀，并团结主机32位IPv4地址作为对IPv4网络中主机的标识。从IPv6网络中的主机向IPv4网络发送的报文，其目的地址前缀与NAT-PT宣布的地址前缀相同，这些报文都被路由到NAT-PT网关，由NAT-PT网关对报文头举行修改，取出其中的IPv4地址信息，替换目的地址。同时，NAT-PT网关界说了IPv4地址池，它从地址池中取出一个地址来替换IPv6报文的源地址，从而完成从IPv6地址到IPv4地址的转换。动态NAT-PT支持多个IPv6地址映射为一个IPv4地址，节约了IPv4地址空间。

NAT-PT支持IPv4和IPv6两种协议的相互翻译和转换，可是保存如下问题：

属于统一会话的请求和响应都必需通过统一NAT-PT装备才华举行转换，较量适合简单出口装备的情形；

不可转换IPv4报文头的可选项部分；

缺少端到端的清静性。

因此，NAT-PT逐渐被放弃，不推荐使用，最新的地址协议转换手艺是NAT64。

2.NAT64转换手艺

NAT64是一种有状态的网络地址与协议转换手艺，一样平常只支持通过IPv6网络侧用户提倡毗连会见IPv4侧网络资源。但NAT64也支持通过手工设置静态映射关系，实现IPv4网络自动提倡毗连会见IPv6网络。其中，NAT64执行IPv4-IPv6有状态的地址和协议转换，DNS64实现域名地址剖析，两者配合事情，不需要在IPv6客户端或IPv4服务器端做任何修改。

DNS64主要是将DNS盘问信息中的A纪录（IPv4地址）合成到AAAA纪录（IPv6地址）中，返回合成的AAAA纪任命户给IPv6侧用户。DNS64也解决了NAT-PT中的DNS-ALG保存的缺陷。

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▲图7 NAT64 和DNS64流程图

NAT64和DNS64的流程如下：

（1）IPv6主机提倡到DNS64 server的IPv6域名剖析请求(主机设置的DNS地址是DNS64），剖析域名为www.abc.com；

（2）DNS64触发到DNS server中盘问IPv6地址；

（3）若能盘问到则返回域名对应的IPv6地址，若盘问不到，则返回空；

（4）DNS64再次触发到DNS server中盘问IPv4地址；

（5）DNS server返回www.abc.com的IPv4纪录（192.168.1.1）；

（6）DNS64合成IPv6地址（64::FF9B::192.168.1.1)，并返回给IPv6主机；

（7）IPv6主机提倡目的地址为64::FF9B::192.168.1.1的IPv6数据包；由于NAT64在IPv6域内通告设置的IPv6 Prefix，因此这个数据包转发到NAT64装备上；

（8）NAT64执行地址转换和协议转换，目的地址转换为192.168.1.1，源地址凭证地址状态转换(3ffe:100:200:1::1)->(172.16.1.1)；在IPv4域内路由到IPv4 server；

（9）IPv4数据包返回，目的地址为172.16.1.1；

（10）NAT64凭证已有纪录举行转换，目的地址转换为3ffe:100:200:1::1，源地址为加了IPv6前缀的IPv4 server地址64::FF9B::192.168.1.1，发送到IPv6主机，流程竣事。

地址协议转换手艺对现有IPv4情形做少量刷新（通常是替换出口网关），即可实现对外支持IPv6会见，安排简朴便捷。

怎样选择？

营业系统对稳固性有很高的要求，任何刷新都不可影响现有营业的运行。当我们做IPv6升级刷新的时间，面临众多手艺计划怎样选择，需要思量到诸多情形：

• 实验安排的便捷性，周期不可太长，怎样包管在国家或羁系机构的划准时间内完玉成部营业平台的刷新，并对外提供IPv6服务；

• 计划须支持双栈，对后续的演进生长到纯IPv6没有障碍；

• 要思量投资本钱和影响面，分步举行，优先完成对外系统刷新（如门户网站），再举行内网系统刷新；

• 对现有营业的影响最小，已有的IPv4会见不受影响；

• 手艺的通用性，差别厂商产品能够实现对接支持；

• 不增添过多的运维肩负，对IPv6网络的维护事情可以平稳过渡。

三种过渡手艺的对好比下：

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每种过渡手艺都有各自的优点和弱点，团结金融行业的应用场景和需求，在差别的场景下我们需要选择差别的过渡手艺以实现IPv6刷新：

• 关于新建营业系统的场景，推荐接纳双栈手艺，同时支持IPv4和IPv6，一步到位实现最优刷新；

• 关于多个伶仃IPv6网络互通的场景，如多个IPv6的数据中心区域互联，可以接纳隧道手艺，让IPv6数据封装到IPv4网络上传输，镌汰安排的本钱和压力；

• 关于已经上线的营业系统，建议接纳地址协议转换手艺，对现网的改动最小，可以快速安排，投资本钱最低，可支持后期逐渐演进到纯IPv6情形。

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