IPv4向IPv6过渡技术分析

IPV6技术研究

论文导读：1.IPV6的特性IPv6是下一代互联网的灵魂，相比IPv4，IPv6具有以下新特性：报文格式的变化。2.IPV6的报文结构IPv6报头是由IPv6基本报头和扩展报头组成的。关键词：IPV6，报文，IPV4

1.IPV6的特性IPv6是下一代互联网的灵魂，相比IPv4，IPv6具有以下新特性：报文格式的变化；地址空间扩展到128位，支持几乎无限大的地址空间；减小了路由表的大小，使路由器能更快的处理数据包；提供更好的安全性，实现IP级的安全；支持多种服务类型，并支持组播；支持自动地址配置，允许主机不更改地址实现异地漫游；允许新旧协议共存一段时间；支持可移动主机和网络等具体要求等等。

2.IPV6的报文结构IPv6报头是由IPv6基本报头和扩展报头组成的。在IPv4中有10个固定长度的域、2个地址空间和若干个选项，而IPv6中只有6个域和2个地址空间。虽然IPv6基本报头总共占用40字节，是IPv4报头的2倍，但因其长度固定（IPv4报头长度是变化的），故不需消耗过多的内存容量；又因其要处理的域由14个减少到8个，从而大大减少了路由器上的软件处理内容。在IPv6中，选项由扩展报头定义。

在IPv4中，所有报头以32位为单位，即基本的长度单位是4个字节。在IPv6中，报头以64位为单位，且报头的总长度是40字节。IPv6协议的基本报头中定义了的字段，其中：

1) 报文长度。长度为16位，其中包括包净荷的字节长度，即IPv6报头后的包中包含的字节数。这意味着在计算净荷长度时包含了IPv6

扩展头的长度。

2) 下一个头。这个字段指出了IPv6报头后所跟的头字段中的协议类型。与IPv6协议字段类似，下一个头字段可以用来指出高层是TCP还是UDP，但它也可以用来指明IPv6扩展头的存在。

3) 跳数限制。长度为8位。每当一个节点对包进行一次转发之后，这个字段就会被减1。如果该字段达到0，这个包就将被丢弃。

IPv4向IPv6过渡方案设计与实现+文献综述

4.1 总结 11

4.2 展望 12

参考文献 12

致谢 13

IPv4向IPv6过渡方案设计与实现

引言

基于IPv4协议的互联网的发展极大地促进了社会和科技的进步，随着互联网技术的不断发展,网络用户规模设备急剧增长,对IPv4地址的需求量愈为急切，IPv4地址所能维持的时间越来越短。XX年2月3日,国际互联网协会ICANN 官方宣布: 全球最后一部分IPv4地址分配完毕，IPv4地址空间已尽【1】。此外，除了地址匮乏，IPv4存在网络安全隐患、不提供服务质量保证、IP地址配置复杂、缺少移动性支持等诸多问题，为了彻底解决这些问题，下一代互联网采用IPv6来代替IPv4被已成为业界共识。【2】

1.研究现状及意义

1.1研究现状

IPv6取代IPv4成为下一代互联网的核心已成为历史潮流，然而当前的网络设备大部分依然是基于IPv4的，不可 能将它们在短时间内一下子都过渡到基于IPv6的设备，在很长的一段时期内，将是IPv6网络和IPv4网络共存的阶段。如何平稳顺利地过渡到IPv6网络成为业界研究的热点，IETF组织发布了多种过渡技术标准，主流方案可分为3类：双栈技术、翻译技术、隧道技术。

1.2研究意义

鉴于纵横网络多年的IPv4网络规模极其庞大，IPv6过渡将采取增量部署、循序渐进的方式进行实施。对企业来说，过渡过程中发生的任何问题都可能造成巨大的经济损失，它们更希望IPv4向IPv6过渡平稳顺利地进行。因此，研究各种IPv6过渡技术及其相对的优缺点、应用场景是很有必要的，可以帮助运营商或企业等制定完善的过渡规划并顺利的实施。

源自/六"维:论'文;网(加7位QQ3249"114

2.IPv4/IPv6过渡技术分析

2.1 双栈技术

双栈技术是一种最简单的直接的过渡机制，是所有过渡技术的基础；是指设备同时运行IPv4和IPv6两种协议的技术实现方式，当双协议栈节点配置IPv4和IPv6地址后，就可以在相应接口上转发IPv4和IPv6报文，双协议栈技术适合IPv4节点之间或IPv6网络节点之间的通信。双栈技术不需要更换现有的网络设备，有利于保护已有投资，但需要同 时部署两套路由协议，同时还在使用IPv4地址，并未解决IPv4地址的匮乏问题。IPv6协议栈如图1。 :

1 通信技术文章发表IPV6与IPV4对比的分析探讨

随着现在Internet出现的问题越来越多，一个解决这些问题的新技术IPV6随之诞生了，目前IPV4存在着地址枯竭和路由表急剧膨胀这两大主要危机，而IPV6又能够彻底将这些问题解决掉，所以IPV6不仅继承了IPV4的优点，更进行了大幅度的创新，所以目前IPV6使用起来是更加安全、高效和方便。

摘 要：随着我国近几年网络技术的不断发展，计算机系统原有的IPv4已经显示出了越来越多的问题，这严重影响着人们的正常上网，因此，IPv6技术随之产生，它跟IPv4相比有了非常大的进步，本文IPV6与IPV4进行详细的对比和探讨。

【关键词】通信技术文章发表,IPV6,IPV4,优势,缺陷,对比

1 IPV4的缺陷

1.1 IPV4地址的局限性

IPV4的地址长度一共有32位，这样从理论上来说一共可以提供232(大概四十亿)个IP地址，但是这些IP地址只能是在顺序分布的状况下才能使用，而在实际使用过程中，人们是分层次结构来使用IPV4 的，主要划分形式为A、B、C、D、E五个层次，这样就会将可供使用的IP地址大大降低，从而致使造成了很大的空间浪费现象。因此，美国在1996年首次通过ARIN向全世界宣布，A类地址已经全部使用完毕;B类地址还剩下38%;C类地址还剩下63%，由此可见，随着时间的推移，人们使用的IP地址越来越多，IPV4的地址空间面临着耗尽的危险。

2 1.2 路由表膨胀

目前我们使用的IPV4地址空间是只有2到3层的拓扑结构，而它的地址分配形式是选择和网络拓扑结构没有关系的方式来进行的，因此，在随着世界上人们使用网络人数的不断增长，路由器也将得到飞速发展，这就导致决定着数据传输路由的路由表由于数目过多而出现膨胀现象，这也将会在很大程度上使路由的查找和存储的开销不断增加，从而导致互联网效率出现了瓶颈现象，虽然人们发明了无类域间路由技术CIDR(Classless Inter Domain Routing)，并且在一定程度上缓解了这个问题，但是仍然还是有一些地址空间是不能改造的，除此之外，IPV4没有固定的分组长度，从而在很大程度上也制约着由硬件实现路径的提取、分析与选取，从而更进一步的使路由器的数据吞吐率得到提升。

科技信息　ＯＩＴ论坛０　ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　２０１１年第２７期　Ｉｐｖ４向Ｉｐｖ６过渡技术研究　胡尊美　（菏泽学院计算机与信息工程系　山东菏泽２７４０００）　【摘要】随着互联网的发展现有的网络基础设施已经难以满足和支持大规模的网络应用。ＩＰｖ４地址不足一成现实，为了解决这个问题．　发展了ＩＰｖ６协议本版，为了能够适应现有的网络实施，本文总结了ＩＰｖ４向ＩＰｖ６过渡的技术．为企事业单住的应用提供一些参考　Ｉ关键词】ＩＰＶ６；ＩＰＶ４；过渡技术　【Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｉｎｔｅｍｅｔ＇ｓ　ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｄｉｆｆｉｃｕｌｔ　ｔｏ　ｓａｔｉｓｆｖ　ａｎｄ　ｓｕｐｐｏｆｔ　ｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅ　ｎｅｔｗ０ｒｋ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．ＩＰｖ４　ａｄｄｒｅｓｓｅｓ　ｌｅｓｓ　ｔｈａｎ　ｔｅｎ　ｐｅｒｃｅｎｔ　ｒｅａｌｉｔｙ，ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｓｏｌｖｅ　ｔｈｉｓ　ｐｒｏｂｌｅｍ，ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＩＰｖ６　ａｇｒｅｅｍｅｎｔ，ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｂｅ　ａｂｌｅ　ｔｏ　ａｄａｐｔ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ｎｅｔｗｏｒｋ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｓｕｍｍａｒｉｚｅｓ　ｔｈｅ　ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｔｏ　ＩＰｖ６　ＩＰｖ４，ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ　ａｎｄ　ｉｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎｓ　ｔｏ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｓｏｍｅ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．　【Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ］ＩＰｖ６；ＩＰｖ４；Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　０引言　当前计算机技术的飞速发展带动了人们对网络通信的巨大需求．　而曾经一度被认为足以应付将来网络互联的ＩＰｖ４协议随之暴露出其　很多的缺陷。ＩＰｖ４协议将地址定为３２ｂｉｔ长．这引发了地址空间危机．　网络工作者已经意识到危机的存在．他们试图采取技术措施来缓解甚　至解决这个问题．但是．所有技术都只是暂时缓解了地址空间不足的　问题．它们并不能根本解决ＩＰ地址缺乏的问题　其次．长久以来人们　认为安全性在网络协议栈的低层并不重要．所以ＩＰｖ４协议只设计了　较少的安全选项，而是将安全性问题交给了应用层．而应用层的把所　携带的信息很多暴露在用户面前．带来了许多安全隐患。　ＩＰｖ４的上述缺陷以及ＩＰｖ６协议标准的成熟．ＩＰｖ６协议取代ＩＰｖ４　在现有Ｉｎｔｅｍｅｔ中的位置成为必然趋势．但是由于一些原因．取代的过　程将不会在一夜之间发生．其间必然会经历一个相对漫长的过程。尽　管ＩＥＴＦ在设计ＩＰｖ６的时候已经充分考虑了和ＩＰｖ４的兼容性．但是这　两个版本不是完全兼容的。另外。尽管ＩＰｖ６标准早己成熟，但是基于　ＩＰｖ６的应用还是显得很少．这极大的阻碍了运营商将其投入商业应用　的步伐　１　ＩＰｖ４向ＩＰｖ６过渡技术　１．１过渡目标　ＩＰｖ４向ＩＰｖ６过渡的目标是：　１．１．１渐近地、无伤害地、由基于ＩＰｖ４的网络过渡到基于ＩＰｖ６的网　络：　１．１．２尽可能减少过渡的成本：　１．１．３过渡初期要解决的是小规模ＩＰｖ６网络之间的通信．随后是　ＩＰｖ６网络与大规模的ＩＰｖ４网络之间的通信　随着隧道技术的成熟和　成功应用．过渡初期的问题己经得到有效的解决．但是ＩＰｖ４和ＩＰｖ６互　联互通的过渡机制还没有一个统一而完善的技术标准。　１．２过渡的基本要求　我们面临的主要问题不是ＩＰｖ６本身的问题．而是如何渐进的、无　伤害的由基于ＩＰｖ４的网络过渡到基于ＩＰｖ６的网络，同时尽可能减少　过渡的成本．Ｓ１Ｔ（Ｓｉｍｐ１ｅ］ｎｔｅｍｅｔ　Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ）阐述了过渡的要求。　１．２．１渐进地无伤害地过渡　单个ＩＰｖ４主机和路由器可以同时升级到ＩＭＰＶ６而不需要其它主　机和路由器同时升级，新ＩＰｖ６主机和路由器可以一台一台地安装。　１．２．２最小的升级倚赖性　升级主机到ＩＰｖ６仅需要升级ＤＮＳ服务器．使它能够处理ＩＰｖ６地　址记录。而升级路由　器则事先不需要任何支持　１．２－３方便地地址管理　当ＩＰｖ４主机和路由器升级到ＩＰｖ６时．它们可以继续使用自己的　ＩＰｖ４地址．不需要重新分配ＩＰｖ４地址．网络管理员不需要起草新的地　址分配计划　１．２．４最低升级成本　最低成本升级现存的ＩＰｖ４系统到ＩＰｖ６系统．最低成本发展新的　ＩＰｖ６系统。由于过渡是渐进的，在过渡的初期，Ｉｎｔｅｒｉｌｅｔ将由运行ＩＰｖ４　的“海洋”和运行ＩＰｖ６的“小岛”组成。随着时间的推移，ＩＰｖ４的海洋将　会逐渐变小，而ＩＰｖ６的小岛将会越来越多．可能最终完全取代ＩＰｖ４　在过渡的初期．要解决的主要是ＩＰｖ６小岛之间的通信问题．随后是　ＩＰｖ６小岛和ＩＰｖ４海洋之间通信的问题．最终解决ＩＰｖ４小岛和ＩＰｖ６海　洋之间的通信问题．　１．３过渡技术　ｌ＿３．１　双协议栈技术（Ｄｕａｌ　Ｓｔａｃｋ　Ｍ０ｄｅｌ１　主机同时运行ＩＰｖ４和ＩＰｖ６两套协议栈。这是过渡到ＩＰｖ６的首选　技术。这种技术允许逐步地、一个接一个地将节点进行升级．未升级的　应用程序和己升级的应用程序可以在同一个节点上共存而相互不影　响使用。这样，主机和路由器安装了两套协议栈。主机和路由器的操作　系统同时支持ＩＰｖ４和ＩＰｖ６协议．主机上还需要安装相应的支持ＩＰｖ６　的应用程序，如浏览器等，双协议栈的结构如图４－１所示。　Ｉ　应用程序　Ｉ　ＴＣＰ／ＵＤＰ协议　ｌＰｖ６协议　ＩＰｖ４协议　物理网络　图４—１双栈结构图　目前大部分的操作系统如微软的ｗｉｎｄｏｗｓ．ＳＵＮ的ｓｏｌａｒｉｓ，Ｌｉｎｕｘ．　ＢＳＤ等都支持双协议栈；另外，还有许多网络设备也支持双协议找，如　ＣｉＳＣＯ，３ＣＯＭ等生产厂家的网络设备　双协议栈的工作方式有四个方　面：　１）如果应用程序使用的目的地址是ＩＰｖ４地址．则使用ＩＰｖ４协　议。　２）如果应用程序使用的目的地址是ｌＰｖ６中的兼容ＩＰｖ４的地址，则　同样使用ＩＰｖ４协议．所不同的是此时ＩＰｖ６是封装在ＩＰｖ４中。　３）如果应用程序使用的目的地址是非ＩＰｖ４兼容的ＩＰｖ６地址．则使　用ＩＰｖ６协议．此时很可能还要采用Ｔｕｎｎｅｌ等机制来进行路由、传送。　４）如果应用程序使用域名来作为目的地址．则先要从ＤＮＳ服务　器那里得到ＩＰｖ４／ＩＰｖ６地址．然后根据地址的情况进行相应的处理。　当前主要的双栈技术有基本双栈技术和有限双栈技术以及正在　发展的ＤＳＴＭ（Ｄｕａｌ　Ｓｔａｃｋ　Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ　Ｍａｄｅ１．双栈翻译机制）技术。　１．３．２隧道技术　在服务商提供ＩＰｖ６主干及其服务之前．端对端的ＩＰｖ６服务需要　通过ＩＰｖ４网建立隧道．将ＩＰｖ６包封装于ＩＰｖ４包的负载部分，在隧道　的另一端的节点处再将ＩＰｖ６包从ＩＰｖ４包中剥离出来并送往目的节　点　隧道的类型取决于由何种设备封装及由何种设备来解包。　１）路由器—路由器隧道　用于连接被ＩＰｖ４网隔离的两个ＩＰｖ６网的连接：　２）主机——路由器隧道　用于独立的双ＩＰ主机通过双ＩＰ路由器与ＩＰｖ６网进行通信；　３）路由器——主机隧道　用于将独立ＩＰｖ６或ＩＰｖ４节点与ＩＰｖ６网络隔离；　４）主机——主机隧道　ＩＰｖ６隧道能自动配置。也可以由ＩＰｖ４多目广播隧道进行配置。在　６１