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1、 贵州大学研究生毕业论文（设计） 第 42页目 录目 录I摘 要IIIAbstractIV第一章 IPv4与IPv6对比11.1 IPv4简介11.2 IPv4的不足之处21.3 IPv6的众多优势31.4 IPv6地址表示方式41.5 IPv6地址分类51.6 IPv6国内外发展现状61.6.1 国内IPv6发展历程61.6.2 IPv6在美国61.6.3 IPv6在欧洲7第二章 现有的IPv4-IPv6过渡技术82.1 IPv4-IPv6过渡的原则82.2 平滑过渡的技术难点82.3 IPv4-IPv6过渡中的节点类型92.4 IPv4-IPv6的三种基本过渡技术92.4.1 双协议栈技术
2、(Dual Stack)92.4.2 隧道技术(Tunnel)102.4.3 网络地址转换/协议转换技术(NAT-PT)102.5 基于这三种基本技术的派生方案112.5.1 IPv6孤岛之间的通信112.5.2 IPv6孤岛与IPv4海洋之间的通信192.6 IVI302.6.1 IVI简介302.6.2 IVI地址格式312.6.3 IVI的特点322.7 IPv4-IPv6过渡技术的选择322.8 IPv6组播332.8.1 组播地址342.8.2 IPv6组播技术352.9 IPV4-IPv6组播过渡技术362.9.1 双栈技术372.9.2协议转换技术372.9.3其他过渡技术382
3、.10 MTG多播转换网关模型392.10.1 MTG的概念392.10.2 模型结构402.10.3 MTG的工作流程42IPv4IPv6过渡技术综述摘 要 20世纪后期，特别是21世纪至今，计算机网络的飞速发展以及广泛应用，对世界的发展产生了深远的影响，可以这么说，计算机网络已经成为了日常生活中不可或缺的东西。IPv4，作为计算机网络最初的协议，应该说是已经发展得相当成熟的，也不得不说，IPv4的设计应该是成功的，但是随着网络规模和应用需求的不断加大，特别是最近几年，IPv4所存在的问题也逐渐暴露出来，比如地址空间严重不足，Qos服务质量，路由表日益膨胀等等。为了解决这些问题，IPv6应运
4、而生，IPv6有128位的空间地址，能够有效的解决IPv4空间不足的问题。另外，IPv6还有诸多优点，如简化的报头，Qos的满足，内置的安全性等等。因此，IPv4向IPv6过渡已成为必然。但是，IPv4向IPv6过渡不可能一蹴而就，原因在于目前的网络都是基于IPv4协议，互联网的主机大部分只支持IPv4，并且很多设备也只支持IPv4，要将这些设备在短时间内全部替换成为支持IPv6的设备，这是不可能也不现实的事情。因此IPv4和IPv6之间要有很长一段时间内共存。为此，研究IPv4如何平滑、安全地向IPv6过渡的技术具有十分重要的理论和实际意义。本文主要阐述了以下几个方面的内容：对比分析IPv4
5、和IPv6协议的优缺点，IPv4向IPv6过渡的必然性，并介绍了目前使用的几种过渡技术(双协议栈、隧道技术，协议转换)原理及其应用，并分析他们的优缺点以及适用场合，还阐述了这几种技术派生出来的过渡策略。关键字：IPv4 IPv6 双栈技术 协议转换技术 隧道技术 IPv4-IPv6 Transition Technology OverviewAbstract The late 20th century, especially since the 21st century, the rapid development of computer network as well as its wide
6、ly used, has had a profound impact on the development of the world, it can be said, the computer network has become an integral part in our daily life.IPv4, as the initial agreement of the Internet, it should be said,doubtless,is already quite mature, moreover,have to say that the design of IPv4 sho
7、uld be successful, but with the scale of network and application requirements continue to increase, especially in recent years,the IPv4 existing problems have been exposed, such as the serious shortage of address space ,Qos quality of service, routing tables swelling and so on.In order to solve thes
8、e problems, IPv6 came into being, IPv6 has 128-bit address of the space, which can effectively solve the problem of lack of IPv4 space. In addition, IPv6 has many other advantages, such as simplified header,Qos satisfaction, built-in security, and so on. Therefore,IPv4 to IPv6 transition ,which has
9、become inevitable. However, IPv4 to IPv6 transition can not be done overnight, the reason is that the current network is based on the IPv4 protocol, the majority of Internet hosts only support IPv4, and many devices only support IPv4, as a result, replace all of these devices to support IPv6 equipme
10、nt in a short time , which is not only impossible,but also realistic things. So,IPv4 and IPv6,which have a very long period of time to coexist. Therefore, the technology of research of the IPv4 how to smoothly and safely transit to IPv6 ,which has important theoretical and practical significance.Thi
11、s article focuses on the following aspects: the advantages and disadvantages of comparative analysis of IPv4 and IPv6 protocol, the inevitability of the transition from IPv4 to IPv6, and introduce the principles and application of several transition technologies currently in use (dual-stack, tunneli
12、ng, protocol conversion), and analyze their strengths and weaknesses、applicable occasions, and also several techniques derived transition strategies.Keywords：IPv4 IPv6 Dual-Stack Technology Protocol Conversion Technology Tunneling Technology第一章 IPv4与IPv6对比1.1 IPv4简介 IPv4简介：因特网现行的最重要最基本的协议，1981年Jon P
13、ostel 在RFC791中定义了IP。是TCP/IP协议族中最核心的协议，所有的TCP、UDP、ICMP、IGMP都可以通过IP数据包进行传送。发展至今已有四十多年，IPv4为网络的发展作出了不可磨灭的贡献，应该来讲，计算机网络为什么发展得这么成功，IPv4应该记首功，应该来讲，它是一个非常成功的协议。IPv4数据报的格式如下：0 4 8 16 19 24 36版本4位分组长度4位服务类型总长标识标志片偏移生存时间协议头校验和源IP地址目的IP地址选项填充域数据域图1-1 IPv4数据报的格式 IPv4地址采用点分十进制来表示，IPv4地址划分为5类：v A类地址: 将IPv4地址分为8位的
14、网络号和24位的主机号，其中8位网络号当中最高位是固定的1，也就是只有剩下的7位，也就是说A类地址总共有27个，但是全0的网络号是保留地址，因此不用，另外网络号为127的是回环地址，也不能用，所以总共有27-2=126个A类地址，那么每个A类地址，主机号是24位，所以每个A类地址总共有224个主机，但是全0和全1要除掉，因此有每个A类地址理论上有224-2个主机。v B类地址: 将IPv4地址分为16位的网络号和16位的主机号，其中16位网络号当中最高位是固定的10，也就是只有剩下的16位，也就是说B类地址总共有214个，每个B类地址，主机号是16位，所以每个B类地址总共有216个主机，但是全
15、0和全1要除掉，因此有每个B类地址理论上有216-2个主机。v C类地址: 将IPv4地址分为24位的网络号和8位的主机号，其中24位网络号当中最高位是固定的110，也就是只有剩下的21位，也就是说C类地址总共有221个，每个C类地址，主机号是8位，所以每个C类地址总共有28个主机，但是全0和全1要除掉，因此有每个B类地址理论上有28-2个主机。v D类地址: D类地址，不再分网络号和主机号，最高4位为1110，表示一个多播地址。v E类地址:保留为今后使用。IPv4地址的这种分类，在具体实施过程当中，就出现了使用效率上的问题，主要体现在如下几个方面:v 每个A类地址的主机号为24位，因此能够
16、分配224-2个主机，也就是说大概能够分配大概1600万个节点，这样的话，世界上的机构能有如此庞大的不多，但是如果这个机构的节点数超过216-2个话它就必须分配一个A类地址，因为B类地址不够。这样的话，这个浪费就会很大。例如，一个网络有70000个节点，因为B类地址不够，只能分配A类地址，那么这个浪费就是1500多万个节点。v B类地址也是一样，如果一个网络中的节点超过28-2，那么只能分配一个B类地址，例如一个网络有300个节点，因为C类地址不够，只能选择B类，但是B类地址能够分配6万多个地址，但是现在该网络只有300个节点，还是效率上面的问题。v C类地址，同样，如果一个网络只有3台主机，
17、照样要申请一个C类地址，还是造成极大的浪费。 鉴于以上这些问题，解决IPv4地址浪费极大的技术应运而生，如CIDR、NAT技术，这些技术的出现，从很大程度上是解决了IPv4的效率问题，但是它还是无法从根本上解决IPv4存在的问题。IPv4协议的主要特点:计算机网络高级教程v IP协议是一种无连接、不可靠的分组传送服务协议。v IP协议是点-点的网络层通信协议。v IP协议向传输层屏蔽了物理网络的差异。1.2 IPv4的不足之处IPv4的不足主要体现在以下几个方面1：1) 地址空间的不足 IPv4设计的最初期，设计者们认为IPv4地址足够使用，因为IPv4地址32位，理论上能够分配232个地址，
18、也就是43亿的ip地址；令他们万万没有想到的是互联网的发展竟是如此的迅速。有消息称到2011年12月31日IPv4地址已经只有7000万个，也就是说现在IPv4地址已经全部分配完成。造成IPv4的IP地址不够用的原因主要有以下3个方面。 部分地址不能分配使用。 资源分配不合理。 IP地址浪费惊人。2) NAT技术存在缺陷 代理服务器技术和NAT技术存在以下3个方面的问题： 代理服务器技术和NAT技术破坏了端到端模型。 代理服务器技术和NAT技术设备必须保持连续状态。 代理服务器技术和NAT技术不能保障端到端的网络安全。3) 对现有路由技术的支持不够众所周知，IPv4是采用与网络拓扑结构无关的形
19、式来分配地址空间的，因此不能有效的进行地址聚合。每增加一个子网，路由器增加一个表项，各级路由器中路由表的数目过度增长，最终的结果是使路由器不堪重负，Internet的路由选择机制因此而崩溃。当前，Internet发展的瓶颈己经不再是物理线路的速率，ATM技术，百兆/千兆以太网技术的出现使得物理线路的表现有了显著的改善，现在路由器的处理速度成为阻碍internet发展的主要因素。而IPv4天生设计上的缺陷更大大加重了路由器的负担。首先，IPv4的分组报头的长度是不固定的，这样不利于在路由器中直接利用硬件来实现分组中路由信息的提取、分析和选择。其次，目前的路由选择机制仍然不够灵活，对每个分组都进行
20、同样过程的路由选择，没有充分利用分组间的相关性。再次，由于IPv4设计时未能完全遵循端到端通信的原则，加上当时物理线路的误码率比较高，使得路由器还要具备以下两个功能: 根据线路的MTU来分段和重组过大的IP分组 逐段进行数据校验 这样同样会造成路由器处理速度降低。4）服务质量得不到保证IPv4遵循的是尽力而为的服务原则，一方面，IPv4的设计是成功的，但是互联网的发展迅猛，随之而来的救赎一些新型的业务和应用，这些业务对网络QoS的要求各不相同。但是，IPv4的设计时没有引入QoS这样的概念，在设计上的不足使得它很难相应地提供丰富的、灵活的QoS选项。 5）网络安全机制得不到保证IPv4的安全机
21、制是非常弱的，大多数安全机制建立在应用应用程序级，而在IP层保证安全的手段很少。虽然IPv4中也有IPSec，但在IPv4中只是作为一个可选项来对待。虽然人们提出了一系列的技术例如：NAT、CIDR、VLSM、RSVP等来缓解这些问题，但这些方法都只是权宜之计，解决不了因地址不多及地址结构不合理而导致的地址短缺的根本问题。最终IPv6应运而生。1.3 IPv6的众多优势IPv6的优点主要有以下几点：1) 巨大的地址空间。IPv6拥有2128位的地址空间，大到你永远也用不完。2) 灵活的首部地址。IPv6使用固定的报头，从而使路由器特别是主干路由器能够高效的处理IPv6协议报头。3) 简化的报头
22、结构和灵活的报文扩展 IPv6对数据报头作了简化，以减少处理器开销并节省网络带宽。IPv6报头由固定报头和扩展包头组成。由于internet上的绝大部分包都只是被路由器简单的转发，因此固定的报头长度有助于加快路由速度。4) 层次化的编址。IPv6采用层次化的编址，能方面路由汇聚，减少路由表的条目。5) 支持资源预留。 IPv6支持一种机制，允许对网络资源的预分配，它以此取代了IPv4的服务类型说明。更具体些就是这些新的机制支持实时现象等应用，这些应用要求保证一定的带宽和时延。6) 即插即用和重编址。IPv6支持无状态的DHCP和无缝的重编制机制，更有利于网络的组建与管理。7) 简化的路由表 I
23、Pv6使用更小的路由表。IPv6的地址分配一开始就遵循聚类原则。这使得大大减少了路由器中路由表当中的长度。8) 内置的安全性 IPSec的是IPv4当中一个可选协议，而在IPv6中的必选组件。9) 服务质量得到保证 总所周知，IPv4，设计的时候并没有考虑服务质量的问题，采用的是尽最大努力(Best effort)的传输,几乎没有任何质量保证。虽然通常情况下，不需要Qos，但是对一些关键应用和多媒体应用来说，Qos是必须的，而这些是在IPv4设计的时候没有考虑到的问题，而IPv6设计的时候考虑到了服务质量的问题，在IPv6包中有一个8位的业务量类别(class)和一个20位的流标签(Flow
24、Label),其目的是允许在数据包上加上标记，并进行特殊的处理。10) 对移动通信的支持 移动通信与互联网的结合将是网络发展的大趋势之一，移动互联网将成为人类生活中不可或缺的一部分，移动互联网不仅仅是移动接入互联网，它还提供一系列以移动性为核心的增值业务。11) 全新的邻居发现协议IPv6中的邻居发现协议是一系列机制，用于管理相邻结点的信息交互，取代了IPv4中的ARP、ICMP,以及路由发现、ICMP重定向等功能。12) 全新的组播管理协议在IPv4中采用的是IGMP管理群组成员，而IPv6中采用了Mulitcast Listner Discovery(MLD)进行替换。1.4 IPv6地址
25、表示方式IPv6地址长度是128位，理论上，IPv6地址一共有2128个，IPv6使用冒号将其分割成8个16位的地址节，每个地址节表示成4位十六进制数。一般有四种表示形式3:1) 标准的格式把128位划分成8段，每段为16比特用十六进制表示，并使用冒号将各个段分隔。例如:CDCD:910A:2222:5498:1120:AFDE:3900:46002) 压缩格式在某些IPv6的地址形式中可能包含了长串的“0”。为书写方便，可以允许“0”压缩，即一连串的0可用一对冒号来取代。例如2000:0:0:0:0:0:0:1可以表示为:2000:1。但要注意，为了避免产生二义性，一对冒号(:)在一个地址中
26、只能出现一次。3) 内嵌IPv4的IPv6地址有时使用IPv6地址表示形式:x:x:x:x:x:a.b.c.d，其中a.b.c.d代表32位的IPv4地址。例如:0:0:0:0:0:0:192.129.100.10，或者以压缩形式表示:192.129.100.104) “地址/前缀长度”表示法 在128位的IPv6地址中，IPv6地址前缀就是其中的高位部分，可以是固定的值，也可以是路由或者子网的标识。表示形式是:地址/前缀长度。如:FFED:4523:7304:3210:FEDC:BA98:7654:3210，其地址前缀是64位，就可以表示为:FFED:4523:7304:3210:FEDC:
27、BA98:7654:3210/64。1.5 IPv6地址分类IPv6地址是独立接口的标识符，所有的IPv6地址都被分配到接口，而非节点。 RFC2373中定义了三种IPv6地址类型:单播地址(unicast)、组播地址(Multicast)、任播地址(Anycast)RFC2373。1) 单播地址(Unicast)单播地址也称为单目地址，此地址仅标识一个接口，网络负责把对单播地址发送的数据报送到该接口上。RFC1884定义了单播地址有以下几种形式:全球单播地址 (Global Unicast Address)、未指定地址 (UnspecifiedAddress)、环回地址 (LoopbackA
28、ddress)等。一般的全球单播地址的格式如表1所示。其中:表1 全球单播地址的格式X位 Y位 128-X-Y位全球路由前缀子网ID接口ID全球路由前缀 (global routing prefix):典型的分层结构，根据RIP和ISP来组织，用来分配给站点(Site)站点是子网/链路的集合。子网ID(SubnetID):站点内子网的标识符，由站点的管理员分层地构建。接口ID(interfaceID):用来标识链路上的接口。在同一子网内是唯一的。除了000开头的单播地址以外，所有的全球单播地址都要有64位长度的接口ID，即X+Y=64。未指定地址 (Unspeeified Address)被定
29、义为0:0:0:0:0:0:0:0。该地址不能分配给任何节点。环回地址 (Loopback Address)被定义0:0:0:0:0:0:0:1。环回地址就相当与接口本身。该地址不分配给任何物理接口。2) 组播地址多播地址标识一组接口。当数据报的目的地址是组播地址时，网络尽量将其发送到该组的所有接口上。信源利用多播功能只须生成一次报文即可将其分发给多个接收者。组播地址以11111111即ff开头。多播地址格式如表2所示。其中:表2 多播地址格式 8位 4位 4位 112位11111111标识字段范围字段标识字段，4位，目前只使用了最后一位;0表示Internet地址分配机构指定的已知的多播地址
30、，1表示临时使用的多播地址。该字段的前3位保留，必须被初始化为0。范围字段，4位，用于指示多播组是只包含同一本地网络、同一站点、同一机构中的节点，还是全球地址空间内的任何节点。0一保留1一接口本地范围(interfaee一 localscope)2一链路本地范围(link一 localScope)3一保留4一管理本地范围(admin一 1ocalscope)5一站点本地范围(site一 localscope)s一机构本地范围(organization一 localscope)14一全球范围 (globalscope)15一保留3) 任播地址(Anyeast)任播地址标识一组接口，它与多播的区别
31、在于发送数据报的方法。向任播地址发送的数据报并未被分发给组内的所有成员，而是发往该地址标识的“最近的”那个接口。任播地址从单播地址空间中分配，使用单播地址的任何格式。因而，从语法上，任播地址与单播地址没有区别。当一个单播地址被分配给多于一个的接口时，就将其转化为任播地址。被分配具有任播地址的节点必须得到明确的配置，从而知道它是一个任播地址。1.6 IPv6国内外发展现状1.6.1 国内IPv6发展历程我国是IPv6研究工作启动较早的国家之一，我国政府高度重视并大力支持以IPv6为基础的下一代网络建设。中国教育科研网（CERNET）于1998年建立了国内第一个IPv6试验床CERNETv6，标志
32、着我国IPv6研究工作进入了实质阶段。在1998年6月中国也加入IPv6示范网6Bone并很快成为骨干成员；1999年中国高速互联研究试验网（NSFCNET）项目在国家自然科学基金会组织下顺利启动；随后，我国政府又开展了一系列IPv6研究项目和相关工作。1999年，国家自然科学基金联合项目“中国高速互联研究试验网NSFCNET”启动；科技部863信息领域专项“高性能宽带信息网（3Tnet）”启动；2003年，信息产业部颁发首张IPv6核心路由器入网试用批文；由邬贺铨院士出任专家组组长的中国下一代互联网示范项目（CNGI）全面启动，协和医院等SARS定点医院采用“IPv6新一代网络远程医疗、探视
33、系统”标志着我国IPv6已经开始进入商业试用阶段。虽然我国电信运营业改革起步较晚，但运营商们对IPv6业务的研究工作也都开展得有条不紊。首先是2001年中国电信启动IPv6总体技术方案项目的研究工作；接下来2002年，中国电信在北京、上海、广州和湖南进行IPv6试验与测试工作，重庆网通信息港IPv6城域示范网项目；今年，各大运营商已经全面启动IPv6核心网络建设。我国在IPv6国际交流与合作研究方面也做出了很大的贡献。全球IPv6高峰论坛已经连续3年在中国举办。“下一代互联网中日IPv6合作项目”也已经于2002年启动。6TNet(IPv6 Telecom Trial Network)：下一代
34、IP电信试验网，是由信息产业部电信研究院和天地互联信息技术有限公司联合发起的试验项目，国内外电信运营商和场所广泛参与合作。该项目以商用试验为目标，致力于IPv6产业化进程中的关键技术研究、组网、过渡策略、协议标准制定、测试、业务开发以及商业模型研究。1.6.2 IPv6在美国由于美国是互联网的发源地，所拥有IPv4地址数量达到每人约10个IP地址，占全世界说拥有地址数的70%，基本上不存在缺乏的问题，而且基于IPv4的互联网还正在源源不断地为美国带来巨大的财富，也不愿意改动花费亿万美金构建的IPv4商业网络体系，所以很长一段时间以来，美国政府对IPv6的发展的态度基本上是不温不火，主要是几个民
35、间组织在跟踪研究。美国的Internet2组织负责促进包括IPv6在内的下一代互联网的部署和采用，它是一个由180多所大学领导的集团，与业界及政府合作开发和部署先进的网络应用与技术。其主要目标是：为美国研究机构创建一个前沿网络；开创新的互联网应用；保证新的网络服务与应用迅速转移到广泛的互联网社团。能源科学网是美国国家级的一个研究教育网，其主要工作是帮助世界上的研究教育网推出IPv6服务，旨在提供商用IPv6过渡服务。 不过，自2003年开始，出于对国家网络安全保护的需要，美国政府也开始对IPv6的给予了极大的关注。究其原因，主要是911事件以后，恐怖分子的袭击模式已经没有定式可言，美国非常担心
36、恐怖分子对其网络进行致命性的攻击。2003年2月，白宫发布网络安全计划，商务部将负责推动下一代网络协议标准（IPv6）的研发。2003年6月，美国国防部发布了一份题为“IPv6”的备忘录，宣布将不再购买不支持IPv6的网络硬件设备。在这份备忘录中，美国国防部宣称要在美国军方规划实施的“全球信息网格（GIG）”中全面部署IPv6，并提出了具体的目标：到2008财政年，在整个国防部的网络之间和内部网络中完成向IPv6的过渡。2004年3月，美国国防部最大的IPv6试验网络Moonv6完成第二阶段测试，并已经发布了测试结果。1.6.3 IPv6在欧洲欧洲由于在IPv4地址方面没有亚洲那样非常大的压力
37、，所以起初对于发展IPv6并没有太大的积极性。然而，他们也不甘心在互联网发展方面一直落后于美国，IPv6让欧洲看到了赶超美国的机会。另外，欧洲也担心在今后的互联网设备与应用方面落后于日本等国家，唯恐过时再追赶又会来不及，又会因为再次落后而付出更大的代价，所以他们也不敢掉以轻心而冒险等待。欧洲自2000年开始进行IPv6的研究。在发展IPv6时，欧洲采用了一种与其他国家完全不同的模式，其基本策略是“先移动，后固定”。这是因为，欧洲的移动通信事业相当发达，第3代移动通信（3G）网络基本建成，首先在3G网络中引入IPv6是水到渠成的事情。制定3G标准的3GPP组织于2000年5月已经决定以IPv6为
38、基础构筑下一代移动网。IPv6能提供无数的地址空间，可以为无线应用的新用户提供巨大容量，是3G必须遵循的标准和发展3G所必需的工具之一。因此，欧洲也期待着能够利用IPv6使3G迎来明媚的春天。欧洲在发展IPv6方面投入了很大的力量，先后推出了大大小小近20个IPv6相关项目，包括6INIT、6WINIT、WINE、Euro6IX、6NET等。6INIT项目从2000开始，总投资42万欧元，该项目的目的在于，通过建立基于IPv6的运行网和提高有关IPv6部署问题在各公司间的认知度，推进IPv6多媒体和安全服务在欧洲的使用。该项目在2001年底结束后，其中的大多数参与者都留在6WINIT（IPv6
39、无线互联网行动计划）项目中继续工作。6WINIT项目的目的是有效地推进基于IPv6与GPRS及UMTS/3GPP结合的新型移动无线互联网在欧洲的应用。另外，为了加快IPv6在欧洲的引入和发展，欧洲还投资155万欧元建立了Euro6IX试验床。到目前为止，欧盟已经投资1亿多欧元用于IPv6的研究和开发项目。尽管欧洲的领导层都对IPv6给予了厚望，但起初欧洲的各大运营商基本上都是处于左右为难、举棋不定的状态，他们主要是考虑到IPv6还有许多的问题需要完善，加上要向IPv6过渡，就必须要对原来部署的大量设备和软件等进行更新换代。现在，也有少数运营商做出了一定程度的回应。虽然运营商的积极性不是很高，但
40、欧洲的设备厂商在IPv6的研发上可是不甘落后，诺基亚、爱立信等为代表的多数网络设备商都相继推出了各自的IPv6产品和解决方案。第二章 现有的IPv4-IPv6过渡技术目前的网络都是基于IPv4协议，互联网的主机大部分只支持IPv4，并且很多设备也只支持IPv4，要将这些设备在短时间内全部替换成为支持IPv6的设备，这是不可能也不现实的事情，这也违背了计算机行业的“向下兼容”的原则。因此IPv4和IPv6之间要有很长一段时间内共存。IPv4如何平滑、无缝、安全地向IPv6过渡，这是目前研究的热点也是难点。2.1 IPv4-IPv6过渡的原则 关于IPv4与IPv6长期共存，平滑过渡的问题，IPv
41、6协议设计者们提出了如下几条过渡性原则：1) 逐步演进:要求现有的IPv4主机可以随时升级，实现对IPv6的支持，与此同时，这与其他主机和路由器没有关系；2) 逐步部署:要求已经使用了IPv6的主机可以随时加入到网络中，同时不依赖于其他任何主机和路由器。3) 降低费用:无论是现有的IPv4节点升级到IPv6节点，还是部署新的IPv6节点，都需要考虑费用的问题。4) 寻址简单:要求现有的IPv4主机安装了IPv6协议之后，可以继续使用原有IPv4地址。2.2 平滑过渡的技术难点 为了实现IPv4向IPv6平滑、安全的过渡，IETF成立了专门的工作小组-IPv6网络互操作小组，该小组提出目前平滑过
42、渡的三个技术难点：1) IPv4和IPv6如何在网络中如何长期共存(Co_Existence);2) IPv4和IPv6网络的互操作(interoperation)；3) IPv4与IPv6网络的综合网络应用需求的差异。2.3 IPv4-IPv6过渡中的节点类型 目前已经定义了如下几种节点类型:1) IPv4_Only节点仅使用IPv4的节点，这种节点很明显只支持IPv4协议，不支持IPv6。2) IPv6_Only节点 仅使用IPv6的节点，这种节点很明显只支持IPv6协议，不支持IPv4。这种节点只能与IPv6节点以及使用了IPv6的应用程序进行通信。3) IPv6/IPv4节点 同时支持
43、IPv4和IPv6的节点，这种节点既支持IPv4也支持IPv6。当这种节点配置了IPv6接口之后，就能够支持IPv6了。4) IPv4节点这种节点实现了IPv4协议，它可以是仅支持IPv4的节点，也可以是IPv6/IPv4的节点。5) IPv6节点这种节点实现了IPv6协议，它可以是仅支持IPv6的节点，也可以是IPv6/IPv4的节点。2.4 IPv4-IPv6的三种基本过渡技术2.4.1 双协议栈技术(Dual Stack)双协议栈指的是一个节点同时支持IPv4和IPv6两种协议栈，也即同时支持IPv4和IPv6协议，该节点称为IPv4/IPv6节点。IPv4和IPv6有着功能相近的网络层
44、协议，两者均基于相同的物理平台(相同的物理层和数据链路层)，而且其上层的TCP/UDP也没有任何区别。双栈协议技术是过渡技术中最为广泛和基本的技术，是其他过渡技术的基础。只要网络当中的主机或者路由器被设置成双栈节点，就能够与其他任何直接相连的节点进行通讯。双协议栈技术的优点是：构造简单，对IPv4和IPv6提供了完全的兼容；正所谓人无完人，它也有很明显的缺点:每个双栈节点必须有一个合法的IPv4地址，也就是说这丝毫没有减轻IPv4地址紧缺的局面；另外，因为节点不仅要支持IPv4，同时也要支持IPv6，就需要维护更多的的协议，所以对该节点的性能要求较高，从而使得复杂度加大，开销也会加大。2.4.
45、2 隧道技术(Tunnel)这种技术实现了在IPv4网络当中实现IPv6站点之间进行通信，它是将IPv6的分组封装在IPv4的分组当中，也即把IPv6分组看成是IPv4包的数据部分，然后通过IPv4网络进行传输，并将IPv4协议报头域设置为41，代表这个分组负载的是一个IPv6分组，从而使得分组到达目的网络以后，又把它解封装恢复到最初的IPv6分组。隧道技术实现了IPv6孤岛之间的相互通信，巧妙的应用了现有的IPv4网络，隧道技术需要以双协议栈为基础，即在IPv6孤岛通过IPv4海洋进行通信，IPv6包需要封装在IPv4包中穿过IPv4海洋，IPv4海洋的两端的边界节点必须双协议栈节点，用于连
46、接IPv4和IPv6网络，并对报文进行封装和解封，当然，在过渡的后期，当IPv6占据主导地位的时候，它也可以实现IPv4孤岛之间的通信。隧道技术的优点是：很显然，对于IPv6孤岛而言，这个隧道技术是透明的，对于这些IPv6主机而言，他们感觉是在同一个网络中，而且充分利用了现有的网络IPv4，可以减少投资；它的缺点是:隧道的构建是一项复杂的工程，实现难度大；而且它并不能实现IPv4和IPv6网络之间的直接通信，它只是实现了在IPv4网络中IPv6孤岛之间的通信，或者IPv6网络中IPv4孤岛之间的通信。因此只适用于初期和后期的建设。2.4.3 网络地址转换/协议转换技术(NAT-PT)作为IETF最早推荐的双栈和隧道技术，却没有真正推动IPv4互联网到IPv6互联网的过渡，事实证明，采用这两种技术的十多年里，IPv4向IPv6过渡的速度赶不上IPv4地址耗尽的速度，实际上截止今天，IPv4地址已经耗尽，具体体现在如下：a. 双栈技术能够实现双栈主机与IPv4主机和IPv6主机之间的通信，但并没有解决IPv4与IPv6互访的问题，与此同时IPv4地址短缺的问题也没有得到解决，它同样需要IPv4地址。b. 隧道技术采用的是封装报文的办法实现了在IPV4网络中IPv6孤岛之间的通信，或者IPv6网络中IP
