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IPv4向IPv6过渡中6PE技术分析
作者：李洋
来源：《科学与信息化》2018年第15期
摘 要 随着全球Internet的飞速发展，第4版本IP（IPv4）的技术地址空间不足问题已经成为互联网和通信产业发展的瓶颈。而第6版本IP（IPv6）技术在IP地址数量、安全性、移动性、服务质量等方面具有无可比拟的优势。因此IPv4向IPv6逐步过渡已经成为下一代网络发展的必然趋势。利用MPLS技术可以实现骨干网上的流量工程以及服务质量（QoS），同时MPLS也为网络带来了各种新的业务模型。MPLS6PE技术就是在这样的背景下应运而生，MPLS6PE是一种基于MPLS的IPv6隧道技术，即利用MPLS技术在IPv4网络上实现IPv6隧道。
关键词 IPv4；IPv6；6PE； 1 双栈技术的研究与应用
双栈方式是IPv4向IPv6过渡的一种重要方式，双栈指的是主机同时运行IPv4和IPv6两套协议栈，同时支持两个版本的网络层IP协议标准。主机和路由器都可以通过双栈方式来获得与IPW或IPv6结点的通信能力，上层应用程序依靠DNS地址解析返回的地址类型来决定使用何种协议栈。双栈工作方式可以描述如下：如果应用程序使用的目的地址是IPv4地址，则使用IPv4协议栈；如果应用程序使用的目的地址是嵌入IPv4地址的IPv6地址，则IPv6就封装到IPv4中；如果目的地址是IPv6地址，则使用IPv6地址，或者封装在默认配置的隧道中。 简单地说，双栈机制就是使IPv6网络节点同时具有IPv4与IPv6协议栈，同时支持IPv4和IPv6协议。IPv6和IPv4是功能相近的网络层协议，两者都应用于相同的物理平台，并承载相同的传输层协议TCP或UDP，如果一台主机同时支持IPv6和IPv4协议，那么该主机就可以和仅支持IPv4或IPv6协议的主机通信。
IPv6网络中可能存在很多双栈节点，可以利用节点上的IPv4应用直接访问其他IPv4网络的服务实现IPv6和IPv4的互通。由于双栈节点没有IP地址，需要DSTM服务器分配临时IPv4地址，双栈节点访问其他IPv4网络的IPv4报文还需要通过IPv4OVERIPv6隧道穿越IPv6网络到达边缘设备再传送给IPv4网络，DSTM机制充分利用已有的IPv4应用，因此有利于实现IPv6到IPv4的逐步过渡。 2 NAT-PT技术的研究与应用
网络地址转换技术是将IPv4地址和IPv6地址分别看作内部地址和全局地址，或者相反。例如，内部的IPv4主机要和外部的IPv6主机通信时，在NAT服务器中将IPv4地址（相当于内部地址）变换成IPv6地址（相当于全局地址），服务器维护一个IPv4与IPv6地址的映射
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表。反之，当内部的IPv6主机和外部的IPv4主机进行通信时，则IPv6主机映射成内部地址，IPv4主机映射成全局地址。NAT技术可以解决IPv4主机和IPv6主机之间的互通问题。 NAT-PT是一种协议转换技术，用来解决IPv6和IPv4互通的问题，其主要思想是在IPv6节点与IPv4节点之间相互通信时，借助于中间的NAT-PT协议转换服务器，把网络层协议头部进行IPv6与IPv4间的相互转换以适应匹配对端的协议类型。
当IPv6主机要与IPv4主机通信时，首先需要在IPv6网络中标识IPv4主机，NAT-PT网关向IPv6网络中广播一个96位的地址前缀，用96位地址前缀加上32位IPv4主机地址作为对IPv4网络中主机的标识，IPv6主机发给IPv4主机的报文通过96位前缀被路由到NAT-PT网关，NAT-PT网关对IPv6报文头部进行转换并分配临时IPv4地址用于标识IPv6源报文，转换为IPv4报文发给IPv4目的主机。
由于NAT-PT过渡方式只需要在中间设置转换设备即可完成IPv6网络和IPv9网络的互通，应用较为简便，较好的适用于常用的网络互通需求。当然由于采用NAT相关技术，也继承了NAT的缺点，如效率以及应用层网关问题[1]。 3 IPv6隧道技术的研究与应用 3.1 手工配置隧道
手工隧道是最简单的一种实现IPv6与1Pv6互通的技术，同时也是其他1Pv6隧道技术的基础。IPv4网络和IPv6网络的边缘设备具有双栈能力，通过在两个边缘设备间手工配置隧道，将IPv6报文通过隧道封装在IPv4报文的负荷中传送到对端，解封装后再发送到目的IPv6节点。IPv6/IPv4过渡手工配置隧道应用如图1.10所示。
手工配置隧道适合于比较固定的IPv6连接，缺点是每两个IPv6网络之间都要通过手工配置建立隧道，因此配置相对比较烦琐。 3.2 6TO4隧道
针对手工配置隧道存在的问题，出现了一些可以实现隧道自动配置的过渡技术，如自动隧道、隧道代理（TUNNELBROKER）以及IPv6 To IPv4隧道等。IPv6 To IPv4隧道使用IPv6 To IPv4地址，这种IPv6地址的前缀中包含IPv4地址，也就是隧道边缘设备的IPv4地址，使用IPv6 To IPv4地址的IPv6网络称为IPv6 To IPv4网络[2]。
在简单应用中，可以实现两个IPv6ToIPv4网络互通，方法是在边缘设备取出目的IPv6地址中包含的IPv4地址作为隧道末端，自动建立隧道。在复杂的应用中，可以通过在纯IPv6网络的边缘提供IPv6 To IPv4中继设备，实现大型非IPv6 To IPv4的IPv6网络对其他IPv6 To IPv4网络的接入。
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IPv6 To IPv4隧道技术在过渡初期较为有效，无须申请正式IPv6地址就可以部署IPv6网络并接入到IPv6骨干网中。但是，由于网络使用的IPv6地址限制为特殊的IPv6 To IPv4地址，因此IPv6 To IPv4技术不适于在大型IPv6骨干网络中使用。 3.3 MPLS隧道
使用现有的MPLS骨干网络，可以较为方便地实现IPv6网络的互通。将IPv6网络视为IPv4的私网，在MPLS骨干网中为不同的IPv6网络之间建立LSP隧道，并通过BGP等传递可达性信息。这种方式只需对骨干网中PE设备升级，P设备无须改动。MPLS隧道包括两类，即L2VPN和L3VPNoMPLSL2VPN隧道的实现，无须为IPv6做特殊工，并且能够实现IPv6站点的IGP互通，使用MPLS电路交叉连接，I尸v6主机可通过点到点配置的隧道在IPv4网络上通信；L3VPN隧道的实现需要6PE的技术，它使IPv6进一步融合到MPLS网络中，但是不能做到站点间IGP的互通，各站点必须是独立的AS。
MPLSIPv6隧道提供了基于标准的高效方式，以便在现有的IPv4/MPLS网络上传输IPv6流量。这种方法只需要在供应商边缘（PE）路由器上提供IPv6。此外，MPLSIPv6隧道通过将BGP扩展用于传递IPv6标签绑定信息来简化MPLS传输，从而消除了人I映射每条电路与标签交换路径的需求，降低了运行成本以及维护工量。 4 MPLS 6PE的总体架构
MPLS 6PE模块主要包括MPLS， BGP、路由管理等模块，这些模块通过IPv6功能。、BGP模块—在MPLS 6PE的体系结构中，采用了MP-BGP协议在6PE之间分发IPv6前缀以及相应的标签信息，从而实现6PE之间信令的传递，从而建立工Pv6隧道转发信息。 路由管理—在6PE INGRESS LSP建立或删除后，LSPM模块需要通知路由管理模块，建立以IPv6目的地址为FTN的MPLS报文转发信息。配置管理—通过响应命令行的配置，MPLS和BGP模块进行相应的处理，完成相关的配置功能。
MPLS转发—MPLS转发通过查找标签转发信息库，进行MPLS标签报文或MPLS入口IPv6隧道报文的转发。底层转发驱动—LSPM模块将建立的LSP信息通知底层驱动模块，下发标签转发信息。
为了完成6PE的MPLS转发功能，需要对MPLS， BGP以及路由管理等模块进行扩展，其中MPLS LSP管理模块的功能扩展主要包括创建或删除6PEINGRESS与EGRESS LSP， LSPM接收来自路由管理的IPv6地址FEC建立请求等；BGP多协议的功能扩展主要包括BGP IPv6标签发送能力协商、BGP IPv6前缀地址以及相应的标签发送与接收处理等；路由管理的功能扩展包括IPv6入口MPLS路由下发，以及普通IPv6前缀信息的下发。 5 结束语
IPv4向IPv6过渡中6PE技术分析
