基于双协议栈技术IPV6过渡技术.ppt

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1、基于双栈技术的基于双栈技术的IPV4向向IPV6过渡技术过渡技术计算机软件与理论计算机软件与理论201112171957朱朱 威威 郑州大学信息工程学院郑州大学信息工程学院IPV4/IPV6的现状（的现状（1）现在的互联网面临着现在的互联网面临着IP地址枯竭、路由地址枯竭、路由表急剧膨胀、对网络安全和多种应用支表急剧膨胀、对网络安全和多种应用支持不理想等突出问题持不理想等突出问题。IPv6协议不仅扩充了地址空间，而且在协议不仅扩充了地址空间，而且在路由、安全、移动和配置管理等方面都路由、安全、移动和配置管理等方面都比比IPv4协议有了很大的提高。协议有了很大的提高。IPV4/IPV6的现状（的

2、现状（2）IPv6与与 IPv4协议是不能兼容的，如果协议是不能兼容的，如果一个网络要切换到一个网络要切换到IPv6，则此网络的绝，则此网络的绝大部分网络设备以及计算机都需要进行大部分网络设备以及计算机都需要进行升级。升级。缓慢原因缓慢原因:1.过程过程 2.时间时间3.IPV6“杀手锏杀手锏”IPv4和和IPv6两种网络将会长期共存两种网络将会长期共存IPV6的优势的优势具有几乎无限的地址空间具有几乎无限的地址空间。支持即插即用支持即插即用。增强的安全性增强的安全性(如扩展报头提供如扩展报头提供 IPSec)、QoS(如报头中的流标签这个属性域如报头中的流标签这个属性域)。计算网格和数据网格

3、计算网格和数据网格(大规模科学计算大规模科学计算)。移动移动 IP 技术等。技术等。IPV6普及面临问题普及面临问题稳健的基于稳健的基于 IPv4 的网络过渡到基于的网络过渡到基于 IPv6 的网络的网络。同时尽可能减少过渡的成本。同时尽可能减少过渡的成本。目前的解决方案主要有三种目前的解决方案主要有三种:双协议栈双协议栈(Dual Stack)、隧道、隧道(Tunnel)和网络地和网络地址址/协议翻译协议翻译(NAPT-PT)。双协议栈概念双协议栈概念双协议栈是指在单个节点同时支持双协议栈是指在单个节点同时支持IPv4和和IPv6两种协议栈，具有一个两种协议栈，具有一个IPV4栈栈和一个和一

4、个IPV6栈。栈。IPv6和和IPv4协议协议：功能相近的网络层协议，功能相近的网络层协议，都基于相同的数据链路层和物理层平台都基于相同的数据链路层和物理层平台。传输层传输层TCP和和UDP也没有区别也没有区别。所以可以在一台主机上同时支持所以可以在一台主机上同时支持IPv4协协议和议和IPv6协议。协议。IPV4/IPV6双双IP层结构层结构图图双协议栈技术的工作原理双协议栈技术的工作原理一台主机同时支持一台主机同时支持IPv6和和IPv4两种协议，两种协议，该主机既能与支持该主机既能与支持IPv4协议的主机通信，协议的主机通信，又能与支持又能与支持IPv6协议的主机通信。协议的主机通信。应

5、用最广泛的过渡技术应用最广泛的过渡技术。IPv4/1Pv6互通技术的基础。互通技术的基础。双栈协议节点的工作模式双栈协议节点的工作模式l1只运行只运行IPv6协议，表现为协议，表现为IPv6节点。节点。l2只运行只运行IPv4协议，表现为协议，表现为IPv4节点。节点。l3同时打开同时打开IPv6和和IPv4协议。节点使用协议。节点使用IPV4机制进行机制进行IPV4地址配置（静态配地址配置（静态配置，置，DHCP）；使用）；使用IPV6机制进行机制进行IPV6地址配置（静态配置，有状态自地址配置（静态配置，有状态自动配置，无状态自动配置）。动配置，无状态自动配置）。双协议栈结构的应用在在WI

6、NDOWS操作系统中，提供的是操作系统中，提供的是双协议栈结构双协议栈结构。该结构该结构包含的包含的IPV6协议的驱动程序协议的驱动程序tcpip6.sys中，有针对中，有针对IPV6和和IPV4的不的不同的同的TCP协议和协议和UDP协议的实现方案。协议的实现方案。双协议栈结构图双协议栈结构图双协议栈工作模式双协议栈工作模式在源节点向目的节点发送分组时，首先在源节点向目的节点发送分组时，首先应确定使用的是网络层哪个版本的协议应确定使用的是网络层哪个版本的协议。若使用的是若使用的是IPV4或或IPV6协议。源节点协议。源节点主机向主机向DNS查询查询。若若DNS返回返回IPV4地址，发送地址，

7、发送IPV4分组分组。若若DNS返回返回IPV6地址，发送地址，发送IPV6分组。分组。双栈节点工作过程描述双栈节点工作过程描述（1,2）若应用程序使用是若应用程序使用是IPV4地址，使用地址，使用IPV4协议栈。协议栈。若应用程序使用兼容若应用程序使用兼容IPV4地址的地址的IPV6地址，仍然使用地址，仍然使用IPV4协议，需要将协议，需要将IPV6分组封装在分组封装在IPV4分组中。分组中。双栈节点工作过程描述双栈节点工作过程描述（3,4）若应用程序使用若应用程序使用的的是其他类型的是其他类型的IPV6地址，将使用地址，将使用IPV4协议栈（此时可能协议栈（此时可能要采用隧道技术）。要采用

8、隧道技术）。若应用程序使用域名地址作为目的地址，若应用程序使用域名地址作为目的地址，节点首先提供支持节点首先提供支持IPV4 A记录和记录和IPV6A6记录的解析器，的记录的解析器，的DNS服务器服务器请求解析，得到对应的请求解析，得到对应的IPV4/IPV6地址，地址，再再根据根据情况情况分别分别处理处理。双栈技术的缺点双栈技术的缺点双栈网络这个框架中的路由器上已经启双栈网络这个框架中的路由器上已经启用了用了IPV4转发与转发与IPV6转发。转发。缺点缺点：1.必须升级整个网络软件后才能运行两必须升级整个网络软件后才能运行两个独立的协议栈个独立的协议栈。2.要同步存储所有的表（如路由表要同步

9、存储所有的表（如路由表）。）。3.还要为还要为这这两种协议都配置路由协议两种协议都配置路由协议。双栈协议下的应用双栈协议下的应用对网络管理而言，根据协议的不同采用对网络管理而言，根据协议的不同采用单独的命令。单独的命令。例如在使用操作系例如在使用操作系统的主机上，测试网络连接的命令，统的主机上，测试网络连接的命令，IPV4使用使用ping.exe，而，而IPV6使用使用ping6.exe。目前双协议栈技术目前双协议栈技术基本双协议栈技术（基本双协议栈技术（dual stack model,DSM）有限双栈技术有限双栈技术(limited dual stack model,LDSM)和双栈翻译技

10、术（和双栈翻译技术（dual stack transition model,DSTM）基本双栈基本双栈模式模式和有限双栈和有限双栈模式模式双栈节点双栈节点双栈技术通用、稳妥双栈技术通用、稳妥双栈具有三种工作模式：双栈具有三种工作模式：只运行只运行IPV6协议，对外呈现为协议，对外呈现为IPV6节节点；点；只运行只运行IPV4协议，对外呈现为协议，对外呈现为IPV4节节点；点；同时对外运行同时对外运行IPV4协议和协议和IPV6协议，协议，对外呈现双栈模式。对外呈现双栈模式。DNS服务支持的转换服务支持的转换IPV6/IPV4节点需要有一个节点需要有一个DNS解析器解析器来同时解析这两种来同时解

11、析这两种DNS地址记录。地址记录。DNS的的A记录用来解析记录用来解析IPV4地址地址。DNS的的AAAA记录或者记录或者A6记录将用来记录将用来解析解析IPV6地址。地址。DNS对对IPV6解析要满足的规定解析要满足的规定地址是分配给某节点的一个接口。地址是分配给某节点的一个接口。地址在接口上配置地址在接口上配置。接口连接的链路连接到接口连接的链路连接到IPV6网络。网络。有限双栈技术特点有限双栈技术特点有限双栈技术是对双栈技术的改进，要有限双栈技术是对双栈技术的改进，要求服务器主机和路由器是双栈的，非服求服务器主机和路由器是双栈的，非服务器主机仅需要支持务器主机仅需要支持IPV6协议。协议

12、。还有有限双栈技术的优点是仅需要较少还有有限双栈技术的优点是仅需要较少的的IPV4地址。地址。双栈翻译技术双栈翻译技术双栈翻译机制可以实现为双栈翻译机制可以实现为IPV6网络中网络中的双栈节点分配临时的的双栈节点分配临时的IPV4地址，并地址，并采用采用IPV4 over IPV6隧道机制，与没有隧道机制，与没有实现双协议栈的实现双协议栈的IPV4节点进行通信。节点进行通信。在早期的在早期的IPV6网络中，网络中，DSTM也用于也用于避免避免NAT与与IPV4节点和程序通信。节点和程序通信。DSTM的假定规则的假定规则1.DSTM域是在一个内部网上。域是在一个内部网上。2.DSTM节点只与节点

13、只与IPV4节点通信时才需要节点通信时才需要维护维护IPV4地址。地址。3.DSTM仅维护必要的仅维护必要的IPV4路由，尽可能路由，尽可能地使用地使用IPV6路由。路由。4.4.当节点获得当节点获得IPV4地址后，节点采用隧道地址后，节点采用隧道技术将技术将IPV4数据封装在数据封装在IPV6数据包中，数据包中，发往边界路由器。发往边界路由器。5.5.已经存在的已经存在的IPV4节点和应用程序不用做节点和应用程序不用做任何修改。任何修改。DSTM技术原理（技术原理（1）实现实现DSTM的系统由的系统由DSTM服务器和服务器和DSTM客户节点客户节点组成，组成，DSTM服务器为服务器为客户节点

14、分配客户节点分配PIV4地址地址，为为DSTM客客户节点指定隧道端点（户节点指定隧道端点（TEP）。）。原理：原理：DSTM节点使用节点使用TEP把把IPV4数数据封装在据封装在IPV4数据包中，发往数据包中，发往DSTM边界路由器。边界路由器收到这种边界路由器。边界路由器收到这种IPV4 over IPV6数据包中，将来数据包中，将来IPV6数据包中取出数据包中取出IPV4数据，然后把数据数据，然后把数据包发往包发往IPV4目的地。目的地。DSTM技术原理（技术原理（2）依据依据上述上述类似的原理，类似的原理，DSTM边界路由边界路由器在收到返回的器在收到返回的IPV4数据包时，将数据包时，

15、将IPV4数据包封装在数据包封装在IPV6的数据包中。的数据包中。再发往正确的再发往正确的DSTM节点。节点。对实现对实现DSTM的软件要求的软件要求服务器需要维护服务器需要维护TEP和和IPV4地址池的地址池的信息。信息。客户机节点需要支持自动隧道机制，从客户机节点需要支持自动隧道机制，从服务器获得服务器获得TEP和和IPV4地址。地址。边界路由器支持自动隧道，并且缓存客边界路由器支持自动隧道，并且缓存客户机节点需要用到的户机节点需要用到的IPV6地址和地址和IPV4地址。地址。DSTM网络组成和实现网络组成和实现DSTM网络的组成包括：网络的组成包括：DSTM服务器、服务器、DSTM客户节

16、点和客户节点和TEP。DSTM服务器包括：服务器包括：1.1.客户访问模块客户访问模块2.2.地址访问模块地址访问模块3.3.路由信息访问模块路由信息访问模块DSTM客户节点客户节点功能功能DSTM客户节点获得从客户节点获得从DSTM服务器返服务器返回的回的IPV4地址和地址和TEP信息，获得的信息，获得的IPV4地址有一定地址有一定的的生存期，超过期限生存期，超过期限后节点不能继续使用该地址。后节点不能继续使用该地址。节点不允许动态更新节点不允许动态更新DNS返回给返回给DSTM服务器返回模块的服务器返回模块的IPV4地址。地址。节点可以手工配置节点可以手工配置TEP，也可以使用动，也可以使

17、用动态隧道技术配置态隧道技术配置TEP。TEP（隧道节点）（隧道节点）TEP能够正确地拆解、封装能够正确地拆解、封装IPV4 OVER IPV6数据包。数据包。当通信仅限于内部网时，可以使用专用当通信仅限于内部网时，可以使用专用地址。地址。若域内某节点需要访问公网若域内某节点需要访问公网IPV4节点，节点，DSTM服务器最好将公网服务器最好将公网IPV4分给该分给该节点。节点。DSTM服务器功能服务器功能DSTM服务器负责为服务器负责为IPV6网络中的主机分网络中的主机分配和管理临时的配和管理临时的IPV4地址，未来减少对地址，未来减少对IPV4地址的需求，地址的需求，DSTM服务器可以结服务

18、器可以结合主机的端口识别，把统一个合主机的端口识别，把统一个IPV4地址地址分配给不同的主机、分配给不同的主机、DSTM服务器。服务器。需要维持已经分配的需要维持已经分配的IPV4地址与地址与IPV6主主机之间的映射关系，服务器分配给机之间的映射关系，服务器分配给IPV6主机的主机的IPV4地址在一定时间内收回，若地址在一定时间内收回，若还需要必须重新申请。还需要必须重新申请。DSTM服务器与内服务器与内部节点之间的通信必须使用部节点之间的通信必须使用IPV6协议，协议，DSTM服务器也提供对节点的请求的认证。服务器也提供对节点的请求的认证。DSTM客户节点需要客户节点需要IPV4依据依据1.

19、1.当当DNS查询返回一个查询返回一个IPV4地址时。地址时。2.2.当一个应用程序打开一个当一个应用程序打开一个IPV4套接字套接字时。时。3.3.一个一个IPV4包已经发出，还没有得到接包已经发出，还没有得到接口的处理时。口的处理时。DSTM技术过程技术过程1.DSTM客户节点发送第一个客户节点发送第一个IPV4包时，包时，DSTM客户端程序与客户端程序与DSTM服务器取服务器取得联系，得到临时的得联系，得到临时的IPV4地址和地址和TEP的的IPV6地址。地址。2.IPV4 over IPV6接口负责把接口负责把IPV4包封包封装在装在IPV6包中。包中。3.TEP负责将封装在负责将封装

20、在IPV6包中的包中的IPV4包包解封装，或将从解封装，或将从IPV6网络外部进来的网络外部进来的IPV4包封装在包封装在IPV6包中。包中。DSTM技术的三个优点技术的三个优点协议对网络是透明的，由于采用封装的协议对网络是透明的，由于采用封装的封装，在封装，在IPV6网络不用网络不用IPV4的路由器。的路由器。协议对应用程序是透明的，在双协议栈协议对应用程序是透明的，在双协议栈主机上的应用程序与在主机上的应用程序与在IPV4上应用程上应用程序一样，不需要修改。序一样，不需要修改。采用采用DHCPV6允许动态分配允许动态分配IPV4地址。地址。总结总结IPv6 的推荐与普及成为必然的趋势。的推荐与普及成为必然的趋势。充分利用现在充分利用现在 IPv4 资源丰富的特点，资源丰富的特点，实现实现IPv6IPv4 网络的互操作网络的互操作。使使IPV4能够顺利过渡成能够顺利过渡成IPV6。使使 IPv6 网络中的主机能够访问网络中的主机能够访问 IPv4网网络资源，减小升级成本络资源，减小升级成本。