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【摘要】 IPv4网络向IPv 的过渡已经成为网络发展的必然趋势，面对网络协议的过渡，成本和过渡机制的选择成为关键的问题。对于网络中占多数的中小型网络来说，如何以较低的成本投入，选择合适的过渡技术，尽快实现IPv 的应用，是解决这部分网络向IPv 过渡关键，本文从成本和过渡机制的分析入手，讨论了中小型网络在向IPv 过渡时的成本和机制选择问题，希望对中小型网络尽快实现IPv 的过渡有所帮助。
【关键词】：IPv 过渡 成本 机制
medium-sized network IPv transition selected for cost and mechanism
Zhanghao
（Zhang hao，Henan business college zhengzhou 450044）
Abstract: The IPv4 network to IPv transitions has become the inevitable trend of the network developing, facing the network protocol transition cost and transition mechanism, the choice to become the key problems. For the network account for the majority of medium-sized network, how to lower the cost, choose suitable technology in transition, as soon as possible to realize the application of IPv , is the solution to this part of the network transition to IPv key, this article from the cost and transition mechanism analysis proceed with, discussed medium-sized network to IPv transition cost and mechanism selection problem, hope to the medium-sized network as soon as possible to achieve the transition of IPv helpful.
Key word：IPv Transition Cost Mechanism
引言
2011年2月3日， 国际互联网名称和编号分配机构正式宣布，全球IPv4地址已经分配完毕，IPv4地址总库已经枯竭，这是一条载入互联网发展史册的消息。IPv4过渡到IPv 已迫在眉睫，然而从IPv4到IPv 的过渡，并不是一个简单的事情，整个过渡的过程涉及到数据中心、路由器、存储设备和网络管理技术等多个方面。对于中小型网络来说，如何选择适合自己的过渡成本和机制，对于合理并快速的实现IPv 的过渡和应用，成为了需要重点研究的问题。
IPv 过渡涉及到的成本问题
1981年Jon Postel 在RFC191中定义了IPv4协议，30年过去了，现在大部分的网络主机依旧在使用IPv4协议。上世纪90年代，随着互联网技术的飞速发展，人们开始意识到IPV4的地址有一天可能被耗尽，于是开始开发下一代互联网协议，1998年12月国际互联网工程任务小组（IETF）在RFC 24 0中描述了下一代互联网协议，人们称之为IPV ，并开始着手推广IPv4网络向IPv 网络的过渡[1]。然而10几年过去了，IPv 的部署却举步维艰，这其中关键的问题就是IPv 过渡涉及到的成本。其中关键的几个问题如下：
1、硬件更换的成本，网络协议的更换，不仅仅涉及到主机和用户简单的更改协议，我们所要考虑的第一个成本就是硬件的更换。而IPv4运行30年以来，基本上只要连通网络的地方都在使用支持IPv4的网络设备，但是网络设备高昂的价格，成为大量中小型网络向IPv 过渡的障碍。更换设备，相当于重新布设一次网络，很多人就会考虑这样的问题：既然现在不影响使用，为什么要过渡到IPv ？
2、软件更换的成本，即使更换了支持IPv 的网络硬件，但是如果没有相关的应用软件的支持，人们不会选择使用IPV 网络，如果仅仅是为了获得更多的网络地址，大多数人也不会考虑到IPv4地址空间不足的问题，因为我们的用户只对网络能提供的资源和应用感兴趣。但是开发一系列支持全新IP协议的应用和服务平台，其成本不比更换硬件低。
3、管理者和用户的技术升级成本，IPv4使用了30多年后，我们现在依旧仅有部分网络的管理者对IPv4技术有相关的了解，多数用户对IPV4技术根本就不了解。IPv 拥有比IPv4更复杂的地址格式和设置。那么可想而知，想要使用者了解IPv 的难度有多大，而对管理者和用户进行技术培训和教育的成本又会有多少？
从2000年开始，美国和欧洲各国对IPv 推广的资金投入不下百亿欧元，但是人们并没有感觉出来推广的进度有多大，而在我们国内，IPv 的推广更是艰难，一位网络运营商的老总曾经说过：网络运营早已不是“朝阳产业”，运营商为了吸引用户，不断地降低毛利，但是如果想升级到IPv ，几乎要对全网进行硬件的升级，设备和资金的投入成为制约运营商的最关键的问题。
而对于网络中大量的中小型网络来说，网络升级的成本，更成为IPv 过渡的一个关键问题。这些中小型网络是互联网最根本的基础，如何为他们选择一条低成本的IPv 过渡方案，成为整个互联网络IPv 过渡的关键问题。
IPv 的过渡机制
IPv 协议的设计者在最初的RFC 1152中对于IPv 的过渡问题，提出了“IP下一代协议建议”，其中定义了以下几个过渡原则：平滑过渡、逐步部署、降低成本、技术兼容[2]。我们可以看出，过渡的过程和成本是整个过渡的关键。目前主要应用的过渡技术有：
1、双栈技术
为了实现新旧节点间的互联互通，对于网络中的终端设备和节点，如果既安装IPv4协议又安装IPv 协议，我们把这种方式叫双协议栈技术，或者叫双栈协议技术。在双栈协议中，主机可以同时运行IPv4和IPv 两种协议，所以其操作系统同时支持IPv4和IPv 两种协议，应用程序可以根据情况选择使用不同的IP协议。
在网络全部升级到IPv 协议之前，网络中使用双栈协议的运营商可以使用双栈技术逐步地对网络的节点进行升级。在搭建的IPv 实验网中，利用双栈主机既可以和IPv4主机进行通信，又可以和IPv 主机进行通信的特点，来对IPv 的应用进行实验，进行IPv 研究是最简单有效的方式。双栈协议技术是IPv 节点与IPv4节点兼容的最直接的方式，具有互通性好，易于理解的特点。
但是需要注意，由于现在多数网络是IPv4网络体系，因此在使用双栈技术跨网络访问的时候，需要借助其他技术穿过IPv4网络。并且由于双栈技术仅仅是在系统中简单的添加了对IPv 协议的支持，所以并不能从根本上解决IPv4地址短缺的问题。
2、NAT地址转换技术
在IPv4网络中，由于公有地址和私有的形式，我们已经使用过NAT技术，但是当时仅仅为了将私有地址和公有地址进行转换，虽然也能解决一部分网络终端IP地址不足的问题，但并不是长久之计。因此，在针对IPv 网络的过渡中，就有了NAT-PT技术。与原有的地址转换概念相同，把原有的NAT技术与SIIT协议转换技术相结合，可以描述成IPv 到IPv4的地址翻译器。
NAT-PT处于IPv 和IPv4网络的交界处，以地址转换的形式让IPv 和IPv4网络中的主机能够识别对方。以协议转换的方式实现IPv4和IPv 协议头之间的转换，来达到IPv 主机与IPv4主机之间互联互通的目的。也就是说，在IPv4网络中的主机，如果需要与IPv 网络中的主机进行通信，可以用一个IPv4地址标识来标示它。反之，如果IPv 网路中的主机需要与IPv4网络中的主机进行通信，也用一个IPv 地址来标识这个IPv4主机。
采用NAT-PT技术，不用修改上层协议，而且转换方式直接明了，又能实现IPv4网络主机与IPv 网络主机的通信。使用NAT-PT技术，能够对网络层、传输层以及一些应用层协议的进行互相转换。因此在IPv4地址匮乏的情况下使用这种技术，能够实现IPv4和IPv 网络的互联和从IPv4向IPv 的平滑过渡。但是使用这种技术，需要安装NAT-PT网关设备。
3、隧道（Tunnel）技术
在IPv 过渡初期，由于IPv4海洋和IPv 岛屿的存在形式，想要实现岛屿间的通信，我们引入隧道的概念。其目的是充分利用现有的IPv4网络设备，使得分散的IPv “孤岛”可以穿越IPv4网络，实现IPv 主机间的相互通信[24] [25]。隧道技术核心思想是将IPv 的数据包作为无意义的数据，封装在IPv4数据报中被IPv4网络传输，依据这个思想，人们提出了隧道技术，其基本工作流程如下：
1)发送前的封装，在隧道入口处，首先把IPv 数据包作为完整的数据，先进行IPv4封装，然后发送。
2)对接收到的数据进行的必要处理，隧道出口收到隧道封装的数据包后，先确认是否需要重组。然后去掉封装的IPv4数据报头，取出IPv 数据包，检查IPv 数据报的地址，对其作相应处理。
在隧道技术中，“封包――拆包”这样一个过程是所有隧道机制都在使用的。
隧道的实现方式和类型主要有手工配置隧道、自动隧道、 over4隧道、 to4隧道和隧道代理等。
其中隧道代理技术是一种方便构造、管理隧道的机制，而不是一种隧道技术。隧道代理相当于出一个IPv 的ISP，用户通过隧道从ISP处获得持久的IPv 地址和域名，能使孤立的IPv4网络节点跟隧道提供者的IPv 网络环境互通，隧道代理的方式可以为用户和管理者减小配置的工作量，简化隧道的配置过程。目前，隧道代理很适用于单个主机获取IPv 连接的情况。
中小型网络的IPv 过渡之路
对于目前主要采用的这三种技术而言，其中双栈方式是一种比较直观的解决IPv4/IPv 共存问题的方式，但只有当通信双方数据包通路上的所有节点设备(路由器等)都支持双栈技术后，这种方式才能充分发挥其作用，其对现有IPv4网络的改造要求高，是适合在IPv4骨干网全部改造后考虑的策略。而NAT-PT技术可以较好地解决IPv4和IPv 的互通问题，使得大部分应用层协议不需要修改就能够实现互通。但对于需要在应用层协议的控制平面来传送IP层信息的应用，不能够通过基本NAT-PT设备互通，必须结合相应的应用层网关(ALG)来实现这些应用层协议的转换。隧道技术是在IPv4/IPv 过渡阶段中，利用IPv4现有的网络资源开展IPv 业务的方式。由于现有的IPv4网络基础资源庞大，在IPv 发展过程中一定会有大量的隧道应用。正因如此，隧道技术倍受关注，且种类很多，下面分别对它们其中几种主要的隧道技术的特点和适用范围进行分析：
1、手工配置隧道直观、简单，但是管理开销大，适合在稳定不变的2个IPv 网络之间连接时使用。
2、兼容地址自动配置隧道仅适用于独立的主机站点之间，IPv4地址消耗大，扩展性差。
3、 to 4隧道适于多个IPv 子网之间的互联，有公开IPv4地址的用户子网就可以自行配置，使用方便。
4、 over 4隧道需要IPv4组播支持，无法在大规模网络中应用，适用范围小。
5、隧道代理适合独立的主机站点使用，简化了手工隧道的工作，同时可作为ISP提供给的业务，简化建立站点到IPv 骨干网连接的方式。
在实际应用中，对于中小型园区网络和校园网络，因为网络过渡成本和技术的限制，我们必须要求以较低的成本来进行实现，同时以简单易行的技术来实现IPv 过渡后的一些应用[3]。因此在过渡初期，建议这些网络选择使用自动隧道与隧道代理相结合的技术，一方面可以建立隧道以实现小范围IPv4到IPv 的过渡，简化了网络管理者的工作量，另一方面可以为网络用户使用IPv 资源提供了一种方便快捷的手段，增加了使用者了解IPv 技术的机会，为以后IPv 的全面推广打下了基础。
结束语
面对即将到来的IPv 过渡，作为中小型网络的管理者，不应该再去逃避或者拖延网络的过渡，应该积极的投入其中，核算成本，选择合适的过渡技术，勇于探索不同组合的IPv 过渡机制，只有这样才能推动占网络大多数的中小网络积极向IPv 过渡，也才能更好的推广IPv 的技术和应用，为整个网络的发展提供推动力。
参考文献
[1]徐朝晖.IPv :当前过渡情况综述[J].数字通信世界，2011,05(11):12-15.
[2]张伟. IPv 过渡技术发展历程分析[J].电信网技术，2011,0 (204):25-21
[3]卢媛媛.校园网IPv4向IPv 过渡方法研究与探讨[J].黄冈师范学院学报，2011,0 (134): 3- 5
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发表于 2020-5-27 10:13:26
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