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IVI方案:融合IPv4与IPv6

时间:2012/11/19 11:21:36 点击:621

  核心提示:我国下一代互联网示范工程(CNGI)建设正在如火如荼地进行着,其核心之一是基于IPv6协议的网络重建。不过,由于现有的IPv4协议与IPv6拥有着不同的地址结构,因此,如何实现IPv4网络向IPv6网络的平滑过渡,是不得不面对的一个严峻问题。目前,在IPv6的发展过程中,双栈、隧道、翻译是三种典型的...

  我国下一代互联网示范工程(CNGI)建设正在如火如荼地进行着,其核心之一是基于IPv6协议的网络重建。不过,由于现有的IPv4协议与IPv6拥有着不同的地址结构,因此,如何实现IPv4网络向IPv6网络的平滑过渡,是不得不面对的一个严峻问题。目前,在IPv6的发展过程中,双栈、隧道、翻译是三种典型的网络过渡机制。本文主要介绍翻译机制的代表性实施方案IVI。

  IPv4

  怎么转换到IPv6?

  IVI无状态地址映射方案主要由ISP来实现,但是也可以在相关企业网络中进行。IVI方案将128位的IPv6协议地址分为三部分(见下图)。其中0~39位为LIR前缀,其中前32位是ISP的前缀,后8位为IVI标志位;40~71位为内嵌其中的全球IPv4地址;72~127位为全零。将32位IPv4地址嵌入IPv6地址中,任何一个IPv4地址都可以通过这种地址嵌套找到一个IPv6地址。

  当IPv4主机与IPv6主机进行通信的时候,IVI起到的作用就是将异种地址转换为同种地址,然后再相互通信。可以说,地址映射是IVI方案的关键。

  IPv4到IPv6的映射:IPv6地址空间巨大,从IPv6的地址空间中划分出一部分与IPv4地址一一映射,这样一来,每个IPv4地址都会有一个惟一的IPv6映射地址,该映射地址集合由IPv6 ISP分配,其只能作为映射地址以表示全球IPv4主机,但不能用于一般的IPv6主机,IVI IPv6主机除外。

  IPv6到IPv4的映射:IPv4地址空间远小于IPv6地址,每个IPv6地址不可能都有一个IPv4地址对应,从IPv4地址中划分一小块地址与一部分IPv6地址一一映射,该IPv4地址块属于IPv4 ISP地址的一部分,而且这一地址块不能被IPv4主机使用。同时,其在IPv6地址结构中也有对应的部分。IPv6地址结构中有一个特殊的IPv6地址块,其余IPv6地址都可以与它相连,并通过它找到一个IPv4映射地址。

  IP协议

  是如何被改变的?

  从IPv4地址转换为IPv6地址,IP地址位数从32位扩展到了128位,因此,IPv4主机与IPv6主机通信的时候,不仅仅需要对不同的IP地址,还需要对应用到IP地址的上层协议做相应的修改。

  1.网络层

  在网络层上,我们所要面对的第一个问题是IP数据包头部的翻译问题,第二个问题则同ICMP处理有关。对于IPv4与IPv6之间的ICMP通信问题,IVI遵循ICMP/ICMPv6消息在SIIT(Stateless IP/ICMP Translation)中定义的传送规则。但是,其中有一些ICMP报文可能在IPv6地址中并不由中间路由器产生。为了阻止ICMP消息在传输过程中被丢弃,需要在IPv4中预留一小块地址块来标识非IVI映射的IPv6的地址。

  2.传输层

  TCP和UDP头部的校验由IP地址生成,需要重新计算并更新。

  3.分片和最大传送单元

  IPv4与IPv6头部大小不同,IVI6数据包比IVI4数据包大,当IPv4与IPv6数据包经过IVI传输时,会出现数据包大小超过下一个链路IPv6网络最大传送单元的问题。因此,需要对IPv6分片头部与分片空间的最大传送单元MTU进行处理。

  4.应用层

  IVI技术是无状态的一对一的地址映射,它几乎可以实现所有现有的应用,比如HTTP、SSH、Telnet和远程桌面。不过,如果某些应用和设计需要识别应用层实体,应用层网关的部署就不可避免。在IVI技术中,它被纳入IVI网关。

  IVI怎么用?

  IVI系统包括IVI网关和IVI DNS。网关设备放置在IPv6核心内网中,实现地址转换和应用层设备的功能,网关分别与IPv4和IPv6网络的核心路由器连接,整个 IPv6内网中预留一段40位前缀的IPv6地址作为IPv4和IPv6的地址池,用于地址转换。IVI DNS则用于IPv4和IPv6之间的IVI地址解析。

  IVI方案是什么?

  IPv4向IPv6过渡方案IVI,是由清华大学的李星教授团队所提出的。在这其中,IV代表罗马数字4,VI代表罗马数字6,IVI三个字母合在一起代表了IPv4与IPv6之间的地址映射。翻译机制有着多种实现方式和方案,在这其中,IVI方案是一种无状态地址翻译机制,它可以在IPv4与IPv6报头之间直接翻译,而无需每次连接状态。

  IVI方案的转换思路是将IPv4地址作为一个前缀嵌入IPv6地址,使这个IPv6地址与IPv4一一映射,并通过无状态网关让IPv6网络与IPv4网络相连。其优势在于:

  ● 支持端到端的透明地址;

  ● 支持客户/服务器模式和点对点在跨越IPv4和IPv6地址中的应用,而不使用NAT穿越技术;

  ● 可以满足IPv4到IPv6过渡的大多数基本的和先进的需求;

  ● IVI网关不需要通过DNS来查找IPv4、IPv6的对应关系,而是通过一对一的映射直接找到对应的地址,减轻了网关设备的负担和效率。

  作者简介

  朱光,现就职于大庆石油管理局通信公司信息技术北京分公司,主要从事中国石油信息化网络建设工作。作者在IPv6网络、网络管理以及网络安全建设等方面拥有多年的实践经验。

作者:IPv6edu.com 来源:CCW


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