【 摘 要 】 随着互联网的飞速发展，原有IPv4协议的不足日益明显，而采用IPv6协议已成为各方的共识。然而目前互联网中IPv4仍然占据主导地位，所以从IPv4网络向IPv6网络过渡势在必行。着眼于过渡技术，本文对从IPv4过渡到IPv6的三种主流技术进行分析和评价，论述在数字化校园网的背景下IPv4与IPv6的共存问题。
【 关键词 】 IPv6；IPv4；过渡技术
1 引言
基于IPv4协议的互联网极大地促进了科技发展和社会进步。但是，随着互联网用户数量不断增加以及对互联网应用要求的不断提高，IPv4地址紧缺与分配不均成为制约互联网发展的突出问题。IPv6协议采用128位地址来解决IPv4地址资源不足的问题。在一定程度上，IPv6作为地址紧缺问题的最终解决方案已经得到了广泛的认同。IPv6网络也是现阶段ISP发展的目标网络。如何从现阶段的IPv4过渡到IPv6是我们目前面临的问题，在这个过渡问题的研究中，对过渡技术的研究又是其他过渡研究的基础。本文主要针对在数字化校园网的网络环境下，IPv4到IPv6的三种主流过渡技术进行分析和介绍。
2 IPv4到IPv6的过渡技术
IETF认为，从纯IPv4过渡到纯IPv6需要相当长的时间并且过渡必须是平滑的。目前IETF的NGTrans工作组已提出了很多过渡方案，而且，NGTrans也已经提交了大量的RFC和Draft。过渡方法虽然众多，但基本上都可分成三类：双栈机制（Dual Stack）、隧道机制（Tunne1）和首部转换（Protocol Transaction，有些文献也翻译成协议转换）。
2.1 双栈模式
双栈模式是处理过渡问题最简单的方式。它是指网络中的节点既支持IPv4协议又支持IPv6协议，即节点双协议栈模式，特点是IPv4只能与IPv4通信，IPv6只能与IPv6通信，节点与IPv4节点通信时只能使用IPv4地址，与IPv6通信时只能使用IPv6地址.IPv4与IPv6间不能互通，它是一种IPv6简单接入模式，可以设计为核心设备仅支持IPv6，其它设备以二层方式运行，无需投资过多即可部署，简称经济方式，但对于隧道节点来说，节点必须是双栈模式。
2.2 隧道模式
隧道模式是指过渡前期利用IPv4基础网络连接IPv6孤岛和过渡后期利用IPv6基础网络连接IPv6孤岛，在隧道始点，IP协议包被封成另一IP协议包的载荷，在隧道终点，解封取出原IP协议包，再通过正确的路由路径传输。隧道的建立方式主要有自动配置和手工配置，它的特点是实现了在一IP协议基础上传输另一IP协议数据，但IPv4只与IPv4通信，IPv6只与IPv6通信，IPv4与IPv6不能互通，这种模式下可以采用BRT实现流量弹性控制策略。
2.3 协议地址转换模式
此模式是转换IPv6与IPv4协议的相应数据，即IPv4包协议转换成IPv6包或IPv6包协议转换成IPv4包，配以NAT （地址转换），实现IPv4与IPv6的互通，与双栈和隧道模式无关.SIIT （无状态的协议转换）即是此种情形，但它不能进行地址复用和不记录一个流的状态，需使用特定的地址空间来完成IPv4地址与IPv6地址的转换，同时需要一个全局的IPv4地址池用于给对端的IPv6分配IPv4地址。
从以上分析，我们可以发现双栈模式具有互通性好，易于理解的优点，但是需要给每个新运行IPv6协议的网络设备和终端分配网络地址，从而不能解决IPv4地址短缺的问题。而隧道技术中的IPv6主机之间可以忽略隧道的存在，不需要大量IPv6路由设备和链路，可以减少投资，但是在IPv4网络上配置IPv6隧道则是一个比较麻烦的过程，其传输效率也很低。而NAT-PT只能实现IPv4和IPv6网络通过IP地址进行访问，而普通用户却很难记住网站的IP地址，所以用IP地址访问显得很不现实。
综上所述，在比较了以上方案后，有学者提出了一种Nat-PT与应用层结合的方案，通过Nat-PT与DNS-ALG相结合，实现IPv4与IPv6的互访，解决目前数字化校园内IPv4与IPv6的共存问题。
3 数字化校园网的背景下IPv4与IPv6的共存问题
在案例中原校园网为纯IPv4网络，现在在分析IPv6 协议及其过渡机制的基础上设计了一套IPv4/IPv6 过渡方案。该方案保证了原校园网的一切功能继续正常工作，同时使IPv4、IPv6 共存校园网与IPv4 网络通过域名互通互联。该校园网中的所有IPv4 主机和IPv6 主机可以使用IPv4、IPv6 协议域名访问IPv4 网络上的资源，而且IPv4 网络上的所有用户可以域名访问该IPv4、 IPv6 共存校园网内的所有资源，这样就真正实现了IPv4、IPv6 共存校园网和IPv4 网络的域名互通互联。
部署IPv6 主机后的混合校园网和IPv4 网络，有几种通信。
校园网内部：纯IPv4网络内IPv4主机之间的通信、纯IPv6网络内IPv6 主机之间的通信、纯IPv4 网络内主机和纯IPv6 网络内主机之间的通信。
混合校园网和IPv4网络之间的通信：校园网中的IPv4主机和IPv4 网络之间的通信、校园网中的IPv6 主机和IPv4网络之间的通信。
其中，在校园网内部，纯IPv4 网络内IPv4 主机之间的通信、纯IPv6 网络内IPv6 主机之间的通信过程不变。当校园网中的IPv4 主机和校园网中的IPv6 主机通信时，当纯IPv4 网络的三层路由交换机收到IPv4 数据包，先查询路由表，发现目的地址是校园网的IPv6 主机，就将IPv4数据包转发给IPv4/ IPv6 过渡网关，过渡网关对IPv4 数据包进行地址转换和协议转换，转换为IPv6 数据包，转发给纯IPv6 网络的三层路由交换机，再路由到目的主机。当校园网中的IPv4 主机和IPv4 网络通信时，通信过程基本和以前一样，IPv4 数据包到达纯IPv4 网络的三层路由交换机后，三层路由交换机经过查询路由表，发现目的地址是外面的IPv4 网络主机，就对IPv4 数据包不做任何处理，直接转发给骨干路由器，再路由到目的主机。
当校园网中的IPv6 主机和IPv4 网络通信时，IPv6 数据包先到达纯IPv6 网络的三层路由交换机，三层路由交换机通过查询路由表，发现目的地址是外面的IPv4 网络主机，先把IPv6 数据包转发到IPv4/ IPv6 过渡网关，过渡网关对IPv6 数据包进行地址转换和协议转换，再把转换后的IPv4数据包转发给骨干路由器，再路由到目的主机。
反之情况，与以上通信过程类似。
4 结束语
本文主要通过比较IPv4/IPv6 过渡技术中的双栈技术、隧道技术和协议地址转换技术的特点，并结合校园网的实际情况，利用NAT-PT和DNS-ALG相结合，实现了IPv4、IPv6 混合校园网和IPv4 网络之间的域名透明访问，初步解决了IPv4、IPv6混合校园网内的共存问题。
当然，随之出现的IPv4、IPv6混合校园网内的安全问题也面临着极大的挑战，如何解决这些安全问题是我们下一个研究的重点。
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作者简介：
郑莹（1977-）女，硕士，湖南省常德职业技术学院现教中心，讲师；研究方向：计算机网络安全及传感器网络。
