圖1  雙NAT過渡場景
         （2）純IPv6接入初期
        隨著IPv4地址消耗殆盡,，此時用戶已無法得到IPv4地址，這時便出現(xiàn)了純IPv6接入的應用場景,，即用戶接入的網(wǎng)絡是純IPv6,，而不支持IPv4。由于在此階段仍然存在著大量的IPv4應用與服務,，因此IPv4與IPv6的共存階段具有以下兩個長尾特征：
         ●操作系統(tǒng)的長尾特征,。雖然目前的主流操作系統(tǒng)（Windows XP，Vista,，Linux等）都已經(jīng)能夠支持IPv6,，但對純IPv6的支持還不夠。例如,，XP尚不能在純IPv6環(huán)境中處理DNS請求,。此外，一些IPv4的應用無法很快升級到IPv6,，一些電子設備目前也只能支持IPv4,。因此，這就要求在純IPv6的接入環(huán)境中仍然能夠使用IPv4的應用以及IPv4的操作系統(tǒng),。
         ●服務與內(nèi)容的長尾特征。目前IPv6的服務還比較少,，這就要求在純IPv6的介入環(huán)境中仍然能夠保持IPv4服務的連通性,。
        在本階段，IPv4與IPv6的共存機制包括已廣泛使用的IPv4 NAT（CGN,，雙層NAT）,，IPv4應用與服務以及IPv6應用與服務（見圖2）。IPv6過渡初期的一個重要目標就是保持IPv4的后項兼容性,，使用戶仍然能夠?qū)Pv4的應用接入純IPv6網(wǎng)絡中,，這樣才能夠?qū)崿F(xiàn)IPv6的順利過渡。

                  圖2  純IPv6接入過渡初期場景
         （3）純IPv6接入中期
         在純IPv6的接入中期,，隨著IPv6的進一步發(fā)展,，操作系統(tǒng)以及應用程序?qū)Pv6的支持都有了較好的提升，因此用戶開始較多地轉(zhuǎn)向使用純IPv6的應用,，用戶端出現(xiàn)了較多的純IPv6的主機,，而非雙棧或純IPv4的主機（見圖3）,。在該階段,，IPv6的服務還較為有限,，大量IPv4的服務依然存在，因此用戶需要通過IPv6的應用來訪問IPv4的服務,。

                  圖3  純IPv6接入過渡中期景
          （4）IPv6普及發(fā)展階段
        在IPv6已較為普及,，用戶及網(wǎng)絡側(cè)都已經(jīng)基本升級到純IPv6的環(huán)境時，此時還存在少量位于NAT后的IPv4服務,。這個階段需要解決的問題是,，在純IPv6的環(huán)境中訪問少量位于NAT后的IPv4服務（見圖4）。

             圖4  IPv6普及發(fā)展階段
        綜上所述,，純IPv6接入場景是向IPv6過渡非常重要的應用場景,。尤其在IPv6的過渡初期，需要解決的主要問題在于保持IPv4的后向兼容性,，使用戶能夠在IPv6的接入環(huán)境中無縫使用IPv4的應用與服務,。
        3  已有過渡技術
        迄今為止，已有的IPv4/v6過渡技術可以分為協(xié)議翻譯類和隧道類,。其中,，IETF的Behave工作組主要研究協(xié)議翻譯類的技術，而Softwire工作組則主要研究隧道類的技術,。
        3.1  協(xié)議翻譯類
        （1）技術原理
         IPv6過渡中的協(xié)議翻譯類技術是由IPv4的NAT技術發(fā)展而來的,。在IPv4的NAT技術中，為了減少IPv4公網(wǎng)地址的消耗,，NAT協(xié)議翻譯網(wǎng)關為私網(wǎng)IPv4地址和公網(wǎng)IPv4地址建立起映射關系,，通過端口的復用技術，從而達到一個公網(wǎng)地址可以由多個私網(wǎng)地址共享的效果,。
        與此相對應,，IPv6過渡中的協(xié)議翻譯類技術就是將IPv6數(shù)據(jù)包中的每個字段與IPv4數(shù)據(jù)包中的每個字段建立起一一映射的關系，從而在兩個網(wǎng)絡的邊緣實現(xiàn)數(shù)據(jù)報文的轉(zhuǎn)換,。其應用場景參見圖5,。

                  圖5 協(xié)議翻譯機制的應用場景
        在這里，通信雙方的主機需要明確本機在另一個網(wǎng)絡中的對應地址,。在上例中需明確以下兩組地址：
        ●PCA：主機IPv6地址與轉(zhuǎn)換的IPv4地址,。
        ●PCB：主機IPv4地址與映射的IPv6地址。
        由于IPv4地址空間遠遠小于IPv6的地址空間,，因此位于IPv4網(wǎng)絡中的主機可以通過加上IPv6前綴即可實現(xiàn)IPv4地址與IPv6地址的一一映射,，但為了確定IPv6網(wǎng)絡中主機的IPv4地址則較為困難。由于IPv6的地址空間遠大于IPv4的地址空間,，因此只能通過縮小IPv6地址空間的方法與IPv4地址建立映射關系,，或者通過建立映射表的方法與IPv4地址建立映射關系。
        （2）技術分類
        根據(jù)IPv6地址空間與IPv4地址空間映射的不同方法,，可以將協(xié)議翻譯類技術分為有狀態(tài)協(xié)議翻譯和無狀態(tài)協(xié)議翻譯,。其中,，有狀態(tài)協(xié)議翻譯是通過建立映射表的方案，將任意IPv6地址與任意IPv4地址之間建立映射關系,，而無狀態(tài)協(xié)議翻譯則是通過將IPv4地址內(nèi)嵌到IPv6地址中,，實現(xiàn)無狀態(tài)地址翻譯。因此,，無狀態(tài)協(xié)議翻譯僅能訪問具有特定格式IPv6地址的主機,，而有狀態(tài)協(xié)議翻譯則能夠訪問任意地址格式的IPv6主機。
        現(xiàn)有協(xié)議翻譯技術已有很多不同的種類,。其中,，根據(jù)IPv6地址空間與IPv4地址空間映射的不同方法，可分為有狀態(tài)協(xié)議翻譯和無狀態(tài)協(xié)議翻譯,。其中,，有狀態(tài)協(xié)議翻譯（如NAT64，PNAT等）是通過建立映射表的方案,，將任意IPv6地址與任意IPv4地址之間建立映射關系,，而無狀態(tài)協(xié)議翻譯則是通過將IPv4地址內(nèi)嵌到IPv6地址中，實現(xiàn)無狀態(tài)地址翻譯,。因此,，無狀態(tài)協(xié)議翻譯（如IVI，DIVI等）僅能訪問具有特定格式IPv6地址的主機,，而有狀態(tài)協(xié)議翻譯則能夠訪問任意地址格式的IPv6主機,。
        此外，根據(jù)協(xié)議翻譯的位置,，可以分為主機側(cè)協(xié)議翻譯,、網(wǎng)絡側(cè)協(xié)議翻譯以及主機側(cè)和網(wǎng)絡側(cè)的協(xié)議翻譯。主機側(cè)協(xié)議翻譯（如BIS,，BIA等）在主機中完成翻譯即可，完成端系統(tǒng)中應用程序協(xié)議類型與網(wǎng)絡傳輸協(xié)議類型的不匹配,，其應用場景為4-6-6或6-4-4,；網(wǎng)絡側(cè)協(xié)議翻譯（如NAT64，IVI,，Socks64等）僅在網(wǎng)絡中部署協(xié)議翻譯網(wǎng)關即可,，完成網(wǎng)絡兩側(cè)協(xié)議類型的不匹配，其應用場景為6-6-4或4-4-6,；而主機側(cè)和網(wǎng)絡中的兩次協(xié)議翻譯（如PNAT）可應用于4-6-4和6-4-6的應用場景,。
        最后，根據(jù)協(xié)議翻譯技術的協(xié)議層次,，可以包括網(wǎng)絡層協(xié)議翻譯（如NAT64,，PNAT,，IVI，BIS）,、傳輸層協(xié)議翻譯（如TRT）以及應用層協(xié)議翻譯（如BIA,，Socks64等）。
        （3）典型的協(xié)議翻譯技術
        ●NAT64
        NAT64是有狀態(tài)的協(xié)議翻譯技術,，在網(wǎng)關中記錄了“IPv4地址＋端口”與IPv6地址的映射表會話狀態(tài),，是網(wǎng)絡層的協(xié)議翻譯技術，其應用場景為6-6-4,。NAT64的提出實際是用于替代NAT-PT的,，NAT64僅允許IPv6主動發(fā)起的連接，并通過將DNS-ALG的功能與NAT64網(wǎng)關的功能相分離,，從而可以避免NAT-PT中一些與DNS-ALG相關的缺陷,。

        NAT64能夠支持純IPv6主機與純IPv4主機的直接通信，接入網(wǎng)絡可以為純IPv6網(wǎng)絡,，無需更改主機側(cè)設備,，并且其IPv6地址格式不受限。由于NAT64是一個有狀態(tài)的協(xié)議翻譯機制,，因此具有一定的可擴展性問題和狀態(tài)同步問題,，且需要處理ALG的相關問題。
        ●IVI
        IVI是無狀態(tài)協(xié)議翻譯技術,。其中,，1:1的IVI方式僅將IPv4地址內(nèi)嵌到IPv6地址中，因此會消耗過多的IPv4公網(wǎng)地址,，此時協(xié)議翻譯網(wǎng)關僅需在網(wǎng)絡側(cè)部署即可,；而1:N的IVI則通過將IPv4的地址和端口范圍同時內(nèi)嵌到IPv6地址中，從而實現(xiàn)1:N的地址復用,，此時的協(xié)議翻譯網(wǎng)絡需要在用戶側(cè)和網(wǎng)絡側(cè)同時部署,，用戶側(cè)僅實現(xiàn)端口的有狀態(tài)映射，而網(wǎng)絡側(cè)則可以實現(xiàn)無狀態(tài)地址映射,。
        IVI能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡核心無狀態(tài)處理,，報文轉(zhuǎn)發(fā)高效，實現(xiàn)簡單,。由于IVI中需要將IPv4地址內(nèi)嵌到IPv6中,，因此IPv6地址格式比較受限，在1:1的IVI中會消耗過多的IPv4地址,，而在1:N的IVI中則又需要在用戶側(cè)有一定的更改,，并且也需要處理ALG的相關問題。
        3.2  隧道類
        （1）技術原理
         隧道類技術是指將另外一個協(xié)議數(shù)據(jù)包的報頭直接封裝在原數(shù)據(jù)包報頭前,，從而可以實現(xiàn)在不同協(xié)議的網(wǎng)絡上直接進行傳輸,。其應用場景參見圖6,。

                  圖6  隧道轉(zhuǎn)換實現(xiàn)原理
        在隧道類技術中，通過不同協(xié)議類型數(shù)據(jù)包的封裝和解封裝可以方便的實現(xiàn)數(shù)據(jù)包在不同協(xié)議類型網(wǎng)絡中的傳輸穿越,。因此,，隧道方式能夠較為方便地實現(xiàn)原有流量的承載。
        （2）技術分類
        ●在隧道類技術中,，根據(jù)其穿越的不同網(wǎng)絡類型,，又可以分為IPv6 over IPv4類隧道（圖6左側(cè)）和IPv4 over  IPv6類隧道（圖6右側(cè)）。其中,，支持IPv6 over IPv4的隧道類型較多,，包括已經(jīng)成為標準的6 to 4，6
over 4,，ISATAP,，TSP，Teredo,，6PE等,，而支持IPv4 over  IPv6的隧道類型目前基本還都處于草案階段，如DS-Lite,，A+P,，TSP等。
         ●根據(jù)隧道封裝的協(xié)議層次,，又可以分為應用層隧道,、傳輸層隧道（TSP）以及網(wǎng)絡層隧道（DS-Lite，A+P等）,。其中,，應用層隧道的隧道報頭通常包括以太頭，IP頭,，TCP/UDP頭和應用層的標識頭,；傳輸層隧道的隧道報頭通常包括以太頭，IP頭,，TCP/UDP頭,；而網(wǎng)絡層隧道的隧道報頭則通常包括以太頭和IP頭。
         ●針對隧道方式所應用的不同網(wǎng)絡結(jié)構(gòu),，又可以將隧道分為星型隧道和網(wǎng)狀型隧道,。其中,，星型隧道通常有一個集中控制器與多個客戶端建立一對一隧道,，通常這類隧道可以應用到接入網(wǎng)中，需具備NAT穿越的功能,，并且能夠AAA認證,、用戶管理等,；而網(wǎng)狀型隧道則不需要核心集中控制器來建立隧道，此時隧道的斷點具有自動發(fā)現(xiàn),、自動建立的功能,，這類隧道通常可應用于骨干網(wǎng)中,。兩種隧道的拓撲參見圖7,。

                  圖7  隧道轉(zhuǎn)換實現(xiàn)原理
         由于在本文中主要考慮接入網(wǎng)的IPv6過渡方案，因此主要考慮星型網(wǎng)絡下的隧道技術,。
         （3）典型的隧道技術
          ●DS-Lite
         DS-Lite是一個網(wǎng)絡層的IPv4 over  IPv6的隧道,，通過將IPv4流量封裝在IPv6隧道中進行傳輸，接入網(wǎng)絡為IPv6單棧,，可以使用IPv6地址對數(shù)據(jù)報文進行惟一標識,，并且避免了CPE側(cè)的NAT轉(zhuǎn)換。DS-Lite僅在AFTR側(cè)做一次NAT轉(zhuǎn)換,，對IPv6地址無格式限制,。
         DS-Lite隧道方式取消了用戶CPE側(cè)的NAT轉(zhuǎn)換，從而實現(xiàn)了網(wǎng)絡中僅保留一次NAT轉(zhuǎn)換,，簡化了IPv4地址的分配與管理,，終端用戶可使用任意IPv4私網(wǎng)地址。該隧道建立的過程無需進行協(xié)商,，且接入網(wǎng)絡可以僅為純IPv6單棧,。但DS-Lite也存在一定的局限性，例如DS-Lite必須對用戶側(cè)的CPE做一定的更改,，在AFTR網(wǎng)關上需維護大量的NAT表項,，具有一定的可擴展性問題和狀態(tài)的同步問題，并且無法支持由通信對端發(fā)起的連接,。

        ●A+P
        A+P也是一個網(wǎng)絡層IPv4 over IPv6的隧道,，采用端口靜態(tài)劃分的方式復用IPv4地址，將網(wǎng)絡核心側(cè)的NAT轉(zhuǎn)移到CPE側(cè),，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡核心側(cè)無狀態(tài)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā),。在A+P中，將IPv4地址和端口范圍內(nèi)嵌到IPv6地址中,，IPv6地址格式受限,，且有特定前綴。
         A+P的方案可實現(xiàn)網(wǎng)絡核心無狀態(tài)轉(zhuǎn)換,，并且可以復用IPv4地址,。隧道可自動建立，無協(xié)商過程。但是其缺點在于一方面CPE需進行一定的升級,，并且IPv6地址格式有一定的限制,。
         ●TSP
        TSP是基于隧道代理（Tunnel Broker）的一種信令協(xié)議，通過在兩個端點間進行參數(shù)協(xié)商建立隧道,，包括IPv4 over IPv6和IPv6 over IPv4兩種類型,，隧道的層次也可以通過協(xié)商確定，包括網(wǎng)絡層和傳輸層UDP隧道,。此時的IPv6地址為任意格式的地址,，IPv4地址為公網(wǎng)地址。因此,，若需要使用IPv4私有地址,，則還需要額外增加NAT設備。
        3.3  地址復用技術
        地址共享機制可以分為兩種類型,，一種是采用IPv4私網(wǎng)地址進行地址共享（如CGN,，DS-Lite等解決方案），此時需要引入運營級NAT,，在不同網(wǎng)絡邊界處實現(xiàn)私網(wǎng)地址與公網(wǎng)地址的轉(zhuǎn)換與映射,；另一類則是采用公網(wǎng)IPv4地址進行地址共享，這類方案避免了運營級NAT轉(zhuǎn)換,，通過劃分端口空間使得用戶能夠通過不同的端口空間來區(qū)分共享同一個公網(wǎng)IPv4地址,，可以實現(xiàn)網(wǎng)絡核心側(cè)無狀態(tài)地址復用。
        4  結(jié)束語
        協(xié)議翻譯技術和隧道技術為兩種可應用于不同場景的過渡技術,，兩個技術比較參見表1,。

        表1  協(xié)議翻譯和隧道技術總結(jié)

        由表1可見，目前協(xié)議翻譯技術比較適用于IPv6?àIPv4和IPv4?àIPv6的場景,，而隧道技術則比較適用于IPv4?àIPv4和IPv6?àIPv6的場景,。協(xié)議翻譯技術的優(yōu)點在于部署簡單和應用場景多樣，缺點在于實現(xiàn)的復雜度較高,。與此相對應,，隧道技術實現(xiàn)較為簡單，但是其缺點在于應用場景較為單一,，且需要在用戶側(cè)和網(wǎng)絡側(cè)均部署相應的設備,。因此，可以考慮將協(xié)議翻譯和隧道技術相結(jié)合,，從而可以發(fā)揮兩者的優(yōu)勢,，實現(xiàn)多場景的自適應選擇和適配。