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如何实现IPv4和IPv6共存?试试双栈和隧道技术

作者:系统管理员 发布时间:2021-07-28 17:49点击:

如今,随着IPv4地址即将用尽,IP地址缺乏已成为了全球亟待解决的问题。虽然几年前出现了标头更长的IPv6,可提供更多的IP地址,但其应用和普及并不容易。 “IPv4和IPv6是否可以同时使用?”、“IPv4和IPv6如何实现共存?”这些问题都是目前用户比较关注的。本文将为您介绍两种实现IPv4和IPv6共存方法,即双栈和隧道技术。

为什么需要IPv4和IPv6共存?

如今,IP网络仍然是IPv4占主导地位,IPv6网络只是在小范围内部署和商用,从IPv4过渡到IPv6需要一个循序渐进的过程,不可能一气呵成。因此,在此期间内IPv4和IPv6必然会出现共存的场景。然而,IPv4和IPv6之间并不能相互兼容,且目前仍然存在大量的IPv4设备和用户,因此在网络演进的过程中势必要解决IPv4和IPv6兼容问题,这给互联网服务提供商(ISP)和用户带来了新的挑战。

如何实现IPv4和IPv6共存?

目前来说,实现IPv4和IPv6共存的策略和过渡技术有三种。第一种,使用双栈让您的主机或网络设备可以同时支持IPv4和IPv6双协议栈;第二种,通过隧道技术将IPv6数据包封装在IPv4数据包中;第三种,通过网络地址转换(NAT)技术将IPv6数据包转换为IPv4数据包,反之亦然。由于网络地址转换(NAT)技术主要针对互联网服务供应商,这里就不做多介绍,下面主要介绍双栈和隧道技术。

通过双栈实现IPv4和IPv6共存

双栈是实现IPv4和IPv6共存最基础、最直接的策略。使用该解决方案,可为ISP网络中的每个联网设备(包含使用IPv4和IPv6交换机)配置可同时运行IPv4和IPv6的功能。通常,双协议栈主机在和IPv4主机通信时会使用IPv4协议栈,而与IPv6主机通信时则会使用IPv6协议栈,其中双协议栈主机是通过使用域名系统(DNS)来查询目的主机采用的是哪一种协议栈。但通常在双协议栈主机或设备上,上层应用会优先选择IPv6协议栈,而不是IPv4协议栈。由于双栈可允许主机或网络设备同时访问现有的IPv4和IPv6,因此它是一种非常灵活的共存策略。但请记住,只有当接口同时需要IPv4和IPv6时,才能对所有主机或网络设备进行双栈。

双栈的优缺点

双栈是一种相对经济高效且配置简单的IPv6过滤技术,可有效避免两个协议栈之间转换(尽管该转换是一种有效的机制,但它的操作较复杂且性能较低)的环节,从而实现高效率且没有信息丢失的互通效果。此外,一旦实现IPv6通信,就会中断IPv4,未来IP网络更容易过滤到IPv6。

但是,双栈也不是长期的解决方案,因为它同时需要IPv4和IPv6,仍然会占用IPv4地址资源,本质上没有解决IPv4地址资源匮乏问题。与此同时,由于同时需要IPv4和IPv6,双栈对站点和设备的要求较高,因此,可能会涉及到服务器和网络设备升级,但网络的升级或重建是一项艰巨且繁琐的任务,需要花费较大的成本和较长的时间。

通过隧道技术实现IPv4和IPv6共存

隧道技术也是实现IPv4和IPv6共存时经常使用的典型解决方案。隧道技术通常将一种类型的协议流量封装在另一个协议数据包中进行传输。目前能够实现IPv4和IPv6共存的隧道技术有6to4、ISATAP、6PE、6VPE、Teredo、MPLS等,其中MPLS由服务提供商在其IPv4网络中部署,以便提高转发速率。与传统的IP路由方式相比,MPLS在转发数据时仅在网络边缘分析IP报文头,而不用在每一跳都分析IP报文头,从而节省了处理时间。MPLS隧道技术一般通过IPv4网络中的标签交换路径(LSP)连接到IPv6网络。与其他隧道技术相比,可提供更好的性能和优化路由。此外,6PE over MPLS是一种利用现有MPLS网络来实现IPv4到IPv6过渡的方法,该方案允许在仅使用IPv4的MPLS核心网络上运行IPv6,只需将PE路由器升级为支持双栈功能的6PE路由器即可。

MPLS隧道技术的优缺点

上述提及的6PE over MPLS是一种便捷的隧道方法,其主要的优势是对MPLS核心设备没有影响,可充分利用现有的核心网络,无需进行升级或重建,且配置也不会改变,可有效减少管理成本。与此同时,可将6PE设备连接到CE设备(客户边缘设备)的接口上,并为其配置转发IPv6流量,IPv4流量或IPv4和IPv6流量(具体取决于客户需求),而此时核心网络中的PE设备并不知道它们正在交换IPv6数据包。 由于MPLS隧道技术需要封装和解封装,所以其转发速率会有所降低,与此同时,在隧道的入口处会出现负载协议数据包的拆分,在隧道出口处会出现负载协议数据包的重组,从而增加了隧道出入口的复杂度,不利于大规模应用。更重要的是它也会遇到与上述双栈技术一样的问题——IPv4地址资源匮乏。

实现IPv4和IPv6共存的建议

即便是现在有很多实现IPv4和IPv6共存的策略和过渡技术,但您要明白这些共存策略和过渡技术只能在一定时期内使用,而IPv6的部署可能是一项长期发展的战略。另外,IPv4在当前的IP网络中占主导地位,而IPv6推广又较为困难,IPv4和IPv6共存的现象将会持续较长的一段时间。因此,目前需要选择一种更加有效解决IPv4和IPv6兼容的方法,这将有助于您简化网络配置和节省成本。

总结

总而言之,双栈和隧道技术是实现IPv4和IPv6共存的有效方法,其中,双栈是一种实现高性能互通的直接方法,但成本可能会很高;而MPLS隧道技术虽然可充分利用原始网络,但也带来复杂性。因此,建议您可从可扩展性、安全性、网络性能、成本、技术难度以及部署的便利性等方面,选择合适您网络特性的IPv4和IPv6共存的策略。

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