互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)站IPv6改造技術(shù)方案1. IPv6應用現(xiàn)狀據(jù)國外媒體報道，自上世紀八十年代開始部署的，“可以容納43億個IP 地址”的IPv4地址，于2011年2月3日最后一批（共7塊）即將分配完畢，這意

互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)站IPv6改造技術(shù)方案

1. IPv6應用現(xiàn)狀

據(jù)國外媒體報道，自上世紀八十年代開始部署的，“可以容納43億個IP 地址”的IPv4地址，于2011年2月3日最后一批（共7塊）即將分配完畢，這意味著全球范圍內(nèi)的IP 地址即將耗盡。 隨著手機上網(wǎng)的用戶大量增加以及物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展必然會加速IPv4地址的耗盡，向IPv6演進已經(jīng)迫在眉睫。

1998年12月，IPv6標準正式發(fā)布并被確認為Internet 的未來基礎(chǔ)協(xié)議，IPv6熱潮席卷全球。但此后10年間，IPv6網(wǎng)絡(luò)與應用發(fā)展卻不盡人意，備受爭議。近年，隨著IPv4地址耗盡日期的日益臨近，國際上對互聯(lián)網(wǎng)過渡到以IPv6為基礎(chǔ)的下一代互聯(lián)網(wǎng)達成了共識，業(yè)界對待IPv6的態(tài)度更加務(wù)實。然而任何一種新技術(shù)的推廣和普及都離不開產(chǎn)業(yè)鏈的支撐，可以說產(chǎn)業(yè)鏈的支撐能力是確定IPv6部署策略及進度的重要決定因素。IPv6產(chǎn)業(yè)涉及終端設(shè)備、軟件、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、應用等多個環(huán)節(jié)，如果任一環(huán)節(jié)存在短板，都可能使整體產(chǎn)業(yè)難以發(fā)展。

首先，終端方面，固定終端多數(shù)能夠支持IPv6但自主性差，使用IPv6地址的還較少，另外支持IPv6的移動終端數(shù)量很少。

隨著IPv6技術(shù)與標準的逐步成熟，各固定終端廠商，如Apple 、Cisco 、IBM 、HP 、Dell 、SUN 、LG 、NEC 、Fujitsu 以及Panasonic 等，均針對IPv6的發(fā)展，開發(fā)了相關(guān)IPv6終端產(chǎn)品。在IPv4時代，受地址資源所限，數(shù)字家電領(lǐng)域的應用尚不發(fā)達，目前尚處于起步階段，但傳統(tǒng)家電廠商均將IPv6視為重要的發(fā)展機遇。由此判斷，IPv6固定終端設(shè)備已經(jīng)基本成熟，然而由于終端的自主性較差，目前真正能獲取和使用IPv6地址的用戶終端設(shè)備還非常少。與IPv6固定終端相比，由于IPv6市場需求推動不足以及移動終端自身條件所限，移動IPv6終端發(fā)展緩慢，市場上支持IPv6的移動終端數(shù)量很少。

其次，操作系統(tǒng)已經(jīng)全面支持IPv6，IPv6應用軟件的開發(fā)進度仍滯后于操作系統(tǒng)。

大批計算機廠商和操作系統(tǒng)軟件廠商，如Microsoft 、IBM 、SUN 、HP 以及Linux 開發(fā)者，紛紛投入到IPv6相關(guān)研究和開發(fā)行列。所有主流操作系統(tǒng)均已支持IPv6，包括Windows 、Linux 、FreeBSD 、Z/OS、AIX 、UNIX 、Solaris 以及MAC OS等。另外，目前支持IPv6的應用軟件類型已經(jīng)比較豐富，開發(fā)類軟件，如中間件平臺軟件、編程開發(fā)環(huán)境軟件、數(shù)據(jù)庫軟件、應用服務(wù)器軟件以及WEB 服務(wù)器軟件等，基本可以支持IPv6應用。用戶類軟件，包括即時通信、域名服務(wù)、文件下載、電子郵件、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、新聞組件、P2P 下載、遠程接入、視訊會議以及web 瀏覽器等，也可以支持IPv6。但是由于IPv6網(wǎng)絡(luò)及用戶發(fā)展尚不如人意，IPv6應用軟件的開發(fā)進度仍滯后于操作系統(tǒng)，尤其是Windows 操作系統(tǒng)下的用戶應用軟件數(shù)量比較少，供用戶選擇的余地不大。

此外，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備方面IPv6的成熟度最高。

業(yè)界主流IPv4承載網(wǎng)絡(luò)設(shè)備供應商，如Cisco 、Juniper 以及Alcatel 等，均針對IPv6的發(fā)展需求，投入大量研發(fā)經(jīng)費，開發(fā)了IPv6承載網(wǎng)產(chǎn)品。目前IPv6承載網(wǎng)絡(luò)設(shè)備產(chǎn)品類型已經(jīng)十分豐富，完全覆蓋了原有IPv4產(chǎn)品，包括路由器、交換機、寬帶接入服務(wù)器、防火墻、入侵檢測/防御以及VPN 網(wǎng)關(guān)等。主流承載網(wǎng)絡(luò)設(shè)備提供商的產(chǎn)品已經(jīng)通過嚴格測試，并且已有規(guī)模部署案例。我國自2003年開展了以IPv6為核心的CNGI 試驗工程，建成了基于IPv6的大規(guī)模下一代互聯(lián)網(wǎng)示范網(wǎng)絡(luò)，包括6個主干網(wǎng)、2個國際交換中心、273個駐地網(wǎng)（包括全國100所高校、100個科研單位、73個企業(yè)）。運營商方面，中國電信分別在長沙、無錫進行了IPv6試商用試點?？梢姡W(wǎng)絡(luò)設(shè)備的IPv6成熟度最高。

最后，網(wǎng)站應用對IPv6的支持明顯滯后。

據(jù)IPv6論壇消息：截止到2011年6月8日，全球共有1206 個網(wǎng)站獲得IPv6 Enabled WWW Logo，其中中國大陸有276個網(wǎng)站獲得Logo ，占全球總量的25左右，居世界首位。我國下一代互聯(lián)網(wǎng)示范工程項目CNGI 和 cernet 中，共有包括清華，北大在內(nèi)的251個網(wǎng)站獲得Logo 。雖然看上去我國支持IPv6的網(wǎng)站數(shù)

目較多，但實際上面向大眾用戶的商業(yè)網(wǎng)站能支持IPv6的還非常少，而且有些網(wǎng)站也僅僅是在IPv6日（6月8日）當天，只開通了首頁的IPv6訪問，并在隨后進行了關(guān)閉。另據(jù)美洲互聯(lián)網(wǎng)號碼注冊管理機構(gòu)（ARIN ）的CEO 約翰·克倫表示，目前只有2的網(wǎng)站支持IPv6，其中很多都是全球訪問量最大的網(wǎng)站，包括谷歌和Facebook 。但他預計，一些規(guī)模較小的網(wǎng)站也將開始部署IPv6地址。

2. IPv6過渡存在的核心問題

雖然IETF 的IPv6工作開始于1990年，但截至目前為止IPv6還是很少被用于個人業(yè)務(wù)上。雖然各國政府/機構(gòu)一直在推動采用服務(wù)提供商部署IPv6，但是沒有真正的商業(yè)上的驅(qū)動力，一方面沒有新的應用需要IPv6，另一方面普遍認為IPv6的引入成本太高。上述原因?qū)е铝朔?wù)提供商很少關(guān)注在住宅寬帶網(wǎng)絡(luò)中引入IPv6。但是，隨著公網(wǎng)IPv4地址的枯竭，智能手機和M2M 設(shè)備的迅速普及，越來越多的人認識到需要通過引入IPv6來維持業(yè)務(wù)增長并為客戶提供完善的服務(wù)。

各自為戰(zhàn)，網(wǎng)站應用匱乏拖延進程

目前，在部署IPv6方面，運營商、互聯(lián)網(wǎng)商、通信設(shè)備商仍然各自為戰(zhàn)，缺乏行業(yè)標準和國家層面的統(tǒng)一部署，制約了產(chǎn)業(yè)鏈的成型。IPv6的需求如此迫切但發(fā)展如此緩慢，商業(yè)應用和終端的匱乏一直被業(yè)界認為是主要原因。終端與應用作為聯(lián)系用戶的前沿對于推動市場起著重要作用。而內(nèi)容應用的匱乏、移動終端對IPv6的支持薄弱，都使得用戶需求不足，進而導致產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)方的動力不足。

業(yè)務(wù)和應用對IPv6的支持嚴重不足，IPv6網(wǎng)站數(shù)量較少，大部分應用程序仍基于IPv4，網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)站對IPv6的支持情況明顯不協(xié)調(diào)，網(wǎng)絡(luò)進行了IPv6試點后，由于缺少支持IPv6的應用而少有用戶使用IPv6，網(wǎng)站則因為用戶需求少，而沒有動力開發(fā)和升級IPv6應用。網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)站應用之間沒有形成良性循環(huán)。

移動領(lǐng)域有關(guān)標準和終端的IPv6的支持不足

由于手機上網(wǎng)等業(yè)務(wù)被逐漸推廣，移動領(lǐng)域?qū)Pv6地址的需求尤為迫切，然而目前移動領(lǐng)域向IPv6過渡仍存在一些問題：

首先，通信行業(yè)標準有待進一步完善，設(shè)備入網(wǎng)尚未強制要求支持IPv6，行標對推動IPv6發(fā)展有重要意義，但部分行標還未涉及IPv6功能，如IMS 、短信網(wǎng)關(guān)。部分行標正在制定中，應盡快發(fā)布，如LTE 、移動終端、寬帶接入服務(wù)器。 其次，現(xiàn)有設(shè)備對IPv6的支持能力與商用仍存在差距，部分設(shè)備缺乏行標依據(jù)。如WAP 網(wǎng)關(guān)支持廠家少，移動核心網(wǎng)設(shè)備功能支持不足。

第三，移動終端對IPv6支持能力差，還需要行標支持。目前，所有TD 商用終端都不支持IPv6。而在TD-LTE 終端方面，從芯片到上層軟件距離支持IPv6尚有差距。

從上述核心問題可見，網(wǎng)站應用對IPv6的支持匱乏是導致IPv6推進緩慢的重要原因，另外，關(guān)于網(wǎng)絡(luò)如何向IPv6演進的方案已經(jīng)研究了多年，網(wǎng)絡(luò)的IPv6過渡方案也已經(jīng)基本成熟，而關(guān)于網(wǎng)站如何向IPv6遷移的研究一直以來投入非常少，IPv6的整體過渡需要產(chǎn)業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)推進，加強網(wǎng)站IPv6改造的技術(shù)方案研究，盡快擬補網(wǎng)站應用這一環(huán)節(jié)的短板，通過產(chǎn)業(yè)鏈各方的精誠合作，借助移動寬帶、三網(wǎng)融合、物聯(lián)網(wǎng)、電子政務(wù)等新熱點，推動IPv6在新領(lǐng)域的應用，最終實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈的共同和諧發(fā)展。

3. 網(wǎng)站IPv6改造的總體技術(shù)方案

網(wǎng)站IPv6改造的技術(shù)方案主要有三種：雙棧方式、翻譯方式和開發(fā)新的IPv6應用的方式。

3.1 雙棧方式

網(wǎng)站的雙棧改造涉及三部分：網(wǎng)站服務(wù)器設(shè)備雙棧升級，網(wǎng)站應用程序雙棧升級，另外，為提供雙棧訪問，還需要在本地域名服務(wù)器上提供該網(wǎng)站的雙棧記錄。網(wǎng)站升級為支持雙棧是一種最直接的方式，也是在網(wǎng)站向IPv6遷移的過程

中會長期使用的一種方式，網(wǎng)站經(jīng)過雙棧升級后，既可以支持來自IPv4的用戶訪問也可以支持來自IPv6的用戶訪問，不存在不同協(xié)議棧之間的互通問題。

3.2 翻譯方式

翻譯方式是網(wǎng)站雙棧升級的補充，當網(wǎng)站或個別網(wǎng)站應該無法進行雙棧升級時，采用翻譯的方式為不同協(xié)議棧的用戶提供服務(wù)，從而提高用戶體驗。翻譯方式因翻譯功能所處的位置不同，包括網(wǎng)絡(luò)翻譯和終端翻譯兩種。

3.2.1. 網(wǎng)絡(luò)翻譯方式

網(wǎng)絡(luò)翻譯方式，顧名思義，是指在網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置翻譯代理功能，完成不同協(xié)議?；ピL時的IP 地址翻譯，翻譯功能可以設(shè)在運營商網(wǎng)絡(luò)中，也可以設(shè)置在每個網(wǎng)站的出口處，參見下圖。

圖 網(wǎng)絡(luò)翻譯方式示意圖

當在運營商網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置翻譯代理功能時，該翻譯代理功能除了完成數(shù)據(jù)包的網(wǎng)絡(luò)層地址翻譯外，還可以為一些應用層含有IP 地址信息的數(shù)據(jù)包完成應用層翻譯，此時翻譯功能就充當了該數(shù)據(jù)包應用的應用代理，由于不同應用采用不同的應用層協(xié)議，而且有些應用往往采用私有協(xié)議進行通信，因此該應用代理必然與應用相關(guān)，

在運營商網(wǎng)絡(luò)處設(shè)置的應用代理功能通常只能為一些使用開放協(xié)議

的應用提供翻譯。設(shè)置在運營商網(wǎng)絡(luò)中的翻譯功能有運營商提供的翻譯代理和第三方提供的翻譯代理兩種形式。

網(wǎng)站服務(wù)商也可以在網(wǎng)站出口處部署翻譯設(shè)備，當網(wǎng)站應用暫時無法升級時，通過翻譯設(shè)備為IPv6用戶提供訪問，從而提高用戶體驗。

綜上可見采用網(wǎng)絡(luò)翻譯方式進行網(wǎng)站遷移，主流大型網(wǎng)站可以在網(wǎng)站出口處設(shè)置翻譯設(shè)備為訪問本網(wǎng)站的用戶進行翻譯，而小型網(wǎng)站則可以通過租用電信運營商或第三方提供的翻譯代理初步實現(xiàn)向IPv6的遷移。

盡管網(wǎng)站仍保持單棧運行，但是為實現(xiàn)雙棧用戶的訪問，網(wǎng)站必須在DNS 服務(wù)器上登記雙棧記錄，因此除了設(shè)置翻譯代理外，還需要將翻譯代理設(shè)備的地址加入DNS 記錄中，此時同一個域名對應兩個地址（一個IPv4地址，一個IPv6地址），一個是網(wǎng)站服務(wù)器的實際地址，另一個則是翻譯代理設(shè)備的地址。

3.2.2. 終端翻譯方式

向IPv6遷移的過程中，除了主機本身需要支持IPv6外，還有主機上的應用是否支持IPv6的問題，基于網(wǎng)絡(luò)的翻譯方式是在主機和應用都支持同一協(xié)議的前提下才會有效，然而，在現(xiàn)實的業(yè)務(wù)部署中，往往主機上的應用并不支持IPv6，即應用程序源碼所調(diào)用的系統(tǒng)Socket API不支持IPv6，，如果主機僅有IPv6地址可用則無法完成通信，此時可以采用終端翻譯方式完成通信。

IETF 提出兩種終端翻譯方式：BIA （RFC3338）和BIS （RFC2767），其中BIA 完成Socket API層的轉(zhuǎn)換（如下圖所示），而非IP 層的轉(zhuǎn)換，雙棧主機的Socket API 模塊與TCP/IP模塊之間加入一個API 翻譯器，在IPv4的Socket API函數(shù)和IPv6的Socket API函數(shù)間進行互譯。

圖 BIA 原理

BIS 通過網(wǎng)絡(luò)層地址翻譯完成主機應用與底層網(wǎng)絡(luò)地址的互通，具體方法是在主機中添加若干個模塊，包括翻譯器、擴展域名解析器和地址映射器（如下圖所示），用于檢測TCP/IP模塊與網(wǎng)卡驅(qū)動程序之間的數(shù)據(jù)流，并進行相應IPv4與IPv6數(shù)據(jù)包之間的相互翻譯。

圖 BIS 原理

除了上述兩種終端翻譯技術(shù)外，中國移動提出了BIH/PNAT的翻譯技術(shù)，PNAT 的提出基于兩種互通應用場景：一種是IPv4應用和IPv6服務(wù)的互通，另一種是IPv4應用通過IPv6網(wǎng)絡(luò)訪問IPv4服務(wù)。其中IPv4應用通過IPv6網(wǎng)絡(luò)訪問IPv4服務(wù)時需要經(jīng)過終端側(cè)翻譯和網(wǎng)絡(luò)側(cè)翻譯兩次翻譯過程，具體如下圖所示。

圖 終端翻譯方式示意圖

當一次訪問過程需要經(jīng)過二次翻譯時，網(wǎng)站同樣需要在DNS 服務(wù)器中記錄網(wǎng)絡(luò)翻譯代理設(shè)備的地址，如3.2.1節(jié)的要求。

由于固網(wǎng)終端自主性較差，運營商或服務(wù)商無法控制終端應用，因此終端翻譯方式在固網(wǎng)中很少使用，而移動網(wǎng)絡(luò)運營商則可以通過定制終端的形式，在終端中安裝翻譯插件完成相關(guān)的終端翻譯功能。終端翻譯方式更有利于網(wǎng)絡(luò)流量向IPv6遷移。

3.3 開發(fā)新的IPv6應用

隨著IPv6被用戶逐漸熟悉和使用，網(wǎng)站服務(wù)商新開發(fā)的應用將基于雙棧或純IPv6，借助IPv6協(xié)議的特點開發(fā)純IPv6應用將成為網(wǎng)站應用的新趨勢。

新開發(fā)的純IPv6應用可以通過無狀態(tài)地址翻譯的方式為IPv4用戶提供服務(wù)，即通過翻譯設(shè)備將用戶的IPv4地址翻譯成內(nèi)嵌IPv4地址的IPv6地址實現(xiàn)對純IPv6應用的訪問。

3.4 網(wǎng)站IPv6改造的場景和對應的技術(shù)方案

在網(wǎng)站的IPv6改造過程中，存在多種不同協(xié)議棧的主機和網(wǎng)站之間互通的場景，歸納起來，網(wǎng)站的IPv6改造共有5種場景，分別是IPv6主機訪問IPv4網(wǎng)站應用、IPv4或IPv6主機訪問雙棧網(wǎng)站應用、IPv6主機（運行IPv4

應用）訪問

IPv4網(wǎng)站應用、IPv6主機（運行IPv4應用）訪問IPv6網(wǎng)站應用和IPv4主機訪問IPv6網(wǎng)站應用。

場景1 IPv6主機訪問IPv4網(wǎng)站應用

當IPv6主機訪問IPv4網(wǎng)站應用（不包括需要使用客戶端的應用）時，需要使用網(wǎng)絡(luò)翻譯方式來實現(xiàn)IPv6與IPv4網(wǎng)絡(luò)的互通，網(wǎng)絡(luò)翻譯功能可以設(shè)置在運營商網(wǎng)絡(luò)中，也可以設(shè)置在網(wǎng)站出口處。

圖 場景1- IPv6主機訪問IPv4網(wǎng)站應用

場景2- IPv4或IPv6主機訪問雙棧網(wǎng)站應用

場景2包括IPv4主機、IPv6主機和雙棧主機分別訪問雙棧網(wǎng)站應用，可見雙棧應用可以同時支持不同協(xié)議棧的用戶訪問，因此為保證用戶體驗，在向IPv6遷移的初期和過渡期的很長時間里，雙棧方式應是一種主要的應用服務(wù)方式。

圖 場景2-不同協(xié)議棧的主機訪問雙棧網(wǎng)站應用

場景3-在IPv6主機（運行IPv4應用）訪問IPv4網(wǎng)站應用

場景3是指IPv6主機訪問使用客戶端的IPv4網(wǎng)站應用的情景，即用戶主機已使用IPv6地址，但主機上的應用客戶端仍是基于IPv4的，網(wǎng)站應用也是基于IPv4的，此時，需要經(jīng)過終端翻譯和網(wǎng)絡(luò)翻譯兩次翻譯才能實現(xiàn)互通。