IPv6過渡技術之隧道技術

       基於網際網路的快速發展，IPv4地址即將使用殆盡，IPv6應運而生，且具有IPv4所不具備的先進性，IPv4過渡為IPv6勢在必行。但又因IPv6與IPv4具有不相容性，所以需要對原有的IPv4裝置進行替換。在雙棧技術中，IPv4過渡到IPv6所使用的裝置需要大量替換，過程中的成本會非常巨大，且現網執行的業務也會中斷，顯然可行性不高。所以，IPv4向IPv6過渡是需要一個漸進過程，在IPv4網路已經大量部署的前提下，在過渡初期，IPv6網路只是散落在各地的“孤島”，IPv6 over IPv4隧道就是透過隧道技術，使IPv6報文在IPv4網路中傳輸，實現IPv6網路之間的孤島互連。

IPv6 over IPv4隧道

       隧道(Tunnel)技術是一種基於IPv4隧道來傳送IPv6資料包文的封裝技術。將IPv6包作為無結構意義的資料，封裝在IPv4包中，如此穿越IPv4網路進行通訊，並且在隧道的兩端可以分別對資料包文進行封裝和解封裝。隧道是一個虛擬的點對點的連線。隧道技術在定義上就是指包括資料封裝、傳輸和解封裝在內的全過程。

       隧道技術是IPv6向IPv4過渡的一個重要手段。IPv6 over IPv4隧道基本原理如下圖：

       隧道技術的實現需要有一個起點和一個終點，IPv6 over IPv4隧道的起點的IPv4地址必須為手工配置，而終點的確定有手工配置和自動獲取兩種方式。根據隧道終點的IPv4地址的獲取方式不同可以將IPv6 over IPv4隧道分為手動隧道和自動隧道。

       手動隧道：即邊界裝置不能自動獲得隧道終點的IPv4地址，需要手工配置隧道終點的IPv4地址，報文才能正確傳送至隧道終點，通常用於路由器到路由器之間的隧道，常用的手動隧道技術有IPv6 over IPv4手動隧道和IPv6 over IPv4 GRE隧道。

       上圖為IPv6 over IPv4手動隧道封裝格式，其轉發機制為：當隧道邊界裝置的IPv6側收到一個IPv6報文後， 根據IPv6報文的目的地址查詢IPv6路由轉發表，如果該報文是從此虛擬隧道介面轉發出去，則根據隧道介面配置的隧道源端和目的端的IPv4地址進行封裝。原IPv6報文變成一個IPv4報文，並交給IPv4協議棧處理。報文透過IPv4網路轉發到隧道的終點。隧道終點收到一個隧道協議報文後，進行隧道解封裝。解封裝後的報文交給IPv6協議棧處理。採用手工配置隧道方式進行互通的節點間必須有可用的IPv4連線，並且至少要具有一個全球惟一的IPv4地址，每個節點都要支援IPv6，路由 器需要支援雙協議棧，在隧道要經過NAT設施的情況下該機制失效。

       使用標準的GRE隧道技術，在IPv4的GRE隧道上承載IPv6資料包文，提供點到點連線服務，兩點之間都是一條單獨的隧道。GRE隧道把IPv6作為乘客協議，將GRE作為承載協議，其本身並不限制被封裝的協議和傳輸協議，一個GRE隧道中被封裝的協議可以是協議中允許的任意協議(可以是IPv4、IPv6、OSI、MPLS等)。傳輸機制與IPv6 over IPv4手動隧道相同。

       自動隧道： 即邊界裝置可以自動獲得隧道終點的IPv4地址，所以不需要手工配置終點的IPv4地址，一般的做法是隧道的兩個介面的IPv6地址採用內嵌IPv4地址的特殊IPv6地址形式，這樣路由裝置可以從IPv6報文中的目的IPv6地址中提取出IPv4地址，自動隧道可用於主機到主機，或者主機到路由器之間，常用的自動隧道技術有IPv4相容IPv6自動隧道、6to4隧道和ISATAP隧道。

       IPv4相容IPv6自動隧道，其承載的IPv6報文的目的地址(即自動隧道所使用的特殊地址)是IPv4相容IPv6地址。IPv4相容IPv6地址的前96位全部為0，後32位為IPv4地址。下圖為IPv4相容IPv6自動隧道轉發機制圖。

       6to4隧道也是一種自動隧道，隧道也是使用內嵌在IPv6地址中的IPv4地址建立的，同時是一種特殊配置的中繼路由，允許其能與原生IPv6網路進行通訊。隧道可以使用在一臺單獨主機上，或一個本地網路上，但是採用6 to 4機制的節點必須至少具有一個全球惟一的IPv4地址，不利於僅支援IPv4的主機和僅支援IPv6的主機之間的互操作。下圖為6to4中繼示意圖。

       ISATAP隧道是另外一種自動隧道技術，同樣使用了內嵌IPv4地址的特殊IPv6地址形式，和6to4不同的是，6to4是使用IPv4地址做為網路字首，而ISATAP用IPv4地址做為介面標識，將IPv4網路為一個非廣播多路訪問網路的資料鏈路層，因此它不需要底層的IPv4網路基礎設施來支援多播。下圖為ISATAP隧道示例。

       透過隧道技術，依靠現有IPv4設施，只要求隧道兩端裝置支援雙棧，即可實現多個孤立IPv6網路的的互通，但是隧道實施配置比較複雜，也不支援IPv4主機和IPv6主機直接通訊。但IPv6隧道作為一種應用特性，必將在網路改造中發揮重要作用。