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IPv4到 IPv6的过渡技术在高校网络中的应用
摘 要：本文以 IPv4到 IPv6的过渡技术在我校校园网中的应用为例，阐述了 IPv4到 IPv6
的三个主要技术，以及他们是如何在我校校园网中实现的。IPv6相对于 Ipv4有很大的优势，
未来 IPv6必将代替 Ipv4成为新一代网络标准中的重要技术。然而 IPV6技术现在并不成熟，
依然面临着许多急待解决的问题。但是随着 IPV6技术的逐渐成熟，IPV6也必然会逐渐得到
广泛的应用。
关键词：IPv6；过渡技术；双协议栈技术；隧道技术；NAT-PT；高校网络
中图分类号：
1. 引 言
现有的互联网是在 IPv4协议的基础上运行的，IPv4协议已经使用了 20多年，在这 20
多年的应用中，IPv4 获得了巨大的成功。同时随着应用范围的扩大，它也面临着越来越不
容忽视的危机。IPv4采用 32位地址长度，大约有 43亿个地址。由于 IPv4的核心技术属于
美国，因此北美占有总地址数的 3/4，而人口最多的亚洲只有不到 4 亿个地址，中国只有 3
千多万个，这严重约束了我国互联网技术的应用和发展。现在 IPv4 地址已接近枯竭，估计
将在 2005~2010 年间分配完毕，地址空间的不足必将严重影响互联网的发展。因此，IPv6
的出现成为了必然，这将是中国的一次重要机遇。
积极推进 IPVv6产业化不但可以提高中国在下一代网络标准化、资源分配上的发言权，
而且有利于相关的应用、服务、制造等产业的发展，同时政府还可以通过具体的政策目标与
实施计划，促进整个社会的信息化进程。
2. IPv6的技术优势
近乎无穷的地址空间
在北京召开的 IPv6高峰论坛上有专家提出了这样的口号：“让地球上每粒沙子都有 IP
地址”，其实这并不夸张。IPv6采用 128位地址长度，也就是说其网络地址可以达到 乘
以 10的 38次方，每个地球人可拥有的地址数量为 5乘以 10的 28次方个。因为 IPv6有着
近乎无穷的地址空间，这恢复了网络应用原来因地址受限而失去的端到端连接功能，这为互
联网的深化发展创造了有利条件。IPv6的出现，实现 3G与互联网的融合，它将使得每个人、
每部移动电话、还有几乎每一个硬件设备都拥有自己的 IP地址。
更高的安全性
Internet的发展始终伴随着安全技术的发展。由于在 IP协议设计之初并没有考虑网络安
全问题，因而早期互联网黑客横行、病毒泛滥。为了加强 Internet 的安全性，从 1995 年开
始，互联网工程任务组着手研究并且制定了一套用于保护 IP通信的 IP安全（IPSEC）协议。
IPSEC是 IPv4的一个可选扩展协议，但在 IPv6中却是一个必不可少的组成部分。
IPSEC在网络层对数据分组提供加密和鉴别等安全服务。它提供了两种安全机制：认证
和加密。认证机制使得 IP通信的数据接收方对数据发送方的真实身份进行有效的识别和判
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定，以及数据在传输过程中是否遭到非法修改。加密机制通过对数据进行 md5 算法加密来
保证数据的机密性，以防数据在传输过程中被修改或窃取。IPSEC 认证是通过认证报头
（Authentication Header，AH）协议定义的，而加密和可选认证是通过安全负载封装
（Encapsulating Security Payload，ESP）协议定义的。在实际进行 IP通信时，可以根据安全
需求，同时使用这两种协议或选择使用其中的一种。作为 IPSEC的一项重要应用，IPV6还
集成了虚拟专用网（VPN）的功能，使用 IPv6 可以更容易的实现更为安全可靠的虚拟专用
网。
有效加快路由速度
IPv6 对数据报头作了简化，以减少 CPU 使用率并节省网络带宽。IPv4 的报头有 15 个
域，而 IPV6只有 8个域，这就使得路由器在处理 IPv6报头时显得更为轻松；IPv6不像 IPv4
那样使用 broadcast通信,而是使用 multicast或者 any cast替代 broadcast。由于 IPv6有非常大
的 multicast 地址空间, 这使得网络的通信更有效率；IPv6 有地址聚合功能，多个地址前缀
能够汇总为一个地址前缀，这将增加路由选择的效率和扩展能力，也在一定程度上加快了路
由速度。IPv6的地址分配遵循聚类(Aggregation)的原则，这使得路由器能在路由表中用一个
路由条目表示一个子网或一个网段，有效减化了路由器中路由表的大小，提高了路由器转发
数据包的速度。
完善的服务质量
采用 IPv4的网络在设计之初，只有一种简单的服务质量（QOS），即采用“尽最大努力”
（Best effort）传输，这种传输的服务质量是无保证的。而 IPv6数据包包含一个 8位的业务
流类别和一个新的 20位的流标签（Flow Label），当 IPV6的中间节点接收到一个数据包时，
通过验证其他的流标签，就可以判断它属于哪个流，然后就可以知道信息包的 QOS需求，
进行快速的转发。并且在某一条链路上，可以根据开销、带宽、延时或其他特性对数据包进
行特殊的处理，以确定不同的优先级，进而保证服务质量。
即插即用的连网方式
IPv6有两种自动设定功能。一种是 IPv4也有的 “全状态自动设定”功能，另一种是 IPv4
所不具有的“无状态自动设定”功能。在前者中，主机从 DHCP服务器租借 IP地址并获得有
关的配置信息，由此达到自动设置主机 IP 地址的目的。而在后者中，主机产生一个链路本
地单点传送地址，通过 neighbor discovery请求，以验证地址的唯一性。然后通过路由器请
求来获得可聚集全球单点传送地址前缀，全球地址前缀加上自己的接口 ID，自动配置全球
地址，就完成了无状态自动配置。这种即插即用的连网方式节省了用户配置地址的精力，也
在很大程度上减轻了网络管理者的负担。
更好的支持移动通讯
IPv6 的出现大大促进的互联网和移动通信的结合。移动互联网走进我们的生活也即将
成为必然。移动互联网不仅仅是指移动设备接入互联网，它还提供了一系列以移动性为核心
的多种业务：查询信息、无线互动游戏、远程控制工具、无线移动聊天、移动网上购物等。
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3. IPv4向 IPv6过渡的实现
在现阶段中，由于 Internet完全是建立在 IPv4的体系结构上，基于 IPv4的应用程序和
设备已经相当成熟和具有相当的规模，不可能在短时间内完全过渡到 IPv6 的体系结构。在
相当长的一段时间内，IPv6 节点之间、IPV6 与 IPV4 节点之间的通信还要依赖于原有 IPv4
的网络设施。因此，过渡初期的因特网将由少量运行 IPv6协议的设备组成的网络“孤岛”和
大量运行 IPv4协议的网络 “海洋”组成。如下图 1所示：
图 1 IPV6在 IPV4网络海洋中的“孤岛”现象
然而“IPV6岛”的数目将会不断增加，规模也会逐渐扩大，并最终完全取代 IPV4，形成
下一代的 Internet网络。
为完成从 IPv4向 IPv6的过渡，IETF（ Internet Engineering Task Force）已经成立了专
门的工作组，并且提出了很多解决方案。
双协议栈技术
双协议栈技术是指一部分主机或路由器装有两个协议栈，一个 IPv4协议栈和一个 IPv6
协议栈。双协议栈主机或路由器既能够和 IPV6 的系统通信，又能够和 IPV4 的系统通信。
双协议栈主机在和 IPV6主机通信时采用 IPV6地址，在和 IPV4主机通信时采用 IPV4地址。
双协议栈主机可以通过对域名系统 DNS的查询知道目的地主机是采用哪一种地址。图 2是
IPV4和 IPV6并存的网络拓扑，为保证网络间的正常通信，路由器需要配置双协议，具体配
置如下：
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图 2 双协议栈示图
Conf t
IPv6 unicast-routing
Interface f1/1
Ip address
IPv6 address 3ffe:b00:c18:1::3/127
隧道技术
随着 IPV6 技术的发展，因特网中出现了大量的“IPV6 岛”，为了完成这些出在“IPV4
海”中的“IPV6 岛”的通信，就需要使用隧道技术。隧道技术就是在 IPv6 数据报要进入 IPv4
网络时由实现了双协议栈的路由器将 IPv6 数据报封装成为 IPv4 数据报，使得整个 IPv6 数
据报变成了 IPv4数据报的一部分。然后 IPv6数据报就在 IPv4网络的隧道中传输。当 IPv4
数据报离开 IPv4 网络中的隧道时，再由实现了双协议栈的路由器将其数据部分，即原来的
IPv6数据报交给 IPv6协议栈。但是隧道技术不能实现 ipv4 主机与 IPv6 主机的直接通信。
隧道技术可以分成两类：自动配置的隧道和手工配置的隧道。
自动配置的隧道
自动配置隧道需要静态建立双向的隧道，配置隧道的一方不需要与其他方协同。系统建
立隧道的接口，一种方法是通过提取包含在 IPV6地址中的 IPV4地址信息，创建 IPV4包头；
另一种方法是提供一种 IPV4寻址方式，利用寻址技术得到对端的 IPv4地址。目前常用的自
动隧道技术有 5种。
[1].利用 IPv4兼容地址的自动隧道技术：这种隧道能够完成点到多点的连接。相比手动
隧道的点到点连接，具有很大优势。这种技术能够自动生成隧道。在 IPv4兼容 IPv6自动隧
道中，我们仅仅需要告诉设备隧道的起点，隧道的终点由设备自动生成。为了完成设备自动
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产生终点目的，IPv4兼容 IPv6自动隧道需要使用一种特殊的地址:IPv4兼容 IPv6地址。其
地址格式为：0::IPv4 address。
[2].6 over 4 技术：利用 IPv4 组播机制实现虚拟链路从而自动建立隧道。使用这种机制
的接口利用 RFC2461中提出的 NDP进行寻址，当需要对一个 IPv6包进行封装时，IPv6层
发送 ND 请求报文对目的 IPv6 地址进行寻址，6over4 接口将 ND 请求报文封装一个 IGMP
头后发送到 IPv4组播域；在该组播域中如果有另一个 6over4接口拥有被请求的 IPv6地址，
则该接口以同样的方式发出包含其 IPv4地址的 ND应答报文，查询接口收到该 ND应答后
就可以从中得到目的接口的 IPv4地址。
[3].6 to 4 技术：使用这种机制的接口需要使用 6to4 地址，其前缀格式为：
2002:IPv4 Addr::/48。这种机制需要对两类路由器进行配置，这两类路由器分别是：(1) 6to4
路由器（6to4 Router），作为一个 IPv6域的出口路由器，其外出接口为 6to4接口；(2) 6to4
中继路由器（6to4 Relay Router），作为多个 6to4 Router的中继的 6to4 Router，通常可以将
6to4 Router 的缺省路由设置为一个 6to4 中继路由，通过在这个中继路由器中设置相应的路
由信息来连接多个 IPv6域。
[4].ISATAP(Intra-Site Automatic Tunnel Addressing Protocol)技术：它是一种站内自动隧道
协议。利用 ISATAP服务器分配 ISATAP前缀。域内主机利用 ISATAP接口获得该前缀，组
成 ISATAP地址前缀: 5EFE:IPv4 addr/64。
[5].TEREDO 技术：Teredo 是一项地址分配和自动隧道技术，能够跨越 IPv4 Internet 实
现 IPv6 单播连接。它将 IPv6 数据包封装在 UDP／IPv4 数据包中传送。使用特殊的地址格
式，除了固定的 Teredo前缀外，还将 Teredo服务器 IPv4地址、客户端的公共 IPv4地址以
及 UDP端口插入 IPv6地址中。
手工配置隧道
手工配置隧道是 IPv6 支持的第一个过渡机制。这种机制不强制要求使用隧道的主机
IPv6 地址中包含某种固定信息，地址的使用比较灵活。但由于这种隧道采用的是一种端到
端的机制，需要两端的管理员事先经过协商和设定，才能完成两端的隧道配置。大量烦琐的
手工配置在很大程度上阻碍了这种隧道的发展。
隧道代理模型的提出简化了建立 Tunnel 的工作量，尤其是隧道服务端的工作量。隧道
代理系统提供了一种简化配置隧道的机制，可以减少繁重的隧道配置工作。隧道代理模型的
工作原理是提供专用的服务器作为隧道代理，自动管理用户发出的隧道请求。用户通过隧道
代理能够方便的和 IPv6网络建立隧道连接，从而访问外部可用的 IPv6资源。因此，隧道代
理机制在 IPv6提出的早期受到大家的广泛关注。
图 3是手工配置隧道示图，这个配置通过建立手工隧道使“IPV6孤岛”在“IPV4海洋”中能
够顺利的通讯。
Configured Tunnel
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图 3 手工配置隧道示图
NAT-PT技术
NAT-PT技术通过转换网关进行 IPv4地址和 IPv6地址转换以及协议翻译。转换网关作
为通信的中间设备，可在 IPv4 和 IPv6 网络之间转换 IP 报头的地址，同时根据协议不同对
分组做相应的语义翻译，从而使纯 IPv4和纯 IPv6站点之间能够透明通信。[2]
下面是 NAT-PT 的运用实例，图 4 NAT-PT 技术示图，路由配置完成了 IPV4 和 IPV6
互访的问题。当 IPV6地址是 FC00:1::1的 lo1口需要访问 IPV4地址 时，就将
写成 2001::303:301，来完成正常通信。当然，在实际环境中还需要配置一条 IPV6静态路由,
这个静态路由是专门给 IPV6 DNS准备的。
RouterA#
Interface Tunnel0
IPv6 address 3ffe:b00:c18:1::3
Tunnel source
Tunnel destination
Tunnel mode IPv6ip
RouterB#
Interface tunnel0
IPv6 address 3ffe:b00:c18:1::2
Tunnel source
Tunnel destination
Tunnel mode IPv6ip
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图 4 NAT-PT技术示图
R1
Hostname R1
ipw6 unicast-routing
！
interface Loopback1
ip address
IPv6 address FC00:1::1/128
IPv6 enable
！
interface Loopback2
no ip address
IPv6 address FC00:1::2/128
IPv6 enable
！
interface Loopback3
no ip address
IPv6 address FC00:1::3/128
IPv6 enable
！
interface Ethernet1/2
no ip address
duplex full
IPv6 address FC00:12::1/32
IPv6 enable
！
IPv6 route ::/0 FC00:12::2
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R2
hostname R2
IPv6 unicast-routing
！
interface Ethernat1/1
no ip address
duplex full
IPv6 address FC00:12::2/32
IPv6 enable
IPv6 nat
！
interface Ethernet1/3
ip address
duplex full
IPv6 nat
！
ip route
！
IPv6 route FC00:1::/32 FC00:12::1
IPv6 nat v6v4 source list listv6 pool poolv4
IPv6 nat v6v4 pool poolv4 prefix-length 24
IPv6 nat prefix 2001::/96 v4-mapped v4map
！
IPv6 access-list v4map
permit IPv6 any 2001::/96
！
IPv6 access-list listv6
permit IPv6 any2001::/96
R3
hostname R3
！
interface Loopback1
ip address
！
interface Loopback2
ip address
！
interface Loopbaack3
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ip address
！
interface Ethernet1/2
Ip address
Duplex full
！
Ip route
4. IPV6 在我校的应用实例
图 5 是我校的校园网网络拓扑图，我校的核心设备为 CISCO6513，通过万兆光纤连接
老校区的三层交换机 CISCO6509，通过 1000Base-T和出口设备 CISCO6503相连，底层设备
多采用锐捷和凯创系列。在我校设备中采用双协议栈技术，在通畅运行 IPV4的同时，IPV6
技术在我校也被很好的应用；同时采用地址头翻译技术对 IPV6 数据包实行 IPV4 格式的封
装与解封装以实现 IPV4网络和 IPV6网络的互访，由于我校的 IPV6 WWW服务器及 IPV6
的 DNS 解析已经成功建立和使用，所以在我校用户访问校外 IPV6 网络的同时，校外用户
也可以对我校的 IPV6网络资源进行访问。然而，IPV6还不得不依靠原有的 IPV4设备进行
网络间互访。
图 5 我校的校园网网络拓扑图
在核心设备 6513的 IPv6配置如下：
interface GigabitEthernet12/47 #进入接口#
description cumt IPv6 link
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IPv6 address 2001:DA8:100D:1::2/64 #在 6513TRUNK口上配置 IPV6地址#
interface Vlan12 #进入我校管理 VLAN（VLAN12是我校的管理 VLAN）#
no ip redirects
IPv6 address 2001:DA8:100D:2::1/64 #为 VLAN配置 IPV6地址#
IPv6 enable
IPv6 route ::/0 2001:DA8:100D:1::1 // IPv6默认路由配置
在出口设备 Cisco6503上的 IPv6配置如下：
interface GigabitEthernet3/47
IPv6 address 2001:DA8:100D:1::1/64 #在 6503TRUNK口上配置 IPV6地址#
IPv6 route 2001:DA8:100D::/48 2001:DA8:100D:1::2 #向内指的静态路由#
IPv6 route ::/0 2001:DA8:A3:F00B::1 #向外指的静态路由#
IPv6 unicast-routing #启动 IPv6功能#
interface Tunnel0 #IPv6隧道#
IPv6 address 2001:DA8:A3:F00B::2/64 //源端的 IPv6地址
IPv6 enable
tunnel source #隧道源的 ipv4地址#
tunnel destination #隧道目的的 ipv4地址#
tunnel mode IPv6ip #配置隧道类型为 IPv6#
教育网防火墙上的配置如下：
access-list 102 extended permit ip any host
#创建扩展访问控制列表启动访问功能#
5.结束语
IPV6技术现在并不成熟，依然面临着许多急待解决的问题。IPv6在 QOS(服务质量)方
面尚需改善。可行的 IPv6 网络监管技术及可靠的移动网络技术也面临着难以突破的瓶颈问
题。IPV6 网络也会不可避免的受到黑客的攻击，但目前不成熟的信息过滤技术并无法有效
的保证网络的安全。正如当代互联网发源于学术界一样，早期的 IPv6 技术研究主要集中在
学术界，讨论的重点是 IPV6 协议本身，对应用的关注度并不高。随着 IPV6 技术的成熟，
如何应用成为人们越来越关注的问题。
IPV6技术由于处于初级实验阶段，面临着各种方面的难题，IPV6产业化发展也任重道
远。我国基于 IPV6的商用试验网还只是处于起步阶段，这部分的不确定因素较多，技术创
新点也比较多，真正进入商用阶段还有待时日。因此就需要更多的计算机网络人才投身 IPV6
技术，为我国能在新的互联网标准中占得先机，贡献自己的一份力量。
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参考文献
[1] 周玲，尹霞，吴建平. 实现 IPv4向 IPv6过渡的隧道技术.计算机工程与应用，2002:156
[2] . RFC2732: Format for Literal IPv6 Address in URL’s , 2002-12
[3] 安计勇，杜宗海. IPv6在高校校园网中的应用.计算机与信息技术 2007-6 总第 165期
[4]
The use of IPv4 to IPv6 transition technology in the College
Network
Qiu Ye, Sun Changdong, Gao Yaru
School of Computer Science and Technology, China University of Mining and Technology,
Xu Zhou (221008)
Abstract
In this paper, taking the transition technology of IPv4 to IPv6 in our school campus network as an
example, the paper represents three main technologies about IPv4 to IPv6, as well as how they are
in our university campus network to achieve. IPv6 has advantage over Ipv4 that in the future IPv6 will
become an important technical in the next-generation network standards instead of Ipv4. However,
IPV6 are not mature enough now, and are still faced with many urgent problems. However, with the
IPV6 technology maturity, IPV6 will definitely be widely used.
Keywords: IPv6; Transition technology; Dual Stack Technology; Tunnel Technology; NAT-PT ;
College Network.
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