IPv6改造:翻譯技術的原理和優缺點

國科雲 2024-04-16 13:40:46

在前面我們討論過了隧道技術和雙棧技術,這兩種技術方案都只能實現IPv4網絡用戶之間或IPv6網絡用戶之間的相互訪問,並不能實現IPv4節點和IPv6節點之間的相互通信。而翻譯技術就是爲了解決IPv4節點和IPv6節點之間互聯互通而誕生的。本文國科雲針對IPv6改造的第三種技術方案——翻譯技術做下簡單探討。

翻譯技術的原理是將私網IPv4地址與公網IPv4地址建立映射關系,從而可以使多個私網IPv4地址共享一個公網IPv4地址,從而達到節省IPv4地址的目的。而隨著IPv6網絡的快速發展,翻譯技術逐漸演變成IPv6改造技術中的協議翻譯技術,顧名思義就是將IPv4協議報文翻譯成IPv6協議報文,或者是將IPv6報文翻譯成IPv4報文。目前行業中主流的翻譯技術主要有NAT-PT、IVI和NAT64與DNS64三種。

NAT-PT技術

NAT-PT轉換網關能夠同時實現地址轉換和協議翻譯,其中網關的NAT模塊負責IPv4和IPv6地址的轉換,PT模塊負責IPv4和IPv6報文之間的翻譯。NAT-PT處于IPv4和IPv6網絡邊緣,無需對現有IPv4和IPv6節點進行大的改動,只需在網絡邊界部署翻譯網關就能實現IPv4和IPv6之間的通信。

NAT-PT又可分爲靜態和動態兩種。靜態NAT-PT爲IPv6節點靜態分配一對一的IPv4地址,適合永久在線或者提供穩定服務的應用,因此無法解決IPv4地址緊張的難題,且配置和維護難度較大。動態NAT-PT中,IPv6到IPv4的地址映射是動態生成的、可變的,支持將多個IPv6地址映射爲一個IPv4地址,節省了IPv4地址空間,但僅支持從IPv6側發起通信連接。

NAT-PT技術面臨一些挑戰,特別是在轉換協議頭時,由于IPv4和IPv6之間的協議差異較大,可能會導致一些問題,如特定協議字段的不一致性或丟失。

由于IPv4和IPv6地址空間的不對稱性,可能會出現地址耗盡的問題,特別是在IPv4地址空間的需求超過可用地址的情況下。

由于這些設計上的缺陷,NAT-PT技術逐漸在IPv6發展過程中被棄用,因此在目前市場上該方案並不常用。

NAT64與DNS64技術

爲了解決NAT-PT中的各項缺陷,同時實現IPv6與IPv4之間的網絡地址和協議轉換,IETF設計了一個新的解決方案——NAT64與DNS64技術。

NAT64是一種有狀態的網絡地址和協議轉換技術,一般只支持從IPv6側發起對IPv4網絡資源的訪問。NAT64擁有一個地址池,支持使用多個IPv6地址對應一個IPv4地址,大大節省了IPv4地址。

當IPv6客戶端進行DNS查詢時,如果沒有得到IPv6 DNS服務器的響應,可以使用DNS64向IPv4 DNS服務器發起DNS請求,並將IPv4 DNS返回的A記錄合並到AAAA記錄中,然後將AAAA記錄返回給IPv6客戶端。

NAT64執行IPv4和IPv6地址和協議的轉換,DNS64用來解析域名地址,兩者協同工作,即可實現在不改變IPv6客戶端和IPv4服務端的情況下,完成IPv6對IPv4的通信連接。

NAT64和DNS64技術無需對現有網絡結構進行升級,且在一定程度上解決了IPv4地址緊張的難題。但同時也存在網絡延遲增加、兼容性無法得到保障以及網絡配置和維護難度和成本增加等諸多問題。

IVI技術

IVI是清華大學李星教授團隊提出的一種基于特殊地址前綴的、無狀態的IPv4/v6翻譯技術。在羅馬數字裏,IV是四,VI是六,IVI即代表IPv4和IPv6過渡和互訪。IVI的主要思路是從全球IPv4地址空間中,取出一部分地址映射到全球IPv6地址空間中,可以分成一對一映射和一對多映射兩種類型。

一對一映射是將IPv4地址內嵌在IPv6地址中,一對多映射是將IPv4地址和端口號同時內嵌在IPv6地址中,從而實現地址的複用。IVI技術允許IPv6主機和IPv4主機之間的雙向通信。它通過一種雙向轉換方法來實現IPv4地址和IPv6地址之間的轉換,從而實現通信的雙向性。IVI技術的缺點是需將IPv4地址內嵌到IPv6地址中,地址格式受限。

綜上所述,目前存在的幾種主流的翻譯技術實現了IPv4與IPv6的相互通信,IVI和NAT64技術還在一定程度上緩解了IPv4地址緊張的局面,因此成爲當前行業中實現IPv6升級改造的常用技術方案。然而,翻譯技術同樣也面臨轉換效率、兼容性和管理維護成本等方面的挑戰。因此,在實施IPv6改造過程中,還需要綜合考慮自身特點,來選擇合適的技術方案,盡可能避免因IPv6改造對正常業務開展帶來的影響。

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