IPv4 向 IPv6 的过渡技术

随着互联网 IPv4 公有地址的枯竭，各国都加大了推广 IPv6 的速度。IPv4 向 IPv6 的过渡技术主要包括双协议栈、隧道模式和翻译技术。实现 IPv6 节点与 IPv4 节点互通最直接的方式是在 IPv6 节点中加入 IPv4 协议栈。具有双协议栈的节点称作“IPv6/IPv4 节点”，这些节点既可以收发 IPv4 数据包，也可以收发 IPv6 数据包。隧道模式直接利用现有 IPv4 网络实现与 IPv6 网络的通信。另外，当 IPv4 节点和 IPv6 节点进行通信的时候，由于协议栈的不同，必然涉及对协议进行翻译转换。

在 IPv6 过渡策略选择上，许多运营商确定以双栈作为初期阶段向 IPv6 演进的优选策略。在运营商完全迁移到 IPv6 之前，用户还需要使用原有的 IPv4 网络服务，同时可访问纯 IPv6 网络。这种情况下，保持 IPv4 业务的连续性和向 IPv6 过渡都具有同样的重要性。目前业界有代表性的方案包括三种，即双栈+NAT、NAT444 和 DS-Lite 等。

1、双栈+NAT

在现有的 IPv4 网络基础上既平滑又经济地部署 IPv6，并且解决 IPv4 和 IPv6 网络共存与设备互通的最自然的方式是不仅在终端设备部署 IPv4/IPv6 双协议栈，而且在网络设备部署 IPv4/IPv6 双协议栈，可以实现所有 IPv4 节点与 IPv6 节点的互联互通。由于双栈设备还需要继续分配 IPv4 地址，因此在完成 IPv6 的迁移前，仅部署 IPv6 或者双栈并不能解决现网 IPv4 业务地址紧缺问题。

当 IPv4 公有地址不足，采用 IPv4 私有地址给用户提供接入服务成为一个无法避免的选择，网络地址翻译（NAT）的使用也就成为必然。NAT 通过使用少量的公有 IP 地址映射大量私有地址的方式，可在一定程度上缓解 IPv4 紧缺的压力，是当前已广泛使用的技术。双栈和 NAT 技术的结合（DS+NAT 方案），可以在解决 IPv4 地址短缺的同时，支持已有的网络平滑升级支持 IPv6，是当前运营商部署 IPv6 的主流选择。双协议栈+NAT 方案包括的技术包括：设备支持 IPv4、IPv6 双栈，电信级 NAT，BRAS 支持双栈用户的地址分配管理，DNS 和 Radius 等业务系统升级支持 IPv6 地址扩展等。

双栈+NAT 机制既缓解 IPv4 公有地址紧缺的压力，又是使 IPv6 节点与 IPv4 节点兼容的最直接方式，互通性好，易于理解。

2、NAT444

NAT 有两种基本的实现方式：基本 NAT 和 NAPT 方式。基本 NAT 只转换 IP 地址，每一个私有地址都对应一个公有地址，这样的一一对应关系节约不了公有地址；NAPT（Network Address Port Translation，网络地址端口转换）则同时映射 IP 地址和端口号。因为来自内部不同 IP 地址的数据包源地址可以映射到同一个外部地址，但端口号被转换成该地址的不同端口号，所以可以共享同样的公有地址，得到广泛应用。

另外一个概念是运营商级 NAT（Carrier Grade NAT，CGN），又称作大规模部署 NAT（Large Scale NAT，LSN），与普通 NAT 相比，CGN 主要在支持并发用户数、性能、溯源等方面有很大提升，以适应运营商的大规模商业部署，快速解决 IPv4 地址短缺的急迫问题。

NAT444 包含两次 NAT，分别在 CPE 和运营商网络中的 CGN 网关上做地址转换。通过使用两次 NAT 可以极大地节省 IPv4 地址空间，为演进阶段运营商留有充分的时间过渡到 IPv6。

3、DS-Lite

DS-Lite（Dual Stack Lite）协议只提供 IPv4 和 IPv6 双栈服务，而且可以提供单栈 IPv6 业务，是 IPv6 演进方案的终极方案。随着 IPv6 业务的增长，IPv4 业务会逐渐成为“孤岛”，IPv6 业务则成为主流。因此，DS-Lite 技术架构是符合未来的发展趋势，为 IPv6 演进方案的最终模型。

如果选择 Ds-Lite 作为演进方案，网络不会面临“二次”升级的问题，这是由于 Ds-Lite 直接采用 IPv6 单栈的承载网络，另外 DS-Lite 技术不存在不同地址族之间的转换，这点和双栈技术类似。

DS-Lite 本质是在 IPv6 网络中部署 IPv4 in IPv6 隧道，从而实现 IPv4 业务的传输，而 IPv6 业务则直接通过 IPv6 网络传输。Lite 的意思是“轻量级的”，DS-Lite 的中文意思则为“轻量级的双栈”。所谓“轻量级”是相对双协议栈方案而言，双协议栈方案要求感知 IP 的节点都具备双协议栈，而且要同时运行，而 DS-Lite 方案则为“局部双栈”，换言之，DS-Lite 技术可以在 IPv6 网络中提供“双栈”孤岛互联。

DS-Lite 有一个非常重要的特点，就是 IPv6 源地址只与 IPv6 目的地址通信，IPv4 源地址只与 IPv4 源地址进行通信，不涉及 IPv4 和 IPv6 不同协议地址的相互转换。这样简化了应用层协议中包含 IP 地址的处理问题。