基于IMS的IPv4与IPv6互连中的双协议栈技术

现在的互联网络基于IPv4, 但随着互联网的迅猛发展现有的IPv4地址已很紧缺虽然使用分配临时IPv4地址或网络地址翻译等技术, 一定程度上缓解了IPv4地址不足的状况, 但同时也增加了地址解析和处理方面的开销, 导致某些高层应用失效, 且仍无法回避IPv4地址即将被分配殆尽的问题。采用长度为128位IP地址的IPv6协议, 彻底解决了IPv4地址不足的难题, 且在地址容量、安全性、网络管理、移动性及服务质量等方面有明显改进, 是下一代互联网络协议采用的核心标准之一。IPv6与IPv4不兼容, 但与所有其他的TCP/IP协议族中的协议兼容, 即IPv6可取代IPv4。短期内不可能都过渡到基于IPv6的网络, 在相当长时期内IPv6网络将和IPv4网络共存。近年来IMS技术和产品逐渐成熟, IMS作为下一代网络控制技术的核心正引起业界广泛关注。如何实现基于IMS的IPv4与IPv6的互操作平滑过渡是目前面临的重要问题。

1 基于IMS的IPv4与IPv6互连的技术

IMS (IP多媒体子系统) 技术对控制层功能做了进一步分解, 实现了会话控制实体CSCF和承载控制实体MGCF在功能上的分离, 使网络架构更为开放、灵活。IMS以其业务、控制、承载完全分离的水平架构, 集中的用户属性和接入无关等特性, 一方面解决了目前软交换技术还无法解决的问题, 如用户移动性支持、标准开放的业务接口、灵活的IP多媒体业务提供等;另一方面其接入无关性也使IMS成为固定和移动网络融合演进的基础。IMS的目的是建立与接入无关、能被移动与固定共用的融合核心网。目前解决基于IMS的IPv4与IPv6互连的过渡问题的基本技术主要有三种:NAT-PT (网络地址和协议转换) 技术, 隧道技术, 双协议栈技术。

1.1 N A T-P T (网络地址和协议转换) 技术

是一种纯IPv6节点和IPv4节点间的互通方式, 所有包括地址、协议在内的转换工作都由网络设备来完成。它有效地将IP数据报提取出来, 且用IPV6头替换IPV4头, 反之亦然。支持NAT-PT的网关路由器应具有IPv4地址, 在从IPv6向IPv4域中转发包时使用。此外网关路由器支持DNS-ALG (应用层网关) , 在IPv6节点访问IPv4节点时发挥作用。采用NAT-PT方式互通的系统构成。优点是不需IPv4和IPv6节点的升级改造。

1.2 隧道技术

是一种通过使用互联网络基础设施在网络间传递数据的方式。使用隧道传递的数据 (或负载) 可以是不同协议的数据帧或包。隧道协议将其它协议的数据帧或包重新封装然后通过隧道发送。新帧头提供路由信息, 以便通过互联网传递被封装的负载数据。能使来自许多信息源的网络业务在同一基础设施中通过不同隧道传输。使用点对点通信协议代替了交换连接, 通过路由网络来连接数据地址。允许授权用户在任何时间、地点访问企业网络。可实现将数据流强制送到特定地址, 隐藏私有网络地址, 在IP网上传递非IP数据包, 提供数据安全支持。

1.3 双协议栈技术

双协议栈指在单个双栈主机节点同时支持IPv4和IPv6两种协议栈, 从而可与两种类型的节点通信。支持双协议栈的IPv6节点与IPv6节点互通时使用IPv6协议栈, 与IPv4节点互通时借助于4over6使用IPv4协议栈。IPv6节点访问IPv4节点时, 先向双栈服务器申请一临时IPv4地址, 同时从双栈服务器得到网关路由器的隧道端点IPv6地址。IPv6节点在此基础上形成一个4 over 6的IP包, 4 over 6包经过IPv6网传到网关路由器, 网关路由器去掉其IPv6头, 将IPv4包通过IPv4网络送往IPv4节点。网关路由器要记住IPv6源地址与IPv4临时地址的对应关系, 以便反方向将IPv4节点发来的IP包转发到IPv6节点。为对IPv4和IPv6完全兼容的双协议栈方式互通系统。

2 双协议栈的优势

双栈技术是IPv4向IPv6过渡的一种有效技术, 网络中的节点同时支持IPv4和IPv6协议栈, 源节点根据目的节点的不同选用不同的协议栈, 而网络设备根据报文的协议类型选择不同的协议栈处理和转发;不需要购置专门的IPv6路由器和链路, 节省了硬件投资;核心IPv6路由器间采用专用本地链路, 克服了隧道方式的许多缺点;双栈机制是使IPv6节点与IPv4节点兼容的最直接的方式, 互通性好, 易于理解;在IPv6网络建设的初期, 由于IPv4地址相对充足, 这种方案的实施具有可行性。对主机和路由器而言, 一个成功迁移到IPv6的方法就是支持双IP层也就是双协议栈操作的方法。双栈节点也可用两个地址版本配置, 尽管配置机制可能不同。如IPv4地址可配置使用DHCP, 而IPv6地址使用自动配置无状态地址;对移动而言, 双栈的UE和IMS核心网提供了比只有IPv4的实现更多的选项。即使是协议栈中废弃的特定IP版本, 等到IPv6变得更普遍时它还可被激活;双栈主机的主要好处是它们最小化了网络中NAT设备的需求;因IPv6和IPv4是功能相近的网络层协议, 都基于相同的物理平台, 且加载于其上的传输层协议TCP和UDP也基本无区别, 故支持双协议栈的节点能与支持IPv4协议的节点及与支持IPv6协议的节点通信。

3 结语

基于IMS的IPv4与IPv6互连中双协议栈技术的应用相对其他相关过渡技术具极明显的优越性, 且双协议栈技术是IPv4向IPv6过渡的基础, 所有其它过渡技术都以此为基础。因双协议栈节点仍保留IPv4地址及相应路由等网络结构, 基于双协议栈的过渡技术并不能解决地址空间耗尽问题, 但其他过渡技术如NAT-PT及隧道技术等因其所具局限性同样也不能完全解决过渡问题, 这样综合比较权衡目前几种相关的过渡期技术, 双协议栈技术仍不失为一种很好的过渡技术, 具较好的相关技术应用推广价值。虽从较长时期的长远发展看IPv4终将被IPv6替代, 但IPv4向IPv6的过渡仍需相当长时间才能完成。主要网络服务商在网络全部升级到IPv6协议前, 在基于IMS的IPv4与IPv6互连中应用双协议栈技术长期过渡不失为一较好选择。

摘要：为实现基于IMS的IPv4到IPv6的长期平滑过渡, 探讨了将双协议栈技术应用于基于IMS的IPv4与IPv6互连。比较权衡几种目前相关过渡期的技术, 论证了将双协议栈技术应用于基于IMS的IPv4与IPv6互连中, 相对于其他相关过渡技术, 具有极为明显的优越性, 是一种很好的过渡技术。

关键词：IMS,IPv4,IPv6,双协议栈技术,互连