IPv6 - 从 IPv4 到 IPv6

从 IPv4 过渡到 IPv6

IPv6 与 IPv4 不向后兼容（backward-compatible），这意味着仅支持 IPv6 的设备无法直接与仅支持 IPv4 的设备通信，除非有转换机制（translation mechanism）。从以 IPv4 为主的互联网过渡到广泛部署 IPv6 的互联网是一个长期过程。目前已开发出几种机制来促进这种共存和逐步迁移。

这些机制允许网络和应用程序同时支持这两种协议，或在它们之间进行隧道（tunneling）/转换（translation）。

双栈 (Dual Stack)

最常用且推荐的过渡策略是双栈（Dual Stack）。在双栈部署中，主机（hosts）和路由器（routers）上的接口（interfaces）同时配置有 IPv4 和 IPv6 地址。应用程序（applications）可以根据目的地（destination）和网络路径（network path）的能力选择通过 IPv4 或 IPv6 进行通信。

例如，一个 Web 服务器（web server）可以同时拥有 IPv4 地址（例如，198.51.100.10）和 IPv6 地址（例如，2001:db8::10）。双栈客户端（client）如果可能，可以使用 IPv6 连接到此服务器，否则回退（fall back）到 IPv4。域名系统（DNS）通过为这些主机提供 A (IPv4) 和 AAAA (IPv6) 记录发挥着关键作用。

图示说明：路由器或主机拥有独立的 IPv4 和 IPv6 网络协议栈（network stacks）。它可以在其 IPv4 接口/地址上发送和接收 IPv4 数据包（packets），并在其 IPv6 接口/地址上发送和接收 IPv6 数据包。这使其能够与 IPv4 和 IPv6 网络/主机进行原生（natively）通信。

隧道技术 (Tunneling)

隧道技术（Tunneling）将 IPv6 数据包封装（encapsulates）在 IPv4 数据包内（或反之），以穿越仅支持单一协议的网络段（network segment）。这使得隔离的 IPv6 网络（有时称为“孤岛 islands”）可以通过 IPv4 骨干网（backbone）进行通信，或者 IPv4 网络通过 IPv6 骨干网进行通信。

存在几种隧道技术，包括：

• 手动配置隧道（例如，GRE 隧道）：通过在两个端点（endpoints）之间进行显式配置建立的点对点（Point-to-point）隧道。
• 6to4 (RFC 3056)：一种较旧的自动隧道机制，它将 IPv4 地址嵌入 IPv6 前缀（prefixes）中。由于可靠性问题已基本弃用（deprecated）。
• Teredo (RFC 4380)：另一种旨在工作在 NAT（网络地址转换 Network Address Translation）之后的自动隧道机制。目前也不太受欢迎。
• ISATAP (Intra-Site Automatic Tunnel Addressing Protocol - RFC 5214)：用于单个组织网络内部，以便 IPv6 主机通过 IPv4 基础设施（infrastructure）进行连接。
• 6rd (IPv6 Rapid Deployment - RFC 5969)：允许互联网服务提供商（ISPs）在其现有 IPv4 基础设施上快速为客户提供 IPv6 连接（connectivity）。

图示说明：想象两个独立的 IPv6 网络需要跨越仅支持 IPv4 的互联网进行通信。来自网络 A 的一个 IPv6 数据包被边界路由器（border router）封装在一个 IPv4 数据包内。这个 IPv4 数据包穿越 IPv4 互联网。网络 B 的边界路由器对 IPv6 数据包进行解封装（decapsulates），并将其转发（forwards）到网络 B。

转换 (NAT64/DNS64)

转换机制（Translation mechanisms）允许仅支持 IPv6 的主机与仅支持 IPv4 的主机/服务之间进行通信。最常见的现代转换技术是 NAT64 结合 DNS64。

• DNS64 (RFC 6147)：一种 DNS 服务器，当仅支持 IPv6 的客户端请求一个仅支持 IPv4 的主机名（hostname）时，它会从 A (IPv4) 记录合成（synthesizes）一个 AAAA (IPv6) 记录。这个合成的 IPv6 地址通常在一个特定的 NAT64 前缀（例如，知名前缀 64:ff9b::/96）内嵌入原始的 IPv4 地址。
• NAT64 (RFC 6146)：一个网关（gateway），它将来自客户端的 IPv6 数据包（目标地址是合成的 IPv6 地址）转换为 IPv4 数据包，并反之将响应数据包进行转换。它会维护这些转换的状态，类似于传统的 IPv4 NAT。

工作原理：一个仅支持 IPv6 的客户端想要访问一个仅支持 IPv4 的服务器（例如，ipv4.example.com）。

1. 客户端查询其 DNS64 服务器以获取 ipv4.example.com 的信息。
2. DNS64 服务器只找到 ipv4.example.com 的一个 A 记录（例如，192.0.2.100）。
3. DNS64 服务器合成一个 AAAA 记录（例如，64:ff9b::192.0.2.100 或十六进制的 64:ff9b::c000:0264），并将其返回（returns）给客户端。
4. 客户端将 IPv6 数据包发送到这个合成的 IPv6 地址。
5. NAT64 网关接收这些数据包，将 IPv6 头部（headers）转换为 IPv4 头部（提取（extracting）目标 IPv4 地址），然后将它们转发到 IPv4 服务器。
6. 来自 IPv4 服务器的响应数据包由 NAT64 网关转换回 IPv6 并发送给客户端。

注意：NAT-PT (Network Address Translation - Protocol Translation, RFC 2766) 是一种早期的转换机制，但由于存在重大的操作问题（operational issues）和限制（limitations）现已弃用（deprecated）。