经过20多年的发展和完善，基于IPv4的Internet已经被证明是技术成熟的、容易实现且具有良好互操作性的网络协议，可以说它取得了巨大的成功。然而随着快速增长的Internet连接要求和语音、数据、图像、视频、多媒体等不断增加的新业务的出现，当前的IPv4网络的固有缺陷已经造成了地址空间缺乏、路由表急剧膨胀、缺乏对移动和网络服务质量的支持等一系列问题。

    基于已有的研究成果，解决IP地址短缺的问题可以采用以下3个措施[1]：

    1）采用无类别编址（CIDR），使IP地址的分配更加合理；

    2）采用网络地址转换（NAT）方法以节省全球IP地址；

    3）采用具有更大地址空间的新版本的网际协议IPv6。

    尽管上述前两项措施的采用延缓了IP地址的耗尽时间，但不能从根本上解决IP地址短缺的问题。因此，采用128bit地址长度的IPv6才是长远之计。

    但是由于目前Internet中数量庞大的IPv4设备和用户，以及IPv6网络和IPv4网络所采用的网际协议地址和协议格式的差异，使得现行的IPv4网络不可能在短时间内全部升级为IPv6网络。因此在当前IPv4地址占主导的网络环境下，IPv4向IPv6的平滑过渡问题成了决定IPv6能否取得成功的重要因素和本文研究的基本出发点。

    1、IPv4和IPv6简介

    现在被全球广泛使用的网际协议IPv4是IP的第四版，至今已有近30年的历史。IPv4的设计思想成功地造就了目前的国际互联网，其核心价值体现在简单、灵活和开放性。从技术上看，IPv4在过去的应用中发挥了重要作用，并取得了辉煌的业绩。但是随着近年来Internet应用的急剧增加，IPv4已经露出很多弊端，如IP地址匮乏、安全性不是内嵌的、网络管理复杂等，原来的IPv4已经无法满足现有网络快速发展的需要。

    IPv6是IETF（InternetEngineeringTaskForce）设计的新一代网际协议，采用128 bit地址长度，扩大了地址空间，一劳永逸地解决了地址短缺问题。同时它还为主机接口提供不同类型的地址配置，如全球地址、全球单播地址、多播地址、任播地址和链路本地地址等。

    与IPv4相比，IPv6的优势还体现在以下方面：

    简化的报头和灵活的扩展；地址的自动配置；采用了内置的IP通信安全协议，在网络层对数据提供分组和加密服务；支持组播方式；提供了服务质量保证；支持即插即用，支持真正的移动性等。

    但是从安全的角度来说，IPv6实质上并不比IPv4更加安全。IPv6标准的起草者、思科总部的两位杰出网络技术领袖FredBaker和TonyHain认为，IPv6从根本上来说，只是改变了IP地址的协议包，并不能解决现在的IPv4中的安全问题。但是由于IPsec提供端到端安全性的两个基本组件的认证和加密都是IPv6协议所必备的，而在IPv4中它们只是可选的，因此，采用IPv6安全性会更加简便、一致。

    2、IPv4向IPv6过渡技术

    在IPv4向IPv6平滑过渡过程中有3个问题需要注意，一是如何充分利用现有的IPv4资源，节约成本并保护原使用者的利益；二是在实现网络设备互联互通的同时实现信息高效无缝传递；三是IPv4向IPv6的实现应该是逐步的和渐进的，而且尽可能地简便。目前主要有3种解决过渡问题的基本技术：双协议栈、隧道技术、NAT-PT（地址/协议转换）。

    2.1IPv4/IPv6双协议栈（dualstack）

    双协议栈（以下简称为“双栈”）技术是在指在终端设备和网络节点上既安装IPv4又安装IPv6的协议栈。从而实现使用IPv4或IPv6的节点间的信息互通。支持IPv4/IPv6双栈的路由器，作为核心层边缘设备支持向IPv6的平滑过渡。一个典型的IPv4/IPv6双协议栈结构如图1所示[2]。在以太网中，数据报头的协议字段分别用值0x86dd和00x0800来区分所采用的是IPv6还是IPv4[3]。

    图1 IPv4/IPv6双协议栈结构

    双栈方式的工作机制可以简单描述为：链路层解析出接收到的数据包的数据段，拆开并检查包头。如果IPv4/IPv6包头中的第一个字段，即IP包的版本号是4，该包就由IPv4的协议栈来处理；如果版本号是6，则由IPv6的协议栈处理。

    IPv4/IPv6双协议栈的工作过程如图2所示。

    图2 支持IPv4和IPv6的双协议栈应用

    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。但是双协议栈的使用将增加内存开销和CPU占用率，降低设备的性能，也不能解决地址紧缺问题。同时由于需要双路由基础设施，这种方式反而增加了网络的复杂度。