在IPv6网络上实现IPv4网络互联的隧道建立方法 【技术领域】
在IPv6网络上实现IPv4网络互联的隧道建立方法属于互联网技术领域，尤其涉及IPv4与IPv6网络互联的隧道技术。
背景技术
由于IPv4地址空间严重不足，基于IPv6的下一代互联网将得到迅速发展。然而，由于IPv4互联网已具有相当规模和广泛的应用程序，因此IPv4网络必然在今后长期存在，形成与下一代IPv6网络逐步融合的过程。随着IPv6骨干网络建立，需要引入一种新技术将IPv4终端用户通过快速高效的IPv6骨干网络连接起来以提高网络的服务质量。此外，随着IPv4网络的逐步废弃，将产生IPv4网络不连通的过渡阶段，在此阶段中IPv6网络作为连通多个IPv4网络的桥梁，需要基于此实现不同IPv4网络之间的通信。
IPv6和IPv4网络的地址结构截然不同，IPv6和IPv4网络的互联技术成为互联网发展的一个重要难题。虽然目前已出现了不少IPv6和IPv4网络的互联技术，如RFC2893、RFC2529、RFC3056、RFC3053和一些IETF draft，然而这些技术集中在IPv6 over IPv4技术上。如图1所示，左右两侧均为孤立的IPv6网络，二者之间用现有IPv4网络连接。上述技术定义了在这种网络拓扑结构下，如何通过建立在IPv6上地隧道实现IPv4网络之间的交互。
随着IPv6网络的发展以及今后IPv4网络的逐步废弃，IPv6将成为网络互联的核心，因而有可能出现IPv4网络之间通过IPv4协议不再连通的情况。此外，对于IPv6网络提供了高速高质量分组传输的情况来说，IPv4网络之间采用基于IPv6骨干网络的传输通信也是一种可能的高质量传输方式。因此，有必要考虑如何通过建立IPv4 over IPv6的隧道实现IPv4网络之间的交互，如图2所示。
虽然RFC2473涉及IPv4 over IPv6技术，但它仅定义了分组封装格式，没有涉及路由交互的处理，无法适用于大规模复杂拓扑结构的互联。当网络规模变大以及互联复杂的情况下，源端IPv4网络如何进行路由并将分组转发到源端双栈路由器上、以及封装节点如何确定隧道传输的目的IPv6地址等，成为IPv4 over IPv6的核心技术问题。本发明所提出的方法适用于IPv4over IPv6网络传输，并着重路由信息的交互，能够适用于大规模复杂拓扑结构的互联。
本发明提出了一种在IPv6网络上实现IPv4网络互联的隧道建立方法，简称6to4。该技术具有配置简单、适用性广的特点，适用于复杂拓扑结构下的IPv4和IPv6网络互联情况，既能够通过IPv6高速骨干网络来提高IPv4分组传输质量，也能够将孤立的IPv4网络通过IPv6网络进行互联，是IPv4网络和IPv6网络互联的重要技术，是IPv4 over IPv6整体技术框架中的重要组成部分。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种在IPv6网络上实现IPv4网络互联的隧道建立方法，简称4to6。
本发明所提出的方法的思路在于：双栈路由器将IPv4路由加上特定地址前缀PRFX后转变成伪IPv6路由并通过IPv6路由协议将这些伪IPv6路由在IPv6网络中交互；当IPv6网络中的双栈路由器接收到伪IPv6路由后，使用路由前缀PRFX匹配识别这些伪IPv6路由，并将其还原为IPv4路由，从而将还原后的IPv4路由在IPv4网络上交互，最终使得IPv4路由能够穿透IPv6网络，并在整个网络上有效；基于上述路由交互机制，分组从源节点到目的节点的路径上，隧道源端双栈路由器将对IPv4分组进行IPv6封装，而封装过的IPv6分组传输到目的端双栈路由器时解封装并还原，还原后的IPv4分组向目的IPv4网络发送，实现IPv4 overIPv6的功能。
本发明的特征在于：
(1)设定IPv6网络路由匹配前缀PRFX和各IPv6、IPv4网络的地址；
(2)第一台计算机即双栈路由器收到分组后，判断它是否是IPv4路由分组；
(3)若是，那么按照IPv4协议栈规定更新相应IPv4路由后，在IPv4协议栈中进行相应处理，同时准备把更新的IPv4路由引入IPv6网络；
(4)将IPv4路由加上上述设定的IPv6路由前缀PRFX后，把它转变成伪IPv6路由，并通过IPv6路由协议将这些伪IPv6路由在IPv6网络中交互，同时在IPv6协议栈中进行相应处理；
(5)第二台双栈路由器收到更新的伪IPv6路由后，适用上述PRFX进行识别，如果是伪IPv6路由，就将其还原为IPv4路由并使用现有IPv4路由协议在IPv4网络中交互；
(6)通过上述步骤(1)-(5)对各IPv4地址的路由交互，完成IPv4地址在全局网络中的路由维护；
(7)在IPv4和IPv6网络的4to6分组转发过程中，任意双栈路由器判定所接收到分组是需要转发的分组后，在自身的双栈路由表中针对该目的地址查找下一跳地址，进行如下操作之一：
a)对于下一跳是IPv6地址且该分组是IPv4分组，则对分组进行封装，封装后的IPv6分组源地址为PRFX：IPv4 source address::，目的地址为PRFX：IPv4 destinationaddress::；
b)对下一跳是IPv4地址且该分组是具有PRFX前缀的伪IPv6分组，该分组源地址为PRFX：IPv4 source address::，目的地址为PRFX：IPv4 destination address::，则对分组解封装，解封装后IPv4分组的源地址为上述IPv4 source address，目的地址为IPv4 destination address。
(8)按照双栈路由表转发分组，实现IPv4overIPv6的功能。
本发明所提出的在IPv6网络上实现IPv4网络互联的4to6隧道建立方法，具有配置简单、适用性广的特点，能够较好运用在复杂拓扑结构下的IPv4和IPv6网络互联情况。目前清华大学已经将该项研究成果运用在所研制的IPv6/IPv4双栈路由器中，实现了基于IPv6网络的IPv4网络互通，是IPv4 over IPv6整体技术框架中的重要组成部分。我们计划在下一代网络建设中，进一步验证推广本发明，实现IPv4网络和IPv6网络的高效互联。
【附图说明】
图1.IPv6 overIPv4示意图
图2.IPv4 overIPv6示意图
图3.4to6双栈路由器流程图
图4.4to6隧道应用举例
图5.4to6隧道适用的网络拓扑
【具体实施方式】
图3为本发明所提出的在IPv6网络上实现IPv4网络互联的4to6隧道建立的具体方法。双栈路由器接收分组后，首先判断分组所属类型，如果是IPv6路由分组，则进而根据前缀PRFX匹配规则判断是否是伪IPv6路由，若是则将伪IPv6路由还原为IPv4路由并在IPv4网络中传播；相反，如果是IPv4路由，则将此IPv4路由加上特定地址前缀PRFX后转换成伪IPv6路由，并向IPv6网络传播。通过上述伪IPv6路由的传播，使得整个网络上具有IPv4网络的路由信息，为下述分组的转发奠定了基础。
如果双栈路由器接收到的分组不是路由分组，而是需要转发的分组，则上述路由器查找双栈路由表，并根据路由查找结果的下一跳地址和分组本身的类型进行相应处理：对于下一跳是IPv6地址且该分组是IPv4分组，则对分组进行封装，封装后的IPv6分组源地址为PRFX：IPv4 source address::，目的地址为PRFX：IPv4 destination address::；对下一跳是IPv4地址且该分组是具有PRFX前缀的IPv6分组(分组源地址为PRFX：IPv4 source address::，目的地址为PRFX：IPv4 destination address::)，则对分组进行解封装，解封装后IPv4分组的源地址为上述IPv4 source address，目的地址为IPv4 destination address。通过封装或解封装的过程，使得分组能够在相应的网络上正常转发。
根据IETF标准，0x2开头的IPv6地址为全球聚集的单播地址，0x2002::/16为6to4隧道使用的IPv6地址前缀，因此如果国际互联网组织IETF能够接受本技术发明，则可以将其中的PRFX定义为0x2003::/16。在IETF接受本发明之前，现有IPv4企业网若需要通过IPv6网络互联，则可以将此前缀设置为ISP分配给该企业的一个IPv6地址前缀。本技术发明中的封装机制可以采用RFC2473中所定义的IPv4 over IPv6的隧道分组封装机制。
该技术的实际运用实例如图4所示。源端IPv4节点A需要向目的端IPv4节点B发送分组。目的端IPv4网络通过路由交互，使得双栈路由器R2接收166.1.1.1/16的IPv4路由。根据图3的流程，R2将这个IPv4路由加上特定前缀PRFX后，转换成伪IPv6路由PRFX：166.1.1.1::，并将该伪IPv6路由向IPv6网络传播。源端双栈路由器R1接收到该伪IPv6路由PRFX：166.1.1.1::后，通过特定前缀PRFX匹配识别该伪IPv6路由，将其还原成IPv4路由166.1.1.1/16并在源端IPv4网络中传播。
通过上述路由交互过程，使得整个网络维护了节点B的路由，因此源端IPv4节点A可以要向目的端IPv4节点B发送分组。分组在源IPv4网络中，源地址为192.1.1.1、目的地址为166.1.1.1，当分组抵达源端双栈路由器R1，根据图3的流程，R1发现该IPv4分组的下一跳地址是IPv6地址，因此将其封装成IPv6分组。这时，该分组的源地址为PRFX：192.1.1.1：～、目的地址为PRFX：166.1.1.1：～。当封装后的分组到达目的端双栈路由器R2后，R2根据路由表查找结果，发现该IPv6分组的下一跳是IPv4地址，因此将该分组解封装，最终转发到目的IPv4网络。
由于本发明所提出的4to6隧道技术能够将IPv4路由信息交互到整个网络中，因此具有普遍的适应性，如图5所示复杂拓扑结构。IPv4网络可以包含多种不同类型的IPv4网络地址，如166.1.1.1/16和123.1.1.1/8，IPv6网络可以与多个孤立的IPv4网络进行多接入点连接、IPv4网络也可以与IPv6网络具有多个接入点。
由此可见，本发明达到了预期目的。