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1. IPv6 over IPv4隧道原理

IPv6 over IPv4 隧道机制是将 IPv6 数据报文前封装上 IPv4 的报文头，通过隧道（ Tunnel ）使 IPv6 报文穿越 IPv4 网络，实现隔离的 IPv6 网络的互通，如图 1-1 所示。
  注意：
IPv6 over IPv4 隧道两端的设备必须支持 IPv4/IPv6 双协议栈。
 
图 1 IPv6 over IPv4 隧道原理图
IPv6 over IPv4 隧道对报文的处理过程如下：
l               IPv6网络中的设备发送 IPv6报文，到达隧道的源端设备。
l               隧道的源端设备根据路由表判定该报文要通过隧道进行转发，将会在 IPv6报文前封装上 IPv4的报文头，通过隧道的实际物理接口将报文转发出去。
l               封装报文通过隧道到达隧道目的端设备，目的端设备判断该封装报文的目的地是本设备后，将对报文进行解封装。
l               目的端设备根据解封装后的 IPv6报文的目的地址将报文进行转发；如果目的地就是本设备，则将 IPv6报文转给上层协议处理。

2. 配置隧道和自动隧道

IPv6 over IPv4 隧道可以建立在主机 - 主机、主机 - 设备、设备 - 主机、设备 - 设备之间。隧道的终点可能是 IPv6 报文的最终目的地，也可能需要进一步转发。
根据隧道终点的 IPv4 地址的获取方式不同，隧道分为“配置隧道”及“自动隧道”。
l               如果隧道的终点不是 IPv6报文的最终目的地，当 IPv6报文通过隧道到达隧道终点后，隧道终点设备（通常为路由器）会对封装的 IPv6报文进行解封装，并转发 IPv6报文到最终目的地。在这种情况下，不能从 IPv6报文的目的地址中自动获取到隧道终点的 IPv4地址，需要进行手工配置。这样的隧道即为“配置隧道”。
l               如果隧道的终点就是 IPv6报文的最终目的地，则可以采用内嵌 IPv4地址的特殊 IPv6地址形式，实现从 IPv6报文的目的地址中自动获取隧道终点的 IPv4地址。这样的隧道即为“自动隧道”。

3. IPv6 over IPv4隧道模式

根据对 IPv6 报文的封装方式的不同， IPv6 over IPv4 隧道分为以下几种模式：
l               IPv6手动隧道
l               IPv4兼容 IPv6自动隧道
l               6to4隧道
l               ISATAP（ Intra-Site Automatic Tunnel Addressing Protocol，站点内自动隧道寻址协议）隧道
l               IPv6-over-IPv4 GRE（ Generic Routing Encapsulation，通用路由封装）隧道（简称 GRE隧道）
在上面列出的隧道模式中， IPv6 手动隧道及 GRE 隧道为配置隧道； IPv4 兼容 IPv6 自动隧道、 6to4 隧道及 ISATAP 隧道为自动隧道。
(1)         IPv6手动隧道
手动隧道是点到点之间的链路，一条链路就是一个单独的隧道。主要用于边缘路由器 - 边缘路由器或主机 - 边缘路由器之间定期安全通信的稳定连接，可实现与远端 IPv6 网络的连接。
(2)         IPv4兼容 IPv6自动隧道
IPv4 兼容 IPv6 自动隧道是点到多点的链路。隧道两端采用特殊的 IPv6 地址： IPv4 兼容 IPv6 地址，其格式为： 0:0:0:0:0:0:a.b.c.d/96 ，其中 a.b.c.d 是 IPv4 地址。通过这个嵌入的 IPv4 地址可以自动确定隧道的终点，使 IPv6 隧道的建立非常方便。但由于它必须使用 IPv4 兼容 IPv6 地址，仍依赖于 IPv4 地址，在使用时有一定的局限性。
(3)         6to4隧道
l               普通 6to4隧道
6to4 隧道是点到多点的自动隧道，主要用于将多个 IPv6 孤岛通过 IPv4 网络连接到 IPv6 网络。 6to4 隧道通过 IPv6 报文的目的地址中嵌入的 IPv4 地址，可以自动获取隧道的终点。 6to4 隧道采用特殊的地址： 6to4 地址，其格式为： 2002:abcd:efgh: 子网号 :: 接口 ID/64 ，其中 2002 表示固定的 IPv6 地址前缀， abcd:efgh 表示该 6to4 隧道对应的 32 位 IPv4 源地址，用 16 进制表示（如 1.1.1.1 可以表示为 0101:0101 ）。通过这个嵌入的 IPv4 地址可以自动确定隧道的终点，使隧道的建立非常方便。
由于 6to4 地址的 64 位地址前缀中的 16 位子网号可以由用户自定义，前缀中的前 48 位已由固定数值、隧道起点或终点设备的 IPv4 地址确定，使 IPv6 报文通过隧道进行转发成为可能。 6to4 隧道可以实现 IPv6 网络的互连，克服了 IPv4 兼容 IPv6 自动隧道使用的局限性。
l               6to4中继
6to4 隧道只能将前缀为 2002::/16 的网络连接起来，但在 IPv6 网络中也会使用像 2001::/16 这样的 IPv6 网络地址。为了使这些地址可达，必须有一台 6to4 路由器作为网关转发到 IPv6 网络的报文，这台路由器就叫做 6to4 中继（ 6to4 relay ）路由器。如下图所示， 6to4 网络的边缘路由器 Router A 需配置一条静态路由，下一跳地址指向 6to4 中继路由器 Router C 的 6to4 地址，这样，所有去往 IPv6 网络的报文都会被转发到 6to4 中继路由器，之后再由 6to4 中继路由器转发到 IPv6 网络中，从而实现 6to4 网络（地址前缀以 2002 开始）与 IPv6 网络的互通。
图 2 6to4 隧道和 6to4 中继原理图
(4)         ISATAP隧道
随着 IPv6 技术的推广，现有的 IPv4 网络中将会出现越来越多的 IPv6 主机， ISATAP 隧道技术为这种应用提供了一个较好的解决方案。 ISATAP 隧道是点到点的自动隧道技术，通过在 IPv6 报文的目的地址中嵌入的 IPv4 地址，可以自动获取隧道的终点。使用 ISATAP 隧道时， IPv6 报文的目的地址和隧道接口的 IPv6 地址都要采用特殊的地址： ISATAP 地址。 ISATAP 地址格式为： Prefix(64bit):0:5EFE:ip-address 。 ip-address 形式为 a.b.c.d 或者 abcd:efgh ，其中 abcd:efgh 表示 32 位 IPv4 源地址。通过这个嵌入的 IPv4 地址就可以自动建立隧道，完成 IPv6 报文的传送。 ISATAP 隧道主要用于在 IPv4 网络中 IPv6 路由器－ IPv6 路由器、 IPv6 主机－ IPv6 路由器的连接。
图 3 ISATAP 隧道原理图
(5)         GRE隧道
使用标准的 GRE 协议可对 IPv6 报文进行封装，使 IPv6 报文能通过隧道穿越 IPv4 网络。与 IPv6 手动隧道相同， GRE 隧道也是点到点之间的链路，每条链路都是一条单独的隧道。 GRE 隧道主要用于边缘路由器－边缘路由器、主机－边缘路由器定期安全通信的稳定连接。相关配置请参见“ ××× 分册”中的“ GRE 配置”。

4. 快速终结

对于到达本机的隧道报文，如果报文的源 IP 地址与快速终结子网地址匹配，则将此隧道报文送到 IPv6 引擎进行转发或者上送 CPU 的处理。
如果是需要转发的报文，则由 IPv6 引擎去掉隧道报文的 IP 封装，取得原始入隧道 IPv6 报文后直接进行转发。
快速终结功能支持的隧道类型为 IPv6 over IPv4 隧道，分为以下两种情况：
l               对于配置隧道（如 GRE over IPv4隧道、 IPv6手动隧道），当使能快速终结后，系统自动将隧道目的地址作为快速终结子网地址，掩码为 255.255.255.255，因此没有用于指定快速终结子网和掩码的命令 expediting subnet。
l               对于自动隧道（如 IPv4兼容 IPv6自动隧道、 6to4隧道、 ISATAP隧道），在配置了 expediting enable命令后，需要配置 expediting subnet命令指定快速终结子网和掩码。