IPv4向IPv6过渡：ISATAP技术浅谈

由于从IPv4向IPv6过渡已经是大势所趋，但是由于IPv4的成功和广泛使用，所以目前有很多的研究者都在积极探索从IPv4向IPv6过渡的技术。目前已经出现的技术从实现上可以分为双栈、翻译和隧道三种，从实现的网络层次上分为核心网、企业网和主机三种。

       ISATAP和6to4是目前比较流行的自动建立隧道的过渡技术，这两种技术都是通过将IPv4地址嵌入到IPv6地址当中，将IPv6包封装在IPv4中传送，在主机相互通信中抽出IPv4地址建立隧道，从而实现被IPv4隔离的IPv6孤岛之间的连接。

       站内自动隧道寻址协议（ISATAP：Intra-Site Automatic Tunnel Addressing Protocol）过渡技术采用了双栈和隧道技术。ISATAP将IPv4地址嵌入到IPv6地址中，当两台ISATAP主机通信时，自动抽取出IPv4地址建立隧道，不需要通过其它特殊网络设备，只要彼此间IPv4网络保持通畅即可实现。这种技术不要求隧道端节点必须具有全球唯一的IPv4地址，只要双栈具有IPv4单播地址即可（公有地址和私有地址都允许）。

       6to4（RFC3056）机制被定义在站点之间进行IPv6通信。互相通信的每个站点必须至少有一台“6to4”路由器作为出入口，使用特殊的地址格式（前缀为2002:），并将路由器的IPv4地址夹入到IPv6地址中，这样位于不同站点内的主机彼此通信时自动抽出IPv4地址在路由器之间建立Tunnel。通过“6to4”路由器，不同的6to4 site内的主机可互相通信，当需与一般的IPv6主机通信时，则必须通过6to4 relay router。6to4 relay router必须同时具备6to4及IPv6接口。6to4需要一个全球合法的IPv4地址，所以对解决IPv4地址短缺没有太大帮助，但它不需要IPv6地址，因而能使站点快速升级到IPv6。

       下面具体探讨ISATAP。

1、ISATAP技术原理

       双栈主机在与其他主机或路由器通信之前，首先要获得一个ISATAP地址。双栈主机先向ISATAP服务器发送路由请求，得到一个64位的IPv6地址前缀，然后再加上64位的接口标识符::0:5EFE:x.x.x.x（这里的x.x.x.x是双栈主机的IPv4单播地址），这样就构成一个ISATAP地址。双栈主机配置了ISATAP地址后，成为一个ISATAP客户机，就可以再IPv4域内和其他的ISATAP客户机进行通信了。一般来说，ISATAP地址的配置既支持无状态地址自动配置方式，也支持手工配置方式。原理如下图所示：

                             

图1

1.1、同一个IPv4域内，两台ISATAP客户机间的通信过程如下

①双栈主机1获得双栈主机2的ISATAP地址后，将需要发送的数据包交给ISATAP接口进行发送；

　　②ISATAP从该数据包的IPv6源地址和目的地址中提取出相应的IPv4源和目的地址，并对该数据包用IPv4头部进行封装； 

　　③封装后的数据包按照其IPv4目的地址被发送到双栈主机2；

　　④双栈主机2接收到该数据包后对其解封装，得到原始IPv6数据包； 

⑤双栈主机2通过与上述过程类似的过程将应答数据返回给双栈主机1。

       从上面的通信过程中我们可以看出，ISATAP实际上是将IPv4网络作为一个承载平台，通过在其上面建立一个IPv6-in-IPv4自动隧道来完成IPv6通信的。

1.2、ISATAP客户机与其他网络之间的通信

       ISATAP主机除了可以在ISATAP域内与其他ISATAP主机通信外，还可以通过ISATAP路由器实现与其他网络的通信。比如，ISATAP主机可以通过ISATAP路由器与IPv6网络中的IPv6服务器进行通信，其通信原理如图2所示，通信过程如下：

               

                                            图2

①ISATAP主机获得ISATAP地址（站点本地地址），并将下一跳跃点next hop设为ISATAP 路由器的ISATAP地址（站点本地地址）；

②当ISATAP主机送出目的地为所在子网络以外的地址时，ISATAP先将IPv6数据包进行IPv4封装，然后以隧道方式送到ISATAP 路由器的IPv4地址；

③ISATAP 路由器除去IPv4包头后，将IPv6 数据包转送给IPv6网络中的目的IPv6服务器；

       ④IPv6服务器直接将应答的IPv6数据包发回给ISATAP网络；

⑤在应答IPv6数据包经过ISATAP路由器时，ISATAP路由器先将应答IPv6数据包进行IPv4封装，然后再转发给ISATAP主机；

⑥ISATAP主机收到应答数据包后，将数据包去掉IPv4包头，恢复成原始IPv6数据包。

       通过上述步骤，ISATAP主机与IPv6网络中的IPv6服务器完成了一次完整的数据通信过程。

2、ISATAP地址解析相关机制

ISATAP过渡技术通过IPv6的邻居发现机制(参见IETF RFC 2461)来实现路由重定向、邻居不可达检测(NUD)和路由下一跳选择。

ISATAP地址的获得是由链路层IPv4地址通过静态计算得到的。在获得了ISATAP地址之后，主机通过发送邻居请求和接收邻居宣告消息来确认邻居是否可达。另外，主机还需要执行邻居不可达检测。因为是在某一个ISATAP域内实现的，所以它假设IPv4地址是不重复的，这样ISATAP地址也就不需要进行重复地址检测。

ISATAP节点在执行路由器和前缀发现时，除了使用邻居发现中的数据结构前缀列表和默认路由器列表外，ISATAP链路还增加了一个新的数据结构——潜在路由器列表(PRL)，以及一个新的配置变量PrlRefreshInterval。潜在路由器列表列出潜在的、可供ISATAP节点使用的路由器；变量PrlRefreshInterval用来设置初始化之后连续两次PRL重新刷新的间隔秒数。

3、ISATAP技术的优点

ISATAP过渡技术具有如下优点：

①ISATAP过渡技术所使用的IPv6地址前缀可以是任何合法的IPv6 单点传播的64 位前缀，包括全球性地址前缀（以2001:，2002:，3ffe:开头）、链路本地前缀（以fe80:开头）和站点本地前缀（以fec0:开头）等等，这使得该项技术很容易与其他过渡技术结合起来使用，尤其是在和6to4隧道技术相结合使用时，可以使内部网的双栈主机非常容易地接入IPv6主干网；

②ISATAP过渡技术不要求隧道端节点必须具有全球惟一的IPv4地址，只要双栈主机具有IPv4单播地址即可，不管该地址公有的还是私有的都可以。这样也就有效地避免了IPv4地址不足的问题；

③ISATAP过渡技术不需要站点提供特殊的IPv4服务（例如多播等），实现起来简便易行；

④使用ISATAP过渡技术时，在边界网关上不影响聚合范围的情况下，能够在IPv4站点内部署新的IPv6主机，因此可用于内部私有网中各双栈主机之间进行IPv6通信。