IPv6 over IPv4

IPv6 over IPv4隧道简介

IPv6 over IPv4隧道可实现IPv6网络孤岛之间通过IPv4网络互连。由于IPv4地址的枯竭和IPv6的先进性，IPv4过渡为IPv6势在必行。因为IPv6与IPv4的不兼容性，所以需要对原有的IPv4设备进行替换。但是如果贸然将IPv4设备大量替换所需成本会非常巨大，且现网运行的业务也会中断，显然并不可行。所以，IPv4向IPv6过渡是一个渐进的过程。在过渡初期，IPv4网络已经大量部署，而IPv6网络只是散落在各地的“孤岛”，IPv6 over IPv4隧道就是通过隧道技术，使IPv6报文在IPv4网络中传输，实现IPv6网络之间的孤岛互连。

双协议栈

双栈技术是IPv4向IPv6过渡的一种有效的技术。网络中的节点同时支持IPv4和IPv6协议栈，源节点根据目的节点的不同选用不同的协议栈，而网络设备根据报文的协议类型选择不同的协议栈进行处理和转发。双栈可以在一个单一的设备上实现，也可以是一个双栈骨干网。对于双栈骨干网，其中的所有设备必须同时支持IPv4/IPv6协议栈，连接双栈网络的接口必须同时配置IPv4地址和IPv6地址。单协议栈和双协议栈结构示例如图1所示。

图1 双协议栈

双协议栈具有以下特点：

• 多种链路协议支持双协议栈

  多种链路协议（如以太网）支持双协议栈。图中的链路层是以太网，在以太网帧上，如果协议ID字段的值为0x0800，表示网络层收到的是IPv4报文，如果为0x86DD，表示网络层是IPv6报文。

• 多种应用支持双协议栈

  多种应用（如DNS/FTP/Telnet等）支持双协议栈。上层应用（如DNS）可以选用TCP或UDP作为传输层的协议，但优先选择IPv6协议栈，而不是IPv4协议栈作为网络层协议。

如图2为双协议栈的一个典型应用：

图2 双协议栈典型应用场景

如图所示，主机向DNS服务器发送DNS请求报文，请求域名www.example.com对应的IP地址。DNS服务器将回复该域名对应的IP地址。如图所示，该IP地址可能是10.1.1.1或fc00::1。主机系统发送A类查询，则向DNS服务器请求对应的IPv4地址；系统发送AAAA查询，则向DNS服务器请求对应的IPv6地址。

图中Switch支持双协议栈功能。如果主机访问IPv4地址为10.1.1.1的网络服务器，则可以通过Switch的IPv4协议栈访问目标节点。如果主机访问IPv6地址为fc00::1的网络服务器，则可以通过Switch的IPv6协议栈访问目标节点。

IPv6 over IPv4隧道

隧道（Tunnel）是一种封装技术。它利用一种网络协议来传输另一种网络协议，即利用一种网络传输协议，将其他协议产生的数据报文封装在自身的报文中，然后在网络中传输。隧道是一个虚拟的点对点的连接。一个Tunnel提供了一条使封装的数据报文能够传输的通路，并且在一个Tunnel的两端可以分别对数据报文进行封装及解封装。隧道技术就是指包括数据封装、传输和解封装在内的全过程。隧道技术是IPv6向IPv4过渡的一个重要手段。

由于IPv4地址的枯竭和IPv6的先进性，IPv4过渡为IPv6势在必行。因为IPv6与IPv4的不兼容性，所以需要对原有的IPv4设备进行替换。但是IPv4设备大量替换所需成本会非常巨大，且现网运行的业务也会中断，显然并不可行。所以，IPv4向IPv6过渡是一个渐进的过程。在过渡初期，IPv4网络已经大量部署，而IPv6网络只是散落在各地的“孤岛”，IPv6 over IPv4隧道就是通过隧道技术，使IPv6报文在IPv4网络中传输，实现IPv6网络之间的孤岛互连。

IPv6 over IPv4 隧道技术的基本原理如图1所示。

图1 IPv6 over IPv4 隧道原理

1. 边界设备启动IPv4/IPv6双协议栈，并配置IPv6 over IPv4隧道。

2. 边界设备在收到从IPv6网络侧发来的报文后，如果报文的目的地址不是自身且下一跳出接口为Tunnel接口，就要把收到的IPv6报文作为数据部分，加上IPv4报文头，封装成IPv4报文。

3. 在IPv4网络中，封装后的报文被传递到对端的边界设备。

4. 对端边界设备对报文解封装，去掉IPv4报文头，然后将解封装后的IPv6报文发送到IPv6网络中。

一个隧道需要有一个起点和一个终点，起点和终点确定了以后，隧道也就可以确定了。IPv6 over IPv4隧道的起点的IPv4地址必须为手工配置，而终点的确定有手工配置和自动获取两种方式。根据隧道终点的IPv4地址的获取方式不同可以将IPv6 over IPv4隧道分为手动隧道和自动隧道。

• 手动隧道：手动隧道即边界设备不能自动获得隧道终点的IPv4地址，需要手工配置隧道终点的IPv4地址，报文才能正确发送至隧道终点。
• 自动隧道：自动隧道即边界设备可以自动获得隧道终点的IPv4地址，所以不需要手工配置终点的IPv4地址，一般的做法是隧道的两个接口的IPv6地址采用内嵌IPv4地址的特殊IPv6地址形式，这样路由设备可以从IPv6报文中的目的IPv6地址中提取出IPv4地址。

手动隧道

根据IPv6报文封装的不同，手动隧道又可以分为IPv6 over IPv4手动隧道和IPv6 over IPv4 GRE隧道两种。

IPv6 over IPv4手动隧道

手动隧道直接把IPv6报文封装到IPv4报文中去，IPv6报文作为IPv4报文的净载荷。手动隧道的源地址和目的地址也是手工指定的，它提供了一个点到点的连接。手动隧道可以建立在两个边界路由器之间为被IPv4网络分离的IPv6网络提供稳定的连接，或建立在终端系统与边界路由器之间为终端系统访问IPv6网络提供连接。隧道的边界设备必须支持IPv6/IPv4双协议栈。其它设备只需实现单协议栈即可。因为手动隧道要求在设备上手工配置隧道的源地址和目的地址，如果一个边界设备要与多个设备建立手动隧道，就需要在设备上配置多个隧道，配置比较麻烦。所以手动隧道通常用于两个边界路由器之间，为两个IPv6网络提供连接。

IPv6 over IPv4手动隧道封装格式如图2所示。

图2 IPv6 over IPv4手动隧道封装格式

IPv6 over IPv4手动隧道转发机制为：当隧道边界设备的IPv6侧收到一个IPv6报文后， 根据IPv6报文的目的地址查找IPv6路由转发表，如果该报文是从此虚拟隧道接口转发出去，则根据隧道接口配置的隧道源端和目的端的IPv4地址进行封装。封装后的报文变成一个IPv4报文，交给IPv4协议栈处理。报文通过IPv4网络转发到隧道的终点。隧道终点收到一个隧道协议报文后，进行隧道解封装。并将解封装后的报文交给IPv6协议栈处理。

IPv6 over IPv4 GRE隧道

IPv6 over IPv4 GRE隧道使用标准的GRE隧道技术提供了点到点连接服务，需要手工指定隧道的端点地址。GRE隧道本身并不限制被封装的协议和传输协议，一个GRE隧道中被封装的协议可以是协议中允许的任意协议（可以是IPv4、IPv6、OSI、MPLS等）。

IPv6 over IPv4 GRE隧道封装和传输过程如图3所示：

图3 IPv6 over IPv4 GRE隧道

IPv6 over IPv4 GRE隧道的在隧道的边界路由器的传输机制和IPv6 over IPv4手动隧道相同。GRE隧道的原理请参见《S300, S500, S2700, S5700, S6700 V200R022C10 配置指南-VPN》 GRE配置。

自动隧道

自动隧道中，用户仅需要配置设备隧道的起点，隧道的终点由设备自动生成。为了使设备能够自动产生终点，隧道接口的IPv6地址采用内嵌IPv4地址的特殊IPv6地址形式。设备从IPv6报文中的目的IPv6地址中解析出IPv4地址，然后以这个IPv4地址代表的节点作为隧道的终点。

根据IPv6报文封装的不同，自动隧道又可以分为6to4隧道和ISATAP隧道两种。

6to4隧道

6to4隧道也属于一种自动隧道，隧道也是使用内嵌在IPv6地址中的IPv4地址建立的。与IPv4兼容自动隧道不同，6to4自动隧道支持Router到Router、Host到Router、Router到Host、 Host到Host。这是因为6to4地址是用IPv4地址做为网络标识，其地址格式如图4所示：

图4 6to4地址

• FP：可聚合全球单播地址的格式前缀（Format Prefix），其值为001。
• TLA：顶级聚合标识符（Top Level Aggregator），其值为0x0002。
• SLA：站点级聚合标识符（Site Level Aggregator）。

6to4地址可以表示为2002::/16，而一个6to4网络可以表示为2002:IPv4地址::/48。6to4地址的网络前缀长度为64bit，其中前48bit（2002: a.b.c.d）被分配给路由器上的IPv4地址决定了，用户不能改变，而后16位（SLA）是由用户自己定义的。6to4隧道的封装和转发过程如图5所示。

图5 6to4隧道示例一

一个IPv4地址只能用于一个6to4隧道的源地址，如果一个边界设备连接了多个6to4网络使用同样的IPv4地址作为隧道的源地址，则使用6to4地址中的SLA ID来区分，但这些6to4网络共用一个隧道。如图6即上述情况：

图6 6to4隧道示例二

ISATAP隧道

ISATAP（Intra-Site Automatic Tunnel Addressing Protocol）是另外一种自动隧道技术。ISATAP隧道同样使用了内嵌IPv4地址的特殊IPv6地址形式，只是和6to4不同的是，6to4是使用IPv4地址做为网络前缀，而ISATAP用IPv4地址做为接口标识。其接口标识符格式如图7所示：

图7 ISATAP地址接口标识格式

如果IPv4地址是全局唯一的，则u位为1，否则u位为0。g位是IEEE群体/个体标志。由于ISATAP是通过接口标识来表现的，所以，ISATAP地址有全局单播地址、链路本地地址、ULA地址、组播地址等形式。ISATAP地址的前64位是通过向ISATAP路由器发送请求来得到的，它可以进行地址自动配置。在ISATAP隧道的两端设备之间可以运行ND协议。ISATAP隧道将IPv4网络看作一个非广播的点到多点的链路（NBMA）。

ISATAP过渡机制允许在现有的IPv4网络内部署IPv6，该技术简单而且扩展性很好，可以用于本地站点的过渡。ISATAP支持IPv6站点本地路由和全局IPv6路由域，以及自动IPv6隧道。ISATAP同时还可以与NAT结合，从而可以使用站点内部非全局唯一的IPv4地址。典型的ISATAP隧道应用是在站点内部，所以，其内嵌的IPv4地址不需要是全局唯一的。

图8为ISATAP隧道一个典型应用场景：

图8 ISATAP隧道示例

如上图所示，在IPv4网络内部有两个双栈主机Host B和Host C，它们分别有一个私网IPv4地址。要使其具有ISATAP功能，需要进行如下操作：

1. 首先配置ISATAP隧道接口，这时会根据IPv4地址生成ISATAP类型的接口ID。
2. 根据接口ID生成一个ISATAP链路本地IPv6地址，生成链路本地地址以后，主机就有了在本地链路上进行IPv6通信的能力。
3. 进行自动配置，主机获得IPv6全球单播地址、ULA地址等。
4. 当主机与其它IPv6主机进行通讯时，从隧道接口转发，将从报文的下一跳IPv6地址中取出IPv4地址作为IPv4封装的目的地址。如果目的主机在本站点内，则下一跳就是目的主机本身，如果目的主机不在本站点内，则下一跳为ISATAP路由器的地址。

6PE

6PE是一种IPv4到IPv6的过渡技术，ISP可以利用已有的IPv4骨干网为分散用户的IPv6网络提供接入能力。6PE的主要思想是：IPv6供应商边缘6PE（IPv6 Provider Edge）设备将用户的IPv6路由信息转换为带有标签的IPv6路由信息，并且通过内部边界网关协议IBGP（Internal Border Gateway Protocol）会话扩散到ISP的IPv4骨干网中。6PE设备转发IPv6报文时，首先会将进入骨干网隧道的数据流打上标签。隧道可以是GRE隧道或者MPLS LSP等。当ISP想利用自己原有的IPv4或MPLS网络，使其通过MPLS具有IPv6能力时，只需要升级PE设备。所以对于运营商来说，使用6PE技术作为IPv6过渡机制是一个高效的解决方案。

6PE的典型组网图如图9所示：

图9 6PE示例

6PE的原理请参见《S300, S500, S2700, S5700, S6700 V200R022C10 配置指南-MPLS》。

IPv6 over IPv4隧道配置注意事项

V200R022C10版本特性支持情况

仅如下款型支持IPv6 over IPv4隧道：

S5720I-SI、S5735-S、S5735S-S、S5735-S-I、S5735S-H、S5736-S、S5731-H、S5731-H-K、S5731-S、S5731S-H、S5731S-S、S5732-H、S5732-H-K、S6735-S、S6720-EI、S6720S-EI、S6730-H、S6730-H-K、S6730S-H、S6730-S和S6730S-S

如需了解交换机软件配套详细信息，请点击Info-Finder，在选择产品系列或产品型号后，在“硬件中心”进行查询。 

S5731-L和S5731S-L属于远端模块，不支持Web管理、YANG和命令行，仅支持通过中心交换机对其下发配置，相关操作请参见《S300, S500, S2700, S5700, S6700 V200R022C10 配置指南-设备管理》中的“智能极简园区网络配置（小行星方案）”。

特性依赖和限制

• 当配置以下任一功能后，会导致IPv6 over IPv4隧道功能不生效：

  • 在S5720I-SI、S5720S-SI和S5720-SI交换机上，通过执行命令ip error-packet-check disable去使能IP报文检查功能

  • 在S5720I-SI、S5720S-SI、S5720-SI、S5730S-EI、S5730-SI、S5735S-H、S5736-S、S6720S-SI和S6720-SI交换机上，通过执行命令drop illegal-mac alarm配置设备对全0非法MAC地址报文的告警功能

  • 在S5720I-SI、S5720S-SI、S5720-SI、S5730S-EI、S5730-SI、S5735S-H、S5736-S、S6720S-SI和S6720-SI交换机上，通过执行命令drop illegal-mac enable使能设备丢弃全0非法MAC地址报文的功能

• 设备堆叠情况下不支持IPv6 over IPv4隧道功能。
• 6PE网络不支持直接引入路由到MPLS TE隧道，需要配置peer tnl-policy。

使能IPv6报文转发能力

背景信息

如果要使能接口对IPv6报文进行转发的功能，必须同时使能系统视图下和接口视图下的IPv6功能。

操作步骤

1. 执行命令system-view，进入系统视图。
2. 执行命令ipv6，使能IPv6报文转发能力。

   缺省情况下，设备不使能对IPv6报文的转发能力。

   如果要对IPv6报文进行转发，必须先在系统视图下使能设备的IPv6报文转发能力。否则即使在接口上配置有IPv6地址，设备无法转发IPv6的报文。

3. 执行命令interface interface-type interface-number，进入需要使能IPv6功能的接口视图。
4. 执行命令ipv6 enable，使能接口的IPv6功能。

   如果要在接口视图下进行IPv6的相关配置，必须先在接口视图下使能IPv6功能。

   缺省情况下，接口下不使能IPv6功能。

配置接口的IPv4和IPv6地址

背景信息

需要使能双协议栈的设备必须在IPv4网络侧和IPv6网络侧分别配置IPv4地址和IPv6地址。

操作步骤

1. 执行命令system-view，进入系统视图。
2. 执行命令interface vlanif vlan-id，进入IPv4网络侧的接口视图。
3. 执行命令ip address ip-address { mask | mask-length }，配置接口的IPv4地址。
4. 执行命令quit，返回系统视图。
5. 执行命令interface vlanif vlan-id，进入IPv6网络侧的接口视图。
6. 请根据不同情况进行以下配置。

   • 配置接口的自动链路本地地址，请执行命令ipv6 address auto link-local。

   • 配置接口的自定义链路本地地址，请执行命令ipv6 address ipv6-address link-local。

   • 配置接口的全球单播地址，请执行命令ipv6 address { ipv6-address prefix-length | ipv6-address/prefix-length }。

   • 配置接口的IPv6 EUI-64格式地址，请执行命令ipv6 address { ipv6-address prefix-length | ipv6-address/prefix-length } eui-64。

检查IPv4/IPv6双协议栈配置结果

操作步骤

• 执行命令display ipv6 interface [ interface-type interface-number | brief ]，查看接口的IPv6属性。

配置业务环回聚合接口

背景信息

配置业务环回聚合接口时，请注意以下情况：在整个设备上只需要一个业务环回聚合接口。此处做业务环回聚合的接口必须是空闲的，没有承载业务的接口。

操作步骤

1. 执行命令system-view，进入系统视图。
2. 执行命令interface eth-trunk trunk-id，进入Eth-Trunk接口视图。
3. 执行命令service type tunnel，指定该接口为业务环回聚合接口。

   说明：

   同一Eth-Trunk接口下service type tunnel命令不能与URPF功能同时配置。

   使能业务环回聚合接口功能的Eth-Trunk接口，其STP功能自动去使能。去使能Eth-Trunk接口的业务环回聚合接口功能后，STP功能自动使能。

4. 执行命令quit，返回系统视图。
5. 执行命令interface interface-type interface-number，进入接口视图。
6. 执行命令eth-trunk trunk-id，将当前接口加入到指定Eth-Trunk中。

检查配置结果

在Eth-Trunk接口视图下执行命令display this include-default，查看该Eth-Trunk接口是否配置为业务环回聚合接口。

配置IPv6 over IPv4手动隧道

背景信息

配置IPv6 over IPv4手动隧道时，请注意以下情况：

• 创建Tunnel接口，然后才能配置Tunnel的其他参数。

• 当指定的Tunnel源接口是物理接口时，建议Tunnel的编号与Tunnel的源物理接口的编号相同。

• 在Tunnel两端的设备上都需要进行下列配置。

• 在边界设备与IPv6网络相连的接口上必须配置IPv6地址，在边界设备与IPv4网络相连的接口上必须配置IPv4地址。为了支持动态路由协议，也需要配置Tunnel接口的网络地址。

操作步骤

1. 执行命令system-view，进入系统视图。
2. 执行命令interface tunnel interface-number，创建Tunnel接口。
3. 执行命令tunnel-protocol ipv6-ipv4，指定Tunnel为手动隧道模式。
4. 执行命令eth-trunk trunk-id，将当前接口加入到指定Eth-Trunk中。
5. 执行命令source { ip-address | interface-type interface-number }，指定Tunnel的源地址或源接口。
6. 执行命令destination dest-ip-address，指定Tunnel的目的地址。

   说明：

   Tunnel的目的地址可以是物理接口地址，也可以是Loopback接口的地址。

7. 执行命令ipv6 enable，使能接口的IPv6功能。
8. 执行命令ipv6 address { ipv6-address prefix-length | ipv6-address/prefix-length }，设置Tunnel接口的IPv6地址。

   说明：

   此时指定的Tunnel接口的IPv6地址的前缀，应该与边界设备所属的IPv6网络的地址前缀相同。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-610284.html

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