摘要：随着21世纪信息技术的飞速发展，互联网普及程度越来越高，互联网用户逐渐增多，IPv4地址资源已经越来越紧缺，IPv6地址的出现能够从根本上解决这一问题。然而，从IPv4过渡到IPv6是一个漫长的过程，目前主流的过渡技术有双栈、隧道以及翻译技术3种，相关技术都面临着如何选择合适的过渡方案，如何解决用户迁移，如何进行设备改造等难题。软件定义网络作为一种新型的网络架构，将网络设备的控制平面和数据平面分离开，通过集中的控制器对底层网络设备的行为进行控制，对IPv6的平稳过渡具有重要指导意义。
关键词关键词：SDN；IPv4；IPv6；过渡技术
DOIDOI：10.11907/rjdk.171689
中图分类号：TP301
文献标识码：A文章编号文章编号：16727800（2017）011021103
0引言
随着IPv4地址资源越来越紧缺，互联网技术的发展也因此受到阻碍。因此，IPv4向IPv6的过渡部署势在必行。IPv6的地址长度为128，其丰富的地址资源可以从根本上解决地址匮乏的问题，从而保证互联网技术的发展。由于IPv4与IPv6之间的差异性，IPv4向IPv6的过渡并不是朝夕间就能完成的，并且目前在大部分单位使用的旧设备上不能使用IPv6协议。所以必须引入IPv6过渡技术，一方面简化网络架构，另一方面降低设备更换率。本文对目前主流的过渡技术进行概述，并介绍基于SDN的IPv6过渡方法及其优势。
1IPv4/IPv6主流过渡技术
在IPv6过渡过程中，人们不断提出各种技术方案，可以将其归纳为：双栈技术、隧道技术、翻译技术。
1.1双栈技术
双栈技术是IPv6过渡策略中最简单的技术[1]，同时也是不可或缺的方案之一。按照字面意思理解，该技术需要网络设备同时支持IPv4和IPv6两种协议[1]，网络设备则根据需求选择所需的协议栈。此外，这些网络设备既支持与IPv4协议节点进行通信，又能与IPv6协议节点通信。简言之，如果在IPv6升级过程中使用的设备不支持双栈协议，网络运营商将无法完成IPv6升级。部署双栈网络有两种方式，一种是将所有设备都升级支持双栈技术，另一种只需升级边缘的网络设备。该方式的优势在于降低了部署难度及成本，并且保证了设备与设备之间的IPv4IPv6通信。
在实际操作过程中，双栈技术可以在一个单一的网络设备中得到实现，也可以应用在雙栈骨干网络上[2]。在实现技术上，它需要将网络上的设备按照上文介绍的部署方式进行升级（根据预算选择合适的方案），并且按照双栈技术要求，在与双栈网络连接的接口上同时配置IPv4和IPv6地址[2]。
1.2隧道技术
隧道技术和双栈技术有相似之处，它只要求处在网络边缘的设备同时支持IPv4/IPv6两种协议。该技术的实现方式是：把一种协议封装到另外一种协议之中，当数据报文到达另一端时，再对数据包进行解封装操作，完成数据传输。隧道技术可以分为IPv4 over IPv6（把IPv4协议封装到IPv6协议之中）隧道和IPv6 over IPv4（把IPv6协议封装到IPv4协议之中）隧道。
这类技术的优点在于不需要把所有的设备都升级为双栈，同双栈技术介绍的方案二相似，只要求IPv4/IPv6网络的边缘设备实现双栈和隧道功能[3]。但是这种技术并不能实现两种不同类型节点之间的通信，仅仅只是为点到点之间的透明传输提供一个通道。因此，该技术只适用于同种协议类型间的通信。
1.3翻译技术
IPv4IPv6翻译技术可以简单地理解为IPv4协议和IPv6协议之间的一种转换技术[1]。与日常生活中应用翻译软件实现中英文翻译一样，该技术借助一个翻译模块（边界路由器或网关）实现IPv4/IPv6数据包的转换。目前常见的翻译技术分为无状态翻译与有状态翻译。这些翻译技术有的需要消耗一定量的IPv4地址，有的只能实现单向通信。
综上述，在IPv4向IPv6过渡期间，涌现出了大量解决方案，但是这些技术的提出并不能完全解决过渡期间存在的诸多问题。例如：6RD、DSLite等方案都需要部署支持其协议的硬件设备。此外，在方案部署期间，各方案及设备的兼容性和互操作性也是一个难以解决的问题。
2基于SDN的IPv6过渡技术
SDN的兴起为未来计算机网络部署等提供了一个全新的发展方向，其核心思想是控制与转发分离。在控制器上可以很便利地实现对策略、协议的部署，转发器在接收到由控制器发出的请求后，按照相关策略和协议执行相关操作，完成数据转发。
但需要指出的是，SDN并非一种网络协议或一种具体技术，它实际上是一种网络体系框架，或者说是一种网络设计理念，这种框架中可以包含多种接口协议。例如，实现SDN控制器与SDN交换机的交互可使用OpenFlow等南向接口协议，实现业务应用与SDN控制器的交互可使用北向API等。
近年来，SDN备受关注，全球领先的信息技术研究和顾问公司Gartner发布的一则报告指出，SDN将会成为2015～2016年中国的10项重要技术之一[4]。因此，探索基于SDN的新一代IPv6过渡技术具有重要意义。目前常见的部署方式有如下几种：
（1）在数据中心的应用。经过近几年的研究，SDN在数据中心的应用已越来越成熟，目前H3C在数据中心部署IPv6的一种思路为在数据中心保持IPv4网络资源不变，将对外资源转换成IPv6，完成过渡部署。首先利用SDN框架，在数据中心的资源池中插入地址转换功能，在出口网关处完成地址转换工作；其次将底层设备更换为支持OpenFlow协议的交换机，在底层设备和接口实现对IPv6的支持。
（2）在网络边缘的应用。目前IPv6过渡机制存在许多问题，对于大量设备的投入，难以进行有效管理，缺乏一个灵活的部署方法。而如果对所有设备都进行更换，将增加网络部署成本。裴海旭等[5]提出将隧道技术和SDN相结合，实现IPv6的过渡。首先将处于网络边缘的设备升级为支持OpenFlow协议的交换机，利用SDN控制层和数据层分离的理念，在控制器上部署协议转换模块[5]，通过相关部署可以有效降低成本并简化网络。
（3）网络运营商的应用。网络运营商的部署分为3个阶段：第一阶段，部署部分IPv6过渡设备，在部分新增设备中实现SDN技术支持；第二阶段，逐步向普通用户扩散，通过SDN控制器控制全网部署策略；第三阶段，全网支持。
文献[5]中提到的具体部署方案为：利用SDN控制与转发分离的特点，在转发层面上实现IPv6过渡中的模块化操作，并且通过控制器下发相应的流变规则，同时管理地址池资源。通过该部署方式可以降低整个部署的开销，并提升网络安全性。
在高校中，目前SDN网络部署并没有大范围铺开，高校对于SDN及IPv6技术的部署仍处于主流技术研究探索阶段。高校希望通过目前主流的虚拟化技术简化校园网，实现控制面和转发面的分离。
本文对于高校应用方案的构思是：首先，搭建基本的SDN实验环境，应用目前主流的开源软件Opendaylight部署Controller（控制器）控制平台；其次，实现BRAS虚拟化，通过OpenFlow协议与Controller通信，支持OpenFlow协议的交换机报文上传至Controller进行处理；最后，将BRAS控制面功能转移到Controller控制平台，实现对网络策略的统一管理、快速下发和动态调整，在简化网络维护复杂度的同时，提升网络部署的灵活性。
3总结与展望
SDN作为一种新兴的网络架构，利用其控制与转发分离及网络可编程等特性，能有效地简化网络架构，降低部署成本。综上述，采用SDN框架可为IPv6过渡带来的便利包括以下几方面：
（1）软件定义网络SDN由于其开放的网络构架，其可编程性、集中控制、资源虚拟化等优势可以解決目前网络在扩展性、安全性、虚拟化、QoS等方面的问题。
（2）利用SDN控制层与转发层分离的特性，可以很便利地与前文提到的部署方法一样，将过渡策略等部署在控制器上并按需下发，升级网络底层设备的数据转发速率，从而有效地简化网络部署复杂度，提高灵活性和可扩展性，并减少过渡期间更换设备的开销。
（3）由于SDN框架的提出，数据中心对于IPv6的升级变得更加便利，在保证原有资源不变的情况下，可有效推动IPv6的过渡。因为SDN的特性一方面能够提高网络的可视化管理，从而有效地控制网络并对网络问题进行及时处理；另一方面，可以简化网络设备的负荷，合理分配网络资源，有效降低过渡设备的部署成本，并且提高网络处理能力，降低运维成本，提升数据中心部署的灵活性。
综上所述，随着网络用户的增加，IPv4资源越来越紧缺，业务需求也不断变化。在整个IPv6过渡时期，由于高校数据中心建设、云桌面适配和移动互联等新型业务不断被提出，从而增加了建设成本以及部署维护的难度。而通过SDN的3大特性，可以解决目前网络部署存在的问题，尤其是可以灵活解决目前的网络虚拟化和动态业务问题，从而有效推进IPv6的平稳过渡，提升网络安全性。
参考文献参考文献：
[1]葛敬国.IPv6过渡机制：研究综述、评价指标与部署考虑[J].软件学报，2014（4）：896912.
[2]舒杰.IPv6的过渡技术在终端综合管理系统中的实现与应用[D].南京：南京邮电大学，2014.
[3]IPv6过渡技术介绍[EB/OL].http：//net.it168.com/a2014/0228/1597/000001597971.shtml.
[4]Gartner Inc.新兴市场分析：2015年—2016年中国十大技术趋势[EB/OL].[20150828].https：///doc/3120918.
[5]裴海旭，陈鸿文.基于SDN的IPv6过渡技术研究[J].现代计算机：专业版，2016（29）：5660.
[6]黄志兰，樊勇兵，陈楠.基于OpenFlow SDN的IPv4/IPv6协议转换[J].电信科学，2014（s2）：6165.
[8]孙琼，解冲锋，赵慧玲，等.基于SDN架构的IPv6过渡技术设计与实现[J].电信科学，2014（4）：16.