下一代網(wǎng)絡NGN是一個開放式的網(wǎng)絡，是面向無連接的IP網(wǎng)絡。IPv4在Internet中運行得比較成功，隨著Internet的發(fā)展，IPv4面臨諸多問題，如地址資源匱乏，節(jié)點的安全性、移動性等問題。這就是IPv6所能夠解決的。然而從IPv4到IPv6應用轉(zhuǎn)移不是一夜之間就能完成的。因此IPv4到IPv6的過渡就成為IETF以及國內(nèi)外IT界所研究和關注的問題。它直接影響到IPv6的推廣和應用。

適合于IPv6/IPv4一般用途的轉(zhuǎn)換。GT64的設計要比現(xiàn)存絕大多數(shù)網(wǎng)絡地址轉(zhuǎn)換更具靈活性，它能被容易的配置成許多地址轉(zhuǎn)換腳本，包括IPv6本地網(wǎng)絡連接到IPv4互聯(lián)網(wǎng)，IPv6本地網(wǎng)絡連接到IPv6互聯(lián)網(wǎng)，IPv6專用網(wǎng)連接到IPv6互聯(lián)網(wǎng)，還有專用網(wǎng)連接到IPv4互聯(lián)網(wǎng)，GT64也能被配置成許多負載平衡的方案。由于GT64的模塊化和易于擴展，它是幫助轉(zhuǎn)變到IPv6網(wǎng)絡的很有力的工具。

一、 實現(xiàn)

GT64有三個基本組成部分（參見圖1）：1個地址/端口轉(zhuǎn)換器和2個協(xié)議轉(zhuǎn)換器。一個協(xié)議轉(zhuǎn)換器的作用是將IPv6轉(zhuǎn)換為IPv4，而另一個則是由IPv4轉(zhuǎn)換為IPv6。GT64通過把轉(zhuǎn)換功能分解到基層部分來增加系統(tǒng)的靈活性和可調(diào)性，以將地址/端口轉(zhuǎn)換和協(xié)議轉(zhuǎn)換分開進行。

地址/端口轉(zhuǎn)換器（APT）是GT64最重要的組成部分，因為它負責網(wǎng)絡地址和端口的轉(zhuǎn)換。APT含有有效數(shù)據(jù)流的信息。當數(shù)據(jù)包到達時，APT使用它的數(shù)據(jù)流驗證系統(tǒng)找到匹配的地址映射，并把地址映射轉(zhuǎn)換為相應的地址和端口。如果沒有找到相匹配的映射，APT會根據(jù)相應的規(guī)則產(chǎn)生一個新的映射。APT總是在兩個不同的IPv6地址范疇內(nèi)進行轉(zhuǎn)換。GT64的兩個協(xié)議轉(zhuǎn)換器??PT64和PT46，負責在IPv4和IPv6之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)包和ICMP包的地址轉(zhuǎn)換。IPv6和IPv4數(shù)據(jù)的分組頭部格式非常相似，但并不完全一致。這樣在一種IP或ICMP版本向另一種版本轉(zhuǎn)換過程中需進行一定的調(diào)整。PT64只接收含有IPv6/IPv4映射關系的IPv6數(shù)據(jù)包，與之類似，PT46則只接收相應的IPv4數(shù)據(jù)包。由于具有映射關系的IPv6地址與IPv4地址之間是一一對應的，協(xié)議轉(zhuǎn)換器只需要在兩種協(xié)議之間為分組頭部建立一種相互的映射即可。當一個IPv6或ICMPv6數(shù)據(jù)包到達時，PT64只需取出IPv6分組源/目的地址字段中***的32位即可作為相應IPv4分組的源/目的地址。同樣，當一個IPv4或ICMPv4數(shù)據(jù)包到達時，PT46只需對分組的地址字段添加96位前置數(shù)據(jù)即可完成從IPv4到IPv6轉(zhuǎn)換。

二、 地址/端口轉(zhuǎn)換器（APT）的設計

1． APT的功能

當一臺GT64主機需要與外部世界聯(lián)系時，GT64必須臨時分配一個可由外部識別的全球性地址。如果同時有不止一個內(nèi)部結(jié)點需要與外部聯(lián)系而僅有一個全球性的地址時，則每一個獨立的連接都被臨時分配一個特有的地址/端口綁定，以使這些內(nèi)部結(jié)點可以共享一個全球地址。如為了與IPv4外部網(wǎng)絡通信，一個IPv6局域網(wǎng)通常被分配一些能夠映射為有效IPv4地址的IPv6地址（但需要與外部網(wǎng)絡通信的主機數(shù)量往往大大多于這些可用地址數(shù)量）。APT解決這個問題的方法是，使IPv6局域網(wǎng)內(nèi)的多臺主機共享一個包含有效映射關系的IPv6地址。這實際上是傳輸標識符的一種復用。通信時，數(shù)據(jù)分組頭部的源地址字段和端口號被替換為一個特殊的地址/端口綁定，這個特殊的綁定關系是由APT臨時分配的。APT的這種功能就被稱為地址/端口轉(zhuǎn)換。

在與外部網(wǎng)絡通信時，APT不僅要負責使用新的地址/端口綁定關系替代數(shù)據(jù)分組中原有的地址/端口綁定，而且需要記憶這種替代關系。在向外部網(wǎng)絡發(fā)送分組時，APT將分組內(nèi)的源地址與端口號替換為新的地址/端口綁定；接收分組時，APT需要將分組中的地址/端口字段再用局域網(wǎng)內(nèi)部的地址/端口綁定替換回來。

當APT接收到一個IPv6數(shù)據(jù)包，它用一個有地址映射關系的流ID來替代數(shù)據(jù)包中的原始流ID，映射過的流ID用其它的地址/端口綁定來替代數(shù)據(jù)包中源或目的地址/端口綁定。APT的配置字符串決定了這種替代關系的具體處理過程。除上述討論的動態(tài)分配之外，APT也可處理其它一些簡單形式的地址/端口轉(zhuǎn)換，如靜態(tài)地址轉(zhuǎn)換和動態(tài)單一地址轉(zhuǎn)換。

APT對來自于外部的和內(nèi)部網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)包的處理方式是不同的。APT經(jīng)常是針對一定方向的數(shù)據(jù)包分配動態(tài)地址映射。這樣另一個方向的初始化流將不能進行地址映射。OUTWARD PACKETS 指的是由本地網(wǎng)絡發(fā)出，目的是因特網(wǎng)（IPv4或IPv6）主機的數(shù)據(jù)包，INWARD PACKETS則相反。APT有兩個輸入口和兩個輸出口，分別用于OUTWARD分組和INWARD分組的接收與發(fā)送。APT從不同的輸入口接收數(shù)據(jù)包，經(jīng)過轉(zhuǎn)換后再將其從不同的輸出口轉(zhuǎn)發(fā)出去。

2． 基于IPv6實現(xiàn)IPv4/IPv6轉(zhuǎn)換的APT

APT僅接收和發(fā)送含有IPv6地址的IPv6數(shù)據(jù)包。為使GT64可以同時處理IPv4/IPv6兩種模式，當與只支持IPv4的主機通信時，GT64會分配臨時的IPv4地址給其內(nèi)部IPv6主機。而基于IPv6的APT則給其內(nèi)部IPv6主機分配支持IPv4映射的IPv6地址來實現(xiàn)這一目的。

當GT64要將IPv6分組轉(zhuǎn)換為IPv4分組時，APT首先將IPv6地址和端口映射為與IPv4地址有映射關系的IPv6地址與端口號。然后再將這個映射地址轉(zhuǎn)換為真正的IPv4地址，從而實現(xiàn)IPv6分組轉(zhuǎn)換為IPv4的轉(zhuǎn)換。從IPv4到IPv6分組的轉(zhuǎn)換過程也與此相似。先將IPv4地址轉(zhuǎn)換成為具有映射關系的IPv6地址/端口號，然后再將這個地址/端口綁定轉(zhuǎn)換成為真正的IPv6地址和端口號。

3． 靜態(tài)映射與動態(tài)映射

APT可以將主機的實際地址和端口號映射成為一個全球性的地址/端口綁定。靜態(tài)映射功能是指內(nèi)部網(wǎng)絡的地址/端口綁定與全球性地址/端口綁定之間的映射關系是靜態(tài)的。在大多數(shù)情況下，靜態(tài)映射被用作單一地址映射的情況。例如，一定的外部地址將會被保留以標志特定的內(nèi)部地址。與靜態(tài)映射相對，動態(tài)映射僅對活動的數(shù)據(jù)流保留映射關系。

4． 動態(tài)地址映射與動態(tài)地址/端口映射

動態(tài)地址映射是指APT僅為內(nèi)部主機動態(tài)分配一個外部地址映射，而不是一個地址/端口綁定。APT將直接使用映射過的地址來指明此內(nèi)部結(jié)點，而以映射過的流ID來代替原始流ID，在這個映射過程中，APT不僅要動態(tài)分配一個外部地址映射，而且原來的端口號也要被映射為新的端口號。與動態(tài)地址/端口映射不同的是，動態(tài)地址映射只是替代分組頭部中的一個地址字段，而保留流ID中的其它三個部分。對于向外的數(shù)據(jù)包，它以映射地址來取代原有的源地址字段；對于向內(nèi)的數(shù)據(jù)包，它以內(nèi)部結(jié)點的實際地址來取代分組中的目的地址，這個目的地址也就是映射地址。

三、 協(xié)議轉(zhuǎn)換器的設計

GT64一個非常重要的應用是允許只支持IPv6的節(jié)點和只支持IPv4的節(jié)點進行通信。從IPv6節(jié)點向IPv4節(jié)點傳送一個包或者其逆過程都要涉及協(xié)議轉(zhuǎn)換以及地址和端口的轉(zhuǎn)換。PT64和PT46用于連接基于IPv6的APT并對需要進行轉(zhuǎn)換的分組完成協(xié)議轉(zhuǎn)換。PT64用于將只支持IPv6的本地節(jié)點的IPv6包發(fā)送到只支持IPv4的因特網(wǎng)節(jié)點上。APT將源地址和端口所組成的的套接字轉(zhuǎn)換成IPv4映射型IPv6套接字。PT64將包中的IPv6頭轉(zhuǎn)換成IPv4頭和將IPv6地址的***的32比特作為有效的IPv4地址。

同樣，一個IPv4包從一個只支持IPv4的節(jié)點發(fā)送到一個只支持IPv6的節(jié)點需要經(jīng)過PT46和APT以完成轉(zhuǎn)換。PT46通過將源和目的地址加上96比特的前綴以轉(zhuǎn)換成IPv4映射型IPv6地址，從而將IPv4頭轉(zhuǎn)換成IPv6頭。APT然后將目的IPv4映射型IPv6地址映射進IPv6地址。因為APT處理地址映射和分配，PT64和PT46只負責協(xié)議轉(zhuǎn)換。因為模塊化的設計，所以PT64和PT46的實現(xiàn)是很容易的。在進行包協(xié)議轉(zhuǎn)換之后，PT64和PT46都需要對高層協(xié)議（例如TCP、UDP）的校驗和進行重新計算。TCP和UDP根據(jù)一個偽隨機頭部計算它們的校驗和，這個偽隨機頭部包括（IP/IPv6）的源地址和目的地址、高層包長度和協(xié)議（下一頭部）字段。當從IPv6向IPv4轉(zhuǎn)換的時候，PT64必須計算IPv4頭部所需要的IP校驗和。然而，PT46并不需要計算IPv6校驗和，因為IPv6頭部沒有這一字段。

ICMPv6和ICMPv4在校驗和的計算上同樣是不同的。PT46必須按照TCP和UDP的樣式來計算ICMPv6,因為ICMPv6的計算中包含了偽隨機頭部。然而，PT64能直接從ICMPv4包計算出ICMPv4的校驗和。在ICMPv4IC和MPv6相互轉(zhuǎn)換的過程中，校驗和值的不同必須考慮進去。

很顯然Internet從IPv4向IPv6轉(zhuǎn)變需要好多年，每個站點都必須考慮自己的過渡計劃，只有很少的站點將一步到位的完成轉(zhuǎn)變。對于大多數(shù)的站點來說，NAT將作為一種機制而被采用，它可以使得只支持IPv4和只支持IPv6的節(jié)點之間能夠相互通信。

GT64滿足一個好的網(wǎng)絡轉(zhuǎn)換器所必須的三個最基本的要求：能夠在只支持IPv6的節(jié)點和只支持IPv4的節(jié)點之間完成通信、在信源主機和目的主機上不需要進行任何改變、應用簡單。GT64可以被簡單的配置以用于在不同的IPv4和IPv6地址和協(xié)議層完成不同的轉(zhuǎn)換。

模塊化的設計和配置擴展方便使得GT64成為強大的網(wǎng)絡通信的工具。GT64的進一步發(fā)展將推動我們更快的向IPv6領域邁進。