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第 8 天 IPv4 与 IPv6 共存的网络环境

Integrating IPv4 and IPv6 Network Environments

Gitbook：ccna60d.xfoss.com

你可以在 https://github.com/gnu4cn/ccna60d 上 fork 本项目，并提交你的修正。

本书结合了学习技巧，包括阅读、复习、背书、测试以及 hands-on 实验。

本书译者用其业余时间完成本书的翻译工作，并将其公布到网上，以方便你对网络技术的学习掌握，为使译者更有动力改进翻译及完成剩下章节，你可以捐赠译者。

第 8 天任务

阅读下面的理论课文
阅读 ICND1 记诵手册

如同在前一课程模块中所学到的那样，通过从 IPv4 迁移到 IPv6 ，就能收到数不清的好处。回顾一下，这些优势包括：

简化了的 IPv6 数据包头部
更大的地址空间
IPv6寻址层次，IPv6 addressing hierarchy
IPv6的扩展能力，IPv6 extensibility
IPv6消除了广播，IPv6 Broadcast elimination
无状态的自动配置，Stateless autoconfiguration
集成了移动性，Integrated mobility
集成了安全增强，Integrated enhanced security

此课程模块对应了一下 CCNA 大纲要求：

掌握 IPv6 与 IPv4 共同运作，比如双栈部署时，所需的技术要求（Describe the technological requirements for running IPv6 in conjunction with IPv4, such as dual-stack implementation）。

在有关 IPv6 的第 7 天课程中，专门着重于一个纯 IPv6 环境，并掌握了 IPv6 运作原理，还学习了如何配置不同路由协议，来支持 IPv6 的路由，且在思科 IOS 软件中进行了验证。尽管对 IPv6 本身的扎实掌握是重要的，但现实情形在于 IPv4 仍是当前所使用的占主导地位的互联网协议。因此，在考虑完全迁移到纯 IPv6 环境时，对如何将两种不同协议栈共同运作，是必要的。

尽管迁移到 IPv6 环境将提供到前面提到的那些优势，当下的情况在于并非所有可寻址的设备，都支持IPv6, 那么为了那些运行不同协议栈的网络设备，使用上同一网络设施，就要求在同一网络中 IPv6 与 IPv4 共存。 IPv4 与 IPv6 的集成与共存策略，可被分为以下三个大的类别：

双栈部署，Dual-stack implementation
隧道技术，Tunnelling
协议转换，Protocol translation

在网际网络设备和主机同时用到两种协议栈（也就是 IPv4 和 IPv6 ）时，就要求采用双栈部署策略。双栈部署令到主机能够同时使用 IPv4 或 IPv6 与其它主机建立端到端的 IP 会话（Dual-stack implementation is required when internetwork devices and hosts use both protocol stacks(i.e., IPv4 and IPv6). Dual-stack implementation allows the hosts to use either IPv4 or IPv6 to establish end-to-end IP sessions with other hosts）。

注意： 双栈部署并不是说那些仅支持 IPv4 或仅支持 IPv6 的主机，具备与其它主机通信的能力。要实现此特性，就需要其它的协议与机制。双栈仅指主机（或设施）能够同时支持 IPv4 协议栈及IPv6协议栈。

在双栈部署无法应用的情形中，就有可能将 IPv6 数据要经由 IPv4 网络进行隧道处理（in situations where Dual-stack implementation can not be used, it is posssible to tunnel the IPv6 packets over IPv4 networks），使用一些隧道来将 IPv6 数据包封装在 IPv4 数据包中，以令到这些 IPv6 数据包进行跨越尚无或是还没有原生支持 IPv6 的网络部分。这样做允许一些IPv6"岛"（IPv6 "islands"）通过现行的 IPv4 设施之间相互通信。

注意： 在运用隧道技术时，为将 IPv6 数据包经由 IPv4 设施进行隧道化传输，节点或互联网络的设备必须支持双栈（with tunnelling, nodes or internetwork devices must support dual-stack in order to tunnel IPv6 packets over the IPv4 infrastructure）。

最后，在某些情况下，有可能出现某些仅 IPv4 的环境，需要与仅 IPv6 的环境进行通信，以及反过来的情况。那么在此种情形下，双栈技术或隧道技术部署都不能用到，因此就必须启用 IPv4 与 IPv6 之间的协议转换。尽管此中方案也是支持的，但对于集成 Ipv4 与 IPv6 网络时，其是最不可选的（while supported, this is the least desirable method of integrating IPv4 and IPv6 networks）。不过因为此方案仍被支持，那么掌握如何实现此种方案，仍是重要的。

这个课程模块的剩余部分，将详细地介绍集成 IPv4 与 IPv6 网络的双栈部署与隧道技术。包括特定于思科 IOS 软件的一些配置示例。

IPv4与 IPv6 的双栈部署

在双栈部署方案下，尽管某些主机有着采用 IPv4 和 IPv6 两种协议栈的能力，但在确定何时采用 IPv6 而不是 IPv4 协议栈时，这些主机仍需一些帮助。幸运的是，有两种方法可以实现，这两种方法如下：

第一种方法需要用户手动配置。如用户知道目的 IPv6 主机的 IPv6 地址，就可以用此 IPv6 地址，自其双栈主机手动建立一此 IPv6 会话。尽管此方式可以良好运作，但要记住多台主机的 IPv4 及 IPv6 地址，会十分繁琐。
那么第二种方式就需要使用某种命名服务，比如 DNS 。使用此种方法，就要同时使用 IPv4 和 IPv6 地址，来配置完全合格的域名（Full Qualified Domain Names, FQDNs），比如www.howtonetwork.com。 FQDN 是由一个 IPv4 协议栈的A记录（an A record for the IPv4 protocol stack）, 以及一个 IPv6 协议栈的AAAA记录表示的，这样的 FQDN 就令到 DNS 服务器既可使用IPv4, 又可使用 IPv6 进行查询了。

在思科 IOS 路由器中部署双栈支持

尽管对那些不同厂商的具备双栈部署支持的不同类型主机的不同配置方式的讨论，是超出 CCNA 考试要求范围的。但作为一名未来的网络工程师，掌握如何在思科 IOS 软件下部署各种双栈方案，是强制性的（imperative to understand how to implement dual-stack solutions in Cisco IOS software）。在思科 IOS 路由器中，双栈运作的启用，通过简单地在路由器接口上配置好 IPv4 及 IPv6 即可。

通过在接口配置命令ip address [address] [mask]后添加[secondary]关键字，就可以为接口指定多个的 IPv4 地址。对于 IPv6 来说，是不需要[secondary]关键字的，因为使用第7天课程中所介绍的接口配置命令ipv6 address，就可以为每个接口配置多个前缀。下面的配置示例，演示了如何在单一的路由器接口上配置多个 IPv4 地址和 IPv6 地址及前缀：

R3(config)#ipv6 unicast-routing
R3(config)#interface FastEthernet0/0
R3(config-if)#ip address 10.0.0.3 255.255.255.0
R3(config-if)#ip address 10.0.1.3 255.255.255.0 secondary
R3(config-if)#ip address 10.0.2.3 255.255.255.0 secondary
R3(config-if)#ipv6 address 3fff:1234:abcd:1::3/64
R3(config-if)#ipv6 address 3fff:1234:abcd:2::3/64
R3(config-if)#ipv6 address 3fff:1234:abcd:3::3/64
R3(config-if)#ipv6 enable
R3(config-if)#exit

注意： 尽管在思科 IOS 软件中 IPv4 路由默认是开启的，但 IPv6 路由却是默认关闭的，所以必须显式地开启。

依据这些 IPv4 与 IPv6 地址的配置，就可以通过简单地对查看路由器配置，来验证这些配置，如下面的输出所示：

R3#show running-config interface FastEthernet0/0
Building configuration...
Current configuration : 395 bytes
!
interface FastEthernet0/0
ip address 10.0.1.3 255.255.255.0 secondary
ip address 10.0.2.3 255.255.255.0 secondary
ip address 10.0.0.3 255.255.255.0
ipv6 address 3FFF:1234:ABCD:1::3/64
ipv6 address 3FFF:1234:ABCD:2::3/64
ipv6 address 3FFF:1234:ABCD:3::3/64
ipv6 enable
end

而要查看具体的 IPv4 及 IPv6 接口参数，只需使用思科 IOS 软件的show ip interface [name]或show ipv6 interface [name]命令即可。下面是Fastethernet0/0接口上show ip interface的输出：

R3#show ip interface FastEthernet0/0 | section address
    Internet address is 10.0.0.3/24
    Broadcast address is 255.255.255.255
    Helper address is not set
    Secondary address 10.0.1.3/24
    Secondary address 10.0.2.3/24
    Network address translation is disabled

下面的输出则演示了上一示例中用到的同样的Fastethernet0/0接口的show ipv6 interface命令，所打印出的信息：

R3#show ipv6 interface FastEthernet0/0 | section address
    IPv6 is enabled, link-local address is FE80::213:19FF:FE86:A20
    Global unicast address(es):
        3FFF:1234:ABCD:1::3, subnet is 3FFF:1234:ABCD:1::/64
        3FFF:1234:ABCD:2::3, subnet is 3FFF:1234:ABCD:2::/64
        3FFF:1234:ABCD:3::3, subnet is 3FFF:1234:ABCD:3::/64
    Joined group address(es):
        FF02::1
        FF02::2
        FF02::5
        FF02::6
        FF02::9
        FF02::1:FF00:3
    Hosts use stateless autoconfig for addresses.

思科 IOS 软件中配置静态 IPv4 及 IPv6 主机地址

思科 IOS 软件通过使用全局配置命令ip host [name] [v4-address]及ipv6 host [name] [v6-address], 而提供了对相应的静态 IPv4 与 IPv6 主机地址配置的支持。下面的示例演示了在思科 IOS 软件中，如何配置静态 IPv4 及 IPv6 的主机名字与地址：

R1(config)#ip host TEST-HOST 10.0.0.3
R1(config)#ipv6 host TEST-HOST 3FFF:1234:ABCD:1::3

该静态 IPv4 与 IPv6 主机配置可使用show hosts命令进行验证，下面打印出了改命令的输出：

R1#show hosts
...
[Truncated Output]
...
Host        Port  Flags      Age Type   Address(es)
TEST-HOST   None  (perm, OK)  0  IP     10.0.0.3
TEST-HOST   None  (perm, OK)  0  IPv6   3FFF:1234:ABCD:1::3

在同一主机同时配置一个 IPv4 及 IPv6 地址时，思科 IOS 软件将使用 IPv6 地址。如有使用 DNS ，那么在主机同时配置了 IPv6 及IPv4 DNS服务器时，该双栈主机将先搜寻AAAA（ IPv6 ）记录，并（在查询不到时）回滚到A记录（ IPv4 ）（If DNS is used, the dual-stack host will first search AAAA(IPv6) records and then fall back to the A records(IPv4) when configured with both IPv6 and IPv4 DNS servers）。可想下面这样通过执行一次简单的到先前配置的静态主机TEST-HOST的ping操作，对此默认行为进行验证：

R1#ping test-host repeat 10
Type escape sequence to abort.
Sending 10, 100-byte ICMP Echos to 3FFF:1234:ABCD:1::3, timeout is 2 seconds:
!!!!!!!!!!
Success rate is 100 percent (10/10), round-trip min/avg/max = 0/1/4 ms

在思科 IOS 软件中配置 IPv4 及 IPv6 的 DNS 服务器

思科 IOS 软件中 IPv4 与IPv6 DNS服务器的配置，都依然是使用全局配置命令ip name-server [address]。不过这条命令现在已修改为允许将一个 IPv4 或 IPv6 地址，指定为 DNS 服务器的 IP 地址。下面的示例演示了如何将路由器配置为同时使用一台 IPv4 及IPv6 DNS服务器：

R1(config)#ip name-server ?
    A.B.C.D Domain server IP address (maximum of 6)
    X:X:X:X::X Domain server IP address (maximum of 6)
R1(config)#ip name-server 3FFF:1234:ABCD:1::2
R1(config)#ip name-server 192.168.1.2

注意： 正如先前提到的，当在同一路由器上同时配置了 IPv4 及IPv6 DNS服务器时，路由器将首先查找AAAA记录（也就是 IPv6 ）。在如果未找到AAAA记录，主机就会查找一条A记录，以与该主机名进行通信。

经由 IPv4 网络对 IPv6 数据报进行隧道传输

Tunnelling IPv6 Datagrams across IPv4 Networks

通道技术，也就是集成 IPv4 与 IPv6 网络的第二种方法，是将 IPv6 数据包进行封装并通过 IPv4 网络发送的。为了对本小节中即将说到的几种不同隧道机制进行支持，思科 IOS 的边缘路由器（Cisco IOS edge routers）必须具有双栈部署（译者注：要配置 IPv4 和 IPv6 地址, 并开启 IPv6 路由），以令到 IPv6 数据包能够以 IPv4 数据包方式进行封装，且在终端路由器（the terminating router）处被解封装。需要注意的是，中途的那些路由器（intermediate routers）是无需运行 IPv6 的。也就是说，这些路由器只需简单的仅 IPv4 路由器。下图8.1演示了一个典型的隧道技术部署：

图 8.1 -- 经由 IPv4 网络进行 IPv6 数据包的隧道传输

参考图8.1, 假设那台IPv6 Host 1正在将数据报发送给IPv6 Host 2, 那么在这些数据包通过该网络时，会顺序发生下面这些事件：

IPv6 Host 1将那些以IPv6 Host 2为目的的 IPv6 数据包，发送到其默认网关，也就是路由器R4。这些数据包是原生的、在数据包头部包含了 IPv6 源地址及目的地址的 IPv6 数据包。
R4是一台双栈路由器。其 LAN 接口已开启了IPv6, 同时其 WAN 接口已开启了 IPv4 。 R4 有着一个配置在其 WAN 接口和R1的 WAN 接口，R1也是一台双栈路由器, 之间的隧道。在收到 IPv6 数据包后，R4就将它们以 IPv4 数据包格式进行封装，并转发给R2。这些数据包的目的地址被设置为R1, 同时该路由器（R4）将 IPv4 头的值设置为41, 以表明 IPv6 数据包是以 IPv4 数据包形式封装的。
R2收到这些 IPv4 数据包，并简单地运用 IPv4 头部中的目的地址，将它们路由或转发到其最终目的地。
R3从R2处收到这些 IPv4 数据包，并简单地运用 IPv4 头部中的目的地址，将它们路由或转发到其最终目的地。
最终路由器R1，也是该隧道的出口，接收到这些原生的 IPv4 数据包并将其解封装，从而仅剩下 IPv6 数据包。于是该路由器就该这些 IPv6 数据包转发给Host 2。

封装与解封装过程，对这两台主机以及隧道两端（the tunnel endpoints）之间的中间那些路由器来说，是透明的。在以 IPv4 数据包进行 IPv6 数据包的隧道传输上，有着多种方式（参见后面）。因为超出了 CCNA 考试要求，这里不会涉及任何具体配置。

下面列出了一些其它的隧道方式。思科可能会期望你知道有着这些方式，但不会出有关这些方式如何运作的题目。

静态的（手动配置的） IPv6 隧道传输，Static(manually configured) IPv6 tunnelling
6to4 隧道技术，6to4 tunnelling
自动的兼容 IPv4 隧道技术，Automatic IPv4-compatible tunnelling
ISATAP 隧道技术，ISATAP tunnelling
通用路由封装隧道技术，Generic Routing Encapsulation tunnelling

第 8 天问题

Name three IPv4 to IPv6 transition mechanism classes.
_______ implementation is required when internetwork devices and hosts use both protocol stacks (i.e., IPv4 and IPv6) at the same time.
With dual-stack implementation, name two methods that help hosts decide when to use the IPv6 protocol stack instead of the IPv4 protocol stack.
While IPv4 routing is enabled by default in Cisco IOS software, IPv6 routing is disabled by default and must be explicitly enabled. True or false?
Name a command that will provide IPv6 interface parameters.
The static IPv4 and IPv6 host configuration can be validated using the _______ command.
Which command is used to configure an IPv6 DNS server?
_______ entails encapsulating the IPv6 packets or datagrams and sending them over IPv4 networks.

第 8 天答案

Dual-stack implementation, tunnelling, and protocol translation.
Dual-stack.
Manual configuration and naming service.
True.
The show ipv6 interface command.
show hosts.
The ip name-server command.
Tunnelling.

第 8 天实验

IPv4 - IPv6 基础集成实验

在两台直连的思科路由器上，对本课程模块中讲到的一些 IPv6 概念与命令进行测试：

在设备上开启 IPv6 单播路由，并在直连接口上同时配置 IPv4 及 IPv6 地址
使用命令show interface及show ipv6 interface, 对该配置进行验证
为远端接口地址配置 IPv4 及 IPv6 主机，configure IPv4 and IPv6 hosts for remote interface addresses
在设备上验证这些主机配置（show命令）
在设备之间通过这些主机名字，进行ping操作
在两台路由器上配置 IPv4 及 IPv6 的 DNS 服务器

IPv4 - IPv6 隧道技术实验

在家庭网络环境下，重现“通过 IPv4 进行 IPv6 的隧道传输”小节的场景（包括所有的机制）。要依循该小节中所呈现的事件顺序。可访问www.in60days.com，看看作者是如何完成这个实验的。

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