从IPv4到IPv6组播过渡技术

因此，必须有一套机制来保证IPv4与IPv6节点能直接通信以实现平滑过渡。目前，已有相当多的过渡技术被提出，但它们只适用于单播通信，还不能适用于组播通信。虽然组播通信的过渡技术尚未成为人们研究工作的重心，但作为一个很有实际应用意义的研究方向，已经开始被越来越多的组织和团体关注[1-4]。

1.组播过渡技术

1.1双栈技术

双栈的组播过渡解决方案实际上是纯IPv4组播网和纯IPv6组播网两者的叠加。单播中，可以将服务器配置成双栈，以便纯IPv4和纯IPv6的主机能够轻松地访问它。同样，组播源也可以配置成双栈，同时向IPv4组和IPv6组发送数据流，使

在双栈网络上IPv4和IPv6组播可以同时部署。IPv4和IPv6组播能同时运行在路由器和主机上，并且能同时存在于同一网络链路；路由器也能同时成为IPv4组和IPv6组的汇聚点(RP)。

对于简单的单源情况，如果数据流只存在于一个封闭环境中，所有潜在接收者都支持同一IP协议，则源只需要使用这一IP协议。在更多的开放环境中，潜在接收者及其支持的IP协议是未知的，为了确保所有接收者都能够接收，需要有一个IPv4源和一个IPv6源，此时必须保证两个源都使用同一源数据。

只有少量源时，可以利用双栈技术，将所有源配置成双栈，同时向IPv4组和IPv6组发送报文。但在一个视频会议中，几乎每个人都要同时接收和发送数据，并且一部分参与者使用纯IPv4，另一部分使用纯IPv6，在这种情况下双栈技术将无能为力。另外，使用双栈技术时，带宽的耗费将是原来的两倍。

双栈技术不需要额外的设备，也不需要对组播数据做额外的转换。因此，是最容易实施的一种方案。适用于应用环境中不需要IPv4主机与IPv6主机之间进行通信的情况，如内容分发。

1.2协议转换技术

协议转换技术可以在无需改动基础设施的情况下，使IPv6主机能像与IPv6组播组通信一样，使用普通的IPv6组播协议与任何IPv4组播组通信。其核心思想是：在使用一种IP协议的源和使用另一种IP协议的宿之间的路径上放置一个或多个转换设备。在极少数的情况下，转换也在发送或接收的主机上完成，这主要针对运行在双栈主机上但仅支持一种IP协议的应用程序。常用的转换方法有以下几种：

(1)转发器

IPv4中，转发器(Reflector)方案在无法全局组播时经常被采用。虚拟房间视频会议系统(VRVS)是一个典型的例子，它在核心网上采用纯组播，在无法直接通过组播的区域设置转发器作为此区域的组播代理。核心网与转发器之间采用单播方式连接，转发器与端系统之间可以采用纯组播也可以使用单播。

IPv4-IPv6组播转发器在IPv4和IPv6组播之间进行转换(Reflect)，而不是在单播与组播之间进行转换。给定IPv4组地址和端口及IPv6组地址和端口，转发器将同时加入两个组并监听相应的端口，从一个组接收到的所有数据将重新发送(Resend)至另一组。

按照IPv6的过渡进程，转发器可以有以下两种部署方案：当内容提供者所使用的协议没有被广泛支持，并且主机或应用程序不支持双协议时，转发器位于源附近；当接收者使用不同于源的另一种协议时，那么在接收者附近放置转发器也是非常有效的。

转发器方案主要缺陷是性能较低，不能支持大规模的组播应用。另外它必须为每个会话都启用一个实例，即使没有接收者，它仍执行接收重发的过程。

因为上述的局限，转发器可以被用来为多个组播组工作，但同时工作的会话数量有限。如果利用转发器在网络上提供服务，用户必须联系管理员，申请在有限的时间内分配一个会话；或者可以像隧道代理(Tunnel Broker)一样，使用Web认证等辅助措施来使会话分配过程自动化。

(2)网关

组播过渡技术的发展晚于单播过渡技术，因此大部分组播过渡技术都不同程度地借鉴了单播过渡技术的思想。双栈技术自然毋须多言，因为它在组播过渡技术与单播过渡技术中完全是一致的。转发器技术工作于传输层，从而避免了报头转换，这与单播过渡的TCP-UDP中继技术的思想是一致的。IPv4-IPv6组播网关则是一种类网络地址转换/协议转换(NAT-PT)的方案。

NAT-PT[5]主要是针对单播提出的，并不能完全适用于组播。网关根据NAT-PT的思想，结合组播自身的特性优化改进，从而形成适合组播的IPv4-IPv6过渡技术。

网关的思想是将IPv4组播地址通过加上指定“/96”的前缀嵌入到IPv6地址中，从而每一个IPv4组播地址都有一个相应的IPv6组播地址；同样，每个IPv6地址也都和一个IPv4地址对应。参与组播过渡的IPv4与IPv6地址之间是一一映射的关系，这是IPv4-IPv6组播网关一个至关重要的特性。正是因为这个特性，协议转换的工作才能够顺利地进行。

网关可以部署在IPv4和IPv6网络的边界，也可以放置在双栈网络中。它可用于单个站点或组织，也可以作为服务在大型网络上提供。需要的话，甚至可以为同一网络部署多个网关。

网关的主要不足有两点：对IPv4组播的组成员及源的有效期不敏感、IPv4只能访问给定前缀的IPv6组。

网关最大的优势在于提供IPv4和IPv6组播的相互通信机制，使用网关可以建立同时存在IPv4和IPv6的多方视频会议，并可进行全双向连接。NAT-PT已逐渐成为主要的单播过渡方案，与之相近的网

(3)其他过渡技术

6over4过渡技术将IPv4网络当作具有组播功能的一条链路，通过IPv6组播地址和IPv4组播地址的映射关系实现IPv6协议的邻居发现功能，使孤立IPv6主机之间形成IPv6互联。这种单播过渡机制本身就是采用IPv4组播作为其底层载体，用于IPv6组播时，只将其目的地址映射到专私用组播地址域——239.0.0.0/8。因为6over4过渡技术本身并未大规模地应用，基于它的组播技术很少被提及。

应用层组播(ALM)在应用层实现组播功能，而不是在网络层实现组播功能。其实际是一种叠加于单播网络的逻辑网。因此，ALM的过渡由应用层来保证。它的过渡问题最终归结为单播IPv6过渡。

NAT-PT+ALG是在现有NAT-PT的基础上加入组播应用层网关(ALG)以满足组播的需求。韩国的ETRI项目和以及欧洲的GTPv6项目曾经提出过这种方案。

隧道技术将一种协议的组播报文封装在另一协议报文中，从而可以实现组播的跨网传输。虽然目前不是所有的隧道过渡技术都支持组播，但在加入需要额外的功能代码后，很多都可以支持。所有的隧道技术均是基于双栈的，因此不能实现纯IPv6主机和纯IPv4主机之间的通信。

2.多播转换网关模型

多播转换网关(MTG)模型是基于Linux2.4内核的网关协议转换方案原型。

MTG模型在网络中的部署如图1所示，MTG部署在IPv4和IPv6网络的边界。MTG模型将IPv4网络和IPv6网络视为地位对等的两个异构网络。从网关向两边看，一边是纯IPv4网络，另一边是纯IPv6网络。网关的工作对IPv4和IPv6而言也是对等的：IPv6主机可以加入组播源位于IPv4网络的组播组，IPv4主机也可以加入组播源位于IPv6网络的组播组。

在IPv4中，MTG作为IPv6的代理，参与IPv4的组播；同样，MTG在IPv6中则作为IPv4的代理。图中MTG既可理解为单个双栈设备，也可理解为一个双栈网络。在MTG系统内部，两个代理之间进行协议转换。

2.1模型结构

图2虚线框部分给出了MTG的模型结构。主要由IPv4组播代理(MP4)、IPv6组播代理(MP6)、组播协议转换器(MT)、地址映射器(AM)、简单网络管理协议(SNMP)接口、MTG管理信息库(MIB)组成。

(1)IPv4组播代理

IPv4组播代理作为IPv6接收节点的代理加入IPv4组播组，接收从IPv4流出的组播报文，再将报文转交给组播协议转换器。IPv4组播代理的主要工作包括：向IPv4网络发送Internet组管理协议(IGMP)消息，向IPv4网络发送组播数据，从IPv4网络接收组播报文。向IPv4网络发送IGMP消息包括响应IGMP查询、主动向路由器发送未经同意的成员关系报告以及主动发起离开组信息。接收组播报文时，必须进行有效性检查，如IPv6中所有主机都已离开该组播组，则报文不再向组播协议转换器转交，并立即向IPv4发起离开组信息。