在下一代互聯(lián)網(wǎng)中，已確定IPv6必須實現(xiàn)對組播的支持，并安排了大量的組播地址空間。雖然在IPv6開始應(yīng)用后純IPv6節(jié)點會越來越多，但許多IPv4節(jié)點依然會因為它們的成功運作而繼續(xù)存在。因此短期內(nèi)IPv6無法全部替換IPv4，兩者必定會在很長一段時間內(nèi)共存。在這一漫長的共存期中，按照IPv6的部署策略，純IPv6網(wǎng)絡(luò)將會區(qū)域性地不斷出現(xiàn)。此時，網(wǎng)絡(luò)將呈現(xiàn)出純IPv4網(wǎng)絡(luò)和純IPv6網(wǎng)絡(luò)共同存在，互相交錯的局面。

因此，必須有一套機制來保證IPv4與IPv6節(jié)點能直接通信以實現(xiàn)平滑過渡。目前，已有相當多的過渡技術(shù)被提出，但它們只適用于單播通信，還不能適用于組播通信。雖然組播通信的過渡技術(shù)尚未成為人們研究工作的重心，但作為一個很有實際應(yīng)用意義的研究方向，已經(jīng)開始被越來越多的組織和團體關(guān)注。

1.組播過渡技術(shù)

1.1 雙棧技術(shù)

雙棧的組播過渡解決方案實際上是純IPv4組播網(wǎng)和純IPv6組播網(wǎng)兩者的疊加。單播中，可以將服務(wù)器配置成雙棧，以便純IPv4和純IPv6的主機能夠輕松地訪問它。同樣，組播源也可以配置成雙棧，同時向IPv4組和IPv6組發(fā)送數(shù)據(jù)流，使運行不同協(xié)議棧的所有主機都能接收組播報文。

在雙棧網(wǎng)絡(luò)上IPv4和IPv6組播可以同時部署。IPv4和IPv6組播能同時運行在路由器和主機上，并且能同時存在于同一網(wǎng)絡(luò)鏈路；路由器也能同時成為IPv4組和IPv6組的匯聚點（RP）。

對于簡單的單源情況，如果數(shù)據(jù)流只存在于一個封閉環(huán)境中，所有潛在接收者都支持同一IP協(xié)議，則源只需要使用這一IP協(xié)議。在更多的開放環(huán)境中，潛在接收者及其支持的IP協(xié)議是未知的，為了確保所有接收者都能夠接收，需要有一個IPv4源和一個IPv6源，此時必須保證兩個源都使用同一源數(shù)據(jù)。

只有少量源時，可以利用雙棧技術(shù)，將所有源配置成雙棧，同時向IPv4組和IPv6組發(fā)送報文。但在一個視頻會議中，幾乎每個人都要同時接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，并且一部分參與者使用純IPv4，另一部分使用純IPv6，在這種情況下雙棧技術(shù)將無能為力。另外，使用雙棧技術(shù)時，帶寬的耗費將是原來的兩倍。

雙棧技術(shù)不需要額外的設(shè)備，也不需要對組播數(shù)據(jù)做額外的轉(zhuǎn)換。因此，是最容易實施的一種方案。適用于應(yīng)用環(huán)境中不需要IPv4主機與IPv6主機之間進行通信的情況，如內(nèi)容分發(fā)。

1.2 協(xié)議轉(zhuǎn)換技術(shù)

協(xié)議轉(zhuǎn)換技術(shù)可以在無需改動基礎(chǔ)設(shè)施的情況下，使IPv6主機能像與IPv6組播組通信一樣，使用普通的IPv6組播協(xié)議與任何IPv4組播組通信。其核心思想是：在使用一種IP協(xié)議的源和使用另一種IP協(xié)議的宿之間的路徑上放置一個或多個轉(zhuǎn)換設(shè)備。在極少數(shù)的情況下，轉(zhuǎn)換也在發(fā)送或接收的主機上完成，這主要針對運行在雙棧主機上但僅支持一種IP協(xié)議的應(yīng)用程序。常用的轉(zhuǎn)換方法有以下幾種：

（1）轉(zhuǎn)發(fā)器

IPv4中，轉(zhuǎn)發(fā)器（Reflector）方案在無法全局組播時經(jīng)常被采用。虛擬房間視頻會議系統(tǒng)（VRVS）是一個典型的例子，它在核心網(wǎng)上采用純組播，在無法直接通過組播的區(qū)域設(shè)置轉(zhuǎn)發(fā)器作為此區(qū)域的組播代理。核心網(wǎng)與轉(zhuǎn)發(fā)器之間采用單播方式連接，轉(zhuǎn)發(fā)器與端系統(tǒng)之間可以采用純組播也可以使用單播。

IPv4-IPv6組播轉(zhuǎn)發(fā)器在IPv4和IPv6組播之間進行轉(zhuǎn)換（Reflect），而不是在單播與組播之間進行轉(zhuǎn)換。給定IPv4組地址和端口及IPv6組地址和端口，轉(zhuǎn)發(fā)器將同時加入兩個組并監(jiān)聽相應(yīng)的端口，從一個組接收到的所有數(shù)據(jù)將重新發(fā)送（Resend）至另一組。

按照IPv6的過渡進程，轉(zhuǎn)發(fā)器可以有以下兩種部署方案：當內(nèi)容提供者所使用的協(xié)議沒有被廣泛支持，并且主機或應(yīng)用程序不支持雙協(xié)議時，轉(zhuǎn)發(fā)器位于源附近；當接收者使用不同于源的另一種協(xié)議時，那么在接收者附近放置轉(zhuǎn)發(fā)器也是非常有效的。

轉(zhuǎn)發(fā)器方案主要缺陷是性能較低，不能支持大規(guī)模的組播應(yīng)用。另外它必須為每個會話都啟用一個實例，即使沒有接收者，它仍執(zhí)行接收重發(fā)的過程。

因為上述的局限，轉(zhuǎn)發(fā)器可以被用來為多個組播組工作，但同時工作的會話數(shù)量有限。如果利用轉(zhuǎn)發(fā)器在網(wǎng)絡(luò)上提供服務(wù)，用戶必須聯(lián)系管理員，申請在有限的時間內(nèi)分配一個會話；或者可以像隧道代理（Tunnel Broker）一樣，使用Web認證等輔助措施來使會話分配過程自動化。

（2）網(wǎng)關(guān)

組播過渡技術(shù)的發(fā)展晚于單播過渡技術(shù)，因此大部分組播過渡技術(shù)都不同程度地借鑒了單播過渡技術(shù)的思想。雙棧技術(shù)自然毋須多言，因為它在組播過渡技術(shù)與單播過渡技術(shù)中完全是一致的。轉(zhuǎn)發(fā)器技術(shù)工作于傳輸層，從而避免了報頭轉(zhuǎn)換，這與單播過渡的TCP-UDP中繼技術(shù)的思想是一致的。IPv4-IPv6組播網(wǎng)關(guān)則是一種類網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換/協(xié)議轉(zhuǎn)換（NAT-PT）的方案。

NAT-PT主要是針對單播提出的，并不能完全適用于組播。網(wǎng)關(guān)根據(jù)NAT-PT的思想，結(jié)合組播自身的特性優(yōu)化改進，從而形成適合組播的IPv4-IPv6過渡技術(shù)。

網(wǎng)關(guān)的思想是將IPv4組播地址通過加上指定“/96”的前綴嵌入到IPv6地址中，從而每一個IPv4組播地址都有一個相應(yīng)的IPv6組播地址；同樣，每個IPv6地址也都和一個IPv4地址對應(yīng)。參與組播過渡的IPv4與IPv6地址之間是一一映射的關(guān)系，這是IPv4-IPv6組播網(wǎng)關(guān)一個至關(guān)重要的特性。正是因為這個特性，協(xié)議轉(zhuǎn)換的工作才能夠順利地進行。

網(wǎng)關(guān)可以部署在IPv4和IPv6網(wǎng)絡(luò)的邊界，也可以放置在雙棧網(wǎng)絡(luò)中。它可用于單個站點或組織，也可以作為服務(wù)在大型網(wǎng)絡(luò)上提供。需要的話，甚至可以為同一網(wǎng)絡(luò)部署多個網(wǎng)關(guān)。

網(wǎng)關(guān)的主要不足有兩點：對IPv4組播的組成員及源的有效期不敏感、IPv4只能訪問給定前綴的IPv6組。

網(wǎng)關(guān)最大的優(yōu)勢在于提供IPv4和IPv6組播的相互通信機制，使用網(wǎng)關(guān)可以建立同時存在IPv4和IPv6的多方視頻會議，并可進行全雙向連接。NAT-PT已逐漸成為主要的單播過渡方案，與之相近的網(wǎng)關(guān)組播過渡方案無疑是適用性最廣泛的過渡方案之一。

（3）其他過渡技術(shù)

6over4過渡技術(shù)將IPv4網(wǎng)絡(luò)當作具有組播功能的一條鏈路，通過IPv6組播地址和IPv4組播地址的映射關(guān)系實現(xiàn)IPv6協(xié)議的鄰居發(fā)現(xiàn)功能，使孤立IPv6主機之間形成IPv6互聯(lián)。這種單播過渡機制本身就是采用IPv4組播作為其底層載體，用于IPv6組播時，只將其目的地址映射到專私用組播地址域——239.0.0.0/8。因為6over4過渡技術(shù)本身并未大規(guī)模地應(yīng)用，基于它的組播技術(shù)很少被提及。

應(yīng)用層組播（ALM）在應(yīng)用層實現(xiàn)組播功能，而不是在網(wǎng)絡(luò)層實現(xiàn)組播功能。其實際是一種疊加于單播網(wǎng)絡(luò)的邏輯網(wǎng)。因此，ALM的過渡由應(yīng)用層來保證。它的過渡問題最終歸結(jié)為單播IPv6過渡。

NAT-PT+ALG是在現(xiàn)有NAT-PT的基礎(chǔ)上加入組播應(yīng)用層網(wǎng)關(guān)（ALG）以滿足組播的需求。韓國的ETRI項目和以及歐洲的GTPv6項目曾經(jīng)提出過這種方案。

隧道技術(shù)將一種協(xié)議的組播報文封裝在另一協(xié)議報文中，從而可以實現(xiàn)組播的跨網(wǎng)傳輸。雖然目前不是所有的隧道過渡技術(shù)都支持組播，但在加入需要額外的功能代碼后，很多都可以支持。所有的隧道技術(shù)均是基于雙棧的，因此不能實現(xiàn)純IPv6主機和純IPv4主機之間的通信。

2.多播轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)模型

多播轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)（MTG）模型是基于Linux2.4內(nèi)核的網(wǎng)關(guān)協(xié)議轉(zhuǎn)換方案原型。

MTG模型在網(wǎng)絡(luò)中的部署如圖1所示，MTG部署在IPv4和IPv6網(wǎng)絡(luò)的邊界。MTG模型將IPv4網(wǎng)絡(luò)和IPv6網(wǎng)絡(luò)視為地位對等的兩個異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。從網(wǎng)關(guān)向兩邊看，一邊是純IPv4網(wǎng)絡(luò)，另一邊是純IPv6網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)關(guān)的工作對IPv4和IPv6而言也是對等的：IPv6主機可以加入組播源位于IPv4網(wǎng)絡(luò)的組播組，IPv4主機也可以加入組播源位于IPv6網(wǎng)絡(luò)的組播組。

在IPv4中，MTG作為IPv6的代理，參與IPv4的組播；同樣，MTG在IPv6中則作為IPv4的代理。圖中MTG既可理解為單個雙棧設(shè)備，也可理解為一個雙棧網(wǎng)絡(luò)。在MTG系統(tǒng)內(nèi)部，兩個代理之間進行協(xié)議轉(zhuǎn)換。

2.1 模型結(jié)構(gòu)

圖2虛線框部分給出了MTG的模型結(jié)構(gòu)。主要由IPv4組播代理（MP4）、IPv6組播代理（MP6）、組播協(xié)議轉(zhuǎn)換器（MT）、地址映射器（AM）、簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（SNMP）接口、MTG管理信息庫（MIB）組成。

（1）IPv4組播代理

IPv4組播代理作為IPv6接收節(jié)點的代理加入IPv4組播組，接收從IPv4流出的組播報文，再將報文轉(zhuǎn)交給組播協(xié)議轉(zhuǎn)換器。IPv4組播代理的主要工作包括：向IPv4網(wǎng)絡(luò)發(fā)送Internet組管理協(xié)議（IGMP）消息，向IPv4網(wǎng)絡(luò)發(fā)送組播數(shù)據(jù)，從IPv4網(wǎng)絡(luò)接收組播報文。向IPv4網(wǎng)絡(luò)發(fā)送IGMP消息包括響應(yīng)IGMP查詢、主動向路由器發(fā)送未經(jīng)同意的成員關(guān)系報告以及主動發(fā)起離開組信息。接收組播報文時，必須進行有效性檢查，如IPv6中所有主機都已離開該組播組，則報文不再向組播協(xié)議轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)交，并立即向IPv4發(fā)起離開組信息。

（2）IPv6組播代理

IPv6組播代理作為IPv6接收節(jié)點的代理加入IPv4組播組，接收從IPv6流出的組播報文，再將報文轉(zhuǎn)交給組播協(xié)議轉(zhuǎn)換器。因為MTG在IPv4和IPv6中部署情況不同，IPv6組播代理的工作與IPv4有所區(qū)別。IPv6組播代理的工作主要包括：接收IPv6主機的組播監(jiān)聽發(fā)現(xiàn)（MLD）成員報告（作為組播指定路由器時）、接收協(xié)議無關(guān)組播（PIM）加入消息、向IPv6網(wǎng)絡(luò)發(fā)送組播數(shù)據(jù)、從IPv6網(wǎng)絡(luò)接收組播報文。MTG在IPv6中不再作為普通的主機，而是成為IPv6的組播路由器和RP，因此更多地表現(xiàn)出路由器的行為。當IPv6中沒有IPv4組播接收者時，MTG能夠獲知并做出反應(yīng)，離開IPv4組。這是IPv4組播代理所無法做到的，因此，IPv6組播數(shù)據(jù)總是無條件地被轉(zhuǎn)交給組播協(xié)議轉(zhuǎn)換器，并被向IPv4網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送。

（3）組播協(xié)議轉(zhuǎn)換器

組播協(xié)議轉(zhuǎn)換器對IPv4組播報文和IPv6組播報文進行相互轉(zhuǎn)換。它主要工作于網(wǎng)絡(luò)層，在IPv4和IPv6間進行報頭轉(zhuǎn)換，必要時還要對報文分片轉(zhuǎn)發(fā)。

由圖2可見，整個模型的核心模塊是組播協(xié)議轉(zhuǎn)換器，它主要負責在IPv4和IPv6報頭間轉(zhuǎn)換。表1為IPv4和IPv6報頭字段轉(zhuǎn)換表。

IPv6中8位業(yè)務(wù)類型（Traffic Class）字段目前并未有標準草案做出規(guī)范，但它與IPv4中8位服務(wù)類型（ToS）字段的作用是相似的，主要用于提供某種區(qū)分服務(wù)。目前MTG對此作等值轉(zhuǎn)換，方便IPv4中基于服務(wù)類型的服務(wù)質(zhì)量（QoS）工作能在IPv6中繼續(xù)。另外MTG對此提供擴展接口，可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換策略。

IPv6中跳限度（Hop Limit）字段與IPv4中生存時間（TTL）字段的作用是一致的，用于限制報文的傳播范圍。它的處理與業(yè)務(wù)類型和服務(wù)類型的轉(zhuǎn)換處理是相同的，也使用等值轉(zhuǎn)換，并提供擴展接口。

對于非指定源組播（SSM）而言，源地址的轉(zhuǎn)換使用MTG的固定IPv4單播地址或固定IPv6單播地址。從IPv6接收者的角度，網(wǎng)關(guān)是所有IPv4數(shù)據(jù)重發(fā)的源；從IPv4的角度，網(wǎng)關(guān)也是所有IPv6數(shù)據(jù)重發(fā)的源。對于SSM，同一個組可能同時用于多個頻道，從而存在多個源，因此無法使用一個固定組播源地址，必須為它在地址映射器中分配新地址。

宿地址即組播組地址。IPv4向IPv6轉(zhuǎn)換時，使用IPv6組播前綴標識——FFxy：：/96，并將IPv4組播組地址置于低32位。當IPv4組播地址是一個由全球Internet編址中心（GINA）永久分配的組播地址時，組播前綴標識中x標記置為“0”，否則為“1”；當使用SSM時，組播前綴標識中變量x標記置為“3”。組播前綴標識中y按IPv4組播前綴和標準草案RFC2365中定義的IPv6域值的映射進行轉(zhuǎn)換。IPv6向IPv4轉(zhuǎn)換時，必須根據(jù)x和y確定地址類型，再從地址映射器中分配IPv4組播組地址。注意，IPv6的會話公告協(xié)議（SAP）地址必須轉(zhuǎn)換為FF0y：：2:7FFE形式。當IPv4的組播會話地址在224.2.128.0—224.2.255.255內(nèi)時，SAP地址一般為224.2.127.254；其他情況可參見標準草案RFC2974中的具體定義。

另外，組播協(xié)議轉(zhuǎn)換器還向應(yīng)用層提供回調(diào)接口鏈，滿足應(yīng)用層協(xié)議轉(zhuǎn)換的要求。默認的應(yīng)用層回調(diào)用于SAP報文的協(xié)議轉(zhuǎn)換。

（4）地址映射器

地址映射器為IPv4和IPv6維護一個單播地址池和一個由IPv4和IPv6地址對組成的地址映射表。IPv4地址池用于IPv6節(jié)點在IPv4域中的臨時IPv4地址，IPv6地址池用于IPv4節(jié)點在IPv6域中的臨時IPv6地址。它們被通告給IPv4/IPv6單播路由器，以便發(fā)送給他們的報文能夠被轉(zhuǎn)發(fā)給網(wǎng)關(guān)及通過逆向路徑轉(zhuǎn)發(fā)（RPF）檢查。

地址映射器涉及3類地址的分配：IPv4組播組地址、IPv4 SSM源地址、IPv6 SSM源地址。

當需要分配一個IPv6地址對應(yīng)一個IPv4地址（IPv4源地址）時，地址映射器從地址映射表中選擇一個合適的IPv6地址返回；當沒有一個合適的項對應(yīng)IPv4單播地址時，地址映射器從IPv6地址池中選擇返回一個IPv6單播地址，并向地址映射表中注冊一個新的項；當沒有一個合適的項對應(yīng)IPv4組播地址時（IPv4目的地址），地址映射器向表中注冊一個包含IPv4組播組地址和對應(yīng)IPv6地址的新項。IPv4地址的分配與之類似。

（5）SNMP接口

SNMP接口分為內(nèi)部接口和外部接口。內(nèi)部接口主要為內(nèi)部模塊與MIB交互提供一套完整的方法。外部接口則為用戶提供管理MTG的方法。用戶可使用標準SNMP命令獲知MTG的當前運行狀態(tài)和動態(tài)更改部分的可調(diào)參數(shù)。

（6）MTG管理信息庫

MTG管理信息庫提供MTG運行所需的環(huán)境配置和記錄MTG當前運行狀態(tài)。

2.2 MTG的工作流程

下面以一視頻會議為例說明MTG的工作流程。

IPv4中兩名參與者F1和F2，IPv6中也有兩名參與者S1和S2。其中F1為會議的組織者。所有參與者都運行會話描述協(xié)議（SDR）或類似SAP的監(jiān)聽器獲取會話信息。

MTG的IPv4和IPv6地址分別為202.112.25.214 和3FFE:3206:1000：：19D6。同時將MTG配置為IPv6組播指定路由器。

參與者F1首先向224.2.127.254:9875公告會議信息，通知其他會議參與者使用224.5.5.5作為會話地址，并同時向IPv4發(fā)送視頻/音頻流。

參與者F2通過SDR直接收到該SAP公告，并啟動組播會議工具。此時F1和F2可以進行會話。

當SAP公告到達MTG，MP4將其轉(zhuǎn)交至MT，MT對其進行報頭轉(zhuǎn)換，源地址轉(zhuǎn)換為MTG的固定IPv6地址3FFE:3206:1000：：19D6，宿地址為FF0E:0：：2:7FFE。并調(diào)用應(yīng)用層回調(diào)函數(shù)解析出組播會話地址224.5.5.5，然后從AM取得對應(yīng)的IPv6地址FF1E：：224.5.5.5，在應(yīng)用層上對其攜帶的信息進行修改。MT再將已轉(zhuǎn)換的SAP報文轉(zhuǎn)交給MP6，將之發(fā)送到IPv6網(wǎng)絡(luò)。SAP第一次到達時，AM會更新映射表。

參與者S1和參與者S2收到SAP公告之后，發(fā)起MLD成員報告。MP6收到MLD報告之后，轉(zhuǎn)交給MT，MT將MLD報告轉(zhuǎn)換成IGMP成員報告，通過MP4向IPv4發(fā)送成員關(guān)系報告，并加入224.5.5.5組。至此，4個參與者均加入組播會話。

MP4接收到參與者F1發(fā)出的IPv4組播報文，并轉(zhuǎn)交給MT，MT對其進行報頭轉(zhuǎn)換，源地址轉(zhuǎn)換為MTG的固定IPv6地址3FFE:3206:1000：：19D6，宿地址224.5.5.5轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的IPv6地址FF1E：：224.5.5.5，再經(jīng)由MP6組播給參與者S1和參與者S2。MP6接收到參與者S1和參與者S2發(fā)出的IPv6組播報文，并轉(zhuǎn)交給MT，MT對其進行報頭轉(zhuǎn)換，源地址轉(zhuǎn)換為MTG的固定IPv4地址202.112.25.214，宿地址FF1E：：224.5.5.5轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的IPv4地址224.5.5.5，再經(jīng)由MP4組播給參與者F1和參與者F2。當參與者S1和參與者S2都退出時，MP4不再向MT轉(zhuǎn)交該組組播報文。

當不使用SAP時，會話地址202.5.5.5必須通過人工傳達或Web公布等方法告之所有會議參與者。管理員或者被授權(quán)的終端用戶通過SNMP外部接口注冊202.5.5.5組播組，并取得IPv6映射地址FF1E：：224.5.5.5。IPv6用戶使用FF1E：：224.5.5.5地址加入組播會話。

3.結(jié)束語

要使IPv4主機與IPv6主機進行組播通信，必須做諸如轉(zhuǎn)發(fā)器（在傳輸層）或網(wǎng)關(guān)（在網(wǎng)絡(luò)層）之類的協(xié)議轉(zhuǎn)換工作。

MTG在實現(xiàn)網(wǎng)關(guān)基本功能的基礎(chǔ)上，對網(wǎng)關(guān)作了一定程度的改進。網(wǎng)關(guān)對IPv4組播的組成員及源的有效期不敏感的問題，可以通過使MTG同時成為IPv4的組播路由器，而使MTG具有獲知組成員狀態(tài)的能力；對于網(wǎng)關(guān)中IPv4只能訪問給定前綴的IPv6組，從MTG模型結(jié)構(gòu)可以看出，在附加前綴的基礎(chǔ)上，通過可管理的靜態(tài)地址映射，消除了IPv4對IPv6的訪問限制。

MTG還對網(wǎng)關(guān)方案未曾具體涉及的問題進行了探討。根據(jù)標準草案RFC2365，加入對不同協(xié)議間組播管理域的映射；通過SNMP接口和擴展MIB，將網(wǎng)關(guān)的管理標準化。另外在底層實現(xiàn)上，MTG采用了逐級細化的處理流程，增加了可配置的網(wǎng)關(guān)的擁塞控制策略和報文調(diào)度策略，可根據(jù)QoS和流量控制要求對高速緩存中的報文進行可控調(diào)度。

使用MTG，可以有效實現(xiàn)IPv4-IPv6組播互通。

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