IPv6 Transition Mechanisms Reference
IPv6 过渡机制参考
6rd、DS-Lite、NAT64/DNS64、464XLAT、MAP-E、MAP-T 和已弃用机制的比较和决策指南 - 包含 RFC 参考和部署上下文。
1. 为什么存在过渡机制
2011 年 2 月，IPv4 地址耗尽达到 IANA 级别；随后出现 RIR 自由池耗尽（APNIC 2011、RIPE NCC 2012、ARIN 2015、LACNIC 2014、AFRINIC 2021）。 ISP 现在依靠运营商级 NAT (CGN) 在许多客户之间共享单个 IPv4 地址，但代价是操作复杂性、端口分配开销以及端到端可达性的损失。
长期解决方案是原生的双栈或纯 IPv6 网络。过渡机制是桥梁，让 IPv6 网络在迁移过程中到达 IPv4 内容，或者让 IPv6 服务部署在 IPv4 基础设施上。
2. IPv6-over-IPv4隧道机制
第六名——IPv6 快速部署（RFC 5969)
无国籍 已部署
ISP 分配 /32 或更短的 IPv6 前缀，并将每个客户的 IPv4 地址嵌入到较低位中，以派生 /56 或 /60 客户前缀。 CPE（第 6 个 CE）将 IPv6 数据包封装在寻址到 ISP 的第 6 个 BR（边界中继）的 IPv4（协议 41）中。返回流量在 BR 处解封装。
- 使用案例：具有 IPv4 接入网络的 ISP 可以快速部署 IPv6 连接。 Free（法国）于 2007 年 RFC 发布之前大规模部署了此功能。
- 主要限制：接入层仍采用IPv4；每个数据包引入约 20 字节的开销。
6in4 手动隧道 (RFC 4213)
无国籍
两个固定端点之间手动配置的点对点 IPv6-in-IPv4 隧道（协议号 41）。仍用于企业实验室连接和 Hurricane Electric 的 TunnelBroker 服务。
3.NAT64+DNS64
有状态的 广泛部署
NAT64 (RFC 6146）是在 IPv6 和 IPv4 之间转换的网关。仅 IPv6 客户端将数据包发送到嵌入目标 IPv4 地址的合成 IPv6 地址（在 NAT64 前缀中，通常为 64:ff9b::/96）。 NAT64 网关转换标头并维护状态会话表。
DNS64 (RFC 6147）与 NAT64 一起工作：当纯 IPv6 客户端向 DNS 查询仅具有 A 记录 (IPv4) 的名称时，DNS64 通过将 IPv4 地址嵌入 NAT64 前缀来合成 AAAA 记录。客户端连接到合成地址，然后由 NAT64 进行转换。
4.464XLAT
有状态 (PLAT) 无国籍（CLAT） 移动/蜂窝标准
464XLAT（RFC 6877）解决了 DNS64/DNSSEC 问题，还处理嵌入 IPv4 文字的应用程序。它有两个组成部分：
- 克拉特（客户端翻译器）：在设备（电话、路由器）上运行。合成私有 IPv4 地址空间，拦截来自操作系统的 IPv4 流量，并使用 NAT64 前缀作为目标将其转换为 IPv6。转换是无状态的（RFC 6145/RFC 7915 IVI 映射）。
- 普拉特（提供商端转换器）：ISP 的 NAT64 网关。从 CLAT 接收转换后的 IPv6 数据包，并转换回 IPv4 以到达真正的 IPv4 Internet。
最终结果：设备上运行的应用程序看到真正的 IPv4 接口。 IPv4 字面量连接有效。 DNSSEC 有效。这是纯 IPv6 LTE/5G 移动网络（T-Mobile 美国、许多欧盟运营商）的标准模型。
CLAT 通过 DNS 发现 NAT64 前缀（RFC 7050：查询 ipv4only.arpa）或通过 RA 选项（RFC 8781PREF64 选项）。
5. DS-Lite — 双栈 Lite
有状态 (AFTR) 常见于宽带
DS-Lite（RFC 6333）专为拥有 IPv6 接入网络但仍需要向客户提供 IPv4 服务的 ISP 设计。 CPE 获得本机 IPv6 地址，但没有公共 IPv4 地址。来自客户 LAN 的 IPv4 流量封装在 IPv6（CPE 中的 B4 元素）中并发送到 ISP 的地址族转换路由器 (AFTR)。
AFTR 从共享 IPv4 池中解封装并执行 CGN（运营商级 NAT）。 IPv4 会话在 AFTR 上进行跟踪。由于接入环路上没有IPv4，ISP会保存IPv4地址；由于接入网络是本机 IPv6，因此 IPv6 流量采用快速路径，无需转换。
- 使用案例：欧洲有线/DSL 运营商（KPN、Swisscom 等）。
- 主要限制：IPv4性能取决于AFTR容量；每个订阅者的端口分配限制最大并发连接数。
6. MAP-E 和 MAP-T
无国籍 不断增长的部署
地址和端口映射 (MAP) 是一种无状态转换/封装框架，通过从 IPv6 前缀以数学方式导出每个客户的 IPv4 地址和端口范围，消除了 CGN 会话表。边界中继没有每个会话状态——它可以是一个简单的路由器，甚至是一个线卡功能。
- MAP-E (RFC 7597)：将 IPv4 封装在 IPv6 中。 CPE（MAP-E CE）将IPv4报文封装在IPv6中； BR 解封装。无国籍。
- MAP-T (RFC 7599)：使用地址+端口映射规则将 IPv4 转换为 IPv6（以及反向转换）。没有封装开销——标头就地转换。
MAP 在 DOCSIS 3.1 和 PON 部署中越来越受欢迎，其中零状态 BR 对扩展具有吸引力。需要仔细的端口范围规划：每个 CE 都有一个源自其 IPv6 /56 前缀的受限端口范围（例如，总共 65536 个端口中的 1024-2047 个端口）。
7. 已弃用的机制——不要使用
- 6对4 (RFC 3056，已弃用RFC 7526)：使用任播中继前缀 192.88.99.0/24。由于任播中继操作不一致而不可靠，在 NAT 后面被破坏，并被主要操作系统供应商放弃。
- 特雷多 (RFC 4380)：用于 NAT 穿越的基于 UDP 的 IPv6 隧道。自 Vista SP1 和 Server 2008 起，Windows 中默认禁用；不再推荐。安全问题（隧道流量绕过不检查 Teredo 的 IPv6 防火墙）。
8. 对照表
| 机制 | 接入网络 | 为客户提供 IPv4？ | 有状态？ | 开销 | 最适合 |
|---|---|---|---|---|---|
| 双栈 | IPv4+IPv6 | 是（母语） | 不 | 没有任何 | 到处都是首选 |
| 第六名 | IPv4 | 否（通过隧道的 IPv6） | 不 | 20B/包 | ISP 部署 IPv6 over IPv4 接入 |
| DS-Lite | IPv6 | 是（AFTR CGN） | 是（AFTR） | 40B/包 | 宽带; ISP希望IPv6接入+IPv4服务 |
| NAT64 + DNS64 | 仅限 IPv6 | 通过翻译 | 是（NAT64） | 没有任何 | 仅 IPv6 网络到达 IPv4 互联网 |
| 464XLAT | 仅限 IPv6 | 是（设备上的 CLAT） | 是（PLAT/NAT64） | 没有任何 | 仅限移动/蜂窝 IPv6；需要 IPv4 套接字的应用程序 |
| MAP-E | IPv6 | 是（无国籍） | 不 | 40B/包 | 扩展 CPE 部署；零状态BR |
| MAP-T | IPv6 | 是（无国籍） | 不 | 无（翻译） | 与 MAP-E 相同，但没有 encap 开销 |
| 6对4 | IPv4 | 不 | 不 | 20B/包 | 已弃用 — 请勿使用 |
| 特雷多 | IPv4（NAT 后面） | 不 | 不 | 8B/包 UDP | 已弃用 — 请勿使用 |
参考
- RFC 6555— Happy Eyeballs：双栈主机的成功
- RFC 4213— IPv6 主机和路由器的基本转换机制（6in4）
- RFC 5969— IPv4 基础设施上的 IPv6 快速部署（第六期）
- RFC 6146— 有状态 NAT64：从 IPv6 客户端到 IPv4 服务器的网络地址和协议转换
- RFC 6147— DNS64：用于从 IPv6 客户端到 IPv4 服务器的网络地址转换的 DNS 扩展
- RFC 6333— IPv4 耗尽后的双栈 Lite 宽带部署
- RFC 6877— 464XLAT：有状态和无状态翻译的组合
- RFC 7050— 用于 IPv6 地址合成的 IPv6 前缀的发现（通过 ipv4only.arpa 发现 NAT64 前缀）
- RFC 7526— 弃用 6to4 中继路由器的任播前缀
- RFC 7597— 带封装的地址和端口映射 (MAP-E)
- RFC 7599— 使用转换的地址和端口映射 (MAP-T)
- RFC 8781— 在路由器通告中发现 PREF64
- RFC 8585— IPv6 客户边缘路由器支持 IPv4 即服务的要求