IPv6技术的分析与研究毕业论文.doc
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西安电子科技大学网络教育毕业论文（设计）任务书
学习中心
深圳学习中心
专业
通信工程
学号
7011101132007
姓名
题目
IPv6技术的分析与研究
任务与要求
任务：
本论文概括地阐述了IPv6技术目前在国内外的现状和未来的发展趋势，通过与IPv4技术上的对比，介绍了IPv6的地址结构和路由协议、安全机制等。
介绍了双协议栈技术、隧道技术和协议转换技术三种IPv6过渡技术。
IPv4向IPv6过渡还是一个很漫长的过程，但是，IPv6技术的优势及其诸多应用，在未来必然会有好的前景。
研究本课题的研究方法和意义所在，并对其应用进行深入分析与探讨。
要求：
1.对IPv6技术有充分的认识和了解；
2.了解IPv6技术在国内外研究的现状;
3.分析IPv6技术在下一代网络通信中的意义和重要性；
4.撰写毕业论文；
5.参加毕业论文答辩。
开始日期
2012年5月1号
完成日期
2012年8月30号
指导教师签名
周大为
2012年
5月
1日
西安电子科技大学网络教育毕业论文（设计）工作计划
学习中心
深圳学习中心
专业
通信工程
学号
7011101132007
姓名
题目
IPv6技术的分析与研究
工作进程
起止时间
工作内容
2012年4月24日-5月6日
与指导教师研讨题目内涵，对所选题目进行确认或提出修改、调整意见。
2012年5月7日-5月25日
查阅资料，围绕题目确定并进行方案论证，撰写开题报告
2012年5月26日-5月27日
撰写开题报告
2012年5月28日-6月15日
根据掌握的资料，撰写论文大纲，修改大纲
2012年6月16日-7月3日
撰写论文初稿
2012年7月4日-7月8日
论文中期检查
2012年7月9日-8月14日
修改论文、定稿
主要参考书目：
【1】《IPv6技术》,王相林著,2008年机械工业出版社
【2】《IPv6技术与应用》，杨江云，髙鸿峰著,2010年清华大学出版社。
【3】《IPv6原理与实践》，伍海桑，陈茂科等著，2000年人民邮电出版社
主要仪器设备：
1.联网计算机
2.Office2003办公软件
指导教师签名：
周大为2012年5月8日
西安电子科技大学网络教育
毕业论文（设计）开题报告评议表
姓名
卢炜
学号
7011101132007
性别
男
指导教师
周大为
报告题目
IPv6技术的分析与研究
报告日期
2012年5月26日
报告地点
深圳学习中心
对开题报告的意见：
1.论文难度：
□偏高√□适当□偏低
2．论文工作量：
□偏大√□适当□偏小
3．研究方案的可行性：
□好√□较好□一般□不可行
4．对文献资料及题目的了解程度：
□好√□较好□一般□较差
5．从报告中反映出的综合能力和表达能力：
□好√□较好□一般□较差
6．对开题报告的总体评价：
□好√□较好□一般□较差
7．是否同意论文开题报告：
√□同意□需要重做
（在相应□的内划√）
对开题报告的评价意见：
□该生对本题目有深入的认识，准备充分，开题报告的内容和形式完全达到开题要求；
□√该生对题目认识有一定深度，准备工作较充分，开题报告的内容和形式基本符合要求；
□该生对题目认识不深，准备工作不充分，未达到开题要求。
指导教师
签名
周大为
2012年5月28日
备注
西安电子科技大学网络教育毕业论文（设计）中期报告评议表
学习中心（盖章）：
2012年6月22日
学号
7011101132007
姓名
卢炜
专业
通信工程
指导教师
周大为
题目
IPv6技术的分析与研究
检查内容
检查结果
是否按工作计划进行
是
已完成工作量占总工作量的大小
大约50%
已完成的任务内容
毕业论文选题，论文框架，开题报告，中期报告
遇到那些难点、如何解决
论文架构设计，交流查阅资料
对毕业设计有何意见或建议
总体评价
良好
指导教师打分
88
教师签名
周大为2012年6月26日
说明：
此表由指导教师填写，一式两份，一份交学习中心，一份给学生装订入最终论文。
‘中期报告’得分将作为‘期中成绩’记入总成绩。
若不交‘中期报告’或中期报告得分为不及格的学生不得参加答辩。
西安电子科技大学网络教育毕业论文（设计）评审表
学习中心
深圳学习中心
专业
通信工程
学号
7011101132007
姓名
卢炜
题目
IPv6技术的分析与研究
毕业论文评语
中期报告成绩：
论文过程成绩：
建议质量成绩：
评语:
指导教师签名:
年月日
评语内容应包括：
学生的工作态度和投入时间、精力情况；运用基本技能获取、利用信息的情况；学生对基础知识、专业知识的掌握程度；分析、解决问题和进行创新的能力；论文（设计）的质量情况。
答辩小组意见
组长签名:
年月日
答辩小组对评定的“优秀”和“不及格”成绩需给出明确和详细的意见！
综合评审组意见
组长签名:
年月日
摘要
随着网络规模的急速发展以及IPv4地址空间的逐步耗尽，现有的网络面临许多的挑战：
规模问题、安全问题、QoS（服务质量）、简便配置等等，这些挑战促使人们达成一个共识：
需要一个新的协议来根本解决目前IPv4面临的问题。
IPv6是继IPv4以后的新互联网协议，也可以说是下一代互联网的协议。
IPv6协议的新特性为下一代互联网的应用和发展提供了更加广阔的前景和完善的支持，但是它仍然存在许多有待改进和完善的地方，而且实现从IPv4到IPv6的过渡还需要很长时间，不同的网络结构其过渡策略也会有所不同。
本论文首先介绍了IPv6协议，包括IPv6新特性、IPv6报文结构以及与IPv4的对比、IPv6地址结构、IPv6单播数据通信、IPv6路由协议、安全机制等重要技术；然后介绍了IPv6的过渡技术，重点介绍了IPv6网络之间的互通技术，即各种隧道技术。
关键词:
IPv6路由协议过渡技术
目录
第一章绪论 1
1.1研究的目的和意义 1
1.2研究内容和方法 2
第二章IPV6协议研究 5
2.1IPv6协议基础及与IPv4的对比 5
2.2IPv6地址体系结构 11
2.3IPv6单播数据通信 17
2.4IPv6路由协议 19
2.5IPv6安全机制 21
第三章IPV6过渡技术 23
3.1三类过渡技术 23
3.2IPv6网络之间互通技术 25
第四章结论与展望 27
4.1结论 27
4.2展望 28
致谢 29
参考文献 31
第一章绪论
第一章绪论
无论在技术上还是发展速度上，实践证明IPv4是一个非常成功的协议，基于IPv4的Internet及其应用不断的改变着我们的生活及工作方式。
但是，IPv4的设计者在设计IPv4协议时是基于几十年前的网络规模而设计的，他们对于Internet的估计和预想显得不够充分，随着网络规模的急速发展，现有的网络面临许多的挑战：
规模问题、安全问题、QoS服务质量、简便配置等等，这些挑战促使大家达成一个共识：
需要一个新的协议来根本解决目前IPv4面临的问题。
IPv6是继IPv4以后的新的互联网协议，也可以说是下一代互联网的协议。
1.1研究的目的和意义
IPv6是IETF（InternetEngineeringTaskForce，因特网工程工作小组）设计的下一代互联网协议，全名是“英特网协议第六版（InternetProtocolversionsix）”,目的是最终取代当前正在运行的因特网协议第四版，即IPv4。
IPv4在过去的几十年中取得了辉煌的成绩，实践证明，它是一个非常成功的协议，它本身也经受住了INTERNET从几台计算机发展到目前几亿台计算机互联的考验。
因特网走进了千家万户，完全改变了我们的生活及工作方式。
但是也是这种快速发展，出现了迫在眉睫的IP地址空间耗尽问题，而IPv4地址空间的紧缺直接限制了IP技术应用的进一步发展，有专家估计2012年IPv4地址将全部用完。
同时由于地址分配的不均更进一步突出了地址紧缺的矛盾“因INTERNET起源于美国，美国的IPv4地址很多，而与此形成对照的是，在欧洲和亚洲地区，申请IP地址非常困难。
因此，中国的体会尤为痛彻。
据统计，中国的网民到2004年年底已经高达9000多万，但中国所拥有的IPv4的地址还不到5000万，占IPv4全部地址的1/100多一点，每26个中国人只能分享一个地址。
与此形成鲜明对比的是：
美国2亿多人口，拥有近12亿地址，占IPv4全部地址的1/4强，平均每个美国人享有6个IP地址。
整个中国的IP地址空间甚至都没有美国的一些大学多。
中国预测，中国的网民数量还将大幅度上升，但中国能获得新的IPv4地址的机会将越来越困难，类似中国的问题很有可能不久在印度也会出现。
由于地址的紧缺，在目前的IPv4网络中，NAT（网络地址转换）技术得到了普遍的应用，被认为是解决IP地址短缺的有效手段，但是由于NAT破坏了IP的端到端模型，且因需要额外的处理而影响网络的性能，它还阻止了端到端的网络安全，所以它只能作为一种解决IP地址短缺的权益之计，而不能作为永久的解决方案。
再者新技术的应用导致IP地址的短缺矛盾进一步激化：
PDA、无限设备、3G移动电话甚至汽车、冰箱都需要一个全球单播地址，以连接网络。
除了地址短缺外，安全性、QoS（服务质量）、简便配置、性能提高等等要求都是IPv4协议本身无法解决的，从而需要一个新的协议来根本解决目前面临的问题，同时能够无缝的实现网络的过渡。
但总体上讲，目前国内从事IPv6协议研究的单位和人员并不是太多，我国对IPv6的研究相比较于日本、瑞典等国家还是有很大差距。
虽然IPv6替代IPv4已经是必然趋势，但是这将是一个漫长的过程。
IPv6作为一项新的因特网协议，还有许多需要完善的地方，这对于我们网络技术研究人员而言是一个机遇，更是一个挑战。
IPv4的研究中国没有赶上，但是这次我们赶上了，所以我们应该投入巨大的人力物力，千万不能错失这样的好机会。
1.2研究内容和方法
1.2.1研究内容
本论文研究内容主要有如下内容：
（1）IPv6协议的熟悉和掌握，对比研究IPv4与IPv6协议异同以及主机对两种协议的兼容性。
（2）IPv6单播数据通信机制的研究。
（3）IPv6过渡技术特别是对隧道机制的研究。
（4）搭建IPv6的关键应用服务平台。
1.2.2研究方法与思路
论文主要用到的技术包括：
（1）LINUX技术
（2）组网技术
（3）IPv4协议
（4）IPv6协议
（5）Zebra
（6）动态路由（OSPFv6，RIPng,BGP4+等）技术
（7）IPv6过渡技术（GRE,手动，自动，6to4,ISATAP等隧道技术）
（8）各种IPv6网络应用（www,ftp,dns,网络安全等）
论文涉及知识面较广，需要用到的网络知识很多，包括网络底层协议、网络规划、网络组网、网络调试、路由配置、动态路由、隧道技术、网络服务器配置与调试、网络安全、linux系统熟练使用以及了解内核机理等等，这些都需要有一定的知识积累和动手能力，也需要花费比较多时间和精力才能够游刃有余，这些都得益于本人长期接触以及工作学习积累。
由于个人能力有限，在摸索过程中碰到许多难题，有时候往往是一个小问题也需要想尽各种办法来排查才能得出问题所在，况且在没有现成的IPv6网络设备的依托条件下我转向软路由，通过在网上查阅资料文献并通过一些测试，才论证了用zebra软路由也能达到实验的目的。
采用的方法是:
（1）选择了主流的支持IPv6协议的操作系统平台，具体是RedHatLinux（主要）和WindowsXP,在该平台上进行了一系列相关的IPv6基础实验，对实验数据进行分析，通读相关的RFC文档，在两者间进行理论和实践的结合。
（2）选择国外开发的支持IPv6的软件路由产品，在此产品上进行各种路由协议的配置，实现多机互联的隧道、路由实验，寻找IPv6互联中的问题，积累相应的经验。
（3）平台搭建好后，再在其上编译、配置搭建主流的IPv6应用平台。
3
第二章IPv6协议研究
第二章IPv6协议研究
2.1IPv6协议基础及与IPv4的对比
2.1.1IPv6协议新特性
（1）全新的报文结构
IPv6使用了新的协议头格式，也就是说IPv6数据包的报文头是全新的。
在IPv6中，报文头包括固定头部和扩展头部，对于一些非根本性的和可选择性的字段被移动到了IPv6协议头之后的扩展协议头中，这就使得网络中的中间路由器在处理IPv6协议头时，有更高的效率。
同时，IPv6协议头和IPv4协议是不兼容的，因此，IPv6取代IPv4协议对其上层如TCP（传输控制协议）和UDP（用户数据报协议）、SMTP（简单邮件传输协议）等应用程序。
这些应用程序都必须被修改以处理IPv6的128位的新的地址，同时，因为这些地址通常是传送给TCP和UDP传输协议，所以这些协议也必须修改，以使其在IPv4和IPv6下均能正常工作。
（2）巨大的地址空间
IPv6的地址空间非常巨大，业界常用的一个比如是说IPv6可以做到地球上的每一粒沙子都有一个IP地址。
IPv6的引入，一个很重要的原因在于它解决了IP地址缺乏的问题。
IPv6的地址位数比IPv4要长得多，增长了4倍，达到了128比特，而IPv4只有32比特。
按照目前全世界人口数为65亿来计算，IPv4地址的拥有量是每3个人能有2个IPv4地址，而世界上每个人却可以拥有5.7×1028个IPv6地址。
同时在IPv6中使用前缀的概念替代了IPv4中网络ID的概念。
前缀表示用多少位来标识子网。
（3）全新的地址配置方式
随着技术的进一步发展，Internet上的节点不再单纯是计算机了，将包括PDA\移动电话、各种各样的终端、甚至包括冰箱、电视等家用电器，这就要求IPv6主机地址配置更加简化。
为了简化主机地址配置，IPv6除了支持手工地址配置和有状态自动地址配置（利用专用的地址分配服务器动态分配地址，比如通过DHCP,动态主机配置协议来统筹管理IP地址，主机在启动时会和DHCP服务器联系，以获得自己的IP地址）外，还支持一种无状态地址配置技术。
在无状态地址配置中，网络上的主机能自动给自己配置IPv6地址，在同一链路上，所有主机可以不用人工干预就可以进行通讯，也正是这种无状态地址自动配置技术，使得未来IPv6的广泛普及成为可能。
（4）对QOS更好的支持
IPv6在包头中新定义了一个叫做流标签的特殊字段。
IPv6的流标签字段使得网络中的路由器可以对属于一个流的数据包进行识别并提供特殊处理。
用这个标签，路由器可以不打开传送的内层数据包就可以识别流，这就使得即使数据包的有效载荷已经用IPSec和ESP进行了加密，仍然可以实现对QOS的支持。
（5）内置的安全性
IPv6协议本身就支持IPSec，在网络层进行IPSec认证与加密，能提供端到端的安全。
这就为网络安全提供了一种基于标准的解决方案，提高了不同IPv6实现方案之间的互操作性。
（6）全新的邻居发现协议
IPv6中的邻节点发现协议是一系列机制。
该协议是IPv6的一个关键协议，也是IPv6和IPv4的一个很大的不同点，它用来管理相邻节点之间的交互。
该协议用更加有效的单播和多播报文，取代了IPv4中的地址解释（ARP）、CIMP路由器发现、CIMP路由器定向，并在无状态地址自动配置中起到不可或缺的作用。
（7）可扩展性
因为IPv6报头之后添加了扩展报头，IPv6可以很方便地实现功能扩展。
IPv4报头的选项字段最多可以支持40个字节的选项，而IPv6扩展报头的长度只收到IPv6数据包的长度制约。
（8）移动性
由于采用了路由扩展报头和目的地址扩展报头，使得IPv6提供了内置的移动性。
2.1.2IPv6报文结构
IPv4数据包由两个基本组成部分：
PI包头和有效载荷。
其中IP包头包含很多的字段，路由器用这些信息从网络到网络转发数据包，直到最终目的地。
IP包头中的字段标识发送方、接受方和传输协议，并定义许多其他的参数。
而有效载荷表示发送方传给接受方的信息（数据）。
其实IPv6网络模型和IPv4的网络模型是一致的。
主要包括两个角色：
主机和路由器。
数据在网络中传输的过程和IPv4网络是类似的：
即是路由器利用包头中的信息将数据包从发送方一跳一跳地转发到接收方，如图2.1所示。
图2.1IPv6网络模型
主机A发数据包给主机B,过程如下：
主机A发送一个数据包到路由器A,数据包的源地址是主机A，目的地址是主机B，路由器A读取该数据包头中的相关内容，然后查找自己的路由表，决定下一条地址，并吧数据包转发出去，之后中间的每台路由器都执行同样的操作，最后数据包到达主机B。
IPv6数据包由一个IPv6报文、多个扩展报头和一个上层协议数据单元组成。
IPv6数据包由三部分构成，即：
IPv6报头（IPv6Headre）、扩展报头（ExtensionHeader）以及上层协议数据单元（UpperLayerProtocolDatdUnit）。
（一）IPv6基本报头
每一个IPv6数据包都必须包含IPv6报头（也称之为基本报头或固定报头）。
固定报头包含8个字段，总长度固定为40个字节，IPv6的报头结构最早是在RFC1883中给出详细的描述，但是现在该规范以及被RFC2460所替代，在新的技术规范中对IPv6做了许多改动。
IPv4报头包含了14个字段，并且报头长度是不固定的，这些会消耗掉中间路由器的大量CPU资源，它在RFC791中描述。
IPv6和IPv4二者的报文头是很大的不同的，
IPv6报文头由以下8部分组成：
（1）版本号（Version）
版本号长度是4位，其值是6，这个字段和IPv4版本号域基本是一致的，只是IPv4的值是4。
该字段规定了IP协议的版本。
（2）通信流类别（TrafficClass,8位）
通信流类别和IPv4中的服务类型功能相类似，它表示的是IPv6数据包的类或者优先级。
但是在RFC2460中并没有定义通信流类别字段的值。
（3）流标签（FlowLable,20位）
在IPv4中并没有流标签，在IPv4中要定义一个流需要5元组：
源IP、目的IP，上层协议（UDP或TCP），源端口以及目的端口。
流标签是IPv6中新增的字段，它用来表示这个数据包属于源节点和目标节点之间的一个特定数据包序列，它还需要由IPv6的中间路由器进行特殊处理。
目前关于流标签字段的详细使用细节，还没有定义，所以在这一块是大有作为的。
（4）有效载荷长度（PayloadLength,16位）
有效载荷长度是指扩展报头和上层协议数据单元的长度，单位是字节。
该字段有16位，即最多能表示65535字节的有效载荷，如果有效载荷长度超过这个数值，则该字段会置零，然后由后面跟着的逐跳选项扩展报头中的超大有效载荷选项来表示。
在IPv4中定义了总长度字段来表示IP数据包的总长度。
（5）下一个报头（NextHeader,8位）
如果IPv6报头后面存在有扩展报头的话，则该字段定义第一个扩展报头的类型，否则定义上层协议数据单元中的协议类型。
此字段相对于IPv4中的协议字段（Portool,8位）。
（6）跳限制（HopLimit,8位）
该字段类似于IPv4中的生存时间字段（TimetoLive,8位），它定义了IP数据包所能经过的最大人跳数。
IP数据包每经过一个路由器，则路由器会修改数值，使之减1，当路由器接收到的数据包的数值为0时，则会丢弃此包。
（7）源地址（SourceAddress,128）
表示的是发送方的IPv6地址，地址空间由在IPv4中定义的32位长度扩大到128位长度，是IPv6继IPv4最重要的扩展。
（8）目的地址（DestinationAddress,128）
表示的是接受方的IPv6地址，在IPv4中此字段也有定义，只是长度为32位。
以上是IPv6基本报头的8个组成部分，与IPv4的基本报头内容相比，减少了以下几项内容：
（1）报头长度IHL（InternetHeaderLength,4位）：
在IPv4中，报头长度指的是有效载荷之前的4字节块的数量，也就是数据包头的总长度，包括选项字段部分，这样，IPv4报头的长度是不固定的，而IPv6不使用选项字段，而是利用扩展字段，基本报头长度固定为40个字节，并且对扩展字段的处理也不同于IPv4对选项字段的处理。
（2）标识（Identification,16位）、标志（Flags,3位）、分段偏移量（FragmentOffset,13位）：
由于IPv6处理分段有所不同，所以标识、标志和分段偏移量等三个和分段有关系的字段也被去掉。
在IPv6网络中，中间路由器不再处理分段，而只在产生数据包的源节点处理分段，这样设计的意义是可以省去中间路由器因为需要处理分段而耗费的大量CPU资源。
（3）报头校验和（HeaderChecksum,16位）：
IPv6设计者认为在第2层数据链路层、第4层传输层的都已经有校验和，第3层网络层的校验和位冗余的，并且还会大量消耗中间路由器的资源，所以就吧此项去掉了。
（4）选项（Options,长度不固定）、填充（Padding）:
由于IPv6中选项是交给扩展报头处理，因此也去掉了选项字段和填充字段这样可以简化报头，也减少了中间路由器的资源消耗。
（二）扩展报头
IPv6扩展报头是跟在基本报头之后的可选报头，IPv6信息包中，可选的Internet层被编码在不同的报头中，同时这些报头被放在IPv6报头和上层报头之间。
IPv6数据包中可以有一个或多个扩展报头，也可以没有扩展报头，这些扩展报头的长度可以是不一样的，并且没有最大长度的限制。
IPv6将一些IP层的可选功能实现在上层封装和固定IPv6头部之间的扩展头部中
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