IPV4向IPV6平滑过渡毕业论文Word下载.doc

IPV4向IPV6平滑过渡毕业论文Word下载.doc

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双栈技术；

隧道技术；

NAT-PT技术

TheresearchandimplementationofIPv4-basedCampusnetworksmoothtransitiontoIPv6

Abstract:

Internethasexperiencedseveraldecadesofrapiddevelopment,hasbecomeanindispensablepartoflife.AsacornerstoneoftheentirenetworkofIPv4hasbeenverymature.However,duetoitsownlimitations,hasbeengraduallyexposedthemanyproblemsandshortcomings,thereforeIETFIPv6wasdesignedtoreplaceIPv4.

TheentirenetworkfromIPv4transitiontoIPv6needforalongtime,thetwonetworkswillcoexistforalongtimeinthefuture.Therefore,basedonthecampusnetworkofIPv4thesmoothtransitiontoIPv6technologyisverypromisingandnecessary.

ThispaperwillintroducetheshortcomingsofIPv4andIPv6themanyadvantagesoftechnicalanalysisofseveralcommontransition:

Dual-stacktechnology,thetunneltechnology,NAT-PTprotocolconversion.CampusNetworkwiththecurrentnetworkdeployment,thetransitionofthesetechnologieswillbeappliedinareasonableone,toachieveinthecurrentIPv4-basednetworkcompatiblewithIPv6network.WithaviewtothefutureinthefutureforalongperiodoftimetothecampusnetworkintheIPv4andIPv6networkNetworkInterconnection.

Keywords:

Campusnetwok,IPv6,smoothtrasmition,tunneltechnique,Dualstack,NAT-PT

目录

摘要 1

Abstract 2

1.绪论 4

1.1研究背景 4

1.2研究内容及主要工作 4

1.3论文的组织结构 5

1.4本章小结 5

2.IPv6协议的分析与研究 6

2.1IPv4的不足之处 6

2.2IPv6的众多优点 7

2.3IPv6地址表示法 7

2.4IPv6地址分类 8

2.5三种主要过渡技术 10

2.5.1双协议栈技术 10

2.5.2隧道技术 11

2.5.3NAT-PT技术 12

2.6本章小结 13

3.基于Dynamips的IPv6试验 14

3.1Dynamips模拟器介绍 14

3.2实现局域网内部的IPv6主机联通实验 14

3.3实现隧道技术的试验 15

3.4实现静态NAT-PT技术 20

3.5本章小结 23

4.基于校园网的IPv6构架方案 24

4.1实现校园网IPv6与IPv4共存 24

4.2本章小结 27

5结论与发展前景 28

致谢语 30

参考文献 31

1.绪论

1.1研究背景

从20世纪70年代开始，互联网技术就以超出人们想像的速度迅猛发展。

然而，随着基于IPv4协议的计算机网络特别是Internet迅速发展，互联网在产生了巨大的经济效益和社会效益的同时也暴露出其本身固有的问题，如安全性不高、路由表过度膨胀，特别是IPv4地址的匾乏。

随着互联网的进一步发展特别是未来电子、电器设备和移动通信设备对IP地址的巨大需求，IPv4的约42亿个地址空间是根本无法满足要求的。

有预测表明以目前Internet的发展速度计算，所有IPv4地址将在2012年分配完毕。

这也是推动下一代互联网协议IPv6研究的主要动力。

为了解决IPv4存在的问题，早在1995年，互联网工作组（IETF）就已经开始着手开发下一代互联网技术。

于是IPv6应运而出。

在目前以IPv4为基础的网络技术如此成熟与成功的情况下，不可能马上抛开原有IPv4网络来建IPv6网络。

只能通过分步实施的方法来逐步过渡。

因此，在今后相当长的一段时间内，IPv6网络将和IPv4网络共存。

如何以合理的代价逐步的将IPv4网络过渡到IPv6、解决好IPv4与IPv6互相共存将是我们需要迫切考虑的。

针对以上问题，目前提出了三种主要的过渡技术:

双协议栈（DualStack）、隧道技术（Tunnel）、地址协议转换（NAT-PT）。

当然，这些过渡技术都不是普遍适用的，每一种技术都是适用于某种或几种特定的网络情况，在实际应用时需综合考虑各方面现实情况，然后选择合适的转换机制进行设计和实施。

1.2研究内容及主要工作

本文研究的主要内容及主要工作包括以下几个方面:

1）IPv6协议的分析研究

2）利用Dynamips模拟器实现IPv6主机的互联以及3种主要的IPv4/IPv6过渡技术的实验。

3）根据目前校园网络的建设布局以及将来的扩展需求，尽量利用现有网络设备，提出以一种兼容IPv4和IPv6的组网方案。

1.3论文的组织结构

1．绪论。

介绍研究背景、研究内容和论文的组织安排等。

2．IPv6协议的分析与研究。

介绍IPv4协议的不足之处、IPv6协议的众多优点、IPv6地址表示法、IPv6地址分类、三种目前主要应用的过渡技术。

3．利用Dynamips模拟器模拟实现IPv6主机的互联以及三种过渡技术的实验，验证了IPv4向IPv6平滑过渡的可能性。

4．以目前常见校园网的拓朴为例，综合各种技术，详细讨论了增加IPv6网络的可能性，并设计了IPv6网络的构架方案。

5．结论与发展前景。

总结了实验情况，指出存在的不足，展望IPv6技术的发展

6．前景。

分析下一步的实验方向。

1.4本章小结

本章主要介绍了论文的研究背景，研究内容和主要工作以及本论文的组织结构。

2.IPv6协议的分析与研究

2.1IPv4的不足之处

IPv4的不足主要体现在以下几个方面[1]：

1.地址空间的不足

在Internet发展的初期，人们认为网络地址是不可能分配完的，这就导致了对于网络地址分配时的随意性，其结果就是IP地址的利用率较低。

由于组织的存在，IP地址不是一个接一个的分配的，而且由于缺乏经验的地址分类的做法，造成了大量的地址浪费。

分配的过程是按时间顺序进行的，刚开始的时候一个学校可以拥有一个A类网络，而后来一个国家可能只能拥有一个C类网络。

A类网络的数目并不多，因此问题的焦点就集中在B类和C类网络地址上，A类的网络太大，而C类的网络太小，因为后来的几乎所有的申请者都愿意申请一个B类网络，一个B类网络可以拥有65534个主机地址，而往往实际上根本用不了这么多的地址，由于这样的低效率的分配方法，导致了B类地址消耗得特别快。

这样就导致了对现有的IP地址的分配速率很快，导致了IP地址即将被分配完的局面。

2.对现有路由技术的支持不够

由于历史的原因，今天的IP地址空间的拓扑结构都只有两层或者三层，这在路由选择上来看是非常糟糕的。

各级路由器中路由表的数目过度增长，最终的结果是使路由器不堪重负，Internet的路由选择机制因此而崩溃。

当前，Internet发展的瓶颈己经不再是物理线路的速率，ATM技术，百兆/千兆以太网技术的出现使得物理线路的表现有了显著的改善，现在路由器的处理速度成为阻碍nternet发展的主要因素。

而IPv4天生设计上的缺陷更大大加重了路由器的负担。

首先，IPv4的分组报头的长度是不固定的，这样不利于在路由器中直接利用硬件来实现分组中路由信息的提取、分析和选择。

其次，目前的路由选择机制仍然不够灵活，对每个分组都进行同样过程的路由选择，没有充分利用分组间的相关性。

再次，由于IPv4设计时未能完全遵循端到端通信的原则，加上当时物理线路的误码率比较高，使得路由器还要具备以下两个功能:

①　根据线路的MTU来分段和重组过大的IP分组

②　逐段进行数据校验

这样同样会造成路由器处理速度降低。

3.无法提供多样的QOS

随着Internet的成功和发展，商家们己经把更多的关注投向了Internet，他们意识到这其中蕴含着巨大的商机，今天乃至将来，有很多的业务应用都希望在互联网上进行。

在这些业务中包括对时间和带宽要求很高的实时多媒体业务如语音、图像等，包括对安全性要求很高的电子商务业以及发展越来越迅猛的移动IP业务等。

这些业务对网络QoS的要求各不相同。

但是，IPv4的设计时没有引入QoS这样的概念，在设计上的不足使得它很难相应地提供丰富的、灵活的QoS选项。

虽然人们提出了一系列的技术例如：

NAT、CIDR、VLSM、RSVP等来缓解这些问题，但这些方法都只是权宜之计，解决不了因地址不多及地址结构不合理而导致的地址短缺的根本问题。

最终IPv6应运而生。

2.2IPv6的众多优点

IPv6的优点主要有以下几点[2]：

1.巨大的地址空间。

IPv6拥有2128位的地址空间，大到你永远也用不完。

2.灵活的首部地址。

IPv6使用固定的包头，更利于路由器的工作。

3.层次化的编址。

IPV6采用层次化的编址，能方面路由汇聚，减少路由表的条目。

4.支持资源预留。

IPv6支持一种机制，允许对网络资源的预分配，它以此取代了IPv4的服务类型说明。

更具体些就是这些新的机制支持实时现象等应用，这些应用要求保证一定的带宽和时延。

5.即插即用和重编址。

IPv6支持无状态的DHCP和无缝的重编制机制，更有利于网络的组建与管理。

2.3IPv6地址表示法

IPv6地址长度是128位，理论上，IPv6地址一共有2128个，IPv6使用冒号将其分割成8个16比特的数组，每个数组表示成4位十六进制数。

一般有四种文本表示形式[3]:

（1）首选的格式

把128比特划分成8段，每段为16比特用十六进制表示，并使用冒号等间距分隔。

例如:

F00D:

4598:

7304:

3210:

FEDC:

BA98:

7654:

3210

（2）压缩格式

在某些IPv6的地址形式中，很可能地址包含了长串的“0”。

为书写方便，可以允许“0”压缩，即一连串的0可用一对冒号来取代。

例如，以下地址:

1080:

0:

8:

8000:

200C:

417A

可以表示为:

:

20OC:

417A。

但要注意，为了避免出现地址表示的不清晰，一对冒号（:

）在一个地址中只能出现一次。

（3）内嵌IPv4的IPv6地址

当涉及IPv4和IPv6的混合环境时，有时使用地址表示形式:

x:

d.d.d.d，这里六个“x’’分别代表地址中的16bit，用十六进制表示，四个“d’’分别代表地址中的8比特，用十进制表示。

218.129.100.10，

或者以压缩形式表示:

:

218.129.100.10

（4）“地址/前缀长度”表示法

表示形式是:

IPv6地址/前缀长度:

其中“前缀长度”是一个十进制数，表示该地址的前多少位是地址前缀。

3210，其地址前缀是64位，就可以表示为:

3210/64。

2.4IPv6地址分类

IPv6地址是独立接口的标识符，所有的IPv6地址都被分配到接口，而非节点。

RFE2373中定义了三种IPv6地址类型:

单播地址（unicast）、多播地址（Multicast）、任播地址（Anycast）[4]。

（1）单播地址（Unicast）

单播地址是点对点通信时使用的地址，此地址仅标识一个接口，网络负责把对单播地址发送的数据报送到该接口上。

单播地址有以下几种形式:

全球单播地址（GlobalUnicastAddress）、未指定地址（UnspecifiedAddress）、环回地址（LoopbackAddress）等。

一般的全球单播地址的格式如表1所示。

其中:

表1全球单播地址的格式

X位 Y位128-X-Y位

全球路由前缀

子网ID

接口ID

①全球路由前缀（globalroutingprefix）:

典型的分层结构，根据RIP和ISP来组织，用来分配给站点（Site）站点是子网/链路的集合。

②子网ID（SubnetID）:

站点内子网的标识符，由站点的管理员分层地构建。

③接口ID（interfaceID）:

用来标识链路上的接口。

在同一子网内是唯一的。

除了000开头的单播地址以外，所有的全球单播地址都要有64位长度的接口ID，即X+Y=64。

未指定地址（UnspeeifiedAddress）被定义为0:

0。

该地址不能分配给任何节点。

环回地址（LoopbackAddress）被定义0:

1。

环回地址就相当与接口本身。

该地址不分配给任何物理接口。

（2）多播地址

多播地址标识一组接口（一般属于不同节点）。

当数据报的目的地址是多播地址时，网络尽量将其发送到该组的所有接口上。

信源利用多播功能只须生成一次报文即可将其分发给多个接收者。

多播地址以11111111即ff开头。

多播地址格式如表2所示。

表2多播地址格式

8位4位 4位112位

11111111

标识字段

范围字段

①标识字段，4位，目前只使用了最后一位;

0表示Internet地址分配机构指定的已知的多播地址，1表示临时使用的多播地址。

该字段的前3位保留，必须被初始化为0。

②范围字段，4位，用于指示多播组是只包含同一本地网络、同一站点、同一机构中的节点，还是全球地址空间内的任何节点。

0一保留

1一接口本地范围（interfaee一localscope）

2一链路本地范围（link一localScope）

3一保留

4一管理本地范围（admin一1ocalscope）

5一站点本地范围（site一localscope）

s一机构本地范围（organization一localscope）

14一全球范围（globalscope）

15一保留

（3）任播地址（Anyeast）

任播地址标识一组接口，它与多播的区别在于发送数据报的方法。

向任播地址发送的数据报并未被分发给组内的所有成员，而是发往该地址标识的“最近的”那个接口。

任播地址从单播地址空间中分配，使用单播地址的任何格式。

因而，从语法上，任播地址与单播地址没有区别。

当一个单播地址被分配给多于一个的接口时，就将其转化为任播地址。

被分配具有任播地址的节点必须得到明确的配置，从而知道它是一个任播地址。

2.5三种主要过渡技术

过渡技术重点解决如何在IPv4网络环境里实现与IPv6网络的互操作及平滑过

渡问题，目前基本过渡技术中成熟的技术包括双协议栈技术、隧道技术和NAT-PT技

术[5~7]。

2.5.1双协议栈技术

双协议栈是指在单个节点同时支持IPv4和IPv6两种协议栈。

由于IPv6和IPv4是功能相近的网络层协议，两者都基于相同的物理平台，而且加载于其上的传输层协议TCP和UDP也没有区别，所以可以在一台主机上同时支持IPv4协议和IPv6协议。

双协议栈技术的工作原理是:

一台主机同时支持IPv6和IPv4两种协议，该主机既能与支持IPv4协议的主机通信，又能与支持IPv6协议的主机通信。

双协议栈是其它IPv4/IPv6互通技术的基础。

它有3种工作模式:

（1）只运行IPv6协议，此时表现为IPv6节点;

（2）只运行IPv4协议，此时表现为IPv4节点;

（3）同时打开IPv6和IPv4协议。

双协议栈主机的协议结构见表3：

表3双协议栈主机的协议结构

应用程序

TCP/UDP协议

IPv6协议

IPv4协议

接入网络

双协议主机在通信时首先通过支持双协议的DNS服务器查询与目的主机名对应的IP地址，然后根据指定的IPv6或IPv4地址开始通信。

双协议栈通信方式如图1所示。

图1双协议栈通信方式

2.5.2隧道技术

隧道技术是将IPv6的报文分组封装到IPv4的分组中，分组的源地址和目的地址分别是隧道入口和出口的IPv4地址。

随着IPv6网络的发展，将会出现许多局部的IPv6网络，但是这些IPv6网络被运行IPv4协议主干网络所分隔开来。

IPv6网络就象是处于IPv4”海洋”中的“孤岛”，为了使这些“IPv6孤岛”可以互通，必须使用隧道技术。

此技术要求隧道两端的节点（路由器）都支持IPv4/IPv6两种协议，其通信方式如图2所示。

在隧道的入口处，路由器将IPv6的数据报封装入IPv4中，IPv4数据报的源地址和目的地址分别是隧道入口和出口的IPv4地址。

在隧道的出口处再将IPv6数据报取出转发给目的站点。

隧道技术只要求在隧道的入口和出口处进行修改，对其他部分没有要求，因而很容易实现。

但是隧道技术不能实现IPv4主机和IPv6主机的直接通信。

图2隧道技术通信方式

2.5.3NAT-PT技术

NATPT技术是通过与SIIT协议转换和传统的IPv4下的动态地址翻译及应用层网关相结合，实现只安装IPv6的机器和只安装IPv4机器的通信。

NAT-PT是最常用的协议转换技术，它通过SIIT协议转换技术和IPv4网络中的动态地址翻译（NAT）技术适当地与应用层网关（ALG）相结合，实现了IPv6主机和纯IPv4主机的大部分应用的相互通信。

NAT-PT协议技术下的IPv4/IPv6互通模型如图3所示。

NAT-PT通过IPv4和IPv6数据报之间报头和语义的翻译为IPv6节点与IPv4节点之间的通信提供透明的路由。

它采用传统的IPv4下的NAT技术来分配IPv4地址，这样就可以用很少的IPv4地址构成自己的IPv4地址分配池，可以给大量的需要进行地址转换的应用使用协议转换技术服务。

NAT-PT可以分为静态和动态模式。

静态NAT-PT:

静态模式提供一对一的IPv6地址和IPv4地址的映射。

IPv6单协议网络域内的节点要访问IPv4单协议网络域内的每一个IPv4地址都必须在NAT-PT设备中配置。

每一个目的IPv4在NAT-PT设备中被映射成一个具有预定义NAT-PT前缀的IPv6地址。

在这种模式下，每一个IPv6映射到IPv4地址需要一个源IPv4地址。

动态NAT-PT:

动态模式也提供一对一的映射，但是使用应该IPv4地址池。

池中的源IPv4地址数量决定了并发的IPv6到IPv4转换的最大数目。

在IPv6网络中IPv6单协议网络节点动态的把预定义的NAT-PT前缀增加到目的IPv4地址。

这种模式需要一个IPv4地址池来执行动态的地址转换。

NAT-PTDNSALG:

动态NAT-PT映射可以和DNSALG联合使用来转换DNS传输，以自动建立目的节点的转换地址。

NAT-PT可以截取由IPv6网络发往IPv4网络的DNS请求（A记录查询）。

IPv6网络内的DNS服务器必须通过NAT-PT设备首先向IPv4的DNS服务器发送DNS查询，随后NAT-PT自动的把DNS响应（A记录）内容转换为一个IPv6地址（A6记录），外部IPv4地址和有NAT-PT前缀的IPv6地址伺的NAT-PT映射被动态的配置。

然后，IPv6单协议网络节点就可以从NAT-PT设备获得一个可以到达IPv4目的的IPv6地址。

图3NAT-PT技术通信方式

2.6本章小结

本章主要介绍IPv4协议的不足之处、IPv6协议的众多优点、IPv6地址表示法、IPv6地址分类、以及三种目前主要应用的过渡技术，为下面的试验打下基础。

3.基于Dynamips的IPv6试验

3.1Dynamips模拟器介绍

Dynamips是一款基于硬件模拟的思科路由模拟器，不像很早以前的Boson，通过软件来模拟命令。

Dymaips通过加载真实的CiscoIOS，实验效果和真实的环境几乎一样。

通过对Dynamips的熟练使用，可以方便的对路由实验进行练习，也可以对工程进行测试。

dynamips和bosonnetsIPv6的区别在于：

boson是模拟出IOS的命令行，而dynamips是模拟出路由器的硬件环境，然后在这个环境中直接运行Cisco的IOS。

换句话讲，dynamips模拟出的是真实的路由器。

Dynamips几乎可以完成所有的路由试验。

3.2实