IPV6与IPV4互联技术的探讨-本科毕业论文.doc
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1、 XXXXX本科生毕业论文 IVIPv6与IPv4互联技术的探讨摘要:随着Internet的发展尤其是规模爆炸式的增长,IPv4固有的一些缺陷也逐渐暴露出来,包括地址枯竭、路由瓶颈、安全和服务质量难以保障等问题。在此背景下,新的网络层协议IPv6它克服了IPv4的诸多不足而显示出许多新的特性。但IPv6网络完全替代IPv4网络并非是一朝一夕的事情,IPv4现已具备相当完善的网络环境与设备生产,各种网络协议和通信协议都是以IPv4为技术基础,在未来几十年内网络世界将会出现IPv6与IPv4共存互联的局面,针对这种状况IETF也提出了很多的过渡互联技术,主要包括双栈、隧道和协议转换三种技术,但却没
2、有一种互联技术是通用的,都有各自的局限性,现在更多的采用几种过渡互联技术混合使用,实现以最小的代价达到平稳过渡。本论文分析和论述了IPv6提出的背景和必要性,同时深入讨论了IPv6协议显示出的新特性及在过渡期间存在的问题,着重探讨了双栈、隧道和协议转换三种过渡互联技术,以及每种过渡互联技术采用的方法与机制,并对其进行了模拟与分析,最后基于xxx校园网给出了自己的过渡设计方案关键词:IPv4; IPv6; 互联技术; 过渡策略; 校园网Research on the Transition Strategy from IPv4 to IPv6Abstract:With the developmen
3、t of the Internet is the scale of the explosive growth of the IPv4 in particular, aspects of IPv4 network exposes the problems and disadvantages, including address depletion and routing bottlenecks, safety and service quality difficult to guarantee. In the context, a kind of network protocol, named
4、IPv6, it overcomes a number of shortcomings to show the many new features that are in line with the demand of today network. However, IPv6 replacing totally IPv6 never be not an overnight. IPv4 network has already own excellent network structure and production equipment, a variety of network and com
5、munication protocols based on IPv4. So there will be a situation of IPv6 and IPv4 coexistence over the coming decades. In the face of this, IETF have put forward the transition strategies, including dual stack, tunnel and NAT-PT but any of all kinds of strategies is common that has its own limitatio
6、ns. Now, the coexist environment of IPv4 and IPv6 adopt several strategies at the same time, that help smooth the transition with the least price.This paper leads to the background and necessity about IPv6 proposed, meanwhile, discussed the IPv6 protocol shows the new features and the problems durin
7、g the transition period. The paper focus on three transition strategies, including dual stack, tunnel and NAT-PT, as well as discussed each of transition strategies using a variety of methods and mechanisms. Based on transition technology, build a network environment for the communication cross netw
8、ork. Finally, based on my campus of the SWUST, I propose own transition program.Key words:IPv4, IPv6, interconnection technique, transition strategy, campus net目 录第1章 绪论11.1 背景及研究意义11.2 国内外研究现状11.3 研究内容2第2章 IPv4向IPv6过渡概述32.1 IPv4局限性32.2 IPv6的新特性42.2.1 IPv6协议结构52.2.2 IPv6地址结构72.2.3 IPv6路由协议的变化92.2.4
9、QOS112.2.5 安全性112.2.6 移动性122.3 IPv6过渡存在的问题122.3.1 技术上的问题122.3.2 商业政治的问题13第3章 IPv6与IPv4互联技术153.1 互联技术的概述153.2双栈技术153.2.1 双栈技术工作原理153.2.2 基本双栈(DSM)173.2.3 有限双栈(LDSM)173.2.4 双栈翻译技术(DSTM)173.3隧道技术183.3.1 隧道技术工作原理183.3.2 手工配置隧道193.3.3 基本的自动隧道技术193.3.4 多播隧道6over4203.3.5 6to4机制213.3.6 ISATAP213.4 协议转换技术223
10、.4.1 协议转换概述223.4.2 SIIT233.4.3 NAT-PT233.4.4 BIS243.4.5 BIA243.4.6 TRT253.4.7 SOCK64253.5 过渡技术的模拟与分析253.5.1 基于双栈技术的模拟与分析253.5.2 基于隧道技术的模拟与分析283.5.3 基于协议转换技术模拟与分析31第4章 基于xxx校园网的过渡方案设计354.1 xxx校园网概述354.2 校园网过渡三阶段364.3 xxx校园网过渡方案设计364.3.1 设计原则374.3.2 升级的内容374.3.3 过渡设计方案394.3.4 综合分析414.4 Windows操作系统下IPv
11、6协议安装与配置414.4.1 IPv6协议的安装414.4.2 PC主机隧道配置434.5 校内网双栈交换机升级配置444.6 新增cisco7602路由器升级配置45结论47致谢47参考文献49XXXX本科生毕业论文第1章 绪论1.1 背景及研究意义尽管IPv4的发展带给了整个世界的巨大成功,但伴随着网络世界的发展,IPv4也开始显示出它的局限性,特别是地址不够用,虽然后来推出了CIDR和NAT技术,但这只能延缓IPv4地址的殆尽,不仅不能解决根本问题,反而增加了地址解析与处理方面的开销。此外,IPv4设计之初在安全性、服务支持考虑的不够周全,如今也不断暴露出问题,为了能够从根本上解决问题
12、,IETF提出了发展下一代Internet网络协议IPv6协议,来替代IPv4协议。IPv6技术的升级虽已是全世界公认的事实,但从现有的IPv4网络直接过渡到IPv6网络还面临着想当大的困难,这其中包括技术问题、商业问题,甚至还牵扯到政治问题。因此如何将IPv6的小岛与IPv4的大海互联才是现在所要解决的,即如何使24位地址与128位地址互相通信的问题,这也是本论文要研究的双栈、隧道、地址协议转换三大过渡技术以及它们所采用的方法与机制。1.2 国内外研究现状美国是IPv4的发源地,当然也想在IPv6的发展中占有优势,一直以来,美国都在积极的做着IPv6的研究与生产应用,如今,一些研发IPv6技
13、术的主要国际组织也集中在美国,如IETF,6Bone。在欧洲,3GPP组织已将未来的IP基本协议定位为IPv6,2001年成立的IPv6 task force以及2002年启动的6net与euro6ix实验网都显示了欧洲国家对IPv6发展的重视。然而,我们这些面临着IPv4地址极度匮乏的亚太国家,IPv6新技术其实对我们信息技术的发展无疑是一次重大的机遇,早在1998年,韩国电子与电信研究院就建设了第一个IPv6实验网,并引入6boneKR,后来还制定了IPv4向IPv6演化的三个阶段。日本更是把握先机,成为全世界研究和应用推动IPv6技术和网络最快的国家,如今,日本已经形成了IPv6运营商、
14、IPv6设备提供商、IPv6终端提供商、IPv6用户这样一个完整的产业链,日本的IPv6也因此走在了世界的最前端。20世纪末,我国也开始有关于IPv6关键技术的重大项目的立项,同时,我国各高校、研究院等也相继建成了IPv6的试验床或实验网络。虽然中国IPv6的研究明显晚于韩国、日本等国,但中国的网络及其通信市场的巨大空间和前景,也将有机会和潜力在未来的IPv6产业化进程中显示着举足轻重的作用。1.3 研究内容本论文先介绍了IPv4协议的局限性以及IPv6显示出的新特性,引出IPv4向IPv6过渡的必要性,再着重探讨和实现了IPv6与IPv4互联的三大技术,最后基于xxx校园网,根据实际情况,提
15、出自己过渡设计方案1)首先介绍了IPv6出现的背景与意义,以及当今国内国外对IPv6研究及发展的现状。2)接着对IPv4向IPv6的过渡进行一个概述,主要介绍了IPv4的局限性和IPv6基于IPv4显示出的新特性,并分析了在过渡期间面对的一些必不可少的问题。3)然后介绍了IPv6与IPv4互联技术,着重探讨了双栈、隧道和协议转换三种过渡互联技术,以及每种过渡互联技术采用的方法与机制,并对其进行了模拟与分析。4)最后基于xxx校园网,结合理论和实际,提出了自己的一些过渡设计方案第2章 IPv4向IPv6过渡概述2.1 IPv4局限性1、地址空间的缺乏IPv4地址采用的是32位长的结构,理论上会出
16、现232-1个地址编码,但40多亿个地址只能是按照顺序式分配这种理想情况,即世界上的所有主机只能按照IPv4地址为1、2、3的顺序依次分配。然而事实上,IPv4地址采用的是分类的层次结构,造成了大量的地址的浪费,虽然后来NAT和CIDR技术的出现,缓解了IP地址的危机,但是随着物联网的出现,IPv4也明显不够用了。在IPv4枯竭之前,找到更多的地址空间是整个网络世界必须解决的问题。2、没有足够的安全性IPv4设计初期,安全性问题并没有受到足够的重视,之前认为只要高层的安全性做的足够强,底层的安全性就显得不那么重要了。然而随着网络的发展,源地址伪装、拒绝服务的攻击(DOS)等专门针对于网络层攻击
17、的出现,底层的网络安全问题也逐渐暴露。虽然IPSec组采用AH和ESP协议对网络层进行认证或加解密,也同时支持IPv4和IPv6,但是对于IPv4,IPSec协议不是强制加载的,目前IPv4网络中,大部分的节点均不支持IPSec。3、IPv4网络节点配置复杂在我们将一台主机节点接入网络中,需要对其进行IP地址、子网掩码、DNS服务器及网关地址进行配置,有些网络节点还需要配置路由,这些稍微复杂一点的配置很可能都需要专业的管理员来协助操作。对于大多数网民或管理员来说,更希望能够即插即用,网络设置或终端设备能够实现自动识别与配置,这样则能大大减少网络管理员的工作量。4、缺乏服务质量(QOS)的支持I
18、Pv4支持尽力交付(best-effort)的服务,这种简单高效的服务起初也成为了IPv4的一大优点,但随着新业务如实时多媒体的出现,用户对QOS的要求也越来越高,特别是在互联网上的带宽、时延、实延抖动和误码率等方面,尽管现在又提出了综合服务(IntServ)、区分服务(DifServ)、多协议标记交换(MPLS)、实时传输协议(RTP)等为提高服务质量的协议,但是这些也导致了网络构建的复杂性以及成本的增加。5、IPv4路由问题IPv4采用的分配规划方法导致地址块不连续,不能实现绝对有效的聚合路由,而随着网络数量的增加,路由表也在不断膨胀。目前全球的BGP路由表已经达到近20万,并仍在不断的增
19、加,虽然采用了CIDR聚合技术以及IP回收再分配的方式,但BGP路由表仍超过10多万。这种超长的路由表不仅会占用大量的内存,在路由查询时耗时也会特别长,不仅增加了时延还严重影响着网络的性能,这在一定程度上对设备有了更高的要求,增加了商家在设备成本上的投资。6、网络地址翻译(NAT)技术问题为了缓解IPv4地址的匮乏,网络中引入了NAT技术,这种技术在一定程度上确实解决了IP地址的分配效率,但同时也伴随着诸多问题。首先,合并两个以上的局域网,为避免重复IP地址,则要对网络中所有节点的IP地址重新进行分配。其次,容易引起单点故障,由于NAT技术使用在专用网络和公用网络的接口处,专用网络的所有私有地
20、址均要在此接口进行NAT技术转换成公用网络地址才能与外界通信,也将单点故障的问题引入其中。最后,NAT技术破坏了端到端的IP连接,端到端连接实际上是IP协议最初的涉及理念,NAT技术具有连接单向性,使得端到端连接在此处不可用,此外,局域网的网络性能也直接受到NAT系统性能的影响。2.2 IPv6的新特性了解了IPv4的诸多问题,IPv6则在IPv4存在的缺陷与不足进行了改进,比如路由、地址分配等方面,现将IPv6的新特征与IPv4做一个简单的比较,如图表2-1:表2-1 IPv6与IPv4协议比较内容IPv6IPv4改进协议结构基本首部+扩展首部固定首部+可变部分增添选项更灵活,安全性更强,网
21、络性能得到改善地址容量2128232更大的地址空间组播/广播支持组播两者均使用提高带宽利用率的有效性任播支持不支持实现移动性及其他方面的应用地址管理即插即用基本上为手动管理简单、方便质量服务通信类型和流标签DifServ等服务Qos质量更高安全性IPsec为必需部分IPsec为可选部分网络环境安全性更高移动性转交地址借助外地代理移动性更好、服务更多IPv6有明显优于IPv4的新特征,如简化的协议报头、层次化的地址分配、网络安全性更强等等,这也是IPv6将最终完全代替IPv4的重要原因。2.2.1 IPv6协议结构IPv6简化了IPv4协议头,并改进和拓展了部分功能,增加了地址部分位数,保证IP
22、v6具有更大的地址空间的同时,也不过多的占用带宽。1、IPv6协议的基本首部别于IPv4协议数据单元被称为数据包,IPv6协议中则被称为分组,它提供的是无连接网络服务,一个IPv6分组是有固定首部和有效载荷两部分组成,协议数据单元的格式如表2-2:表2-2 IPv6协议数据单元结构版本号(4)通信类型(8)流标签(20)有效载荷(16)下一个首部(8)条数限制(8)源地址(128)目的地址(128)扩展首部/数据(最大到64KB)固定首部包含版本号、通信类型等八个字段,有效载荷包括扩展首部和数据两大部分,扩展首部是可选的,长度是可变的。先将固定首部的八个字段进行一个描述: 版本号:该字段占4b
23、it,主要描述IP协议的版本,在IPv6协议报头中,值为6。 通信协议:该字段占8bit,主要用来区分与识别IPv6分组的类型或优先级,作用于通信终端和路由器的转发。 流标签:该字段占20个字节,是一个新添加的字段。该字段主要用来标识从源节点发往目的节点的一个特定的数据包序列。在这个序列的数据包流经的路由器要保证相应的服务质量。 有效载荷长度:该字段占16bit,用于指出有效载荷的字节数,也就是除固定首部之外的长度,该字段的最大长度为64KB。 下一个首部:该字段占8个字节,用来指定紧跟着IPv6固定首部的扩展首部的类型,若不存在扩展首部的类型,则指定上层协议的类型。 条数限制:该字段占8bi
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