校园网IPv4向IPv6平滑过渡技术的研究与实现毕业设计(论文).doc
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1、 序号学 生 毕 业 设 计论 文课题名称校园网IPv4向IPv6 平滑过渡技术的研究与实现姓 名学 号院、系、部计算机科学系专 业计算机科学与技术指导教师2021 年 5 月 20 日校园网IPv4向IPv6 平滑过渡技术的研究与实现摘要:Internet经历了几十年的高速开展,已经成为人们生活中不可或缺的一局部。作为整个网络基石的IPv4也已经十分成熟。但是由于自身的限制,己经逐渐暴露了许多问题和缺点,于是IPv6被IETF设计出来用以替代IPV4。整个网络从IPv4过渡到IPv6需要比拟长的时间,两种网络将在今后长期共存。所以研究基于校园网的IPv4向IPv6的平滑过渡技术是十分必要且有
2、前景的。本论文将介绍IPv4的缺点,以及IPv6的诸多优点,分析几种常见过渡技术:双栈技术、隧道技术、NAT一PT协议转换。结合目前校园网的网络部署情况,将这些过渡技术合理的运用于其中,实现在当前以IPv4为主的网络中兼容IPv6网络。以期在今后将来很长的一段时间内做到在校园网内IPv4网络和IPv6网络互联互通。关键词:校园网;IPv6;平滑过渡;双栈技术;隧道技术;NAT-PT技术The research and implementation of IPv4-based Campus network smooth transition to IPv6Abstract:Internet ha
3、s experienced several decades of rapid development, has become an indispensable part of life. As a cornerstone of the entire network of IPv4 has been very mature. However, due to its own limitations, has been gradually exposed the many problems and shortcomings, therefore IETF IPv6 was designed to r
4、eplace IPv4. The entire network from IPv4 transition to IPv6 need for a long time, the two networks will coexist for a long time in the future. Therefore, based on the campus network of IPv4 the smooth transition to IPv6 technology is very promising and necessary. This paper will introduce the short
5、comings of IPv4 and IPv6 the many advantages of technical analysis of several common transition: Dual-stack technology, the tunnel technology, NAT-PT protocol conversion. Campus Network with the current network deployment, the transition of these technologies will be applied in a reasonable one, to
6、achieve in the current IPv4-based network compatible with IPv6 network. With a view to the future in the future for a long period of time to the campus network in the IPv4 and IPv6 network Network Interconnection.Key words: Campus netwok, IPv6, smooth trasmition, tunnel technique, Dual stack,NAT-PT目
7、录摘要1Abstract21. 绪论41.1研究背景41.2 研究内容及主要工作41.3 论文的组织结构51.4 本章小结52. IPv6协议的分析与研究62.1 IPv4的缺乏之处62.2 IPv6的众多优点72.3 IPv6地址表示法72.4 IPv6地址分类82.5 三种主要过渡技术10 双协议栈技术10 隧道技术11 NAT-PT技术122.6本章小结133. 基于Dynamips的IPv6试验143.1 Dynamips模拟器介绍143.2 实现局域网内部的IPv6主机联通实验143.3 实现隧道技术的试验153.4 实现静态NAT-PT技术203.5本章小结234. 基于校园网的I
8、Pv6构架方案244.1 实现校园网IPv6与IPv4共存244.2 本章小结275 结论与开展前景28致谢语30参考文献311. 绪论从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开展。然而,随着基于IPv4协议的计算机网络特别是Internet迅速开展,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,如平安性不高、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开展特别是未来电子、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。有预测说明以目前Internet的开展速度计算,所有IPv4地址将在2
9、021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为根底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 Tunn
10、el 、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,然后选择适宜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:IPv6协议的分析研究利用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。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 论文的组织结构绪论。介绍研究背景、研究内容和论文的组织安排等。IPv6。介绍IPv、IPv6、I
11、Pv6地址表示法IPv6地址分类、三种目前主要应用的过渡技术。的实验验证了IPv4向IPv6平滑过渡的可能性。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。结论与开展前景。总结了实验情况,指出存在的缺乏,展望IPv6技术的开展前景。分析下一步的实验方向。1.4本章主要介绍了论文的研究背景,研究内容和主要以及本论文的组织结构。2IPv6协议的分析与研究2.1 IPv4的缺乏之处IPv4的缺乏主要表达在以下几个方面1:地址空间的缺乏在Internet开展的初期,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
12、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
13、的局面。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开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开展的主要因素。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
14、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那么,加上当时物理线路的误码率比拟高,使得路由器还要具备以下两个功能:根据线路的MTU来分段和重组过大的IP分组逐段进行数据校验 这样同样会造成路由器处理速度降低。随着Internet的成功和开展,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,包括对平安性要求很高的电子商务业以及开展越来越迅猛的移动IP业
15、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,在设计上的缺乏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。2.2 IPv6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,能方面路由会
16、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的效劳类型说明。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。2.3 IPv6地址表示法2.4 IPv6地址分类IPv6地址是独立接口的标识符,所有的Pv6地址都被分配到接口,而非节点。 RF2373中定义了三种Pv6地址类型:单播地址 uncast 、多播地址 Multiast 、任播地址 Anyast 4。单播地址 Uniast 单播地址是点对点通信时使用的地
17、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 GlobalUnicastAddre 、未指定地址 UnspecifiedAddress 、环回地址 LoopbakAddress 等。一般的全球单播地址的格式如所示。其中:全球路由前缀 global routing prefix :典型的分层结构,根据RIP和SP来组织,用来分配给站点 Site 站点是子网/链路的集合。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。接口ID interfaceD :用来标识链路上的接口。在同一子网内是唯一的。除了000开
18、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D,即+Y 64。未指定地址 UnspeeifiedAddress 被定义为0:0:0:0:0:0:0:0。该地址不能分配给任何节点。环回地址 LoopbackAddress 被定义0:0:0:0:0:0:1。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。 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。多播地址格式如所示。其中:标识字段,4位,目前只使用了最后一位
19、;0表示nternet地址分配机构指定的的多播地址,1表示临时使用的多播地址。该字段的前3位保存,必须被初始化为0。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。0一保存1一接口本地范围 interfaee一 loalscope 2一链路本地范围 link一 Scope 3一保存4一管理本地范围 admin一 1oalscope 5一站点本地范围 site一 s一机构本地范围 rganization一 scope 14一全球范围 global 15一保存 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
20、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。双协议主机在通信时首先通过支持双协议的DNS效劳器查询与目的主机名对应的IP地址,然后根据指定的IPv6或Pv4地址开始通信。双协议栈通信方式如下图。 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
21、。随着IPv6网络的开展,将会出现许多局部的IPv6网络,但是这些Pv6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“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,其通信方式如下图。在隧道的入口处,路由器将的数据报封装入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Pv4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,对其他局部没有要求,因而很容易实现。但是隧道技术不能实现Pv4主机和IPv6主机的直接通信。 NA
22、T-PT技术 NAT PT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主机的大局部应用的相互通信。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
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