序號學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題名稱校園網(wǎng)IPv4向IPv6平滑過渡技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)姓名學(xué)號院、系、部計(jì)算機(jī)科學(xué)系專業(yè)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)指導(dǎo)教師2008年5月25日2008屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)材料（四）1校園網(wǎng)IPv4向IPv6平滑過渡技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)摘要:Internet經(jīng)歷了幾十年的高速發(fā)展，已經(jīng)成為人們生活中不可或缺的一部分。作為整個網(wǎng)絡(luò)基石的IPv4也已經(jīng)十分成熟。但是由于自身的限制，己經(jīng)逐漸暴露了許多問題和缺點(diǎn)，于是IPv6被IETF設(shè)計(jì)出來用以替代IPV4。整個網(wǎng)絡(luò)從IPv4過渡到IPv6需要比較長的時間，兩種網(wǎng)絡(luò)將在今后長期共存。所以研究基于校園網(wǎng)的IPv4向IPv6的平滑過渡技術(shù)是十分必要且有前景的。本論文將介紹IPv4的缺點(diǎn)，以及IPv6的諸多優(yōu)點(diǎn)，分析幾種常見過渡技術(shù):雙棧技術(shù)、隧道技術(shù)、NAT一PT協(xié)議轉(zhuǎn)換。結(jié)合目前校園網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)部署情況，將這些過渡技術(shù)合理的運(yùn)用于其中，實(shí)現(xiàn)在當(dāng)前以IPv4為主的網(wǎng)絡(luò)中兼容IPv6網(wǎng)絡(luò)。以期在今后將來很長的一段時間內(nèi)做到在校園網(wǎng)內(nèi)IPv4網(wǎng)絡(luò)和IPv6網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通。關(guān)鍵詞:校園網(wǎng)；IPv6；平滑過渡；雙棧技術(shù)；隧道技術(shù)；NAT-PT技術(shù)2TheresearchandimplementationofIPv4-basedCampusnetworksmoothtransitiontoIPv6Abstract: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目錄摘要.13Abstract.21.緒論.41.1研究背景.41.2研究內(nèi)容及主要工作.41.3論文的組織結(jié)構(gòu).51.4本章小結(jié).52.IPv6協(xié)議的分析與研究.62.1IPv4的不足之處.62.2IPv6的眾多優(yōu)點(diǎn).72.3IPv6地址表示法.72.4IPv6地址分類.82.5三種主要過渡技術(shù).102.5.1雙協(xié)議棧技術(shù).102.5.2隧道技術(shù).112.5.3NAT-PT技術(shù).122.6本章小結(jié).133.基于Dynamips的IPv6試驗(yàn).143.1Dynamips模擬器介紹.143.2實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)內(nèi)部的IPv6主機(jī)聯(lián)通實(shí)驗(yàn).143.3實(shí)現(xiàn)隧道技術(shù)的試驗(yàn).153.4實(shí)現(xiàn)靜態(tài)NAT-PT技術(shù).203.5本章小結(jié).234.基于校園網(wǎng)的IPv6構(gòu)架方案.244.1實(shí)現(xiàn)校園網(wǎng)IPv6與IPv4共存.244.2本章小結(jié).275結(jié)論與發(fā)展前景.28致謝語.30參考文獻(xiàn).3141.緒論1.1研究背景從20世紀(jì)70年代開始，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)就以超出人們想像的速度迅猛發(fā)展。然而，隨著基于IPv4協(xié)議的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)特別是Internet迅速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)在產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益的同時也暴露出其本身固有的問題，如安全性不高、路由表過度膨脹，特別是IPv4地址的匾乏。隨著互聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)一步發(fā)展特別是未來電子、電器設(shè)備和移動通信設(shè)備對IP地址的巨大需求，IPv4的約42億個地址空間是根本無法滿足要求的。有預(yù)測表明以目前Internet的發(fā)展速度計(jì)算，所有IPv4地址將在2012年分配完畢。這也是推動下一代互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議IPv6研究的主要動力。為了解決IPv4存在的問題，早在1995年，互聯(lián)網(wǎng)工作組(IETF)就已經(jīng)開始著手開發(fā)下一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。于是IPv6應(yīng)運(yùn)而出。在目前以IPv4為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)如此成熟與成功的情況下，不可能馬上拋開原有IPv4網(wǎng)絡(luò)來建IPv6網(wǎng)絡(luò)。只能通過分步實(shí)施的方法來逐步過渡。因此，在今后相當(dāng)長的一段時間內(nèi)，IPv6網(wǎng)絡(luò)將和IPv4網(wǎng)絡(luò)共存。如何以合理的代價逐步的將IPv4網(wǎng)絡(luò)過渡到IPv6、解決好IPv4與IPv6互相共存將是我們需要迫切考慮的。針對以上問題，目前提出了三種主要的過渡技術(shù):雙協(xié)議棧(DualStack)、隧道技術(shù)(Tunnel)、地址協(xié)議轉(zhuǎn)換（NAT-PT)。當(dāng)然，這些過渡技術(shù)都不是普遍適用的，每一種技術(shù)都是適用于某種或幾種特定的網(wǎng)絡(luò)情況，在實(shí)際應(yīng)用時需綜合考慮各方面現(xiàn)實(shí)情況，然后選擇合適的轉(zhuǎn)換機(jī)制進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)施。1.2研究內(nèi)容及主要工作本文研究的主要內(nèi)容及主要工作包括以下幾個方面:1)IPv6協(xié)議的分析研究2)利用Dynamips模擬器實(shí)現(xiàn)IPv6主機(jī)的互聯(lián)以及3種主要的IPv4/IPv6過渡技術(shù)的實(shí)驗(yàn)。3)根據(jù)目前校園網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)布局以及將來的擴(kuò)展需求，盡量利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，提出以一種兼容IPv4和IPv6的組網(wǎng)方案。51.3論文的組織結(jié)構(gòu)1緒論。介紹研究背景、研究內(nèi)容和論文的組織安排等。2IPv6協(xié)議的分析與研究。介紹IPv4協(xié)議的不足之處、IPv6協(xié)議的眾多優(yōu)點(diǎn)、IPv6地址表示法、IPv6地址分類、三種目前主要應(yīng)用的過渡技術(shù)。3利用Dynamips模擬器模擬實(shí)現(xiàn)IPv6主機(jī)的互聯(lián)以及三種過渡技術(shù)的實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了IPv4向IPv6平滑過渡的可能性。4以目前常見校園網(wǎng)的拓樸為例，綜合各種技術(shù)，詳細(xì)討論了增加IPv6網(wǎng)絡(luò)的可能性，并設(shè)計(jì)了IPv6網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)架方案。5結(jié)論與發(fā)展前景?？偨Y(jié)了實(shí)驗(yàn)情況，指出存在的不足，展望IPv6技術(shù)的發(fā)展6前景。分析下一步的實(shí)驗(yàn)方向。1.4本章小結(jié)本章主要介紹了論文的研究背景，研究內(nèi)容和主要工作以及本論文的組織結(jié)構(gòu)。62.IPv6協(xié)議的分析與研究2.1IPv4的不足之處IPv4的不足主要體現(xiàn)在以下幾個方面1：1.地址空間的不足在Internet發(fā)展的初期，人們認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)地址是不可能分配完的，這就導(dǎo)致了對于網(wǎng)絡(luò)地址分配時的隨意性，其結(jié)果就是IP地址的利用率較低。由于組織的存在，IP地址不是一個接一個的分配的，而且由于缺乏經(jīng)驗(yàn)的地址分類的做法，造成了大量的地址浪費(fèi)。分配的過程是按時間順序進(jìn)行的，剛開始的時候一個學(xué)?？梢該碛幸粋€A類網(wǎng)絡(luò)，而后來一個國家可能只能擁有一個C類網(wǎng)絡(luò)。A類網(wǎng)絡(luò)的數(shù)目并不多，因此問題的焦點(diǎn)就集中在B類和C類網(wǎng)絡(luò)地址上，A類的網(wǎng)絡(luò)太大，而C類的網(wǎng)絡(luò)太小，因?yàn)楹髞淼膸缀跛械纳暾堈叨荚敢馍暾堃粋€B類網(wǎng)絡(luò)，一個B類網(wǎng)絡(luò)可以擁有65534個主機(jī)地址，而往往實(shí)際上根本用不了這么多的地址，由于這樣的低效率的分配方法，導(dǎo)致了B類地址消耗得特別快。這樣就導(dǎo)致了對現(xiàn)有的IP地址的分配速率很快，導(dǎo)致了IP地址即將被分配完的局面。2.對現(xiàn)有路由技術(shù)的支持不夠由于歷史的原因，今天的IP地址空間的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都只有兩層或者三層，這在路由選擇上來看是非常糟糕的。各級路由器中路由表的數(shù)目過度增長，最終的結(jié)果是使路由器不堪重負(fù)，Internet的路由選擇機(jī)制因此而崩潰。當(dāng)前，Internet發(fā)展的瓶頸己經(jīng)不再是物理線路的速率，ATM技術(shù)，百兆/千兆以太網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)使得物理線路的表現(xiàn)有了顯著的改善，現(xiàn)在路由器的處理速度成為阻礙nternet發(fā)展的主要因素。而IPv4天生設(shè)計(jì)上的缺陷更大大加重了路由器的負(fù)擔(dān)。首先，IPv4的分組報頭的長度是不固定的，這樣不利于在路由器中直接利用硬件來實(shí)現(xiàn)分組中路由信息的提取、分析和選擇。其次，目前的路由選擇機(jī)制仍然不夠靈活，對每個分組都進(jìn)行同樣過程的路由選擇，沒有充分利用分組間的相關(guān)性。再次，由于IPv4設(shè)計(jì)時未能完全遵循端到端通信的原則，加上當(dāng)時物理線路的誤碼率比較高，使得路由器還要具備以下兩個功能:7根據(jù)線路的MTU來分段和重組過大的IP分組逐段進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)這樣同樣會造成路由器處理速度降低。3.無法提供多樣的QOS隨著Internet的成功和發(fā)展，商家們己經(jīng)把更多的關(guān)注投向了Internet，他們意識到這其中蘊(yùn)含著巨大的商機(jī)，今天乃至將來，有很多的業(yè)務(wù)應(yīng)用都希望在互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行。在這些業(yè)務(wù)中包括對時間和帶寬要求很高的實(shí)時多媒體業(yè)務(wù)如語音、圖像等，包括對安全性要求很高的電子商務(wù)業(yè)以及發(fā)展越來越迅猛的移動IP業(yè)務(wù)等。這些業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)QoS的要求各不相同。但是，IPv4的設(shè)計(jì)時沒有引入QoS這樣的概念，在設(shè)計(jì)上的不足使得它很難相應(yīng)地提供豐富的、靈活的QoS選項(xiàng)。雖然人們提出了一系列的技術(shù)例如：NAT、CIDR、VLSM、RSVP等來緩解這些問題，但這些方法都只是權(quán)宜之計(jì)，解決不了因地址不多及地址結(jié)構(gòu)不合理而導(dǎo)致的地址短缺的根本問題。最終IPv6應(yīng)運(yùn)而生。2.2IPv6的眾多優(yōu)點(diǎn)IPv6的優(yōu)點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)2：1.巨大的地址空間。IPv6擁有2128位的地址空間，大到你永遠(yuǎn)也用不完。2.靈活的首部地址。IPv6使用固定的包頭，更利于路由器的工作。3.層次化的編址。IPV6采用層次化的編址，能方面路由匯聚，減少路由表的條目。4.支持資源預(yù)留。IPv6支持一種機(jī)制，允許對網(wǎng)絡(luò)資源的預(yù)分配，它以此取代了IPv4的服務(wù)類型說明。更具體些就是這些新的機(jī)制支持實(shí)時現(xiàn)象等應(yīng)用，這些應(yīng)用要求保證一定的帶寬和時延。5.即插即用和重編址。IPv6支持無狀態(tài)的DHCP和無縫的重編制機(jī)制，更有利于網(wǎng)絡(luò)的組建與管理。2.3IPv6地址表示法IPv6地址長度是128位，理論上，IPv6地址一共有2128個，IPv6使用冒號將其分割成8個16比特的數(shù)組，每個數(shù)組表示成4位十六進(jìn)制數(shù)。一般有四種文本表示形式3:8(1)首選的格式把128比特劃分成8段，每段為16比特用十六進(jìn)制表示，并使用冒號等間距分隔。例如:F00D:4598:7304:3210:FEDC:BA98:7654:3210(2)壓縮格式在某些IPv6的地址形式中，很可能地址包含了長串的“0”。為書寫方便，可以允許“0”壓縮，即一連串的0可用一對冒號來取代。例如，以下地址:1080:0:0:0:8:8000:200C:417A可以表示為:1080:8:8000:20OC:417A。但要注意，為了避免出現(xiàn)地址表示的不清晰，一對冒號(:)在一個地址中只能出現(xiàn)一次。(3)內(nèi)嵌IPv4的IPv6地址當(dāng)涉及IPv4和IPv6的混合環(huán)境時，有時使用地址表示形式:x:x:x:x:x:d.d.d.d，這里六個“x分別代表地址中的16bit，用十六進(jìn)制表示，四個“d分別代表地址中的8比特，用十進(jìn)制表示。例如:0:0:0:0:0:0:218.129.100.10，或者以壓縮形式表示:218.129.100.10(4)“地址/前綴長度”表示法表示形式是:IPv6地址/前綴長度:其中“前綴長度”是一個十進(jìn)制數(shù)，表示該地址的前多少位是地址前綴