校园网IPv4向IPv6平滑过渡技术的研究与实现.doc

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2008年5月25日2008届学生毕业设计(论文)材料（四）1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发展，已经成为人们生活中不可或缺的一部分。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需要比较长的时间，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目录摘要.13Abstract.21.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.62.1IPv4的不足之处.62.2IPv6的众多优点.72.3IPv6地址表示法.72.4IPv6地址分类.82.5三种主要过渡技术.102.5.1双协议栈技术.102.5.2隧道技术.112.5.3NAT-PT技术.122.6本章小结.133.基于Dynamips的IPv6试验.143.1Dynamips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IPv6构架方案.244.1实现校园网IPv6与IPv4共存.244.2本章小结.275结论与发展前景.28致谢语.30参考文献.3141.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。51.3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。2IPv6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。62.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:7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。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3:8(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:1080:0:0:0:8:8000:200C:417A可以表示为:1080:8:8000:20OC: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:x:x:x: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。例如:0:0:0:0:0:0:218.129.100.10，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