校园网IPv6架构设计与规划【毕业论文说明书】
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目录I目录摘 要 .IVAbstract .V1 绪 论 .11.1 引言 .11.2 研究的背景及意义 .11.3 研究的现状 .21.4 本论文的贡献 .32 IPv6 协议研究 .42.1 IPv6 基本介绍 .42.2 IPv6 的特点和优势 .42.3 IPv6 的寻址 .52.4 IPv6 路由基础 .63 校园网构建 .93.1 设计原则 .93.2 总体结构 .93.3 地址规划 .104 校园网络安全 .114.1 校园网网络安全分析 .114.2 校园网网络安全解决方案 .125 IPV6 的安装与配置 .135.1 Windows XP IPv6 安装 .135.2 Windows 7 IPv6 安装 .136 仿真与测试 .196.1 仿真软件 .196.2 仿真拓扑图详解 .196.3 仿真配置命令 .206.4 仿真结果 .29目录II7 结束语 .32参考文献 .33摘要III校园网 IPv6 架构设计与规划摘 要校园网络是沟通和信息交换的重要渠道，而 IPv6 的高效运用是建立在学校所拥有先进技术上的。在 IPv4 的基础上，经过人类不断努力， IPv6 技术随之诞生，并且成为中国下一代互联网中不可缺少的一部分，教育部的试验床也给与 IPv6 一定的发展动力。本文深入研究了 IPv6 协议，探讨了如何架构设计和规划一个基于 IPv6 的校园网络，并对 IPv6 如何在校园网高效的运用进行了研究，于此同时讨论了 IPV6 和 IPV4 如何在校园网中共存，最后用 eNSP 模拟器进行了模拟。关键词：IPv6 校园网;IPv4 和 IPv6 共存技术;eNSP;AbstractIVDesign And Planning Of Campus Network Based on IPV6AbstractThe campus network is the important channel for the university teachers and students to communicate and exchange information. Meanwhile, the advantages of the university technology also make IPv6 in campus network possible. The campus network base on IPv6 is the new construction based on the IPv4 campus network, which is an important part of China Next Generation Internet (CNGI) and the Ministry of Education CNGI-CERNET2. This paper studies the IPv6 technology, discusses the design and construction of the campus network based on IPv6. The involved situation is also analyzed and studied including the applications and design of IPv6 in the campus network. At the same, we discuss how to make IPv6 and IPv4 coexist in the campus network, and use eSNP to simulate.Keywords: IPv6 campus network ; coexistence of IPv6 and IPv4;eNSP;第 1 章 绪论01 绪 论1.1 引言现阶段网络在飞速的发展，同时可用的 IPv4 网络地址也越来越少，而且如今网络存在许多挑战:安全问题、配置问题等。我们必须研发新的技术来解决这些问题。 IPv6 协议是全球通用的下一代协议。IPv6 的各种优点使得下一代互联网将会有一个美好的前景。IPv6 校园网的构建是中国下一代互联网的重要组成部分，教育部的 CER2 试验床也给基于 IPv6 的校园网的发展提供了良好的环境。本文对 IPv6 协议进行了研究，并且探讨了如何高效的建设 IPv6 校园网络，最后利用 eSNP 进行了仿真。1.2 研究的背景及意义我们的生活已经离不开互联网，一旦离开了互联网，我们生活的点点滴滴都将会收到很大的影响。我国先后建立了中科院互联网(NCFC)、中国教育科研网(CERNET)、中国公用计算机互联网(CHINANET) 、中国金桥信息网 (CHINAGBN)四大网络，加快了我国现代化的建设，我国的经济也借此飞速发展。尤其是中国教育科研网的成长，加速了IPv6 校园网的构建。网络社会的飞速发展，导致以 IPv4 为基础的互联网不断地出现各种问题，这些问题严重减缓了网络发展的步伐。主要有以下几种问题：（1）地址资源数量有限。根据 10 年 6 约发布的消息，中国的 IPv4 地址数量已经块接近 3 亿，还有将近 1.5 亿的网民的需求无法满足，从而成为我国互联网发展的绊脚石。（2）随着网络的发展，人们的日常生活将离不开网络，或许我们周围的许多东西都需要网络的支持。（3）路由表的快速增长。截至 2000 年，路由表中共存有约 12 万条路由，而在 1990年，只有 5000 多条，这增长的速率让人惶恐，不幸的是，这速率还在不断的增加中。路由表的不断增加，致使设备必须拥有很快的处理速度。在这样的环境下，IPv6 应运而生。从数字上看，IPv6 有 2128 个地址，是 IPv4 的 4倍。这不但解决了地址不够的问题，而且使的手机，平板等设备也能无限制的加入网络。IPv6 简化了地址格式，地址的扩展项和选项进行了升级，增加了流标识能力字段和对服务质量的支持，提高了安全能力。未来网络的发展，都需要 IPv6 的这些特点。在 2004 中国国际教育科技博览会暨中国教育信息化论坛开幕仪式上，中国第一个下一代互联网主干网CER2 试验网正式开通并为人民提供所需服务。该试验网目前以 2.5G 的速度连接北京、上海和广州三个 CER2 核心节点，并与下一代国际互联网相连接，开始为清华、北大等一批重点高校提供快速的 IPv6 网络服务。它的开通，预示着我过的互联网将站上第 1 章 绪论1一个新的高度。CER2 的接入范围已经扩大到 211 高校和一些有重点学科的学院，构建IPv6 校园网的热潮正在慢慢掀起。1.3 研究的现状起步早，发展快是我国 IPv6 技术的特点。为了解决 IPv4 的问题，IETF 从 1995 年开始就开始研究 IPv6。现在的 IPv4 地址区域分配严重不均匀，美欧各国拥有大多数地址，因而他们不会感到很大的压力。亚洲那些正在不断发展的国家面临的情况却截然不同。日本在 IPv6 的研究和运用方面在国际上具有很高的地位。日本已经拥有给与 IPv6 接入的运营商、IPv6 设备的提供商、IPv6 终端的提供商、以及 IPv6 用户的完整产业链，在日本能随处看到提供 IOv6 接入的运行商。IPv4 的发展起源与美国，北美占用了大约 2/3 的资源，约有 30 亿地址。同时他的电子商务也大都是基于 IPv4 技术，所以美国在 IPv4 技术上拥有很高的地位，也可以说美国拥有 IPv4 的核心技术。由于美国还没出现 IPv4 地址不足的情况，因此他不必花费大量人力物力来发展 IPv6 网络，所以美国基本都是以一个协作者的身份出现在各国的 IPv6 研究中。但是，美国的 IPv6 技术在世界上还是处于领先水平， IETF、6BONE 等致力于 IPv6研究的组织仍然在美国。但是说到在 IPv6 在商业中占据的比重，美国还是不如欧洲、日本等国家。虽然欧洲没有 IPv4 地址不够的问题，欧洲的互联网技术落后与美国，但是它在移动通信方面却有着突出成就。因此欧洲提出了自己的 IPv6 发展战略：“先移动，后固定”，在移动网中第一个引入 IPv6 技术，希望通过第三代互联网的部署，在未来能和美国有竞争的优势。在亚太区域 IP 资源严重稀缺，促使亚洲诸多国家努力研究发展 IPv6，并且他们的技术也已经领先于世界许多国家。亚洲的几个发达国家在 IPv6 的研发上面已经取得很高的成就。我国在 1998 年开始研究 IPv6，主要参与研究者大都来自一些高等院校或者研究机构。我国将会从 IPv6 中获得巨大的好处。我国是互联网大国，融入了 IPv6 的互联网将促使我国从基础设施、服务与应用、媒体与内容、设施建造等方面诞生巨大产业，推动经济的发展。虽然我国在 IPv6 技术上起步比亚洲其他发达国家晚，但是在互联网和通信市场上，我们占有很大份额，因此我国的 IPv6 发展前景还是一片光明的。 2006 年，基于 IPv6 的校园网 CER2 开通，同时，融入了 IPv6 的校园网在上海、南京等地已经开始大规模建设，一些大学的校园网作为最早建设和接入 CERNET2 IPv6 网络的网络，具有重要的示范作用。第 1 章 绪论21.4 本论文的贡献本课题将所学的 IP 原理知识学以致用，架构规划出一般的 IPv6 校园网络，利用模拟器模拟出简单的 IPv6 校园网络，并且实现 IPv6 能在 IPv4 的基础上进行通信。第 2 章 IPv6 协议研究12 IPv6 协议研究2.1 IPv6 基本介绍IPv6 是“Internet Protocol Version 6”的缩写，它是 IETF(Internet Engineering Task Force，因特网工程工作小组 )设计的用于替代现行版本 IP 协议(IPV4)的下一代 IP 协议。IPv6 能满足下一代语音、数据、视频融合的通信网络对网络的安全、质量和移动性的要求。同时，每个人都成为了 IPv6 的提供者，人们不但可以获得需要的信息，也能提供给别人各种信息。IPv6 能保持 24 小时在线，从而形成了真正的交流互动。这也使得新的运营模式在不久的将来会出现在我们的生活中。IPv6 设计了一种具有分级结构的地址，这种地址被称为可聚合全局单点广播地址(aggregatable global unicast address)，这使得路由器能在路由表中用一条记录 (Entry)表示一片子网，大大减小了路由器中路由表的长度，提高了路由器转发数据包的速度。 IPv6 修改了 IP 的基本报头格式。这种改进的包结构是对 IPv4 的一种修改，它对IPv6 的带宽有着明显的弥补。IPv6 的地址长度是 IPv4 的地址长度的 4 倍，但 IPv6 报头长度只有 IPv4 报头长度的 2 倍。IPv6 报头所含字段少，而且报头长度固定。这些改动使得路由器更好的适应 IPv6。IP 地址处于静态的时候，只要主机移动，我们就得重新配置地址，这很让人头疼。在 IPv4 中，主机能通过 DHCP 协议而自动获得地址。IPv6 延续了 IPv4 的自动获取地址的功能，并称为全状态自动配置(stateful auto configuration)。除了全状态自动配置，IPv6还采用了一种被称为无状态自动配置(stateless auto configuration)的自动配置服务。在无状态自动配置过程中，主机首先通过将它的网卡 MAC 地址附加在链接本地地址前缀之后，产生一个链接本地单点广播地址。使用无状态自动配置，无需手动干预就能够改变网络中所有主机的 IP 地址。2.2 IPv6 的特点和优势IPv6 地址长度为 128 比特，用于标识一个或一组接口。 IPv6 地址通常写作xxxx:xxxx:xxxx:xxxx:xxxx:xxxx:xxxx:xxxx 的形式，其中 xxxx 表示 4 个数，并且均为十六进制数，由此 xxxx 等同于一个 16 比特的二进制数；八组 xxxx 代表了一个长 128 比特的IPv6 地址。一个 IPv6 地址由 IPv6 地址前缀和接口 ID 组成，IPv6 地址前缀用来表示网段，接口 ID 用来表示网络位。IPv6 拥有长 128 比特的地址，因此书写的时候会很麻烦。另外， IPv6 地址中会出现许许多多的 0。为了避免这种情况，制定了一套地址压缩规则。压缩规则如下：1. 每 16 比特组中的前导 0 可以省略。第 2 章 IPv6 协议研究22. 地址出现连续 2 个以上的全为 0 的组时，可以用双“：”:来替代。极其重要的是，一个地址中只能有一个双冒号，否则，将地址恢复的时候，会无法识别地址中 0 的个数。图 2.1 对一个长地址进行了压缩。图 2.1 IPv6 地址压缩2.3 IPv6 的寻址2.3.1 单播地址单播地址分为全球单播地址和链路本地地址。全球单播地址（例如 2000:/3）有固定的前缀，即前三位为 001，是固定的。其结构是一个三层结构，依次为全球路由前缀、子网标识和接口标识。全球路由前缀由 RIR 和互联网服务供应商（ISP）组成，RIR 为 ISP分配 IP 地址前缀。子网标识定义了网络被哪个子网管理。链路本地单播地址的前缀为 FE80:/10，表示地址最高 10 位值为 1111111010 。前缀后面紧跟的 64 位是接口标识，这64 位已足够主机接口使用，因而链路本地单播地址的剩余 54 位为 0。2.
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