软件工程硕士论文-基于校园网的IPv4向IPv6过渡策略研究.pdf

大连交通大学 硕士学位论文 基于校园网的ipv4向ipv6过渡策略研究 姓名：陈静 申请学位级别：硕士 专业：软件工程 指导教师：孙辉;陈晓东 20091219 摘要 摘要 伴随着人类社会的飞速发展，计算机技术与通信技术得到了空前的提高。计算机网 络已经在生产、生活中占据着越来越重要的位置，已经深入到人类生活的各个领域。计 算机网络技术对于社会的快速发展起到了非常大的作用。在所有的信息技术中，运行最 成功、最成熟的就是i n t e r n e t 网络。i n t e r n e t 网路从诞生发展到现在，彻底改变了社 会原有的状态，被称为二十一世纪具有代表性的新技术之一。i n t e r n e t 网络从诞生之 日起，i p v 4 协议就作为网络的基石和灵魂，对于i n t e r n e t 网络的发展有着不可磨灭的 贡献。尽管当前i n t e r n e t 网络中运行的i p v 4 协议非常成熟，构成了i n t e r n e t 的基础， 但是网络的快速发展及i p v 4 协议本身特点的限制，i p v 4 协议暴露出了越来越多的难以 克服的缺点，已经难以适应未来i n t e r n e t 网络的发展。为了解决i n t e r n e t 网络面临的 困难，改变固有的以i p v 4 协议为基础的网络，i e t f 研制开发了i p v 6 协议。 i p v 6 协议作为下一代的网络协议，解决了i p v 4 协议的诸多缺点，并优化了其他重 要的功能。其中以超大空间的i p 地址、优化的网络速度和高安全性为显著特点。虽然 i p v 6 协议有非常多的优点，i n t e r n e t 网络向i p v 6 协议网络发展势在必行。但是网路从 i p v 4 协议过渡到i p v 6 协议是一个长期的过程，不能一蹴而就，而且i p v 6 网络的诸多 标准和实验也在进行之中。所以在过渡过程中，制定过渡策略，网络保证如何平稳的过 渡就显得尤为重要。 论文介绍了i p v 4 、i p v 6 两种协议的特点，并进行了比较。阐述了i p v 4 网络向i p v 6 网络过渡的重要性、必然性以及过渡策略选择。论文介绍了三种过渡方法，双协议栈、 隧道技术和协议转换技术。我国的i p v 6 网络发展也比较迅速，连接众多高校校园网的 c e r n e t 2 网络为纯i p v 6 协议的网络，是我国下一代i p v 6 协议网络的骨干网络。高校校 园网都连接到c e r n e t 2 网络，共享全国高校优秀的教育资源。高校的特殊性决定了其成 为网络实验的平台。朝阳师专校园网是典型的中型网络，论文以朝阳师专校园网为依托 详细介绍了几种主要的过渡策略，相信，高校校园网向i p v 6 网络的成功过渡对于构建 整个i n t e r n e t 网络的全面升级能起到很好的借鉴作用。 关键词：i p v 6 协议；过渡策略选择；双协议栈；隧道 大连交通大学工程硕+ 学位论文 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fh u m a n s o c i e t y , c o m p u t e rt e c h n o l o g ya n dc o m m u n i c a t i o n t e c h n o l o g yh a sb e e nr a i s e d c o m p u t e rn e t w o r k sh a v eo c c u p i e da ni n c r e a s i n g l yi m p o r t a n t p o s i t i o ni np r o d u c t i o na n dl i f e ，a n dh a v eb e e na p p l i e dt oe a c hf i e l do ft h eh u m a nl i f e c o m p u t e rn e t w o r kt e c h n o l o g yh a sp l a y e dav e r yi m p o r t a n tr o l ef o r t h er a p i dd e v e l o p m e n to f s o c i e t y a m o n ga l lk i n d so ft h ei n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y , t h ei n t e r n e tr u n sm o s ts u c c e s s f u l l y a n dm a t u r e l y f r o mb i r t ht ot o d a y , i n t e m e th a sc o m p l e t e l yc h a n g e dt h eo r i g i n a ls t a t eo f s o c i e t y , w h i c hi sk n o w na so n eo ft h er e p r e s e n t a t i v en e wt e c h n o l o g i e si nt h e2 1 t hc e n t u r y f r o mt h eb i r t ho fi n t e r n e t ，i p v 4p r o t o c o l ，a st h ef o u n d a t i o na n ds o u lo fn e t w o r k h a sh a da n i n d e l i b l ec o n t r i b u t i o nf o rt h ed e v e l o p m e n to fi n t e r n e tn e t w o r k a l t h o u g ht h ei p v 4p r o t o c o l r u n n i n gi nc u r r e n ti n t e r n e tn e t w o r ki sv e r ym a t u r ea n df o r m st h eb a s i so fi n t e r n e t ，f o rt h e r a p i dd e v e l o p m e n to fn e t w o r ka n dt h el i m i t a t i o n so fi p v 4p r o t o c o li t s e l f , t h ei p v 4p r o t o c o l h a sr e v e a l e dm o r ea n dm o r es h o r t c o m i n g sw h i c ha r ed i f f i c u l tt ob eo v e r c o m e ，a n dh a sb e e n d i f f i c u l tt oa d a p tt ot h ed e v e l o p m e n to fi n t e r n e tn e t w o r k si nt h ef u t u r e i no r d e rt os o l v et h e d i f f i c u l t i e sf a c e db yi n t e r n e t ，a n dt oc h a n g et h ei n h e r e n tn e t w o r kb a s e do ni p v 4p r o t o c o l ， i e t fd e v e l o p e dt h ei p v 6p r o t o c 0 1 a san e w g e n e r a t i o no fn e t w o r kp r o t o c o l ，i p v 6p r o t o c o lh a ss o l v e dm a n ys h o r t c o m i n g s o ft h ei p v 4p r o t o c o l ，a n do p t i m i z e do t h e ri m p o r t a n tf u n c t i o n s 。a m o n gt h e m ，l a r g ei pa d d r e s s s p a c e ，o p t i m i z e ds p e e da n dh i 2 9 hs e c u r i t ya r et h es a l i e n tf e a t u r e s a l t h o u g ht h ei p v 6p r o t o c o l h a ss om a n ya d v a n t a g e s ，a n di ti si m p e r a t i v ea n dn e c e s s a r yf o ri n t e m e tt od e v e l o pt oi p v 6 n e t w o r k ， i t i sal o n gp r o c e s s t r a n s f o r m i n gf r o m f r o m i p v 4p r o t o c o lt oi p v 6p r o t o c 0 1 m o r e o v e r , an u m b e ro fs t a n d a r d sa n de x p e r i m e n t sa b o u tt h ei p v 6n e t w o r ka r eu n d e rw a y t h e r e f o r e ，i nt h et r a n s i t i o np r o c e s s ，t h ed e s i g no ft r a n s i t i o n a ls t r a t e g i e s ，w h i c he n s u r ea s m o o t ht r a n s i t i o no ft h en e t w o r kb e c o m e sp a r t i c u l a r l yi m p o r t a n t t h i sp a p e ri n t r o d u c e sa n dc o m p a r e st h ec h a r a c t e r i s t i c so ft w ok i n d so fp r o t o c o l s i p v 4 a n d1 p v 6 i te x p l a i n st h ei m p o r t a n c e ，n e c e s s i t ya n dc h o i c eo ft r a n s f o r m e ds t r a t e g yf r o mt h e i p v 4n e t w o r kt oi p v 6n e t w o r k t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h r e ek i n d so ft r a n s i t i o nm e t h o d s d u a l s t a c k 、t u n n e l i n g a n dp r o t o c o lc o n v e r s i o nt e c h n o l o g y c e r n e t 2n e t w o r kc o n n e c t i n g m a n yc a m p u sn e t w o r k si st h eb a c k b o n en e t w o r ko fi p v 6n e t w o r k ，t h r o u g hw h i c hc o l l e g e s a n du n i v e r s i t i e sc a ns h a r ee d u c a t i o n a lr e s o u r c e s c h a o y a n gt e a c h e r s c o l l e g ec a m p u s n e t w o r ki sat y p i c a l l ym e d i u m s i z e dn e t w o r k ，s ot h i s p a p e re x p a t i a t e ss e v e r a lm a j o r t r a n s i t i o n a ls t r a t e g i e ss u p p o r t e db yc h a o y a n gt e a c h e r sc o l l e g ec a m p u sn e t w o r k i ti ss u r e t h a tt h es m o o t hu p g r a d em e c h a n i s mf r o mi p v 4n e t w o r kt oi p v 6n e t w o r kw i l lp l a ya v e r y i m p o r t a n tr o l ei nt h ep r o m o t i o no fi n t e r n e t k e y w o r d s ：i p v 6p r o t o c o l ；c h o i c eo ft r a n s f o r m e ds t r a t e g y ；d u a ls t a c k ；t u n n e l i n g 大连交通大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢及参考 文献的地方外，论文中不包含他人或集体已经发表或撰写过的研究成 果，也不包含为获得太整交通太堂或其他教育机构的学位或证书而 使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在 论文中作了明确的说明并表示谢意。 本人完全意识到本声明的法律效力，申请学位论文与资料若有不 实之处，由本人承担一切相关责任。 靴黻储擀：嘲 嘲：硼年1 w 札日 大连交通大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解太蓬銮通太堂有关保护知识产权及保 留、使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的 知识产权单位属太整銮通太堂，本人保证毕业离校后，发表或使用 论文工作成果时署名单位仍然为太蓬塞通太堂。学校有权保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件及其电子文档，允许论文被查 阅和借阅。 本人授权太整銮通太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、 汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 糊黼鲐确 日期： 川年1 z - - 52z - e l 锄张孙祥 日期：川年嗍日 学位论文作者毕业后去向：朝阳师范高等专科学校 工作单位：朝阳师范高等专科学校电话：1 3 5 9 1 8 5 6 1 5 9 通讯地址：辽宁省朝阳市双塔区凌河街四段2 1 9 号邮编：1 2 2 0 0 0 电子信箱：5 4 35 0 0 6 4 6 q q c o r n 第一章绪论 第一章绪论 1 1 本研究课题的学术背景及理论与实际意义 随着计算机技术和通信技术的飞速发展，i n t e r n e t 网络的发展速度也非常快，并 得到了空前的应用，影响了现代人的生活，深入到各个领域。但是i n t e r n e t 网络的安 全性、高效性问题一直没有得到根本解决，而用户数量的迅速增加，网络规模的不断扩 大也最终导致了现在的i p 地址资源的严重不足。现在i n t e r n e t 网络中使用的3 2 b i t 的 i p v 4 地址已经面临消耗殆尽的处境，而且i p v 4 地址在分配上存在严重的不合理，拥有 少数人口的国家却有着大量的i p v 4 地址，而人口众多的发展中国家却拥有极少数量的 i p v 4 地址。我国的i p v 4 地址数量与网民数量比例严重失调。i p 地址的严重匮乏已经影 响到了我国经济的发展、社会的发展。据i n t e r n e t 研究机构预测，当前广泛使用的i p v 4 地址范围只能维持到未来几年左右。到那时，新构建的网络却因为没有可以使用的i p v 4 地址面临无法全部享用网络权利的境地。此外，计算机技术和网络技术的广泛应用，网 络设备的急剧增加，为了保证网络正常的运行，于1 9 7 3 年提出的i p v 4 协议已经暴露出 诸如路由表庞大，q o s 、安全、移动通信等其他方面的缺点和不足。 为了解决i p v 4 协议的诸多缺点和不足，尤其是i p 地址域过于狭小的缺点，保证 i n t e r n e t 网络健康有序的发展，i n t e r n e t 工程任务组( i e t f ) 着手开发了i p v 6 协议。 该协议将地址位增大到1 2 8 位，彻底解决了当前i p 地址严重短缺的问题，同时内嵌的 i p s e c 等技术也对i p v 4 协议的安全性等问题做了相应的解决。 和任何一种新技术一样，i p v 6 网络也面临着不可能在短时间内迅速普及的状况， 尤其是当前网络运行的i p v 4 协议已经相当成熟，各种软、硬件资源也都是基于i p v 4 协 议设计的。因此，对于整个互联网由i p v 4 网络过渡到i p v 6 网络必然是一个长期的过程， 也就意味着出现i p v 4 网络和i p v 6 网络在相当长的时期内将共存的状况。 连接了很多高校校园网的中国教育和科研网( c e r n e t ) 在过去的时间里引领了中国 互联网的发展。伴随着i p v 6 技术的提出，我国开通了基于i p v 6 的c e r n e t 2 网络，这是 全世界最大的纯i p v 6 技术的网络。我国的i p v 6 网络必然是以c e r n e t 2 作为发展的基 础。高校作为社会技术和发展力的实践者和推动者，对技术、尤其是新技术的理论研究、 实验、推广和应用起着责无旁贷的作用。高校校园网作为高等院校的信息载体和传播者， 对计算机技术和网络通信技术的发展也起到了强有力的推动作用。高校校园网从i p v 4 网络向i p v 6 网络的过渡经验必然会对我国整个互联网的发展、过渡起到引导、核心的 作用。 论文以朝阳师专校园网为实验平台，探讨了i p v 4 网络向i p v 6 网络过渡的几种主要 过渡策略，针对特殊的校园网选取正确的过渡策略，进而完成i p v 6 协议校园网的搭建。 大连交通大学t 群硕+ 学位论文 高校校园网的成功过渡对于各种企事业单位网络的i p v 6 升级可以积累宝贵经验，尤其 是对于i p v 6 网络的搭建乃至i n t e r n e t 全面升级i p v 6 网络都具有重要的参考价值。 1 2 本研究课题的来源及主要研究内容 本研究课题的来源： i p v 4 地址严重匮乏，i p v 4 协议安全性较差。计算机网络的高速发展导致很多类似 问题的出现，为了使计算机网络全面健康的发展。i p v 6 地址的全面使用已经迫在眉睫， 而i n t e r n e t 升级到i p v 6 网络也是大势所趋。但是全面升级到i p v 6 网络也不是短时间 内能够完成的，升级过程中会出现多种网络共存的情况。在最终全面使用基于i p v 6 协 议的网络之前，研究i p v 4 协议向i p v 6 协议合理、平滑的的过渡策略就显得尤为重要。 成功的过渡策略对于平滑过渡到i p v 6 网络能起到很好的作用。并且高校校园网的平滑 过渡对于整个i n t e r n e t 网络向i p v 6 协议过渡可以积累宝贵的经验。 本论文研究的主要内容如下： ( 1 ) 分析i p v 4 协议的主要特点 ( 2 ) 分析i p v 6 协议的主要特点 ( 3 ) i p v 4 协议与i p v 6 协议比较 ( 4 ) 基于朝阳师专校园网的i p v 4 向i p v 6 网络的过渡策略 ( 5 ) 朝阳师专校园网全面升级i p v 6 网络方案 1 3 论文的组织结构 ( 1 ) 绪论 ( 2 ) i p v 4 协议分析 ( 3 ) i p v 6 协议分析 ( 4 ) i p v 4 协议与i p v 6 协议比较 ( 5 ) 基于校园网都i p v 4 协议向i p v 6 协议过渡策略分析 ( 6 ) 校园网全面升级i p v 6 方案 ( 7 ) 论文结论与发展前景 本章小结 本章主要介绍了论文的研究背景，阐述了i p v 4 协议的特点，着重介绍了i p v 4 协议 在地址范围、安全性等方面存在不足，进而引发研制i p v 6 协议的重要性。但是i p v 4 向 i p v 6 网络过渡是整个升级阶段最重要的过程，也是众多研究机构和高校研究的重点。 本章还介绍了论文的研究内容和主要工作以及本论文的组织结构。 2 第= 章i p v 4 协议 第二章ip v 4 协议 i p v 4 协议，是互联网协议( i n t e r n e tp r o t o c o l ，i p ) 的第四版，也是第一个被广 泛使用，构成现今互联网技术基础的、成熟的网络通信协议。i p v 4 协议是伴随计算机 网络的诞生而出现的。i p v 4 协议对于今天覆盖面如此广泛的i n t e r n e t 的发展起到了决 定性的作用。无论计算机网络怎样变化，i p v 4 协议都是一种良好的协议，可以运行在 多种底层网络上，比如串行数据链路、卫星链路等等。 2 1lp v 4 协议报头格式分析 运行多年的i p v 4 协议以其良好的稳定性构成了当今i n t e r n e t 网络的基础。i p v 4 协议数据报报头格式如表2 1 所示。 表2 1i p v 4 协议报头格式 t a b l e2 1i p v 4p r o t o c o lh e a d e rf o r m a t 版本号首部长 4 位度4 位 服务类型t o s8 位总长度1 6 位 标识1 6 位标志3 位片偏移1 3 位 生存时间1 v r l8 位协议8 位首部校验和1 6 位 源i p 地址3 2 位 目的i p 地址3 2 位 选项 数据 i p v 4 报头一般是2 0 字节长。在最常用的以太网帧中，i p v 4 包首部紧跟着以太网帧 首部，同时以太网帧首部中的协议类型值设置为0 8 0 0 1 6 。i p v 4 提供不同、大部分是很 少用的选项，使得i p v 4 包首部最长可扩展到6 0 字节。下面简单解释i p v 4 协议各报头 字段含义。 版本号：4 位，指定i p 协议的版本号。在i p v 4 网络中该值为4 首部长度( i h l ) ：4 位，i p 协议包头的长度，指明i p v 4 协议包头长度的字节数包含 多少个3 2 位。由于i p v 4 的包头可能包含可变数量的可选字段，所以这个字段可以用来 确定i p v 4 数据报中数据部分的偏移位置。i p v 4 包头的最小长度是2 0 个字节，因此i h l 这个字段的最小值用十进制表示就是5 。 服务类型( t o s ) ：定义i p 协议包的处理方法，它包含如下子字段。 过程字段：3 位，设置了数据包的重要性，取值越大数据越重要，取值范围为：0 ( 正常) 一7 ( 网络控制) 3 大连交通大学t 稃硕十学位论文 延迟字段：1 位，取值：0 ( 正常) 、l ( 期待低的延迟) 流量字段：l 位，取值：0 ( 正常) 、l ( 期待高的流量) 可靠性字段：1 位，取值：0 ( 正常) 、l ( 期待高的可靠性) 成本字段：1 位，取值：0 ( 正常) 、1 ( 期待最小成本) 未使用：1 位 总长度：i p 包的总长度。一般情况下该值为6 5 5 3 5 字节，其中i p 头长度为2 0 字 节，数据部分长度为6 5 5 1 5 字节。 标识：唯一地标识主机所发送的一个数据段，通常每发送一个数据段后加该值加一。 但i p 包如果过大被分割后，分割得到的各个i p 包拥有相同的标识。 标志：3 位的控制字段，包含： 保留位：l 位 不分段位：1 位，取值：0 ( 允许数据报分段) 、1 ( 数据报不能分段) 更多段位：1 位，取值：0 ( 数据包后面没有包，该包为最后的包) 、l ( 数据包后 面有更多的包) 片偏移：1 3 位，当数据段被分割时，它和更多段位( m f ，m o r ef r a g m e n t s ) 进行 连接，帮助目的主机将分段的包组合。 生存时间( t t l ) ：8 位，表示数据包在网络上的生存时间，每通过一个路由器该值 减一，该值为0 时数据包将被路由器丢弃。 协议：8 位，这个字段定义了i p 数据报的数据部分使用的协议类型。常用的协议 及其十进制数值包括i c m p ( 1 ) 、t c p ( 6 ) 、u d p ( 1 7 ) 。 校验和：1 6 位，是i p v 4 数据报包头的校验和。用于检查数据包的正确性。 源i p 地址：发送端主机i p v 4 地址。 目的i p 地址：接收端主机i p v 4 地址。 2 2i p v 4 地址的分类 i p v 4 的地址格式是分成8 位一个单元的3 2 位二进制数。在实际使用中，通常会将 二进制的i p 地址转变为用户更熟悉的十进制地址，形如w x y z 。i p 地址中的每一个 8 位位组用0 “ - - 2 5 5 之间的一个十进制数表示。这些数之间用点( ) 隔开，即所谓的点一 十进制格式。因此，最小的i p v 4 地址值为0 0 0 0 ，最大的地址值为2 5 5 2 5 5 2 5 5 2 5 5 ， 当然在实际使用中这两个值是保留的，没有分配给节点。 点一十进制数表示的i p v 4 地址分成几类，以便适应大型、中型、小型的网络。这 些类的不同之处在于用于表示网络的位数与用于表示主机的位数之间的差别。i p v 4 地 址分成五类，每一个i p v 4 地址包括两部分：网络地址和主机地址，各类地址对所支持 4 第二章i p v 4 协议 的网络数和主机数有不同的组合。 2 2 1a 类地址 一个a 类i p 地址仅使用第一个8 位位组表示网络地址。剩下的3 个8 位位组表示 主机地址。a 类地址的第一位总为0 ，这一点限制了a 类地址的范围小于等于1 2 7 。因 此仅有1 2 7 个可能的a 类网络。a 类地址后面的2 4 位表示可能的主机地址，a 类网络地 址的范围从1 0 0 0 到1 2 6 0 0 0 。只有第一个8 位位组表示网络地址，剩余的3 个8 位位组用于表示网络中惟一的主机地址，用于描述网络号时这些位置为0 。1 2 7 0 0 0 也 是一个a 类地址，但是它已被保留作闭环( 1 0 0 kb a c k ) 测试之用而不能分配给一个网 络。如可以使用p i n g 命令测试主机节点t c p i p 协议的状态，命令为p i n g1 2 7 0 0 1 。 每一个a 类地址能支持2 2 4 2 个不同的主机地址。i p v 4 把全0 保留为表示网络地址， 而全1 保留表示广播地址。其中1 0 0 0 0 - 1 0 2 5 5 2 5 5 2 5 5 为私有i p 地址，不可以在 公网上使用。 2 2 2b 类地址 设计b 类地址的目的是支持中到大型的网络。b 类网络地址范围从1 2 8 1 0 0 到 1 9 1 2 5 4 0 0 。一个b 类i p 地址使用两个8 位位组表示网络号，另外两个8 位位组表示 主机号。b 类地址的第1 个8 位位组的前两位设置为l o ，剩下的6 位既可以是0 也可以 是1 ，这样就限制其范围小于等于1 9 1 。最后的1 6 位标识可能的主机地址。每一个b 类 地址能支持2 1 6 - 2 个惟一的主机地址。b 类网络仅有1 6 3 8 2 个。其中 1 6 9 2 5 4 0 0 1 6 9 2 5 4 2 5 5 2 5 5 ；1 7 2 1 6 0 0 1 7 2 3 1 2 5 5 2 5 5 为私有i p 地址。 2 2 3c 类地址 c 类地址用于支持大量的小型网络，也是平时遇到最多的i p 地址。c 类地址使用三 个8 位位组表示网络地址，仅用一个8 位位组表示主机号。c 类网络地址范围从 1 9 2 0 1 o 至2 2 3 2 5 5 2 5 4 0 。最后一个8 位位组用于主机寻址。每一个c 类地址可支 持最大2 5 4 个主机地址，可以有2 0 9 7 1 5 0 个不同的c 类网络地址。其中 1 9 2 1 6 8 0 0 - 1 9 2 1 6 8 2 5 5 2 5 5 为私有i p 地址。 2 2 4d 类地址 d 类地址用于在i p 网络中的组播( m u l t i c a s t i n g ，多播) 。d 类地址空间的范围 从2 2 4 0 0 0 到2 3 9 2 5 5 2 5 5 2 5 4 。 2 2 5e 类地址 e 类地址保留作研究之用。因此i n t e r n e t 上没有可用的e 类地址。e 类地址的范 大连交通大学t 程硕+ 学位论文 围从2 4 0 0 0 0 至2 5 5 2 5 5 2 5 5 2 5 5 。 总的来说，i p v 4 地址分类由第一个八位组的值来确定。任何一个o 到1 2 7 之间的 网络地址均是一个a 类地址，任何一个1 2 8 到1 9 1 间的网络地址是一个b 类地址，任何 一个1 9 2 到2 2 3 间的网络地址是一个c 类地址，任何一个2 2 4 到2 3 9 间的网络地址是 一个组播地址即d 类地址，e 类保留。乜1 特殊的i p 地址段： 一1 2 7 x x x 给本地网地址使用。 一2 2 4 x x x 为多播地址段。 一2 5 5 2 5 5 2 5 5 2 5 5 为通用的广播地址。 一1 0 x x x ，1 7 2 1 6 x x ，1 6 9 2 5 4 0 0 和1 9 2 1 6 8 x x 供本地网使用，这些 本地网络连到互连网上需要对这些本地网地址进行转换( n a t ) 。这些地址也称为私有地 址。 2 3lc m p v 4 协议 i p v 4 协议是一种不可靠的协议，在使用基于i p v 4 协议的网络上，网络无法进行差 错控制、流量控制等。为实现上述功能，i p v 4 协议需要借助i c m p v 4 协议来实现这些功 能。 i c m p v 4 ( i n t e r n e tc o n t r o lm e s s a g e sp r o t o c o l ，网间控制报文协议) 与i p v 4 协 议同属于o s i 中的网络层，用于传送有关通信问题的消息阻4 1 。 一般来说，i c m p v 4 报文提供针对网络层的错误诊断、拥塞控制、路径控制和查询 服务四项大的功能。如，当一个分组无法到达目的站点或，r ，r l 超时后，路由器就会丢弃 此分组，并向源站点返回一个目的站点不可到达的i c m p v 4 报文。这一功能在测试网络 中两节点通信状况时很有用。 2 3 iic m p v 4 报文类型 i c m p v 4 报文可以分为两种类型，即i c m p v 4 差错报文和i c m p v 4 询问报文。 2 3 2ic m p v 4 回射请求和应答报文头部格式 i c m p v 4 报文被封装在i p v 4 数据报内部传输。如表2 2 所示，是i c m p v 4 回射请求 和应答报文头部格式。 6 第二章i p v 4 协议 表2 2i c m p v 4 回射请求和应答报文头部格式 t a b l e2 2i c m p v 4r e t r o r e f l e c t i o nr e q u e s ta n dr e s p o n s ep a c k e t sh e a d e rf o r m a t i p 头部( 2 0 字节) 类型( o 、8 ) 代码( 0 ) 校验和 标识符序列号 选项( 若有) 各种i c m p v 4 报文的前3 2 b i t s 都一样： 8 b i t s 类型和8 b i t s 代码字段：一起决定了i c m p 报文的类型。常见的有： 类型8 、代码0 ：回射请求。 类型0 、代码0 ：回射应答。 类型1 1 、代码0 ：超时。 1 6 b i t s 校验和字段：包括数据在内的整个i c m p v 4 数据包的校验和，其计算方法和i p 头部校验和的计算方法是一样的。 1 6 b i t s 标识符字段：用于标识本i c m p 进程。 1 6 b i t s 序列号字段：用于判断回射应答数据报。 2 3 3l c m p v 4 目标不可达报文 如表2 3 所示是i c m p 目标不可达报文头部格式。 表2 3i c m p v 4 目标不可达报文头部格式 t a b l e2 3i c m p v 4d e s t i n a t i o nu n r e a c h a b l em e s s a g eh e a d e rf o r m a t i p 头部( 2 0 字节) 未定义( 全0 ) i p 头部( 包括选项) + 原始i p 数据报中数据的前8 字节 其中代码字段的不同值又代表不同的含义，如，0 代表网络不可达、1 代表主机不 可达等。 2 3 4ic m p v 4 超时报文头部格式 如表2 4 所示，是i c m p v 4 超时报文头部格式。 大连交通大学下程硕十学位论文 表2 4i c m p v 4 超时报文头部格式 t a b l e2 4i c m p v 4t i m e - o u tp a c k e t sh e a d e rf o r m a t i p 头部( 2 0 字节) 类型( 1 1 ) i 代码( o 、1 ) i 校验和 未定义( 全0 ) l p 头部( 包括选项) + 原始i p 数据报中数据的前8 字节 其中： 类型1 1 + 代码0 ：表示传输期间生存时间为0 。 类型l l + 代码1 ：表示数据报组装期间生存时间为0 。 2 4l p v 4 协议的缺点 在i n t e r n e t 发展的最初阶段，i p v 4 协议以其良好的稳定性、成熟性等特点构成了 i n t e r n e t 网络的基石，并在网络发展的几十年里扮演着极其重要的角色，可以说没有 i p v 4 协议就没有今天的i n t e r n e t 网络。但是，随着社会生产力和科技技术的快速发展， 计算机网络和通信技术的日渐普及，节点尤其是无线节点的飞速增加，i p v 4 协议的网 络显示了越来越多的不足，具体表现在以下几个方面。 2 4 1ip 地址的严重匮乏 这是i p v 4 协议面临的最大的困难，也是促使i p 协议需要改进的最主要的原因。i p v 4 协议地址由3 2 位构成，其地址空间应该为2 3 2 ，即理论上可以分配给2 3 2 个主机。互联网 发展之初，主要用于实验室和高校之间传递信息之用，这样的地址空间绰绰有余。但是 随着计算机技术、网络通信技术和电子技术的不断发展，节点数量迅速增加，并且i p v 4 地址的分配方式存在着严重的不公平性，国家与国家之间，高校与高校之间拥有的i p 地址数量与人口数不成比例。按照权威部门的统计，以目前的互联网发展速度计算，i p v 4 地址将在近几年消耗殆尽。按照目前社会的发展和各种新技术产品的普及，未来移动设 备、电子设备都将接入到i n t e r n e t 网络，更会造成i p v 4 地址数量严重不足，严重时会 产生有设备而无i p 地址的现象。尽管上个世纪9 0 年代人们已经意识到了i p v 4 地址数 量不足的问题，也开发了一些新技术来解决这个问题，例如c i d r 和n a t 。但是这些技 术都不能从根本上解决问题。c i d r 只能是减小了路由表的存储体积，n a t 虽然将内部 i p 地址和外部i p 地址进行翻译，也只是暂时解决了i p 地址紧缺的问题，但是n a t 也增 加了网络复杂性，尤其是涉及到网络安全性时，并不能保证实现，另外还破坏了i p 网 络的节点到节点原则。采用n a t 的网络内主机并不能完全享用i n t e r n e t 网络资源，受 到一定的限制。因此以上两种技术都不能从根本上解决i p 地址匮乏的问题。 8 第二章i p v 4 协议 2 4 2 路由表体积庞大 当前的i n t e r n e t 网络是层次型的拓扑结构，为了适应这种结构，i p v 4 地址格式由 网络地址和主机地址两部分构成。这种层次型的i p v 4 地址缺乏统一的分配和管理， i n t e r n e t 每增加一个自治域，骨干路由器就要增加一项路由记录，这样就会导致网络 中多数骨干路由器中存在大量的路由表项，如此庞大的路由表在进行路由选径和存储路 由信息时会占用大量的资源，路由器的处理器的工作难度增大。并且当网络发展到一定 规模时，当前的设备已不能满足需要，必须对路由器等硬件设备进行升级。网络设备无 法适应未来的发展也是网络速度变慢的一个最主要的原因，这种网络现象称为路由表爆 炸。 2 4 3 缺乏服务质量保证( q o s ) i p v 4 协议是不可靠、不面向连接的网络协议，在传送报文时并不能保证按时、准 确送达目的节点，虽然有高层协议帮助其实现这一功能，但高层协议面向网络层时并不 能很好的工作。另外对一些实时性很强的应用就显得无能为力了，比如电视电话会议。 这些应用要求网络提供很高的服务质量保证，比如带宽、延迟和抖动。对于i p v 4 来说 都不能提供很好地支持。 2 4 4 安全性不高 i n t e r n e t 诞生时仅仅是给科研机构和高校提供信息联络使用，并没有考虑安全性。 但是随着i n t e r n e t 网络的迅速发展，i n t e r n e t 网络已经普及到了社会各个领域。一些 安全性要求相对较高的领域，例如网上银行、网上购物等等应用要求在网络通信时做到 信息绝对安全。这些对于i p v 4 协议本身来说并不能做到。虽然可以借助第三方安全软 件实现，但是在兼容性、接口的无缝链接性等方面要求很高。有时还会出现第三方软件 欺骗的问题。 本章小结 本章主要进行了对i p v 4 协议的格式分析，详细介绍了i p v 4 地址的分类方法和与 i p v 4 协议配套使用的i c m p v 4 协议。重点阐述了i p v 4 协议无法适应当前i n t e r n e t 网络 发展的缺点，进而引出研发i p v 6 协议的必要性和重要性。 9 大连交通大学t 程硕十学位论文 第三章ip v 6 协议 i p v 6 是“i n t e r n e tp r o t o c o lv e r s i o n6 “ 的英文缩写，是i e t f 设计的为适应 i n t e r n e t 网络迅速发展，用于替代现行版本i p v 4 协议的下一代i p 协议。 目前i n t e r n e t 网络中广泛使用的是i p v 4 协议，i n t e r n e t 从诞生到现在将近2 0 多 年的历史，随着计算机技术、网络通信技术和电子技术的迅猛发展和i n t e r n e t 规模的 不断扩大，i p v 4 协议在使用的过程中暴露出了许多缺点，其中最重要的一个缺点就是 互联网i p 地址的严重匮乏。国际互联网域名与地址分配机构( i c a n n ) 2 0 0 9 年2 月表示， 将首次向全球1 3 个根服务器网络上的文件和数据库中添加i p v 6 地址，这意味着国际组 织正式启动i p v 6 协议的普及进程。此举也表明i p v 4 地址的耗尽已经成为下一代互联网 发展的全球性“燃眉之急“ ，尽快向i p v 6 协议网络过渡成为互联网业界的集体共识。 有预测显示，根据当期i n t e r n e t 网络规模发展的速度来看，未来几年内，所有的i p v 4 地址将分配使用完毕。另外i p 地址的分配存在严重的不合理性，拥有多数人口的发展 中国家却拥有极少数的i p 地址。基于此严重形势，互联网组织和机构已经采取了一些 策略来保证i p v 4 地址资源的合理使用，如采用当前比较流行的c i d r ( 非传统网络区域 路由) 和n a t ( 网络地址翻译) 等。但是所有手段都不能彻底解决i p 地址短缺的问题。 另外当前互联网上传输的对延时敏感的流媒体业务占很大比例，例如电视电话会议、网 络电视等。i p v 4 协议尽力而为的工作特点不能够对该业务提供很好的保证。 从互联网长远发展的角度考虑，为了解决i p v 4 协议存在的诸多缺点，尤其是i p 地 址严重短缺的问题，i e t f 从1 9 9 5 年开始着手研究、开发适合i n t e r n e t 发展的协议一 一i p v 6 协议。i p v 6 协议的地址空间达到1 2 8 位，远远满足计算机设备、尤其是激增的 无线通信设备需要的i p 地址的需要。必选字段i p s e c 协议可以保证数据包的安全性， 解决了i p v 4 协议设计之初就缺乏的安全问题。另外，在i p v 6 协议中，还采用了i p v 4 协议没有的高效i p 包头、分级地址模式、主机地址自动配置、认证和加密、服务质量 等许多快速、安全技术隋1 。 相比i p v 4 协议，i p v 6 协议的数据报对报头作了简化处理，以此来提高网络路由器 在处理数据时处理器的工作效率。i p v 6 协议报头由一个基本报头和多个扩展报头构成， 基本报头长度为4 0 字节，并且是固定的长度，存储网络路由器处理数据流时需要处理 的信息。由于互联网上的数据包在传输时只是被网络路由器直接转发，i p v 6 协议固定 的报头长度可以使网络路由器处理数据流时提高转发速度。i p v 4 协议报头由1 5 个字段 构成，i p v 6 协议报头由8 个字段构成，相对简单。i p v 4 协议报头长度包含在i h l 字段 中，是可变的，而i