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1 计算机网络 课 程 设 计 ipv6 的发展和应用 1032103235 计网 （ 2）班 信息工程学 院 计科 系 2011 年 12 月 27 日 设计题目 组长学号 专业班级 组长姓名 指导教师 2 目 录 第一章 背景1 第二章 ipv6 技术介绍.3 2.1 ipv4 和 ipv6 的主要区别.3 2.2 ipv6 的地址方案.4 2.2.1 地址表达方式4 2.2.2 地址分配5 2.2.3 地址类型5 2.3 ipv6 的报头格式.7 2.3.1 ipv6 的基本报头7 2.3.2 ipv6 的扩展报头8 第三章 ipv6 发展前景及特色应用.10 3.1 ipv6 支持业务的优势.10 3.1.1 巨大的 ip 地址空间方便了多样化业务的部署和开展10 3.1.2 内置 ipsec 协议栈提供了方便的安全保证11 3.1.3 移动 ipv6 提供了 ip 网络层面终端的移动性11 3.1.4 ipv4 中采用的外地代理方便了移动 ipv6 的部署。11 3.2 ipv6 特色应用.11 3.2.1ipv6 与 rfid 11 3.2.2 ipv6 与家庭网络12 3.2.3 ipv6 与三重服务(tripleplay)12 3.2.4 ipv6 与移动13 3.2.5 ipv6 与 wi-fi 和 wi-max .14 第四章 总结15 参考文献16 3 第一章第一章 背景背景 随着网络不断的普及，ipv4 地址日趋枯竭，为了应对这一危机，相关国际 组织制定并公布了下一代网络协议ipv6。本文试对 ipv6 的协议内容（地址 格式和报头等）进行较为详细地介绍，ipv4 向 ipv6 过渡技术以及目前 ipv6 的 应用状况进行较为具体地说明。以期使初学者对 ipv6 有具体的认识，并对在 ipv6 应用中遇到的问题，找到可以近似参照的解决方案。 传统的 ip，即 ipv4（ip version 4）定义 ip 地址的长度为 32 个二进制数 位，理论上能提供 232=4294967296 个 ip 地址。从 20 世纪 80 年代中期起，尤 其是进入 90 年代以来，internet 有了迅猛地发展，以目前因特网发展速度计 算，所有 ipv4 地址将在 20052010 年间分配完毕。尽管采取一些措施，如 cidr、dhcp、nat 和 proxy 等技术，可很大程度地减缓 ipv4 地址空间的耗尽， 但从长远来看，这只是权宜之计。与此同时，这些技术打破了 ip 协议端到端的 自然属性，并使得路由表将占满路由器的内存空间，有可能导致网络瘫痪。 1994 年 11 月 iesg (internet engineering steering group)以 rfc1752 为标 准草案产生了下一代 ip 协议，并命名为 ipv6(ip version 6)。 ietf（internet engineering task force）从 1995 年开始，着手研究开发 ipv6。ipv6 具有长达 128 位的地址空间，能提供天文数字的 ip 地址空间 有可能是 3.41038，这将彻底解决地址匮乏的问题。除此之外，ipv6 还采用 分级地址模式、高效 ip 包头、服务质量（qos） 、主机地址自动配置、认证和加 密等许多技术。下一代互联网（internet2）将以 ipv6 协议为基础。 如图 1-1 所示，所有因特网的区域性注册机构（rir）包括 arin、ripe 和 apnic 的 ipv4 地址分配非常不平衡： arin（the american registry for internet numbers）：负责南、北美 洲及非洲的一部分地区的地址分配，获得 74%； ripe ncc（reseau ip europeans）：负责欧洲、中东和非洲的一部分地区 的地址分配，获得 17%； apnic（the asia-pacific network information center）：负责亚洲、 太平洋地区的地址分配，获得 9%。 图 1-1 ipv4 地址分配情况 5 ipv4 地址分配在全球的不均衡，必然导致有的国家和地区的地址资源相当 匮乏。这些国家和地区必然对 ipv6 的引入抱有积极的态度。目前 ipv6 在亚洲 和欧洲地区的蓬勃发展充分证明地址空间的匮乏是最主要的推动力。 6 第二章第二章 ipv6 技术介绍技术介绍 2.1 ipv4 和和 ipv6 的主要区别的主要区别 ipv6 协议并不是完全推翻了 ipv4 的所有思路和结构，重新制定一个完全 不同的网络协议标准，而是继承了 ipv4 协议的主要优点，并依据 ipv4 在使用 中所获取的丰富经验、教训来进行很大幅度的修改和功能扩充。其中，ipv6 与 ipv4 相比，最为显著的变化在于两点：地址空间及格式表达、报头格式。另外 在安全性上，ipv6 也较 ipv4 有显著的提高。 首先是网络地址空间的极大扩展。从 ipv4 到 ipv6，ip 地址规模一下子从 32 位增加到 128 位，也就是说 ipv6 拥有 128bit 的地址空间。那么 ipv6 的地 址长度就是 2128，即： 340，282，266，920，938，463，374，607，431，768，211，456 直观的就是 1038之多。这将是一个非常巨大的地址空间，足以供我们每个人拥有成百上千 台个人计算机终端，甚至手机和家用电器也将拥有各自的 ip 地址。 其次，ipv6 协议采用了不同于 ipv4 协议的网络地址分类方式。传统的 ipv4 协议将网络地址分为：a、b、c、d、e 5 类，一般格式为：地址类号|网络 号|主机号（二进制） 。ipv6 的地址类型主要分为：unicast 单播地址、 multicast 组播地址、anycast 任播地址 3 类。另外，ipv6 的地址体系在很多 领域，比如：层次结构、分配对象、聚合方式等诸多方面都与 ipv4 有着很大的 差异。而且，地址的分配方案直接和网络路由的效率有关。其中，所有 ipv6 的 地址都是被分配到接口，而非 ipv4 中的结点。这也是两者区别之一。 报头格式的不同将在另外章节详细介绍，在此就不赘述了。 ipv6 协议大大增加了网络对鉴定和机密的支持，具有较之 ipv4 网络协议 远为强大的安全性。ipv6 协议族定义了有关安全性的基本信息，提供了两种安 全机制：认证和加密。在实际的 ip 通信中，可以使用这两种安全机制或者其中 之一，提高数据传输的安全性。 另外，ipv6 在 qos、plug基于 计算机的业务主要与视频和数据业务相关,包括高速上网、实时电视、vod、视 频会议、交互式游戏等,需要支持连接共享,对家庭来说,接入速度至少要 3mbit/s;话音业务则主要包括传统的电话业务、ip 话音业务。随着电信运营商 开展三重服务,越来越多的设备和业务都变成 ip 传输,随之而来的是需要越来越 多的网络地址并且需要网络能够支持即插即用,而 ipv6 能够满足这种需求。 3.2.4 ipv6 与移动与移动 ipv6 将为移动通信带来无限的发展空间,具体表现在以下方面: 1、ipv6 有着巨大的地址空间 ipv6 为全球数十亿的用户提供足够多的地址,特 别是充满生机的移动市场,采用 ipv6 之后,有了足够的 ip 地址, ipv4 中的 nat 将不再需要,这将使移动 ipv6 的部署更加简单直接,由于不再需要管理内部地址 与公网地址之间的网络地址翻译和地址映射,使得网络的部署工作只需要管理比 ipv4 少的网络元素和协议。 2、提供端到端的对等通信今天的因特网上 nat 被广泛地使用,绝大多数的 应用都是基于客户端/服务器的方式,这种状况完全无法满足人们对未来移动网 络的要求,因为移动手机之间及与其它网络设备之间的通信绝大部分都要求是对 等的,因此需要有全球地址而不是内部地址,去掉 nat 将使通信真正实现全球可 达、任意点到任意点的连接、网络发起的 ip 业务等,这对于未来蜂窝网络和因 特网之间的互通来说是最有益的,对这些网络的持续成功发展是至关重要的。 3、内嵌的安全机制 ipv6 标准完整组成的一部分是对安全机制的定义,而在 ipv4 标准中安全问题是一个补充的可选部分。ipv6 将安全作为标准的有机组成 部分,ipv6 的全球编址模式要求安全的部署应该在更加协调统一的层次上,而不 是像 ipv4 那样通过叠加的解决方案来实现安全。通过 ipv6 中的 ipsec 可以对 ip 层上的通信提供加密/授权。通过移动 ipv6 可以实现远程企业内部网(如企 业 vpn 网络)的无缝接入,并且可以实现永远连接。 4、方便的自动配置 ipv6 中主机地址的配置方法包括无状态自动配置、全 状态自动配置(dhcpv6)和静态地址,这意味着在 ipv6 环境中的编址方式能够实 17 现更加有效率的自我管理,使得移动、增加和更改更加容易,并且显著降低了网 络管理的成本。无状态自动配置是移动节点获得地址的重要方法,节点采用邻居 发现机制自动获取独一无二的全球可路由地址,这种即插即用的地址配置方式不 需要用户或者运营商进行人工干预,非常符合移动设备的上网要求;而全状态自 动配置如 dhcp 则要求增加一个服务器,同时也增加了运营和维护的工作。 5、服务质量(qos)的保证 ipv6 的头标增加了一个流标记域,20 位长的流标 记域使得任何网络的中间点都能够确定并区别对待某个 ip 地址的数据流,尽管 目前流标记的确切使用方法尚未标准化,但可以肯定的是它可以用来支持未来基 于服务水平和其它标准的新的计费系统等。ipv6 还通过另外几种方法来改善服 务质量,主要有提供永远连接、防止服务中断及提高网络性能等。 6、ipv6 通过静态的家乡地址来识别每个节点移动节点离开家乡子网时向 其家乡链路上的家乡代理发送其当前位置的信息,家乡代理截获发送到该移动节 点地址的数据包并用隧道将数据发送到移动节点当前的位置。这一机制对于 ip 以上的所有网络层(如 tcp、udp 以及所有的应用)都是完全透明的,因此移动节 点的 dns 记录指向的是节点的家乡地址,当移动节点改变其因特网的接入点时不 需要更改其 dns 记录,实际上移动 ipv6 只是影响了数据包的选路,而独立于路由 协议本身(如 rip、ospf 等)。 3.2.5 ipv6 与与 wi-fi 和和 wi-max wi-fi 和 wi-max 都将是 ipv6 走向实用的主要驱动力之一。随着 wi- fi、wi-max 的发展,对 ip 地址的要求将会急剧增长,从而驱动 ipv6 的发展,而 且 ipv6 的新的特性也将为这些技术和应用的实现带来更多方便,除了能够提供 大量的地址空间之外,ipv6 即插即用的特性、不需要通过 nat 的端到端通信等, 都将为这些移动技术和应用的发展奠定良好的基础。 当然,ipv6 并非十全十美、一劳永逸,不可能解决所有问题。ipv6 只能在发 展中不断完善,也不可能在一夜之间发生,过渡需要时间和成本,但从长远看, ipv6 有利于互联网的持续和长久发展。它在不久的将来将取代目前被广泛使用 的 ipv4。每个人将拥有更多 ip 地址。 18 第四章第四章 总结总结 在 ipv6 网络上发展业务的方式是目前互联网领域关注的重点之一，本文首 先介绍了 ipv6 支持业务的基本能力和 ipv6 业务的发展现状，然后从下一代网 络的角度探讨了 ipv6 网络和上层业务系统/平台之间的关系，最后提出了运营 商在业务系统中逐渐部署 ipv6 协议的三种演进思路，即升级现有业务系统逐渐 支持 ipv6 协议、实现在不同网络层协议上的业务系统之间的互通、直接建设支 持 ipv4/ipv6 的双栈业务系统，从而实现业务系统向 ipv6 的演进。一般地，业 务系统在开发网络功能时，其调用的 socketapi 接口是与特定网络协议密切相 关的，例如在源代码中一般用 af_inet 来表示针对 ipv4 协议的接口调用，而 在 ipv6 协议中就需要采用 af_inet6 来表示；其次，支持 ipv6 协议需要对于 应用软件进行修改使其能识别和处理 128 位的 ipv6 地址，这些工作需要较大的 代码开发工作量，因此在业务系统中引入 ipv6 能力将会是一个复杂漫长的过程， 需要业界的共同努力 1 参考文献参考文献 1 计算机网络技术 陈代武 主编 北京大学出版社 2009.08