（通信与信息系统专业论文）ipv4向ipv6过渡技术的natpt设计与实现.pdf

摘要 嚣蓠i n t e r n e t 广泛使用憋嬲终协议是i p v 4 协议，它形成 予二十世纪七十年代末随蒴i n t e r n e t 的飞速发展，网络的规 模急剧膨胀，使褥地址资源网益稀缺，路由表迅速膨胀，这些问 题使得霹蓊酶i p v 4 协议己越来越不糍适应i n t e r n e t 发展酶要 求。新一代的网络协议i p v 6 协议也因此而产生，它可以 提供巨大的地址空阕，和熙络适配鲍层次地址，以及更好的报 头格式和扩展头逡项等。从i n t e r n e t 的发展趋势来褥，i p v 6 取代i p v 4 ，得到最终的全面应用是技术发展的必然趟势。不 i 窭，从i p v 4 阚终完全升级烈i p v 6 瓣络将经魇一个毒摹常长豹过 渡过程现阶段，我们只能建立i p v 4 i p v 6 热存的网络因此， 勰决i p v 4 网络和i p v 6 网络之间的过渡技术姻题，也就成为了 2 0 0 0 年后i e t f 的i p v 6 工佟小组静研究重点。雷蓠，从i p v 4 到i p v 6 主要存在三种过渡技术：双协议栈技术，隧道技术和 醮零一船鼓零( 蹲络她娃黧译秘议糕译技术) 。本文对这三秘 过渡技术作了详细介绍，问时，根据目前的过渡现状和现实需 求，特别对其中的n a t p t 技术作了深入的研究和分析n a t p t 授术实瑗了单协议筏酶i 莲主梳与攀协议筏戆i p v 6 主橇之阍 的相互通信解决了在i p v 4 i p v 6 欺存的网络中，类似于i p v 4 主枫访问i p v 6 服务器以及i p v 6 主枫访目i p v 4 服务器等问 题。 论文中提出的实现方案以l i n u x 系统为平台，使用一个具 畜籍壶囊麓，荠支持双协议鹃p e 规捧鸯魏译薅关，多台支捺 单协议栈的p c 机来模拟i p v 4 网络和i p v 6 网络。利用这个平 愈来实现单协议栈的i p v 4 网络与单协议栈的i p v 6 网络之间的 嚣联互通。 关键谲：i p v 6 ，过渡机制，n a t - p t ，d n s - a l g ，l i n u x a b s t r a c t n o w a d a y s ，i p v 4i st h eb r o a d l y u s e dp r o t o c o li nt h ei n t e r n e t 。i t sc o n s t r u c t e d i nl a t e7 0 s ，a l o n gw i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to f i n t e m e tt e c h n o l o g y , t h es i z e o f n e t w o r k se x p a n d e de n o r m o u s l yi na l lu n e x p e c t e dr a t ec a u s i n gs h o r t a g eo f i pa d d r e s s e sa n de x p a n s i o no f r o u t e rt a b l e s t h e s ee a u s e 蹦b e i n gn o t s u i t a b l ef o rc u r r e n ta n df u t u r ei n t e r n e td e v e l o p m e n tr e q u i r e m e n t s ，h e n c et h e n e w e rg e n e r a t i o ni p v 6w a sd e v e l o p e da n dc a l ls u p p o r tah 垮ea d d r e s ss p a c e , b e t t e rh e a d e rf o r m a t a n de x t e n s i o nh e a d e r sw i t hn 删o p t i o n se r e f r o mt h e p o i n to f d e v e l o p m e n tu p t r e n do f i n t e m e t r e p l a c i n ga l li p v 4a d d r e s s e sw i t h 擅v 6a d d r e s s e s 。af i n a la n d c o m p l e t es o l u t i o nc a l lb er e a l i z e d h e n c ei t sa v e r yn e c e s s a r yt e c h n i c a la p p r o a c h b u tac o m p l e t eu p g r a d ef r o mi p v 4 a d d r e s s e st om v 6i sav e r yl o n gt r a n s i t i o np r o c e s s a tt h em o m e n tw ec a n o n l ym a k ea n 器瞄a n di p v 6c o - e x i s t i n gn e t w o r k h e n c et h i sb e c a m et h e m a j o rt a s ki ny e a r2 0 0 0f o ri e t f i p v 6w o r kg r o u p a tt h em o m e n t st h e r ea r e t h r e ek i n d so f t e c h n i q u e sf o ri p v 4t op v 6t r a n s i t i o n ；d u a ls t a c kt e c h n i q u e , t u n n e lt e c h n i q u ea n dn a t - p t t e c h n i q u e ( n e t w o r ka d d r e s st r a n s l a t i o n - p r o t o c o lt r a n s l a t i o n ) t h i sa r t i c l ee x p l m n sa l lt h r e et e c h n i q u e si nd e t a i l a tt h e s 挝r u et i m e , c o n s i d e r i n gc u r r e n tt r a n s i t i o ns t a t u sa n dr e q u i r e m e n t sn a t - p ti s m a i n l yf o e u s e da n dd e e p l ya n a l y z e d n a h p tr e a l i z e st h ec o m m u n i c a t i o n b e t w e e no n l yi p v 4n e t w o r kh o s ta n do n l ym v 6n e t w o r kh o s t a n dr e s o l v e st h e p r o b l e m sl i k et h ep r o b l e m sw i t hi n t e r e o n n e c t i o n s 西黼4h o s t st oi p v 6 s e r v e r sa n di p v 6h o s t 8t oi p v 4s e t v e r si nt h e i p v 4 i p v 6c o - e x i s t i n gn e t w o r k s t h es o l u t i o n sp r o v i d e di nt h i st h e s e sa r eb a s e do nl i n u xp l a t f o r m ，a n du s e sa c o m p u t e rw h i c hp o s s e s s e sm u t i n gf u n c t i o n sa n dd u a ls t a c ks u p p o r ta sa t r a n s l a t i o ng a t e w a y , s e v e r a lp u r ep r o t o c o ls u p p o r t i n gc o m p u t e r sa si p v 4a n d i p v 6n e t w o r k s t h i ss e t u pi su s e dt or e a l i z et h ei n t e r c o n n e c t i o n sb e t w e e no n l y i p v 4a n d o n l yi p v 6n e t w o r k s k e y w o r d ：i p v 6 ，t r a n s i t i o nm e c h a n i s m ，n a t p t ， d n s a l g ，l i n u x 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和 取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨注盘鲎或其 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了谢意。 学位论文作者签名：游字日期：如年1 月8 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解叁生盘鲎有关保留、使用学位论文的 规定。特授权鑫注盘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，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查 阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位敝储娩： 云膨导师躲 签字日期：2 孝年1 月笤日签字日期：z g 薛工月牙日 第一章绪论 1 。1l p v 6 的发展背景 第一章绪论 近年来互联网在各个领域内褥到了空前的发展，人们对信息资源的 开发和利用进入了一个全新的阶段。h a t e m e t 标准的网络层协议i p 的当 前形式( i p v 4 ) 已越来越捉襟见肘：撑地址资源越来越紧张，路由表越来 越庞大，路由速度越来越慢等。地址生命期预测工作组预言，因特网的 公有i p v 4 地址将在公元2 0 0 5 2 0 11 年之间用完。虽然各方面都在研究 些补救的方法，如雳地址翻译( n a t ) 垛缓解i p 地址的紧张，用无类 域问路由选择( c l d r ) t 2 1 】来改善路由性能等，但这些方法只能给i p v 4 部 分缓鳃，并不能完全解决其先天的不足，除了上述的技术问题外，还有其他 重大问题隐藏在背后。起初因特网的使用者主要是大学、蓠技术工业以 及政府部门，随着9 0 年代中期因特网的不叛膨胀，它己被更多的人使 用，尤其是有着不同需求的人们。酋先，上千万拥有无线便携枫的人可 以用它来与其企业网保持联系；其次，随着计算枫、通信、娱乐业的不 断交叉融合，可能不久的将来世界上的每一台电视机都会成为因特网的 一个节点，从而导致上亿台机器用于视频点播；还有，计算机将不断地 微型化，计算机无处不在，如被安装在胸章、标签、选票、电灯开关高 安全性恒温箱等内。在这些环境下，系统必须支持即捶即用、实时通 信、低功耗、容易管理等，很明显l p 必须进一步发展且更具灵活性。 为了解决以上这些问题。1 9 9 0 年i e t f 开始着手开发口的新版本。 它的主要目标有： 1 地址空间无限大，永不会用尽地址 2 减小路由表的长度。 3 简化协议，使路由器处理分组的速度更快。 4 提供更好的璎层安全。 5 增加对服务质量的支持，特别要支持实时通信。 6 通过定义范围来实现多点播送。 7 支持郎插即用，主机可以不改交地址即可实现漫游。 8 协议具有良好的可扩展性。 9 允许新旧扔议共同存在。 第一章绪论 为了实现符合所有这些需求的协议，i e t f 在r f c1 5 5 0 中发表了一 个寻求提议和讨论的声明。到1 9 9 2 年1 2 月止，为下一代坤提出了7 个重要提议。它们从对i p 作较小的修改到完全舍弃旧i p 而用新协议取 而代之的都有。这其中有三个提议通过多次讨论和修改一起合并成为增 强的简单因特网协议s i p p ( s i m p l ei n t c r n g tp r o t o c o lp l u s ) 2 2 1 。s i p p 即采 用6 4 位的i p 地址，在高性能网如a t m 和低带宽网如无线网中皆运行 良好。到1 9 9 3 年9 月，增强的简单因特网协议s i p p 被选中作为下一代 i p i p n g 开发的基础并将之命名为i p v 6 。i e t f 组成一个特定的工作组 i p n g w g 来对其进行研究和标准化。到1 9 9 4 年1 1 月，由i e t f 提出并 由i e s g 审核通过了“对下一代m 协议的建议”。这个建议是i p v 6 开发的 纲领，i p n g w g 工作组及其它因特网团体就是遵循这个提议标准对 i p v 6 进行研究和实现的。 i p v 6 协议的研究起源于2 0 世纪9 0 年代，该协议是i e t f 在比较多 种i p n g 方案的基础上，最后以“简单互联网协议增强( s i p p ) ”为基础 加以改进而形成的。i p v 6 协议最初的草案是1 9 9 5 年由c i s c o 公司的 s t e v ed e e d n g 和n o k i a 公司的r o b e r th i n d e n 起草完成的( 即 r f c 2 4 6 0 ) 。1 9 9 8 年，i e t f 对r f c 2 4 6 0 进行了较大改进，形成了现有 的r f c 2 4 6 0 ( 1 9 9 8 版) 。i p v 6 的其他标准也陆续由i e t f 的相关工作 组制定出来。经过多年的努力，i e t f 已经制定出1 0 0 多项有关i p v 6 协 议的r f c 。到1 9 9 8 年夏末为止，新的i p v 6 r f c 获准发表。其中尤其值 得注意的是，r f c 2 3 7 3 ( 1 p v 6 的寻址体系结构) 替换了r f c l 8 8 3 ， r f c 2 3 7 4 ( 一种可聚合全球单播地址格式的i p v 6 ) 替换了r f c 2 0 7 3 。 其他允许发表的新的r f c 描述了i c m p v 6 和i p v 6 中的邻居发现和无状 态自动配置。 1 2i p v 6 的发展现状 从区域上看，目前美国和欧洲国家对i p v 6 的发展以研究和实验为 主体，同本和韩国等亚洲国家则在i p v 6 的商用及业务开展方面处于领 先地位，中国起步晚于日本和韩国等国，但是中国互联网和通信市场的 巨大空间和前景，都使中国有机会、有潜力成为未来i p v 6 产业化进程 中举足轻重的一部分。以下部分将扼要介绍i p v 6 在全球各主要区域与 国家的发展状况。 2 第一章绪论 1 2 1i p v 6 在美国 美国是i p v 4 的发源地，地址资源和商业应用占据了先天的优势， 因此目前既没有地址短缺的忧虑，也不愿意改动花费巨资构建的i p v 4 商 业网络体系，所以美国主要以i p v 6 研究、协调中心的面目出现。比较 典型的i p v 6 网络有美国能源网络6 b o n e ， 6 r e n ，e s n e t 和 i n t e n e t 2 ( a b l e n e ) 等。 1 6 b o n e 6 b o n e 于1 9 9 6 年8 月由i e t f 创建，是世界上成立最早，也是 迄今规模最大的全球范围的i p v 6 示范网。到2 0 0 2 年，6 b o n e 的规模 已经扩展到包括中国在内的5 7 个国家和地区，连接了近于个结点，成 为i p v 6 研究者、开发者和实践者的主要平台。 2 6 r e n 为了加速i p v 6 向实用化的方向迈进，1 9 9 8 年1 2 月，i e t f 的 i p n g 和n g t r a n s 工作组提出建立全球性的i p v 6 研究与教育网6 r e n ( i p v 6r e s e a r c ha n de d u c a t i o nn e t w o r ki n i t i a t i v e ) 。6 r e n 的 主要目标是提供高质量的i p v 6 分组传输服务，增加运营i p v 6 网络的 经验，促进i p v 6 网络的部署以及测试早期的i p v 6 应用。 在6 r e n 不断发展期间，为了更好地支持6 r e n 参与者之间的纯 i p v 6 对等互连，c a n a r i e 和e s n e t 在1 9 9 9 年初共同发起了一个称为 i p v 6 交换的计划一6 t a p ，它以s t a r t a p 为依托，由e s n e t 提供路由 服务和运营管理， c a n a r i e 提供路由服务器和注册服务，建立了一个以 a t m 交换机为中心的i p v 6 洲际网络。 1 2 2l p v 6 在欧洲 欧洲的移动通信事业相当发达，因此它们在i p v 6 的研究和商业化 应用方面更注重移动通信领域的扩展，采取的是“先移动，后固定”的 基本战略，在第三代移动网中率先引入i p v 6 。 1 欧洲6 1 n i t 6 i n i t 项目开始于2 0 0 0 年1 月，该项目由欧盟第5 框架创建， 其创建的目标是促进欧洲i p v 6 网的多媒体和安全服务。6 i n i t 的外部 i p v 6 网络通过t e l e b i tt b c 2 0 0 0 连接，内部的单播和组播路由在 第一章绪沦 i 2 1l p v 6 在美国 美国是i p v 4 的发源地，地址资源和商业应用占据了先天的优势， 囡此目前既没有地址短缺的忧虑，也不愿意改动花费巨资构建的i p v 4 商 业网络体系，所以美国主要以i p v 6 研究、协调中心的面目出现。比较 典型的i p v 6 网络有美国能源网络6 b o n e ， 6 r e n ，e s n e t 和 i n t e n e t 2 ( a b l e n e ) 等。 l 6 b o n e 6 b o n e 于1 9 9 6 年8 月由i e t f 创建，是世界上成立最早，也是 迄今规模最大的垒球范围的i p v 6 示范网。到2 0 0 2 年，6 b o n e 的规模 已经扩展到包括中国在内的5 7 个国家和地区，连接了近于个结点，成 为i p v 6 研究者、开发者和实践者的主要平台。 2 6 r e n 为了加速i p v 6 向实用化的方向迈进，1 9 9 8 年1 2 月，i e t f 的 i p n g 和n g t r a n s 工作组提出建立全球性的i p v 6 研究与教育网6 r e n ( i p v 6r e s e a r c ha n de d u c a t i o l ln e t w o r ki m t i a t i r e ) 。6 r e n 的 主要目标是提供高质量的i p v 6 分组传输服务，增加运营i p v 6 网络的 经验，促进i p v 6 网络的部署以及测试早期的i p v 6 应用。 在6 r e n 不断发展期间，为了更好地支持6 r e n 参与者之间的纯 i p v 6 对等互连，c a n a r i e 和e s n e t 在1 9 9 9 年初共同发起了一个称为 i p v 6 交换的计划一6 t a p ，它以s t a r t a p 为依托，i ； _ je s n e t 提供路由 服务和运营管理，c a n a r i e 提供路由服务器和注册服务，建立了一个以 a t m 交换机为中心的i p v 6 洲际网络。 1 2 2i p v 6 在欧洲 欧洲的移动通信事业相当发达，因此它们在i p v 6 的研究和商业化 应用方面更注重移动通信领域的扩展，采取的是“先移动，后固定”的 基本战略，在第三代移动网中率先引入i p v 6 。 i 欧洲6 i n i t 6 1 n i t 项目开始于2 0 0 0 年1 月，该项目由欧盟第5 框架创建， 其创建的目标是促进欧洲i p v 6 网的多媒体和安全服务。6 i n i t 的外部 i p v 6 网络通过t e l e b i zt b c 2 0 0 0 连接，内部的单播和组播路由在 i p v 6 网络通过t e l e b i tt b c 2 0 0 0 连接，内部的单播和组播路由在 第一章绪论 f r e e b s d 3 5 p c 路由器上实现，而主机采用了基于l i n u x ， w i n d o w 2 0 0 0 ，s o l a r i s 8 和f r e e b s d 3 5 的i p v 6 客户端。 2 欧洲6 n e t 和e u r 0 6 i x 2 0 0 2 年1 月，欧洲同时启动了两个为期3 年的i p v 6 研究与实施 计划：6 n e t 和e u r 0 6 i x 试验网。在6 n e t 计划中，将至少有1 1 个国 家级的研究和教育网络在速率高达2 5 g b s 的链路上建立纯i p v 6 网 络。在e u r 0 6 i x 试验网计划中，欧洲主要的电信运营商将携手建立一定 数量的i p v 6 交换节点，以支持i p v 6 在欧洲范围内的快速引入， e u r 0 6 i x 项目由西班牙的t e l e f o n i c a 领导。 3 欧洲a n d r o i d 该项目由英国电信领导，项目的目的是：验证在基于i p v 4 i p v 6 的 基础设施上提供可以管理的、易于扩展的，可以支持按需i p 服务的网 络结构。a n d r o i d 网络使用了r e n a t e r ，6 b o n e 和6 n e t 作为骨干 网。 4 法国r e n a t e r 2 r e n a t e r 2 是法国的i p v 6 科学网，骨干网使用a t m 交换机连接， 同时连接到6 b o n e ，捷克研究网络t e n 一1 5 5 ，美国、加拿大和日本的 试验网。 另外还有法国的a i r s + + ，北约i n s c 试验网和g e a n t ，欧洲第一 个i p v 6 商用网一瑞典s k a n o v a 于2 0 0 1 年1 1 月启动。 1 2 3i p v 6 在日本 日本虽然是互联网的后起国家，但由于电子设备和信息家电产业高 度发达，对i p 地址迫切需要，因此在i p v 6 研究和应用方面，步伐 大、速度快，而且在i p v 6 商业化推广方面一直走在世界前列。 2 0 0 0 年9 月，日本政府把i p v 6 技术的确立、普及与国际贡献作为政府的基 本政策公布；1 1 月将现有网络推进、过渡到i p v 6 网络作为“i t 基 本战略”中的重点政策“超高速网络建设和竞争政策”的具体目标。 2 0 0 1 年3 月，明确规定在2 0 0 5 年完成互联网向i p v 6 的过渡，投巨 资支持i p v 6 ，全面部署实施i p v 6 的网络环境，让所有家庭与光纤网 连接，让所有家电产品都能上网，使日本的网络普及率提高到全球最高 水平。 日本政府为了发挥产学研组织的作用，早在1 9 8 8 年就成立了互联 网及广域网的产学研联合研究开发组织w i d e ，而且该组织正发展成一 4 第一章绪论 个国际性i p v 6 研究组织。 2 0 0 1 年，在日本政府的支持下，又成立了 另一个产学研组织一i p v 6 普及及推进协会，旨在推动i p v 6 的产业化 形成。日本政府还专款投入，重点支持了一些项目，包括下一代网络标 准i p v 6 的制定，互联网信息家电的研究开发，建立日本千兆位网 ( j g n ) 等。 在全球i p v 6 商用服务、产品及应用开发方面，日本目前处于领先 地位。2 0 0 1 年日本就已推出了纯i p v 6 实验业务，同年n t t 在全球第 一个推出了i p v 6 商用服务。其他各大运营商及i s p 也纷纷搭建i p v 6 网络，目前，日本已经有1 0 多家运营商及i s p 提供i p v 6 商用服务。 此外，w i d e 项目将在东京建立超过2 0 个i s p 直接互连在一起的试验 性i p v 6 i x 网( i n t e r n e te x c h a n g e ) ，这也是世界上最大的i p v 6 i x 之一。 在日本政府的大力支持下，企业研发和生产支持i p v 6 产品的热情 空前高涨。 1 2 4i p v 6 在韩国 韩国政府引导i p v 6 技术的发展，特别是m i c 从2 0 0 0 年开始对 i p v 4 i p v 6 过渡技术进行投资，使韩国的i p v 6 实验床非常活跃。韩国 信息通信部声称正加紧创造环境引入i p v 6 ，并提出“下一代互联网基 础计划”。该部门计划投资4 6 8 亿韩元政府预算和3 6 8 亿韩元私人 投资来开发支持i p v 6 的产品，包括高端路由器、i m t 一2 0 0 0 终端以及 相关应用。 韩国已制定了i p v 6 的演进过程，共分四个阶段。第一阶段( 至 2 0 0 1 年) 建立i p v 6 试验网，开展验证、运行和宣传工作；第二阶段 ( 2 0 0 2 2 0 0 5 年) 建立了i p v 6 岛，与现有i p v 4 网络互通，在i m t 一 2 0 0 0 上提供i p v 6 服务；第三阶段( 2 0 0 6 2 0 1 0 年) 建立i p v 6 大 网，原i p v 4 大网退化为i p v 4 岛，与i p v 6 大网互通，提供有线和无 线的i p v 6 商用服务；第四阶段( 2 0 1 1 年以后) 演进成一个单纯完整 的i p v 6 网。 目前，韩国e t r i 已经开发了i p v 6 多播视频会议和视频流业务， n c a 已经开发了v o i p v 6 ，另外开展了一些宽带i n t e r n e t 业务，如在 线网络游戏、网络银行、网络教学和实时v o d 等。6 t a l k 目前正在开 发i p v 4 i p v 6 过渡技术，6 a n t s 在开发网络自动配置技术，6 n e a t 在 开发i p v 6 应用。 第一章绪论 韩国的i p v 6 网络有6 b o n e k r ( 1 9 9 8 ) ( e t r i ) 、k o r e n i p v 6 ( 1 9 9 9 ) ( k t ) 和t e i n ( t r a n se u r a s i ai n f o r m a t i o n n e t w o r k ) ( 2 0 0 1 ) ，l x 有6 n g i x ( 2 0 0 1 ) ( n c a ) 。 1 2 5i p v 6 在中国 从2 0 世纪9 0 年代末起，在相关部委科技计划的支持下，一批 i p v 6 关键技术研究课题作为国家重大专项立项，并陆续取得了突破性成 果，为中国开展以i p v 6 为基础核心协议的下一代互联网的研究奠定了 较好的基础。与此同时，相关研究机构、高校、厂商及运营商也己陆续 开始跟踪与关注i p v 6 技术发展，投入i p v 6 技术研发，并相继建成 i p v 6 试验床及实验网络，如6 t n e t ( i p v 6t e l e c o mt r i a l n e t w o r k ) 下一代i p 电信实验网、湖南i p v 6 实验网、中国电信集团 i p v 6 实验网、中国高性能宽带信息网、中国教育与科研c e r n e ti p v 6 试验网和中科院i p v 6 城域网等，在i p v 6 核心技术研发、协议标准制 定、组网、过渡策略、测试、应用示范和商业模式探讨等方面积累了宝 贵的知识与经验。国家支持建设的中国下一代互联网示范工程( c n g i ) 的核心网c e r n e t 2 已经于2 0 0 4 年底开通。 c e r n e t 国家网络中心于1 9 9 8 年6 月加入6 b o n e ，同年u 月成 为其骨干网成员。试验床从6 b o n e 获得p - t l a ( p s e u d o t o pl e v e l a g g r e g a t i o n ，顶级聚类) 3 f f e ：3 2 0 0 ：2 4 的地址空间，并且建立了 5 条以t u n n e l 为基础的国际i p v 6 虚拟链路，直接通达美国、英国和 德国的i p v 6 网络，几乎与所有现有的6 b o n e 成员间接地互连。试验床 按地区分配n l a li d ( n e x tl e v e la g g r e g a t i o n ，l e v e l1 i d e n t i f i e r ，次级聚类) 。目前，学生试验部分3 f f e ：3 2 2 0 ：2 8 ，通 过隧道与清华大学相连，并开始向c s t n e t 及全社会提供i p v 6 地址的 分配。从3 f f e ：3 2 2 1 ：o l ：4 0 开始分配，共1 0 2 4 个大单位可以获得 4 0 位前缀的i p v 6 地址块接入隧道；从3 f f e ：3 2 2 5 ：0 0 0 1 4 8 开始，共 6 5 5 3 6 个小单位可以获得4 8 位前缀的i p v 6 地址块；从3 f f e ： 3 2 2 f ：f f f f ：f f f f o 6 4 开始，共2 6 84 2 54 5 6 个人可以获得6 4 位前缀 的i p v 6 地址接入，并保留了2 3 的地址。 此外，台湾地区于2 0 0 2 年8 月起开始启动“e - t a i n w a n 计 划”，其中明确制定了互联网从i p v 4 过渡到i p v 6 的同程表，即到 2 0 0 7 年全部更换为i p v 6 。 6 第一章绪论 目前台湾地区h i n e t 开展了大量的i p v 6 多媒体业务，如v o d 、 t v 和娱乐等。另外还进行一些实验，如在i p v 6 网络上进行远程科学 g r i d 的建立实验，i t r i 也基于i p v 6 进行s i p e n u m 的试验。台湾地 区的i p v 6 网络有t a n e t 等，i x 有t w i x 和a s n e t 等。 1 3 课题研究的背景和意义 采用长度为1 2 8 位i p 地址的i p v 6 协议，彻底解决了i p v 4 地址 不足的难题，并且在地址容量、安全性、网络管理、移动性以及服务质 量等方面有明显的改进，是下一代互联网络协议的核心标准之一。i p v 6 与i p v 4 不兼容，但他同所有其他的t c p i p 协议族中的协议兼容，即 i p v 6 完全可以取代i p v 4 。 但是从i p v 4 网络过渡到i p v 6 网络需要相当长的时间，现阶段只能 建立i p v 4 i p v 6 共同存在的网络环境。在i p v 6 成为主流协议之前，首先 使用i p v 6 协议栈的网络希望能与当前仍被i p v 4 支撑着的i n t e r n e t 进行 正常通信，因此必须开发出i p v 4 i p v 6 互通技术以保证i p v 4 能够平稳 过渡到i p v 6 。此外，互通技术应该对信息传递做到高效无缝。国际上 i e t f 组建了专门的n g t r a n s 工作组开展对于i p v 4 i p v 6 过渡问题和高 效无缝互通问题的研究。目前已经出现了多种过渡技术和互通方案，主 要有双协议栈技术，隧道技术，n a t p t 技术等。这些技术各有特点，用 于解决不同过渡时期、不同环境的通信问题，有些已经相当成熟并形成 了r f c ，有些还只是作为i n t e r n e td r a f t 有待完善。n a t p t 技术主要 解决的是支持i p v 4 单协议节点的主机和支持i p v 6 单协议节点的主机之 间互通的问题。 1 4 论文的结构 论文主要分为五个部分，第一部分首先指出了下一代网络协议 i p v 6 发展的必要性以及i p v 6 的特点并和i p v 4 进行比较，并对i p v 6 的 地址格式做了详细介绍。第二部分对i p v 4 向i p v 6 过渡的背景，技术策 略做了进一步的分析，给出了现在存在的三种主要的过渡技术：双协议 栈技术，隧道技术，翻译技术等。接着讨论了技术的选择策略，最后对 i p v 4 向i p v 6 平稳过渡技术的发展形式做出了总结。第三部分是详细说 7 第一章绪论 明了n a t p t 技术，包括它的工作原理以及算法，发展现状和现有的几种 具体应用。第四部分是n a t p t 的设计和具体实现部分，包括实验平台的 搭建，网络环境的配置，程序的安装和调试过程。最后一部分是对论文 的总结，并给出实验结果，以及对将来工作的展望。 1 。5 作者的工作 作者通过在日常学习和研究中对i p v 4 和i p v 6 协议的深入理解的基 础上，认识到i p v 6 在解决当前网络地址不足等问题中的重要性及其巨大 的发展前景，同时作者对现存的三种过渡机制：双协议栈技术，隧道技 术，翻译技术进行了全面深入的分析和研究，通过技术对比和对当前这 三种协议在实际中应用发展状况的理解和预测，认为在解决i p v 4 和 i p v 6 互通的问题上，n a t p t 相比与其他方法，可以从根本上解决两种协 议之间的通信，无论在i p v 6 的成长期还是在最后的成熟期，都能实现 i p v 4 向i p v 6 的平滑过渡，使i p v 6 最终完全替代i p v 4 成为可能。作者 在r f c 的基础上，在研究中将n a t 思想和p t 思想相结合，并引入d n s a l g 在n a t p t 当中的应用，通过搭建实验系统平台和在l i n u x 系统下 n a t p t 的实现，很好的在实际操作中对n a t p t 的思想进行了诠释，使 n a t p t 的理论与l i n u x 系统的稳定性结合在一起，得到了预期的效果。 8 第二掌下一载；i p v 6 秘i c m p v 6 第二章下一代；i p v 6 翱i 渊p v 6 t c p i p 协议族中的嘲络层协议现在是i p v 4 。i p v 4 提供在i n t e r n e t 中系统之间的主机到主机的通信。凰然i p v 4 设计得很好，但自2 0 世纪 7 0 年代i p v 4 瓣整班来，数据逶绩懑经袁了缎大翡发鼹。i p v 4 弱透有获 陷使其对飞速发展的i n t e r n e t 有魑不适应，包括下面的一些情况： i p v 4 是聪级地址结构( n e t i d 和h o s tj d ) 分为五类( a 、b 、c 、d 和e ) 。堍皱空间静使用是低效率的。 i n t e r n e t 必须能适应实时音频和视频的传输。这种类型的传输需 矮最，l 、露筵蓉珞孝鼷蟹姿源( q o s ) ，爵这些在i p v 4 瓣竣诗孛莠没 有提供。 对于某些应用，i n t e r n e t 必须能够对数据进行加密和身份验证。 i p v 4 不稳供数据静翻密翻身徐验 芷( 安全性差) 。 为了克服这些缺点，i p v 6 ( 网际协议版本6 ) 或i p n g ( 下一代网际 协议) 被提出，并已成必标准。在i p v 6 中，网际协议修改了缀多，以便 适应i n t e r n e t 不可预觅的增长。包括i p 地址的格式，长度和分组的格 式，以及相关的一些协议，如i c m p ，路由选择协议，如r i p 和o s p f 等。撵专家颈诗，i p v 6 殿英穗关秘议薅缓抉逢取健当藏戆i p 舨零。 2 。 l p v 6 充。 i p v 4 相比，下一代搬议一i p v 6 具有以下优点“3 ： 更大的谶址空问。i p v 6 造攮为1 2 8 位长。与3 2 位的i p v 4 地址相 比，其地址空间要增大很多倍。 更努熬蓠帮罄式。i p v 6 菠臻了瑟熬蓄帮撂式，宅熬选颈翻基本善 部分开，并且插入到( 当需疆时) 基本首部与上层数据之间。这 就简化秘加快了路出选择过程，因为大多数的选项并不需鼹被路 由器裣焱。 新的选顶。i p v 6 有一些新的选项来实现附加功能。 龛诲扩充。当薪熬技零或疲耀毒羲要黪，i p v 6 龛诤蛰议进行扩 9 第二章下一代：i p v 6 和 c m p v 6 支持资源分配。在i p v 6 中，服务类型字段取消了，但增加了一种 机制( 叫做流标号) 使得源端可以请求对分组进行特殊的处理。 这种机制可用来支持像实时音频和视频之类的通信。 支持更多的安全性。在i p v 6 中的加密和身份验证选项提供了分 组的保密性和完整性。 2 2i p v 6 的地址 i p v 6 地址包括1 6 个字节( 八位组) ：它共有1 2 8 位长( 见图2 圈：圈：圈：圈：圈：圆：圈：圈 图2 1i p v 6 的地址 2 2 1 十六进制一号记法 i p v 6 地址协议指明了十六进制冒号记法。在这种记法中，1 2 8 位划 分为8 段，每段为2 字节长。在十六进制记法中，两个字节需要四个十 六进制数字。因此，i p v 6 地址共包括3 2 个十六进制数字，而每4 个数 字用一个冒号分隔开。 1 、缩写 虽然i p 地址非常长( 即使是用十六进制格式) ，但它的许多数字是 零。在这种情况下，我们可以把地址进行缩写。一个段( 即两个冒号之 间的4 个数字) 中开始的零可以忽略。而在末尾的零则不能被忽略。图 2 2 是一个示例。 第二章下一我：撑v 6 秘i c v l p v 6 a b t e v h t e d im e c ：。：。：。：。：b b f f ：。：f w f l 蘸鹣 ! | ；| 蠹赫羹阚 m o r ea b b r e v i a t e d 阐2 2 毒逡续多个零豹缩写穗慧圈2 - 3c i d r 圭| 釜蛙 应当注意粒是，这莘申类型的缀写对一个地址仅熊使用一次，著有两 串的零段，则是能有箕中的一个零段进行缩写。把缩写地址再展开是很 简蚺的，把爿乏缩写的部分对齐，把一些零插入进来就可以得出原来已经 震开戆遗蛙。 2 、c i d r 记法“。 i p v 6 允许无分类编址和c i d r 记法。例如，图2 - 3 给出了怎样用 c i d r 定义位静前缀。 2 2 2 地址的种类 i p v 6 定义了三种类型的地址：单播、任播和多播。 | 、摹攒魂蛙 单播地址定义一个单个的计算机。发遴到单播地址的分缎必须交付 给这个指定盼计算机。 2 、任播德址 任播地址定义一组计算机，它们的地址具有相同的前级。例如，连 续到曩群的甥理溺络鹣诗冀毅共攀提网豹赘缀地址，发送到任搔她址豹 分组必须交付给这个缎成员中的一个( 正好是一个) ，即最靠近的或最 容易达到的。 3 、多疆缝垃 多播地址定义一组计算机，它们可以漱享或不必掌同样的地址前 缀，可以连续到或不逡续到同样靛物理网络上，发绘多播地址的分组必 须交付到该缀中的每一个成员。 第二章下一代；讲“和i c m p v 6 2 2 3 地址空阅指派 地址空间可以有不i 司的目的。i p 地址的设计者将地址空间划分为两 个部分，其中的第一部分叫做类型前缀。这个变长的前缀定义地址的目 的。代码的设计使得第一部分的代码都没有相同的。这样在给出一个地 址时就不会有二义性；只要给出了地址，类型前缀就能报容易地确定。 图2 4 绘出了i p v 6 的地址格式。 图2 4 地址的结构 表2 1 给出了每一种类型的地址的前缀。第j 列表示每一种地址类 型相对于整个地址空间占据多少份额。 表2 - 1i p v 6 地址的类型前缀 类型前缀 类型 份额 0 0 0 00 0 0 0 保留1 2 5 6 0 0 0 00 0 0 1保留 1 2 5 6 0 0 0 00 0 1 n s a p ( 网络服务访1 1 2 8 问点) 0 0 0 00 1 0i p x ( n o v e l l ) 1 1 2 8 0 0 0 00 1 1保留1 1 2 8 0 0 0 01 0 0保留1 1 2 8 0 0 0 01 0 1 保留1 1 2 8 0 0 0 01 1 0傈留1 1 2 8 0 0 0 01 1 1保留1 1 2 8 0 0 0 l保留1 1 6 0 0 1保留l 8 0 1 0基于提供者的单播l 8 地鸯l = 0 1 1 保留1 8 第= 章下一代：i p v 6 羁i c m p v 6 1 0 0 基于地理的单播地 1 8 疑 1 0 1保留1 8 l l o 缳整 l 8 l l l o 保留l i 6 i i l lo 保留1 3 2 l l l l 1 0傈整1 6 4 1 1 1 11 1 0 保留1 1 2 8 l i l l1 l l oo嫖塑 1 5 1 2 1 1 1 1n l ol o 本地镶路地址t i 0 2 4 1 1 1 11 1 1 01 1 本地场所地址1 1 0 2 4 1 l l l l l l l 多摇戆缝l 2 5 s t 、熬于提供糟豹单播地址 慧于提供蠢的地址通常由正常的主视作为一个单攒地址作丽。这种 地址的格式如圈2 - 5 所