【正文】 工 作包括以下幾個方面 : 1) IPv6 協(xié)議的分析研究 2) 利用 Dynamips 模擬器 實現(xiàn) IPv6 主機的互聯(lián)以及 3種主要的 IPv4/IPv6 過渡技術(shù)的實驗。 3) 根據(jù)目前校園網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)布局以及將來的擴展需求，盡量利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，提出以一種兼容 IPv4 和 IPv6 的組 網(wǎng)方案 。 5 論文的組織結(jié)構(gòu) 1． 緒論。介紹研究背景、研究內(nèi)容和論文的組織安排等。 2． IPv6 協(xié)議的分析與研究 。介紹 IPv4協(xié)議的不足之處 、 IPv6 協(xié)議的眾多優(yōu)點 、IPv6 地址表示法 、 IPv6 地址分類 、 三種目前主要應用的過渡技術(shù) 。 3． 利用 Dynamips 模擬器模擬實現(xiàn) IPv6 主機的互聯(lián)以及三種過渡技術(shù) 的實驗 ，驗證了 IPv4 向 IPv6 平滑過渡的可能性。 4． 以目前常見校園網(wǎng)的拓樸為例，綜合各種技術(shù)，詳細討論了增加 IPv6 網(wǎng)絡(luò)的可能性，并設(shè)計了 IPv6 網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)架方案。 5． 結(jié)論與發(fā)展前景?？偨Y(jié)了實驗情況，指出存在的不足， 展望 IPv6 技術(shù)的發(fā)展 6． 前景。分析下一步的實驗方向。 本章小結(jié) 本章主要介紹了論文的研究背景，研究內(nèi)容和主要 工作 以及本論文的組織結(jié)構(gòu)。 6 2. IPv6 協(xié)議的分析與研究 IPv4 的不足之處 IPv4 的不足主要體現(xiàn)在以下幾個方面 [1]： 在 Inter 發(fā)展的初期，人們認為網(wǎng)絡(luò)地址是不可能分配完的，這就導致了對于網(wǎng)絡(luò)地址分配時的隨意性，其結(jié)果就是 IP 地址的利用率較低。由于組織的存在，IP 地址不是一個接一個的分配的，而且由于缺乏經(jīng)驗的地址分類的做 法，造成了大量的地址浪費。 分配的過程是按時間順序進行的，剛開始的時候一個學?？梢該碛幸粋€ A 類網(wǎng)絡(luò)，而后來一個國家可能只能擁有一個 C類網(wǎng)絡(luò)。 A類網(wǎng)絡(luò)的數(shù)目并不多，因此問題的焦點就集中在 B類和 C類網(wǎng)絡(luò)地址上， A 類的網(wǎng)絡(luò)太大，而 C類的網(wǎng)絡(luò)太小，因為后來的幾乎所有的申請者都愿意申請一個 B 類網(wǎng)絡(luò)，一個 B 類網(wǎng)絡(luò)可以擁有 65534個主機地址，而往往實際上根本用不了這么多的地址，由于這樣的低效率的分配方法，導致了 B 類地址消耗得特別快。這樣就導致了對現(xiàn)有的 IP 地址的分配速率很快，導致了 IP 地址即將被分配完的局面。 由技術(shù)的支持不夠 由于歷史的原因，今天的 IP 地址空間的拓撲結(jié)構(gòu)都只有兩層或者三層，這在路由選擇上來看是非常糟糕的。各級路由器中路由表的數(shù)目過度增長，最終的結(jié)果是使路由器不堪重負， Inter 的路由選擇機制因此而崩潰。 當前， Inter 發(fā)展的瓶頸己經(jīng)不再是物理線路的速率， ATM 技術(shù)，百兆 /千兆以太網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)使得物理線路的表現(xiàn)有了顯著的改善，現(xiàn)在路由器的處理速度成為阻礙 nter 發(fā)展的主要因素。而 IPv4 天生設(shè)計上的缺陷更大大加重了路由器的負擔。 首先， IPv4 的分組報頭的長度是不固定的，這樣不 利于在路由器中直接利用硬件來實現(xiàn)分組中路由信息的提取、分析和選擇。 其次，目前的路由選擇機制仍然不夠靈活，對每個分組都進行同樣過程的路由選擇，沒有充分利用分組間的相關(guān)性。 再次，由于 IPv4 設(shè)計時未能完全遵循端到端通信的原則，加上當時物理線路的誤碼率比較高，使得路由器還要具備以下兩個功能 : 7 ① 根據(jù)線路的 MTU 來分段和重組過大的 IP分組 ② 逐段進行數(shù)據(jù)校驗 這樣同樣會造成路由器處理速度降低。 QOS 隨著 Inter 的成功和發(fā)展，商家們己經(jīng)把更多的關(guān)注投向了 Inter，他們意識到這 其中蘊含著巨大的商機，今天乃至將來，有很多的業(yè)務應用都希望在互聯(lián)網(wǎng)上進行。在這些業(yè)務中包括對時間和帶寬要求很高的實時多媒體業(yè)務如語音、圖像等，包括對安全性要求很高的電子商務業(yè)以及發(fā)展越來越迅猛的移動 IP 業(yè)務等。這些業(yè)務對網(wǎng)絡(luò) QoS 的要求各不相同。但是， IPv4 的設(shè)計時沒有引入 QoS 這樣的概念，在設(shè)計上的不足使得它很難相應地提供豐富的、靈活的 QoS 選項。 雖然人們提出了一系列的技術(shù)例如： NAT、 CIDR、 VLSM、 RSVP 等來緩解這些問題，但這些方法都只是權(quán)宜之計，解決不了因地址不多及地址結(jié)構(gòu)不合理而 導致的地址短缺的根本問題。最終 IPv6 應運而生。 IPv6 的眾多優(yōu)點 IPv6 的優(yōu)點主要有以下幾點 [2]： 。 IPv6 擁有 2128位的地址空間，大到你永遠也用不完。 。 IPv6 使用固定的包頭，更利于路由器的工作。 。 IPV6 采用層次化的編址，能方面路由匯聚，減少路由表的條目。 。 IPv6 支持一種機制，允許對網(wǎng)絡(luò)資源的預分配，它以此取代了 IPv4 的服務類型說明。更具體些就是這些新的機制支持實時現(xiàn)象等應用，這些應用要求保證一定的帶寬和 時延。 。 IPv6 支持無狀態(tài)的 DHCP 和無縫的重編制機制，更有利于網(wǎng)絡(luò)的組建與管理。 IPv6 地址表示法 IPv6 地址長度是 128 位，理論上， IPv6 地址一共有 2128個， IPv6 使用冒號將其分割成 8 個 16比特的數(shù)組，每個數(shù)組表示成 4位十六進制數(shù)。一般有四種文本表示形式 [3]: 8 (1)首選的格式 把 128 比特劃分成 8段，每段為 16 比特用十六進制表示，并使用冒號等間距分隔。例如 : F00D:4598:7304:3210:FEDC:BA98:7654:3210 (2)壓縮格式 在某 些 IPv6 的地址形式中，很可能地址包含了長串的“ 0”。為書寫方便，可以允許“ 0”壓縮，即一連串的 0 可用一對冒號來取代。例如，以下地址 : 1080:0:0:0:8:8000:200C:417A 可以表示為 : 1080::8:8000:20OC:417A。 但要注意，為了避免出現(xiàn)地址表示的不清晰，一對冒號 (::)在一個地址中只能出現(xiàn)一次。 (3)內(nèi)嵌 IPv4 的 IPv6 地址 當涉及 IPv4和 IPv6的混合環(huán)境時，有時使用地址表示形式 :x:x:x:x:x:，這里六個“ x’’分別代表地址中的 16bit， 用十六進制表示，四個“ d’’分別代表地址中的 8 比特，用十進制表示。例如 : 0:0:0:0:0:0:， 或者以壓縮形式表示 : :: (4)“地址 /前綴長度”表示法 表示形式是 :IPv6 地址 /前綴長度 :其中“前綴長度”是一個十進制數(shù)，表示該地址的前多少位是地址前綴。例如 :F00D:4598:7304:3210:FEDC:BA98:7654:3210，其地址前綴是 64 位，就可以表示為 :F00D:4598:7304:3210:FEDC:BA98:7654:3210/64。 IPv6 地址分類 IPv6 地址是獨立接口的標識符，所有的 IPv6 地址都被分配到接口，而非節(jié)點。 RFE2373 中定義了三種 IPv6 地址類型 :單播地址 (unicast)、多播地址 (Multicast)、任播地址 (Anycast)[4]。 (1) 單播地址 (Unicast) 單播地址是點對點通信時使用的地址，此地址僅標識一個接口，網(wǎng)絡(luò)負責把對單 9 播地址發(fā)送的數(shù)據(jù)報送到該接口上。 單播地址有以下幾種形式 :全球單播地址 (GlobalUnicastAddress)、未指定地址 (UnspecifiedAddress)、環(huán)回地址 (LoopbackAddress)等。 一般的全球單播地址的格式如 表 1 所示。其中 : 表 1 全球單播地址的格式 X 位 Y 位 128XY 位 全球路由前綴 子網(wǎng) ID 接口 ID ① 全球路由前綴 (global routing prefix):典型的分層結(jié)構(gòu)，根據(jù) RIP 和 ISP來組織，用來分配給站點 (Site)站點是子網(wǎng) /鏈路的集合。 ② 子網(wǎng) ID(SubID):站 點內(nèi)子網(wǎng)的標識符，由站點的管理員分層地構(gòu)建。 ③ 接口 ID(interfaceID):用來標識鏈路上的接口。在同一子網(wǎng)內(nèi)是唯一的。 除了 000 開頭的單播地址以外，所有的全球單播地址都要有 64 位長度的接口 ID，即 X+Y=64。 未指定地址 (Unspeeified Address)被定義為 0:0:0:0:0:0:0:0。該地址不能分配給任何節(jié)點。 環(huán)回地址 (Loopback Address)被定義 0:0:0:0:0:0:0:1。環(huán)回地址就相當與接口本身。該地址不分配給任何物理接口。 (2) 多播地址 多播地址標 識一組接口 (一般屬于不同節(jié)點 )。當數(shù)據(jù)報的目的地址是多播地址時，網(wǎng)絡(luò)盡量將其發(fā)送到該組的所有接口上。信源利用多播功能只須生成一次報文即可將其分發(fā)給多個接收者。多播地址以 11111111 即 ff 開頭。多播地址格式如 表 2所示。其中 : 表 2 多播地址格式 8 位 4 位 4 位 112 位 11111111 標識字段 范圍字段 ① 標識字段， 4 位，目前只使用了最后一位 。0 表示 Inter 地址分配機構(gòu)指定的已知的多播地 址， 1表示臨時使用的多播地址。該字段的前 3位保留，必須被初始 10 化為 0。 ② 范圍字段， 4 位，用于指示多播組是只包含同一本地網(wǎng)絡(luò)、同一站點、同一機構(gòu)中的節(jié)點，還是全球地址空間內(nèi)的任何節(jié)點。 0一保留 1一接口本地范圍 (interfaee 一 localscope) 2一鏈路本地范圍 (link 一 localScope) 3一保留 4一管理本地范圍 (admin 一 1ocalscope) 5一站點本地范圍 (site 一 localscope) s一機構(gòu)本地范圍 (anization 一 localscope) 14一全 球范圍 (globalscope) 15一保留 (3) 任播地址 (Anyeast) 任播地址標識一組接口，它與多播的區(qū)別在于發(fā)送數(shù)據(jù)報的方法。向任播地址發(fā)送的數(shù)據(jù)報并未被分發(fā)給組內(nèi)的所有成員，而是發(fā)往該地址標識的 “ 最近的 ” 那個接口。 任播地址從單播地址空間中分配，使用單播地址的任何格式。因而，從語法上，任播地址與單播地址沒有區(qū)別。當一個單播地址被分配給多于一個的接口時，就將其轉(zhuǎn)化為任播地址。被分配具有任播地址的節(jié)點必須得到明確的配置，從而知道它是一個任播地址。 三種主要過渡技術(shù) 過渡技術(shù)重點解 決如何在 IPv4 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境里實現(xiàn)與 IPv6 網(wǎng)絡(luò)的互操作及平滑過 渡問題，目前基本過渡技術(shù)中成熟的技術(shù)包括雙協(xié)議棧技術(shù)、隧道技術(shù)和 NATPT 技 術(shù) [5~7]。