【正文】 過渡技術(shù)設(shè)計(jì) ................................................................................................................................16 雙協(xié)議棧的配置設(shè)計(jì) ...........................................................................................................16 GRE 手動(dòng)隧道配置設(shè)計(jì) ........................................................................................................17 IPv4 兼容 IPv6 自動(dòng)隧道配置設(shè)計(jì) .......................................................................................18 3 6to4 隧道配置設(shè)計(jì) ...............................................................................................................18 ISATAP 隧道配置設(shè)計(jì) ............................................................................................................19 NATPT 隧道配置設(shè)計(jì) ...........................................................................................................20 5. 總結(jié) ..........................................................................................................................................................21 致謝 ................................................................................................................................................................22 參考文獻(xiàn) ........................................................................................................................................................22 1．引言 互聯(lián)網(wǎng)的 飛速 發(fā)展給人民的生活帶來了 翻天覆地 的變化， 進(jìn)入 21 世紀(jì)， 互聯(lián)網(wǎng)的影響已經(jīng)滲透到人們生活的每一個(gè)角落 。 然而， 隨著互聯(lián)網(wǎng) 規(guī)模的迅猛發(fā)展 ，互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議 IPv4 的 局限性也 越來越突出 ，主要包括： IPv4 的地址空間 匱乏， 面臨即將耗盡的危險(xiǎn) ； Inter 早期缺乏規(guī)劃， IP 地址分配 不合理 ；缺乏服務(wù)質(zhì)量保證，對(duì)新業(yè)務(wù)類型缺乏有效的支持；路由選擇效率不高；配置復(fù)雜，無法做到即插即用 4 等 。 為此 IPv6 應(yīng)運(yùn)而生 ，有望徹底解決 IPv4 存在的問題 ， 受到 世界各國 的 廣泛 關(guān)注 。目前 IPv6 的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品已經(jīng)逐漸成熟 ， IPv6 的市場前景日趨看好。 2020 年，我國啟動(dòng)了基于 IPv6 的 “下一代互聯(lián)網(wǎng)示范網(wǎng) CNGI 工程 ”，更使得 IPv6 成為了國內(nèi)業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。 IPv6 業(yè)務(wù)的發(fā)展 和普及 將是 一 個(gè)漫長的過程 ： IPv6 并不是 IPv4 的簡單升級(jí) ， 它是一種全新的協(xié)議，和 IPv4 不 兼容。 因此， 目前基于 IPv4 的網(wǎng)絡(luò) 向 IPv6 網(wǎng)絡(luò) 的過渡需要相當(dāng)長的時(shí)間才能完成。在 IPv6完全取代 IPv4，成為主流網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 之前，兩種協(xié)議 必定會(huì)有一段很長的 共存期。因此 ，必須根據(jù) IPv6網(wǎng)絡(luò) 發(fā)展 不同階段制定 相應(yīng) 的 過渡方案， 從而 保證 IPv4 和 IPv6 的互操作性和平滑過渡。 2． IPv6 簡介 IPv6 誕生背景 IPv4 自誕生以來，發(fā)展 異常 迅猛。目前，幾乎所有的網(wǎng)絡(luò)都在使用 IP 協(xié)議進(jìn)行通信，已經(jīng)深入到人們生活 的各個(gè)方面 。與此同時(shí)，互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展也成為國家 現(xiàn)代化和信息化 建設(shè)的重要組成部分 ，為國家經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn) 。實(shí)踐證明， IPv4 的確是一個(gè)非常 成功的， 健壯的協(xié)議 ，它可以把網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)以百計(jì)，數(shù)以千記的計(jì)算機(jī)連接在一起。然而，隨著 Inter 的擴(kuò)張和新應(yīng)用的不斷推出，人們對(duì)互聯(lián)網(wǎng)提出了 更多更高的要求， IPv4 在實(shí)際應(yīng)用中暴露出了很多缺點(diǎn)，越來越顯示出了它的局限性。這些問題主要包括以下幾個(gè)方面。 ．有限的地址空間 Inter 發(fā)展如此之迅猛是早期設(shè)計(jì)者們所始料未及的。尤其是在過去的十幾年中，連接 Inter的計(jì)算機(jī)數(shù)量每隔不到一年的時(shí)間就增加一倍， 加上 IP 地址分配不均， IP 地址 緊缺的矛盾日益突出 。90 年代，研究人員已經(jīng)意識(shí)到了 IP 地址空間和分配存在的問題，并開發(fā)了 CIDR、 NAT 等新技術(shù)來改善地址分配和解決地址短缺問題。這些技術(shù) 緩解了地址空間 即將 耗盡的危機(jī)， 但 并不能徹底解 決 IP 地址短缺問題。 . 缺乏服務(wù)質(zhì)量保證 互聯(lián)網(wǎng) 在設(shè)計(jì)之初遵循盡力而為的原則，這種服務(wù)簡單，高效，但是對(duì)互聯(lián)網(wǎng)上涌現(xiàn)的新業(yè)務(wù)卻缺乏有效的支持。 特別是實(shí)時(shí)多媒體業(yè)務(wù)，要 求互聯(lián)網(wǎng)在時(shí)延、錯(cuò)誤率、帶寬、抖動(dòng)等方面提供一定的服務(wù)質(zhì)量保證。 為此，研究人員 提出了很多新的協(xié)議來支持這些新型應(yīng)用，如 DiffServ， RTP/RTCP 等。這些協(xié)議同時(shí)增加了規(guī)劃和構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)的成本和復(fù)雜性。 . 安全性有所欠缺 IP 協(xié)議 在剛開始設(shè)計(jì)的時(shí)候，安全性并不是一個(gè)主要的問題。很長時(shí)間以來，人們一直認(rèn)為安全性在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 棧的低層并不重要， 安全性的責(zé)任應(yīng)交給較高層處理，通常是應(yīng)用層，有時(shí)是傳輸層。例如， SSL（安全套接字層協(xié)議）由 IP 之上的 傳輸層處理，而 應(yīng)用的安全 HTTP 則由應(yīng)用層處理 【 1】 。在這種情況下， IPv4 只具備最少的安全選項(xiàng)，幾乎沒有采取任何安全措施。這對(duì)于開放的 Inter 顯然是不適應(yīng)的。 . 配置 復(fù)雜 IPv4 配置 比較 復(fù)雜 ，這顯然不利于普通老百姓將自己的計(jì)算機(jī)接入互聯(lián)網(wǎng)， 因?yàn)?現(xiàn)在使用計(jì)算機(jī)的人員可能根本不懂得計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)。人們希望能夠省去計(jì)算機(jī)接入網(wǎng)絡(luò)時(shí)的各種專業(yè)的，復(fù)雜的配置，特別是終端設(shè)備能夠 做到即插即用。 ．其他問題 IPv4 的問題還遠(yuǎn)不止 上述列舉的這些，例如還有：路由選擇效率不高，移動(dòng)性欠佳，很難開展端到端的業(yè)務(wù)等等。 IPv4 的這些問題不利于互聯(lián)網(wǎng)大規(guī)模發(fā)展 。為了徹底，有效的解決 IPv4 的上述 不足，IPv6 的發(fā)展應(yīng)運(yùn)而生。 5 . IPv6 基本 介紹 基本 報(bào) 頭 IPv6 基本 報(bào) 頭 的總長度為 40 字節(jié)，其格式如圖 21。 0 4 8 16 31 版本 業(yè)務(wù)流類別 流標(biāo)簽 載荷長度 下一個(gè)報(bào)頭 跳數(shù)限制 源地址 目的地址 圖 21 IPv6 基本報(bào)頭 由上表我們可以看出， IPv6 的報(bào)頭比 IPv4 的報(bào)頭簡單了許多，各域的說明如下： 版本號(hào)：該字段指明了 IP 協(xié)議的版本號(hào)，長度為 4 位，其值為 6。 業(yè)務(wù)流類別：該域長度為 8 位，功能和 IPv4 報(bào)頭中的服務(wù)類型類似，用于區(qū)分不同 IPv6 包的類別或優(yōu)先級(jí)。 流標(biāo)簽：該域長度為 20 位，是 IPv6 的新增的字段。它用來標(biāo)示屬于同一業(yè)務(wù)流的包，它需要由中間的 IPv6 路由器 進(jìn)行特殊 的處理。 載荷長度：該域的長度為 16 位， 表示 IPv6 數(shù)據(jù)包的 有效載荷，即 IP 報(bào)頭后數(shù)據(jù)包其余部分的長度。 下一個(gè)報(bào)頭：該域的長度為 8 位，表明緊接在 IPv6 報(bào)頭后面的 下一個(gè) 頭的類型。 所使用的類型值和 IPv4 相同。 跳數(shù)限制：該域?yàn)?8 位 無符號(hào)整數(shù)，它定義了 IP 數(shù)據(jù)包所能經(jīng)過的最大 路由 數(shù)。 IP 數(shù)據(jù)包每經(jīng)過一個(gè)路由器，跳數(shù)限制減 1，當(dāng)該字段的值為 0 時(shí)，該數(shù)據(jù)包被丟棄。 源地址：長度為 128 位，表示數(shù)據(jù)包的主機(jī)的 IPv6 地址。 目的地址：長度為 128 位，表示數(shù)據(jù)包最終要達(dá)到的目的主機(jī)的地址。 . IPv6 擴(kuò) 展報(bào)頭 IPv6 擴(kuò)展報(bào)頭 是 一種 可選報(bào)頭 ，它存在于基本報(bào)頭和上一層協(xié)議報(bào)頭之間的 。 這種擴(kuò)展頭的數(shù)量不多，每個(gè)擴(kuò)展報(bào)頭的類型都由一個(gè)明確的“下一個(gè)頭”域的值所確定。 每個(gè)擴(kuò)展頭的長度應(yīng)為 8 的整數(shù)倍 （以字節(jié)為單位），以保證下面的頭也按 8 字節(jié)對(duì)齊， 每個(gè) IPv6 數(shù)據(jù)包可帶有 0 個(gè)， 1 個(gè)，或者多個(gè)擴(kuò)展頭 [1]。 IPv6 的擴(kuò)展報(bào)頭可以分為以下一些類型 ，這些頭的出現(xiàn)順序?yàn)?： 逐跳選項(xiàng)頭、路由頭、分段頭、認(rèn)證頭、封裝安全載荷頭、目的地選項(xiàng)頭。 當(dāng)一個(gè) IPv6 數(shù) 據(jù)包具有多個(gè)擴(kuò)展報(bào)頭時(shí)，必須嚴(yán)格按照擴(kuò)展報(bào)頭的出現(xiàn)順序依次處理 。 除了逐跳選項(xiàng)頭規(guī)定必須由每個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)路由器檢查和處理外，其 他的擴(kuò)展頭對(duì)于中間的路由器是不可見的，這種處理方式提高了路由處理數(shù)據(jù)包的速度，從 而提高了轉(zhuǎn)發(fā)性能。 ． IPv6 地址技術(shù) IPv4 的地址長度是 32 位，而 IPv6 的地址長度是 128 位，是 IPv4 地址長度的 4 倍。 理論上， IPv6的地址一共有 2128 個(gè)，這是一個(gè)巨大的數(shù)量， 有人戲稱， 幾乎可以給地球表面每一顆沙粒分配一個(gè) IP 6 地址。 除了在地址長度上有所變化外， IPv6 地址的表示方法也和 IPv4 不同。 IPv4 地址使用“ .”號(hào)隔開的4 段十進(jìn)制數(shù)來表示，例如 。 IPv6 的 128 位地址每 16 位劃分為一段，共 8 段，每段被轉(zhuǎn)換為一個(gè) 4 位十六進(jìn)制，段與段之間用“：”號(hào)隔開。例如： 2020： 0420： 0000： 0002： 0000： 0000： 0000：45ef。為了書寫方便，出現(xiàn)了一些 IPv6 書寫簡化的方法。 1） 每段高位的 0 可以省略。 例如上面 IPv6 地址中的 0420 可以寫成 420； 0002 可以寫成 2。 2） 如果某段全為 0，則可以用一個(gè) 0 代替。例如： 0000 可以表示 成 0。 3） 如果連續(xù)幾段全是 0，那么這些段可以用一個(gè)：：代替。但是在簡化的 IPv6 地址中，它最多只能出現(xiàn)一次 。 例如： 2020： 0420： 0000： 0000： 0002： 0000： 0000： 45ef 按照上述的簡化方法可以改寫為 2020： 420： 0： 0： 2：： 45ef 或 2020： 420：： 2： 0： 0： 45ef。 另外， IPv6 地址還有一種“ IPv6 地址 /前綴長度” 的表示方式，前綴長度是一個(gè)十進(jìn)制值， 表示該地址的前多少位是地址前綴 。假如一個(gè) IP 地址 2020： 420： 0： 2：： 45ef 的前綴是 64 位，則用地址前綴表示就為： 2020： 420： 0： 2：： 45ef/64。 . IPv6 地址 類型 IPv6 地址可以分為單播 地址， 組 播地址和任播地址三類。 單播地址： 單播地址是連續(xù)的，以位為單位的可掩碼地址 ，和帶有 CIDR 的 IPv4 地址很相似 [1]。 一個(gè)單播地址只能標(biāo)識(shí)一個(gè)唯一的接口，即尋址到單播地址的數(shù)據(jù)包最終將到達(dá)唯一的一個(gè)節(jié)點(diǎn)。 IPv6的單播地址可以分為以下幾種類型：可聚合全球單播地址、 NSAP 地址、鏈路本地地址、站點(diǎn)本地地址、IPX 分級(jí)地址 等。 組播地址： 組播地址用來標(biāo)識(shí)多個(gè)接口，而這些接口通常屬于不同的 節(jié)點(diǎn) ，一個(gè) 節(jié)點(diǎn) 可以屬于多個(gè)組播地址組 [2]。 一個(gè)源 節(jié)點(diǎn) 發(fā)送的數(shù)據(jù)包能被特定的多個(gè)目的 節(jié)點(diǎn) 收到。 組播地址的格式如圖 22。 8bit 4bit 4bit 112bit 11111111 標(biāo)識(shí) 范圍 組 圖 22 組播地址格式 由上圖可知，組播地址 以 11111111 開頭，即 ff。例如： ff23： 3454： 2132： da43:af6b:3247:2435:9874表示的就是一個(gè)組播地址。 任播地址：任播地址是 IPv6 特有的地址類型。任播地址 與組播地址類似， 也是用來標(biāo)識(shí)多個(gè)，通常是屬于不同 節(jié)點(diǎn) 的接口。 不同之處在于， 如果向任播地址發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù) 包會(huì)被轉(zhuǎn)發(fā)到離源節(jié)點(diǎn)“最近”的一個(gè)接口上。 但