【正文】 現(xiàn) 畢業(yè) 設計 （ 論文 ） 題 目 IPv6 與 IPv4 的互連技術探討與實現(xiàn) 姓 名 李明陽 學 號 1001210246 專 業(yè) 網(wǎng)絡技術 班 級 10 級網(wǎng)絡 2 班 指導教師 楊林海 職 稱 講師 2020 年 10 月 20 日I IPv6 與 IPv4 的互連技術探討與實現(xiàn) 摘要 隨著互聯(lián)網(wǎng)技術的不斷發(fā)展， IPv4 的許多缺陷逐漸暴露出來，其中最突出的是 IP 地址空間將被耗盡和主干路由表不斷增長的問題。 IPv6 具有長達 128 位的地址空間，可以 徹底解決 IPv4 地 址資源不足的問題。 IPv6必須能夠支持和處理 IPv4 體系的遺留問題。但是由于自身的限制 己經(jīng)逐漸暴露了許 多問題和缺點 ， 目前在 IPV4 的基礎上運行的互聯(lián)網(wǎng)面臨日益嚴重的地址耗盡問題。目前國際和國內(nèi)都建立了眾 多的 ipv6實驗網(wǎng) ， ipv6 將成為未來的 第三層協(xié)議已經(jīng)成為人們的共識。能夠提供 ipv6 的 Inter 服務成為了眾多業(yè)務提供商和網(wǎng)絡管理者所關注的問題。由于報文在傳輸中要經(jīng)過兩種運行在不同協(xié)議下的網(wǎng)絡環(huán)境，報文的翻譯是一個問 題，同時由于兩種協(xié)議表示云南工商學院 IPv6 與 IPv4 的互連技術探討與實現(xiàn) 地址的方法不同，如何在協(xié)議地址之間標示信源和信宿也是必須處理的。 解決過渡問題的兩種最基本的技術：雙協(xié)議棧（ Dual Stack）和隧道（ Tunnel）。 IPv6 作為 Inter Protocol 的新版本，其根本目的是繼承和取代 IPv4。只要可以應用 現(xiàn)有的協(xié)議標準，就使用它們；只有當現(xiàn)有的標準不夠時才制定新的協(xié)議，而且只要能夠得到這些新的標準，而它們又能夠提供等價的功能，就使用這些新的標準。因此，從 IPv4 到 IPv6 要有一個過渡時期。不可能要求立即將所有節(jié)點都演進到新的協(xié)議版本，所以在一定的 時間內(nèi)， IPv6 將和 IPv4 共同存在共同運行。所有這些都提出了從 IPv4網(wǎng)絡向 IPv6 網(wǎng)絡高效無縫互連的問題。目前 IP 協(xié)議的版本號是 4(簡稱為 IPV4)， IPV4 的地址位數(shù)為 32 位，也就是最多有 2 的 32 次方的計算機可以聯(lián)到 Inter上。 (按 TCP/IP 參考模型劃分 )鏈路層 以太網(wǎng) 令牌環(huán) FDDI 應用層 FTP SMTP HTTP ?? 傳輸層 TCP UDP 網(wǎng)絡層 IP ICMP ARP TCP/IP 協(xié)議棧示意圖 IPv6 協(xié)議 的產(chǎn)生背景 傳統(tǒng)的 IP，即 IPv4（ IP version 4）定義 IP 地址的長度為 32 位， Inter 上每個主機都分 配了一個（或多個） 32 位的 IP 地址。 1987 年統(tǒng)計表明可能將來需要分配多達 100,000 個網(wǎng)絡，然而早在 1996 年這個記錄已經(jīng)被打破。 網(wǎng)絡增長不僅導致地址總數(shù)量的不夠，也導致路由表的迅速膨脹。 IPV6 協(xié)議 云南工商學院 IPv6 與 IPv4 的互連技術探討與實現(xiàn) IPV6 是是下一代互聯(lián)網(wǎng)的協(xié)議，它的提出最初是因為隨著互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展， IPV4 定義的有限地址空間將被耗盡，為了擴大地址空間， IPV6 采用 128 位地址長度，幾 乎可以不受限制地提供地址。 雙協(xié)議棧 雙協(xié)議棧技術 (Dual Stack)是在設備上 (如一個主機或一個路由器 )同時啟用 IPV4 和IPV6 協(xié)議棧。 雙協(xié)議棧結構 云南工商學院 IPv6 與 IPv4 的互連技術探討與實現(xiàn) 雙協(xié)議棧技術的優(yōu)點是互通性好、易于理解；缺點是需要給每個運行的網(wǎng)絡設備和終端分 配 IPV4 地址，不能解決 IPV4 地址匾乏的問題。 頭部格式如圖 1 所示。 IP 地址的格式如圖 3 所示。 D 類地址留作用于多點傳送， E 類地址留作將來使用。另外，可附接不同的擴展頭部。 云南工商學院 IPv6 與 IPv4 的互連技術探討與實現(xiàn) 圖 Ipv6 固定的頭部（必須的） 優(yōu)先級 緊 接版本域之后的 4 比特指示優(yōu)先級。對時延要求很嚴的實時話音即是這類業(yè)務量的一個示例。簡化了路由，加快了路由速度。但報頭只有它的 2倍大。這大大改變了路由性能。這是對 DHCP協(xié)議的改進和擴展，使得網(wǎng)絡 (尤其是局域網(wǎng) )的管理更加方便和快捷。如對于實時通信即使所有分組都丟失也要保持恒速，所以優(yōu)先權最高，而一 個新聞分組延遲幾秒鐘也沒什么感覺，所以其優(yōu)先權較低。這些機制分為兩類，一類是實現(xiàn)理 IPV4 海洋中的 IPV6節(jié)點之間的通信；一類是 IPV6 小島與 IPV4 海洋之間的通信。 云南工商學院 IPv6 與 IPv4 的互連技術探討與實現(xiàn) 圖 2 示出了通過雙協(xié)議棧的通信方式。隧道技術目前是國際 IPv6 試驗床 6bone 所采用的技術。在隧道的出口處，再將 IPv6 分 組取出轉發(fā)給目的站點。 SOCKS64 服務器是一個雙棧主機，它可以同時和 IPv4 或 IPv6 主機進行通信。 RFC1631 詳細說明了 NAT（ Network Address Translator）技術的 基本原理（參閱圖 5）。例如 FTP 協(xié) 議需要在高層傳遞底層的 IP 地址、端口等信息，如果不將高層報文中的 IP 地址進行變換， 則 FTP 不能正常工作。 SIIT（ Stateless IP/ICMP Translation）是無狀 態(tài)的 IP 協(xié)議和 ICMP 協(xié)議轉換。 在協(xié)議轉換過程中，引入了一種新的地址類型， 叫做 “IPv4 翻譯的 IPv6 地址 ”（ IPv4 Translated Address），其地址結構為： 0::FFFF:0: 這個地址分配給一個 IPv6 節(jié)點，其網(wǎng)絡前綴是 0::FFFF:0:0:0/96。這種機制可以和其它的機制 (如 NATPT)結合，用于僅使用 IPV6 節(jié)點與僅使用 IPV4 節(jié) 點之間的通信，但是在采用網(wǎng)絡層加密和數(shù)據(jù)完整性保護的環(huán)境下，這種技術不可用。這個 IPV4 地址池通常不能很大，這就此造成了很大的局限性。諸如 SIIT 技術、 BIS 技術、傳輸中繼翻譯器 TRT 過渡機制等，因此 NATPT 技術是解決 IPV4與 IPV6 之間通信的重要技術。主要工作是在 IP 包頭的對應字段根據(jù) IPV4和 IPV6 在語義上的不同定義進行轉換，從而構建新的數(shù)據(jù)包 .這部分的另一個模塊是應用層網(wǎng)關 (Application bevel Gateway)，負責對負載中包含IP 地址的典型應用進行轉換，其中 DNSALG 是雙向轉換器必須具備的功能。基本原理是：當 IPV4 主機運行并不支持 IPV6 的應用程序與純 IPV6 結點主機通信時，首先是將結點的 IPV6 地址映射成一個備用 IPV4 地址池中的 IPV4地址，然后在相互通信。 第五章 IPV6 與 IPV4 互連技術解決方案 從 IPV4 與 IPV6 互連技術可以看出，目前所有的互連技術均是針對某一具體問題而提出的，都不是普遍適用的。目前流行把這種過渡環(huán)境的演化過程分為 5 個進化階段 iii，并與各種互連技術粗略對應。 第二階段，指在 IPV4“海洋”中開始有越來越多的 IPV6“小島”這時，必然需要各種適當?shù)倪^渡機制，可供選擇的機制主要有隧道代理， 6over4， 6to4， NATPT， BIS。這時已不需要過渡技術，各網(wǎng)絡節(jié)點間都采用基于 IPV6 的通信方式。 IPv4 與 IPv6 隧道技術分為 3 類： 雙協(xié)議棧（ DualStack）隧道封裝（ Tunneling）協(xié)議轉換技術（ NAT） IPv6 數(shù)據(jù)包在 IPv4 中隧道傳輸是如何工作的： IPv6 數(shù)據(jù)包在 IPv4 隧 道中傳輸時，原始包頭和有效載荷是不被修改的。 IPv6 數(shù)據(jù)包的 IPv4 封裝存在的一些問題： ： IPv6 的 MTU 最小值為 1280 字節(jié)，而經(jīng)過 tunnel 后又增加了 IPv4 的包頭使得數(shù)據(jù)包的 MTU 由 1500 減少到 1480 字節(jié)所以會造成數(shù)據(jù) 包的分片增加。 NAT： IPv6inIPv4 隧道不能穿過一個啟用了動態(tài)端口轉換 (pool)和端口重定向模式的 NAT(如 :N2)。 遠端 IPv4 地址 :通過這個地址本地雙棧節(jié)點在 IPv4 網(wǎng)絡上可達。 隧道服務器 CiscoIOS 不支持隧道代理 隧道服務器是隧道代理的簡化模型。 ： 6to4 應該在站點邊緣的邊界路由器上啟用，必須通過 IPv4 路由基礎設施到達其他的 6to4 站點和 6to4 路由器。默認只有前兩個字段， Flag 用于表示 GRE 頭部開始，在協(xié)議類型中用 0X800 表示后續(xù)是 IP。 IPv6 地址的前綴 64 位是使用可聚合的全球單播 IPv6 地址（ 2020::/1 2020::/1 3ffe::/16）后 64位是使用 0000:5efe加上 32 位 IPv4 地址 。為了達到 IPV4 與 IPV6 互連通信技術的目的，將六臺計算機作如下分配： 三臺運行 Windows XP 的計算機作為客戶機，分別是 Host Host Host3； 兩臺運行 Windows XP 的計算機作為路由器，分別是 Router Router2； 一臺運行 Windows Serve 2020 的計算機作為 DNS 服務器，稱為 DNS1。這個 IPV6 的實現(xiàn)被設計用來支持少量的連接方案，并向應用程序開發(fā)人員提供了可以正常運行的協(xié)議套件。 首先打開“命令行窗口”。當 ping6：：1 命令返回正確，可以確定 IPV6 協(xié)議棧已經(jīng)正確安裝。 Host2 與 Host3 的配置步驟與 Host1 的類似。Router1 的路由器配置步驟與 Router2 的類似。 (2)為子網(wǎng) 1 配置 TCP/IP 協(xié)議， IP 地址設為 ，子網(wǎng)掩碼為 ，DNS 服務器的 IP 地址為 。 (4) 運 行 注 冊 表 編 輯 程 序 () ，將鍵值HKEYLOCALMACHINE\SYSTEM\CurrentControlset\Services\Tcpip\Parameters\IPEnableRouter 設置為 1。 DNS 服務器的配置 DNS1 是運行 Windows Server 2020 的計算機，它為測試實驗室提供 DNS 域名解析服務，設置 DNs1 的域名為 work. lab(只為實驗測試用 )。 子網(wǎng) 1 的網(wǎng)段使用的私有 IP 網(wǎng)絡 ID 為 .0/24，站點本地 ID為 EF00： 0： 0：1：： /60。網(wǎng)絡中沒有使用 DHCP Server 和 WINS Server。 實驗結果分析 從上述的測試結果可以看出， IPV6 報頭中版本 (Version)字段的值為 6，表示這是一個IPV6 數(shù)據(jù)包。源地址 (source address)字段的值則為路由器 1 中連接子網(wǎng) 2 的那塊網(wǎng)卡所自動配置的鏈路本地地址EEAO：： 780： SA6B： CAED： 58AC；目的地址 (Destination address)字段的值為路由器 2 中連接子網(wǎng) 2 的那塊網(wǎng)卡所自動配置的鏈路本地地址 EFAO：： 520： 5CDE： 36A9： AA20。從實驗中可知，除 ICMPv6回送請求報文的類型值與 ICMPv6回送應答報文的類型值不同之外。 在實驗配置的過程中，給路由器做配置的過程中我們輸入的命令都包括一定的功能，下面我們對一些較常見的命令做簡單的介紹： ? en： enable 的縮寫，此命令可使操作者進入路由器的全功能模式。 ? ipv6 nat：對此命令的當前接口開啟 NATPT 轉換。 IPv6 主機互連的實驗 在 IPv6 局域網(wǎng)中，實現(xiàn) IPv6 主機的互通是比較簡單的一種配置。隧道機制在現(xiàn)有的IPv4 基礎設施中配置 IPv6 時，會以 IPv4 網(wǎng)絡作為傳輸層，將一個 IPv6 孤島內(nèi)的 IPv6 主機、路由器等設備通過數(shù)據(jù) 傳輸給另外一個 IPv6 孤島，實現(xiàn) IPv6 孤島間的通信。 本實驗的配置拓撲圖 : 圖 IPv4 與 IPv6 互連隧道技術拓撲圖 在 R1 上的配置如下 : Router