【正文】 ...............................................................................................................................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 。 1 IPv4 到 IPv6 的過渡方案設(shè)計(jì) 物理與光電信息科技學(xué)院 電子信息工程 專業(yè) 106032020207 江播偉 指導(dǎo)教師 董雪豐 【 摘 要 】 本文簡要 介紹了 IPv4向 IPv6過渡的主要技術(shù) — 雙協(xié)議棧技術(shù)、隧道技術(shù)、協(xié)議轉(zhuǎn)換技術(shù)（翻譯機(jī)制）。 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 。 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。 2． IPv6 簡介 IPv6 誕生背景 IPv4 自誕生以來，發(fā)展 異常 迅猛。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。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。 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。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】 。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。 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。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。 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)。 . 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 。 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 。 除了在地址長度上有所變化外， IPv6 地址的表示方法也和 IPv4 不同。為了書寫方便，出現(xiàn)了一些 IPv6 書寫簡化的方法。例如： 0000 可以表示 成 0。 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 。 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)。 組播地址的格式如圖 22。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。因?yàn)槿尾サ刂吩谛问缴吓c單播地址無法區(qū)分開，一個(gè)任播地址的每個(gè)成員，必須顯示地加以配置，以便識(shí)別任播地址 [3]。 IPv6 對(duì) QoS 的支持主要體現(xiàn)在 IPv6 的基本報(bào)頭和擴(kuò)展報(bào)頭中包含了與特定 QoS 有關(guān)的服務(wù)元素：業(yè)務(wù)類型（ traffic class）和流標(biāo)簽（ flow label）。 IPsec 提供的安全服務(wù)包括：訪問控制、無連接的完整性、數(shù)據(jù)包來源認(rèn)證、有限的業(yè)務(wù)流機(jī)密性、抗數(shù)據(jù)重發(fā)攻擊。 . 移動(dòng)性 IPv6 的出 現(xiàn) 成為移動(dòng)計(jì)算機(jī)的一個(gè)里程碑。 相對(duì)于移動(dòng) IPv4，移動(dòng) IPv6 的優(yōu)點(diǎn)主要有： 路由優(yōu)化、入口過濾、廣播數(shù)據(jù)包、外地代理、安全機(jī)制、消除黑洞、流量控制等等。能否順利地實(shí)現(xiàn)從 IPv4 到 IPv6 的過渡也是 IPv6 能否取得成功的一個(gè)重要因素。目前提出的較為成熟的過渡技術(shù)主要包括雙協(xié)議棧技術(shù)，隧道技術(shù)和協(xié)議翻譯（ NATPT）這三種。如果一臺(tái)主機(jī)同時(shí)支持 IPv6和 IPv4 兩種協(xié)議，那么該主機(jī)既能與支持 IPv4 協(xié)議的節(jié)點(diǎn)通信，又能與支持 IPv6 協(xié)議的節(jié)點(diǎn)通信 ，這就是雙協(xié)議棧的工作原理 [4]。 這種方式對(duì) IPv4 和 IPv6 提供了完全的兼容， 互通性好， 簡單易 理解。 這種有限的雙棧協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)在于它只需要相對(duì)較少的緊缺的 IPv4 地址資源 ，節(jié)省大量的 IPv4 地址 。 DSTM 的結(jié)構(gòu)示意圖如圖 32[12]。對(duì)于采用隧道技術(shù) 的設(shè)備來說，在起始端（隧道入口） 將 IPv6 的數(shù)據(jù)報(bào)文封裝裝入 IPv4， IPv4 報(bào)文的源地址和目的地址分別是隧道入口和出口的 IPv4地址。 利用隧道方式實(shí)現(xiàn)的方案很多，如手工配置隧道、自動(dòng)配置的隧道、 6to 6over Tunnel brnker 和 BGP tunnel 等 。 手動(dòng)隧道不需要為站點(diǎn)分配特殊的 IPv6 地址，端點(diǎn)地址由配置來決定。 圖 34 封裝格式 . 兼容地址 自動(dòng) 配置 隧道 自動(dòng) 隧道 完成的是 點(diǎn)到多點(diǎn)的連接， IPv4 兼容 IPv6 自動(dòng)隧道技術(shù)能夠使隧道自動(dòng)生成 ，隧道的建立和拆除都是動(dòng)態(tài)的，它的端點(diǎn)根據(jù)分組的目的地址確定，適用于 IPv4 網(wǎng)絡(luò)中 IPv6 節(jié)點(diǎn)間的隨機(jī)通信[2]。 80 bits 16bits 32bits 0000但是，采用這種機(jī)制的主機(jī)都需要一個(gè)全球唯一的 IPv4 地址，擴(kuò)展性差，不能解決 IPv4地址空間耗盡的問題；隧道兩端的主機(jī)或路由器必須支持雙棧，在隧道要經(jīng)過 NAT 設(shè)施的情況下，這種機(jī)制不 可以用 ，原因是 NAT 設(shè)施可能不支持 IPv6。 圖 36 6to4 地址格式 也就是 2020::xxxx:xxxx:xxxx:xxxx:xxxx。孤島子網(wǎng)中的一臺(tái)設(shè)備使用公開的 IPv4 地址，稱為 6to4 路由。 通過這種機(jī)制， IPv6 可以可以跨越支持組播的 IPv4 子網(wǎng) ，獨(dú)立于底層 。 隧道代理技術(shù)簡化了隧道的配置，解決了人工 隧道配置對(duì)網(wǎng)絡(luò)管理者所帶來的繁重工作量這一困難。 TB 的結(jié)構(gòu)如圖 37 所示。 ISATAP 地址格式為： Prefix（ 64bit） :0:5EFE:（ 即隧道端點(diǎn)的 IPv4 源地址，形式或者 xxxx:xxxx，其中 xxxx:xxxx 是由 轉(zhuǎn)化而來的 32 位 16 進(jìn)制表示 ） 。 I P V 4 域雙 棧 主 機(jī) 2雙 棧 主 機(jī) 1I S A T A P 服 務(wù) 器 圖 38 ISATAP 隧道技術(shù)原理 ISATAP 要求通信主機(jī)和 ISATAP 服務(wù)器都支持雙協(xié)議棧，可應(yīng)用于內(nèi)部私有網(wǎng)絡(luò)中各雙棧主機(jī)之間進(jìn)行 IPv6 通信，不要求隧道 節(jié)點(diǎn)具有全球唯一的 IPv4 地址 [3]。 因?yàn)閭鹘y(tǒng)的 NAT 不能夠支持IPv6overIPv4 數(shù)據(jù)包的穿越。 Prefix Server Ipv4 Flags Port Client IPv4 圖 39 Teredo 地址結(jié)構(gòu)圖 Teredo 協(xié)議中定義了 4 種不同的實(shí)體：客戶端、服務(wù)器、中繼、特定主機(jī)中繼。 Teredo 是作為實(shí)現(xiàn) IPv6 連接最后一種轉(zhuǎn)換技術(shù)而設(shè)計(jì)的，如果原來的 IPv6 、 6to4 或者 ISATAP連接可用， 則沒有必要使用 Teredo 技術(shù) 。下面分別對(duì)這幾種翻譯機(jī)制進(jìn)行介紹。 SIIT 引入了一種新的地址類型，叫做“ IPv4 翻譯的 IPv6 地址”，其地址結(jié)構(gòu)為 0：： FFFF： ，其中 是 IPv4 節(jié)點(diǎn)認(rèn)為 IPv6 節(jié)點(diǎn)在 IPv4 網(wǎng)絡(luò)中的地址。 由于 IPv4 地址面臨枯竭 ，所以這個(gè)地址池?zé)o法做到很大， 這 具有 很大局限性 。 . NATPT NATPT 很好的將 SIIT 協(xié)議轉(zhuǎn)換技術(shù)和 IPv4 網(wǎng)絡(luò)中動(dòng)態(tài)地址翻譯技術(shù)（ NAT）相結(jié)合，在進(jìn)行 IPv4/IPv6轉(zhuǎn)換（ NAT）的同時(shí)在分組之間進(jìn)行包頭和語義的翻譯（ PT）， 適用于純 IPv4 站點(diǎn)和純 IPv6 站點(diǎn)之間的通信。通過端口對(duì)應(yīng)，每一個(gè) IPv4 地址可以處理 63K 個(gè) TCP 和 UDP 的進(jìn)程 ，從而解決了 NATPT 中地址池用完時(shí) IPv6 與 IPv4 網(wǎng)絡(luò)不能通信的問題 [5]。其次，一些協(xié)議字段在轉(zhuǎn)換時(shí)不能完全保持原有的含義；另外，協(xié)議轉(zhuǎn)換方法缺乏端到端的安全性。翻譯器的作用是將通信產(chǎn)生的 IPv4 報(bào)文按照 SIIT 翻譯成 IPv6 報(bào)文 ；地址映射則 負(fù)責(zé)管理一個(gè) IPv4地址池，把 IPv6 地址映射成 IPv4 地址；命名解析擴(kuò)展 管理 DNS 查詢， 將程序中查詢 IPv4 地址的動(dòng)作改為查詢 IPv6 地址。 當(dāng)雙棧主機(jī)上的 IPv4 應(yīng)用與其他 IPv6主機(jī)通信時(shí)， API 翻譯器檢測到 IPv4 應(yīng)用中的 Scoket API 函數(shù)，就調(diào)用 IPv6 socket API 函數(shù)與 IPv6 主機(jī)通信 ，反之亦然 [4]。它增加了兩個(gè)新的功能塊 SOCKS lib 和 Gateway。 SOCKS64 不需要修改DNS 或者地址映射，無論客戶是 IPv4 主機(jī)還是 IPv6 主機(jī)，可以滿足 IPv4 與 IPv6 節(jié)點(diǎn)的互操作。 過渡技術(shù) 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 基本雙棧 技術(shù) 這種方式對(duì) IPv4 和 IPv6 提供了完全的兼容， 互通性好，易于理解 增加了網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜度，依然無法解決 IP 地址耗盡的問題 有限雙棧技術(shù) 只需要相對(duì)較少的 IPv4 地址資源 無法支持純 IPv4節(jié)點(diǎn)和 IPv6節(jié)點(diǎn)之間的通信以及網(wǎng)絡(luò)投入問題 DSTM 適用 IPv6 為主網(wǎng)絡(luò)中的 IPv4 主機(jī)，對(duì)應(yīng)用層和網(wǎng)絡(luò)層都是透明 不滿足實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的支持，需要對(duì)客戶端主機(jī)進(jìn)行升級(jí) 手動(dòng)隧道 不需要為站點(diǎn)分配特殊的 IPv6 地址 完成的僅僅是點(diǎn)到點(diǎn)的連接，手動(dòng)配置，工作量大，不易維護(hù) IPv4 兼容地址自動(dòng)隧道 完成點(diǎn)到多點(diǎn)的連 接，配置靈活，維護(hù)方便 擴(kuò)展性差，不能解決 IPv4 地址空間耗盡的問題，只能用于節(jié)點(diǎn)本身連接。網(wǎng)絡(luò)中的大部分運(yùn)用都是基于 IPv4 的。但仍將有大量的 IPv4 傳統(tǒng)的業(yè)務(wù)存在，節(jié)點(diǎn)也仍然有許多是雙棧節(jié)點(diǎn)。不同的是，隧道技術(shù)互聯(lián)的是 IPv4 網(wǎng)絡(luò)。 交換機(jī)的配置如下： Switch systemview [Switch] switchmode dualipv4IPv6 [Switch] IPv6 [Switch] interface vlan 1 [SwitchinterfaceVlan1] ip address 24 [SwitchinterfaceVlan1] IPv6 address 3001::1/64 [SwitchinterfaceVlan1] IPv6 address auto linklocal 雙協(xié)議棧技術(shù)的特點(diǎn)及使用場合： 雙協(xié)議棧技術(shù)互通性好，易于理解。 GRE 手動(dòng)隧道配置設(shè)計(jì) I P V 4 I n t e r n e tI P V 6I P V 6R 1R 2E 0E 0 圖 42 GRE 隧道示意圖 配置 R1: [Quidway] interface Ether 0 [QuidwayEther0] ip address [QuidwayEther0] quit [Quidway] interface tunnel0 [QuidwayTunnel0]IPv6 address 5001::1 64 [QuidwayTunnel0]source Ether 0 [QuidwayTunnel0]destination [QuidwayTunnel0]tunnelprotocol gre [QuidwayTunnel0]quit [Quidway]IPv6 routestatic 5003::1 64 tunnel0 配置 R2 17 [Quidway] interface Ether 0 [QuidwayEther0] ip address [QuidwayEther0] quit [Quidway] interface tunnel0 [QuidwayTunnel0]IPv6 addr