【正文】 ............................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 。 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 。 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)。 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。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。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 。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。這些問題主要包括以下幾個(gè)方面。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 。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。 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。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。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。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。 . 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)。 ．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。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。 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(jiǎn)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。 流標(biāo)簽：該域長度為 20 位，是 IPv6 的新增的字段。 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。 所使用的類型值和 IPv4 相同。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 IPv4 地址使用“ .”號(hào)隔開的4 段十進(jìn)制數(shù)來表示，例如 。例如： 2020： 0420： 0000： 0002： 0000： 0000： 0000：45ef。 1） 每段高位的 0 可以省略。 2） 如果某段全為 0，則可以用一個(gè) 0 代替。 3） 如果連續(xù)幾段全是 0，那么這些段可以用一個(gè)：：代替。 例如： 2020： 0420： 0000： 0000： 0002： 0000： 0000： 45ef 按照上述的簡(jiǎn)化方法可以改寫為 2020： 420： 0： 0： 2：： 45ef 或 2020： 420：： 2： 0： 0： 45ef。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。 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]。 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。 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。 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。 任播地址：任播地址是 IPv6 特有的地址類型。 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。 任播地址被分配在正常的 IPv6 單播地址空間外。 . IPv6 新特性 服務(wù)質(zhì)量 IP 協(xié)議 是無連接的協(xié)議， 是一種簡(jiǎn)單的盡力而為的服務(wù)方式 ， 只是盡最大的努力來滿足客戶的要求。 隨著 Inter 規(guī)模迅速擴(kuò)展 ，網(wǎng)絡(luò) 實(shí)時(shí) 業(yè)務(wù)種類的增加，對(duì)傳輸時(shí)延和延時(shí)抖動(dòng)有了更加嚴(yán)格的要求。 業(yè)務(wù)類型有助于處理實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及任何需要特別處理的數(shù)據(jù)； 而流標(biāo)簽字段用于區(qū)分需要相同處理的數(shù)據(jù)包，以此來促進(jìn)實(shí)時(shí)性流量的處理 [2]。 IPsec的目標(biāo)是提 供既可用于 IPv4也可用于 IPv6的安全機(jī)制，該服務(wù)由 IP 層提供 [3]。這些安全服務(wù)是通過 AH（ Authentication Header）和 ESP（ Encapsulating Security Payload）頭相結(jié)合的方式來提供。 在 IPv6 中 AH 和 ESP 都 屬于 擴(kuò)展報(bào)頭，可以同時(shí)使用，也可以單獨(dú)使用其中一個(gè)。 移動(dòng) IP 為移動(dòng)的計(jì)算機(jī)傳送信息解決方案，與所采用的物理媒介無關(guān)。 移動(dòng) IP 的在網(wǎng)絡(luò)層加入了新特性，它允許網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)發(fā)生改變時(shí)，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)上 應(yīng) 用程序不用修改或重新配置仍然可用。 3． IPv4 到 IPv6 的 過渡 策略 目前 網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備幾乎都是 IPv4 設(shè)備，若把這些設(shè)備全部替換為 IPv6 設(shè)備，所需的成本巨大 ；另外，網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)換代要保證不中斷現(xiàn)有的通訊業(yè)務(wù)。綜合以上因素， IPv4 到 IPv6 的過渡 必定 是一個(gè)循序漸進(jìn)的過程，在體驗(yàn) IPv6 帶來的好處的同時(shí)仍能與網(wǎng)絡(luò)中其余的 IPv4 用戶通信。 根據(jù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)情況，在向 IPv6 過渡時(shí)，要解決兩種場(chǎng)合下的通信問題。 針對(duì)以上兩類問題， IETF 成立了專門的工作組，研究 IPv4 到 IPv6 的轉(zhuǎn)換問題。 ．雙協(xié)議棧技術(shù) . 基本雙協(xié)議棧技術(shù) 雙棧協(xié)議 是指單個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn) 既 支持 IPv4 協(xié)議棧又支持 IPv6 協(xié)議棧。 IPv4 和 IPv6 都屬于 網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議， 他們功能相近， 基于相同的物理平臺(tái)。雙協(xié)議棧層次模型如圖 31 所示。 雙協(xié)議棧技術(shù)是 IPv6 所有 過渡技術(shù)中應(yīng)用最廣泛的一種過渡技術(shù)，是其他過渡技術(shù)的基礎(chǔ)，如：隧道機(jī)制和翻譯機(jī)制 的研究都是建立在雙棧協(xié)議的基礎(chǔ)上 。 但由于需要雙路由基礎(chǔ)設(shè)施，增加了網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜度， 且每個(gè) IPv6 節(jié)點(diǎn) 都需要使用一個(gè) IPv4 地址， 依然無法解決 IP 地址耗盡的問題。 它 要求 網(wǎng)絡(luò)中部分網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、用戶終端采用雙協(xié)議棧，這些用戶可使用 IPv4 或 IPv6 與其它用戶互聯(lián)互通，但新增的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和用戶終端則僅使用 IPv6 協(xié)議棧，應(yīng)用基于 IPv6 協(xié)議棧。但他并不能完全解決雙協(xié)議棧網(wǎng)絡(luò)的投入問題，并且無法支持網(wǎng)絡(luò)中純 IPv4 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn) 和 純 IPv6 的服務(wù)器節(jié)點(diǎn)之間的通信 。 IPv4 的應(yīng)用程序不必修改就可運(yùn)行在純 IPv6 網(wǎng)絡(luò)中的 DSMT 節(jié)點(diǎn)上。 圖 32 DSTM 結(jié)構(gòu)示意圖 在 IPv6 發(fā)展初期， 存在著 局部的純 IPv6 網(wǎng)絡(luò)，這些 純的 IPv6 網(wǎng)絡(luò)被 IPv4 骨干網(wǎng)絡(luò)隔離開來，為了使這些 “ IPv6 孤 島 ” 互通，就采取隧道技術(shù)的方式來解決。隧道技術(shù)使 IPv6 數(shù)據(jù)包能夠穿透 IPv4 網(wǎng)絡(luò)， 就 好像在 IPv4 網(wǎng)絡(luò)中開通了一條隧道。在隧道的出口處，再將 IPv6 報(bào)文取出轉(zhuǎn)發(fā)給目的節(jié)點(diǎn) [4]。 9 I P V 6 網(wǎng) 絡(luò)I P V 4 網(wǎng) 絡(luò)I P V 6 網(wǎng) 絡(luò) 圖 33 隧道技術(shù)示意圖 隧道 技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)在于如何決定隧道的入口和出口以及數(shù)據(jù)報(bào)的封裝 ，解封裝 過程。 . 手工配置隧道 這種隧道 需要 隧道兩個(gè)端點(diǎn)所在網(wǎng)絡(luò)的管理員 手工配置， 協(xié)作完成 ，完成的僅僅是點(diǎn)到點(diǎn)的連接 。手動(dòng)隧道通過 IPv4骨干網(wǎng)連接的兩個(gè) IPv6 域的永久鏈路，這個(gè)永久鏈路用于兩個(gè)邊緣路由器或終端系統(tǒng)與邊緣路由器之間定期安全通信穩(wěn)定連接 [4]。兩個(gè)經(jīng)常通信的 IPv6 站點(diǎn)之間適用手工配置隧道 。 其封裝格式如圖 34 所示 [7]。 這種隧道需要采用一種特殊的地址 — IPv4 兼容 IPv6 地址， 是一類專門指定給這種自動(dòng)配置隧道方式使用的 IPv6 地址 ，前綴是 0： 0： 0： 0： 0： 0，最后 32 位是 IPv4 地址，它 的格式如圖 所示。 在自動(dòng)隧道中，只需告訴設(shè)備隧道的起點(diǎn)，設(shè)備 可以 自動(dòng)生成 隧道 的終點(diǎn) 。 0000 0000 IPv4 Address 圖 35 兼容地址結(jié)構(gòu)示意圖 和手工隧道相比，自動(dòng)隧道 不用手動(dòng)配置隧道的終點(diǎn) ，配置和使用時(shí)更加靈活，簡(jiǎn)單直觀的實(shí)現(xiàn)了隧道的配置。 此外， IPv6 報(bào)文中的地址前綴 為 0： 0： 0： 0： 0：0， 表明 所有節(jié)點(diǎn)處于同一個(gè) IPv6 網(wǎng)段中，因此它 不能通過隧道進(jìn)行報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)，而只能做到節(jié)點(diǎn)本身的通信。 這種方式要求每個(gè) IPv6 孤島至少有一個(gè)全網(wǎng)唯一的 IPv4 地址 ，稱為 6to4地址，地址格式如圖 36 所示 。其中 是 IPv4 地址。 地址中的后 80 位都是由用戶自己分配的，每個(gè) IPv6 孤島只需全網(wǎng)唯