ipv互联技术的探讨与实现潘江敏定稿.docx
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ipv互联技术的探讨与实现潘江敏定稿
一、IPv6协议与IPv4协议简介2
<一)IPv4协议2
<二)IPv6协议2
<三)IPv6与IPv4的区别3
1、扩展了路由和寻址的能力3
2、报头格式的简化3
3、对可选项更大的支持3
4、内置的安全性3
5、可扩展性4
二、IPv4与IPv6网络之间的通信5
<一)双协议栈技术5
<二)网络地址转换/协议转换(NAT-PT>技术5
三、IPv4与IPv6互联技术解决方案7
四、IPv4/IPv6互连通信实验模型构建8
<一)IPv4/IPv6网络互连的实现8
<二)IPv6节点的实现9
<三)路由器的配置9
<四)DNS服务器的配置10
五、结论11
致谢12
参考文献13
IPv6与IPv4互联技术的探讨与实现
作者:
潘江敏
[摘要]Internet网络规模日溢澎涨,而IPv4网址却已是濒临枯竭。
现如今,IPv6协议的产生,将进一步完善IP网络。
然而,在现在以及未来的一段时间内IPv4协议仍会占据着网络的领导地位,能否顺利地实现从IPv4到IPv6的过渡也是IPv6将会是进入下一代网络置为关键的一步。
[关键词]IPv4、IPv6、互联、实现
一、IPv6协议与IPv4协议简介
互联网协议(InternetProtocol>是规范计算机网络中数据传送的一套协议。
目前使用的是IPv4,IPv6在实验阶段。
<一)IPv4协议
目前的全球因特网所采用的协议族是TCP/IP协议族。
IP是TCP/IP协议族中网络层的协议,是TCP/IP协议族的核心协议。
目前IP协议的版本号是4(简称为IPv4>,IPv4的地址位数为32位,也就是最多有2的32次方的计算机可以联到Internet上。
近十年来因为互联网的蓬勃发展,IP位址的需求量愈来愈大,使得IP位址的发放愈趋严格,各项资料显示全球IPv4地址可能在2005至2018年间全部发完。
IPv4是互联网协议 1981年JonPostel在RFC791中定义了IP。 应用层 FTP SMTP HTTP …… 传输层 TCP UDP 网络层 IPICMP ARP 图1.1TCP/IP协议栈示意图 <二)IPv6协议 IPv6是是下一代互联网的协议,它的提出最初是因为随着互联网的迅速发展,IPv4定义的有限地址空间将被耗尽,为了扩大地址空间,IPv6采用128位地址长度,几乎可以不受限制地提供地址。 在IPv6的设计过程中除了一劳永逸地解决了地址短缺问题以外,还考虑了在IPv4中解决不好的其它问题,主要有端到端IP连接、服务质量(QoS>、安全性、多播、移动性、即插即用等。 IPv6需要在整个互联网和它所连接到的设备上建立对IPv6的支持,从IPv4访问时的转换过程中,在网关路由器(IPv6<-->IPv4>还是需要一个IPv4地址和一些NAT(共享的IP地址>,增加了它的复杂性,还意味着IPv6许诺的巨大的空间地址不能够立刻被有效的使用。 <三)IPv6与IPv4的区别 1、扩展了路由和寻址的能力 IPv6把IP地址由32位增加到128位,从而能够支持更大的地址空间,估计在地球表面每平M有4*lO^18个IPV6地址,使IP地址在可预见的将来不会用完。 IPv6地址的编码采用类似于CIDR的分层分级结构,如同电话号码。 简化了路由,加快了路由速度。 在多点传播地址中增加了一个“范围”域,从而使多点传播不仅仅局限在子网内,可以横跨不同的子网,不同的局域网。 2、报头格式的简化 IPv4报头格式中一些冗余的域或被丢弃或被列为扩展报头,从而降低了包处理和报头带宽的开销。 虽然IPv6的地址是IPv4地址的4倍。 但报头只有它的2倍大。 IPv6的地址分配一开始就遵循聚类(Aggregation>的原则,这使得路由器能在路由表中用一条记录(Entry>表示一片子网,大大减小了路由器中路由表的长度,提高了路由器转发数据包的速度。 3、对可选项更大的支持 IPv6的可选项不放入报头,而是放在一个个独立的扩展头部。 如果不指定路由器不会打开处理扩展头部。 这大大改变了路由性能。 IPv6放宽了对可选项长度的严格要求(IPv4的可选项总长最多为40字节>,并可根据需要随时引入新选项。 IPv6的很多新的特点就是由选项来提供的,如对IP层安全(IPSEC>的支持,对巨报(jumbogram>的支持以及对IP层漫游(Mobile-IP>的支持等。 加入了对自动配置(Auto-configuration>的支持。 这是对DHCP协议的改进和扩展,使得网络(尤其是局域网>的管理更加方便和快捷。 4、内置的安全性 IPv6协议支持IPSec,这就为网络安全性提供了一种基于标准的解决方案,并且提高了不同IPv6实现方案之间的互操作性。 IPSec由两种不同类型的扩展头和一个用于处理安全设置的协议所组成。 验证头 封装安全报文 在单播通信中用于处理IPSec的安全设置的协议通常是Internet密钥交换协议 5、可扩展性 IPv6可以很方便地实现功能的扩展,这主要通过在IPv6协议头之后添加新的扩展协议头方式来实现。 IPv4协议头中的选项最多可以支持40个字节的选项,而IPv6扩展协议头的长度只受到IPv6数据包长度的限制。 二、IPv4与IPv6网络之间的通信 <一)双协议栈技术 这种机制要给每一个IPv6的站点分配一个IPv4地址.这种方法不能解决IPv4地址资源不足的问题,而且随着IPv6站点的增加会很难得到满足,因此这种方法只能用在早期的变迁过程。 双栈机制是处理过渡问题最简单的方式,通过在1台设备上同时运行IPv4和IPv6协议栈使得设备能处理两种类型的协议。 它对于IPv4和IPv6实现了完全的兼容。 应用程序依靠DNS地址解读返回的地址类型来决定使用何种协议栈。 双协议栈是IPv6过渡技术的基础,不仅用于建设双栈网络,也是各种过渡隧道机制的基础。 双栈网络的建设有两种模式: 其一是完全双栈网络,即所有网络设备、用户终端都支持IPv4、IPv6双协议栈,用户通信既可以使用IPv4协议栈也可以使用IPv6协议栈;其二是有限双栈网络,网络中部分网络设备、用户终端采用双协议栈,这些用户可使用IPv4或IPv6与其它用户互联互通,但新增的网络设备和用户终端则仅使用IPv6协议栈,应用基于IPv6协议栈。 IPv6/IPv4协议层 图2.1双协议栈结构 <二)网络地址转换/协议转换(NAT-PT>技术 NAT-PT是一种协议转换技术。 对于纯IPv4网络与IPv6网络结点之间的互相通信,NAT-PT(NetworkAddressTranslation-ProtocolTranslation>技术的系统解决方案应该说是目前的主流方式,其它的许多过渡方式或多或少都借鉴了NAT-PT技术的原理和思路等。 诸如SIIT技术、BIS技术、传输中继翻译器TRT过渡机制等,因此NAT-PT技术是解决IPv4与IPv6之间通信的重要技术。 地址转换部分NAT(NetworkAddressTranslation>: 负责IPv4和IM地址的映射转换。 例如存储IPv4地址池、为将要建立的连接选择合适的地址、保持同一会话期间IPv4到IPv6地址的映射、维持已有映射的地址链表、根据会话连接情况动态更新地址链表、删除或添加地址映射等。 协议转换部分PT(protocolTranslation>: 负责在两种协议之间进行转换。 主要工作是在IP包头的对应字段根据IPv4和IPv6在语义上的不同定义进行转换,从而构建新的数据包.这部分的另一个模块是应用层网关(ApplicationbevelGateway>,负责对负载中包含IP地址的典型应用进行转换,其中DNS-ALG是双向转换器必须具备的功能。 三、IPv4与IPv6互联技术解决方案 从IPv4与IPv6互连技术可以看出,目前所有的互连技术均是针对某一具体问题而提出的,都不是普遍适用的。 而且在特定的网络环境下往往需要与其它的技术组合使用,在实际应用中往往要综合考虑实际情况来制订合适的互连方案,并随着网络软硬件技术的不断改进而更新和优化这些方案。 迄今为止,在IPv4和IPv6网络互连技术的领域上还没有一种可以作用于各种网络环境的过渡机制。 目前的任何一种互连技术都需要某种特定的适用网络环境,都需要某些条件的配合协作。 目前流行把这种过渡环境的演化过程分为5个进化阶段,并与各种互连技术粗略对应。 具体如下: 第一阶段,目前绝大部分网络现状,指纯IPV4网络环境,即IPV4“海洋”中没有任何的IPV6“小岛”。 这个阶段不需要采用互连技术策略。 目前的国际上的网络环境已经从第一阶段起步,并不是纯IPV4网络环境,其中已经有少量的IPV6网络站点存在。 第二阶段,指在IPV4“海洋”中开始有越来越多的IPV6“小岛”这时,必然需要各种适当的过渡机制,可供选择的机制主要有隧道代理,6over4,6to4,NAT-PT,BIS。 第三阶段,随着IPV6网络的快速发展,越来越多的IPV6“小岛”逐渐变大、变多,成为与IPV4“海洋”不相上下的另一个“海洋”,采用NAT-PT与BIS的过渡技术可能会更有效率。 第四阶段,与第二阶段正好相反,也就是说IPV6成为整个网络世界的主流,而IPV4网络越来越少,形成IPV6“海洋”和IPV4“小岛”并存的情形,可能采用的过渡机制有NAT-PT、DSTM和BIS。 第五阶段,IPV6成功应用,那时应该是纯IPV6“海洋”,IPV4“小岛”从此不复存在了。 这时已不需要过渡技术,各网络节点间都采用基于IPV6的通信方式。 目前为止,还没有一种普遍适用的标准过渡机制,现有过渡机制各有优缺点和各自不同的适用范围,只有因地制宜、科学分析,在不同的过渡阶段明确应用的类型、范围和系统类型,合理选择转换机制,才能更顺利地以较小的代价实现IPV4网络向IPV6的平稳过渡。 四、IPv4/IPv6互连通信实验模型构建 为了在实验室内部搭建一个测试环境,本课题用六台计算机来建立一个用于测试的IPv6网络环境。 在此环境中,配置和测试WindowsXP和WindowsServer2000系列的IPv6协议,对IPv4/IPv6的互联通信进行研究。 为了达到IPv4与IPv6互连通信技术的目的,将六台计算机作如下分配: 三台运行WindowsXP的计算机作为客户机,分别是Host1、Host2、Host3; 两台运行WindowsXP的计算机作为路由器,分别是Router1、Router2; 一台运行WindowsServe2000的计算机作为DNS服务器,称为DNS1。 除此之外,还配有若干集线器。 用于测试环境下IPV6通信的网络结构图如图4-1所示。 <一)IPv4/IPv6网络互连的实现 MicrosoftWindowsXP包括了一个新的IP版本IPv6协议,这是一个面向开发人员的版本。 这个IPv6的实现被设计用来支持少量的连接方案,并向应用程序开发人员提供了可以正常运行的协议套件。 这样,就可以对工作在IPv4或者IPv6之上的应用程序进行修改和测试了。 此外,WindowsXP的IPv6协议为Windows网络专家提供了一个机会,让他们可以在达到生产质量水平的IPv6的版本加入到Windows未来版本里之前,开始学习和体验这个重要的协议。 图4.1实验室环境下IPv4与IPv6互连通信的网络结构图 <二)IPv6节点的实现 Host1、Host2和Host3是实验室中运行WindowsXP操作系统的计算机,将它们作为客户机首先以管理员身份登录,配置TC即P协议,将其IP地址设为172.16.202.132,子网掩码为255.255.255.0,默认网关设为172..16.202.1,DNS服务器的IP地址为172.16.202.113。 然后配置DNS属性,以使局域网连接的专用后缀为work.lab,并且指定在DNS注册中使用连接的DNS后缀。 最后按照在WindowsXP中的IPv6配置方法安装IPV6协议。 Host2与Host3的配置步骤与Host1的类似。 <三)路由器的配置 Routor1和Router2是运行WindowsXP的计算机。 每一台计算机内安装两块网卡。 Routor1用作子网1和子网2之间的路由器,Router2用来作子网2和子网3之间的路由器。 Router1的路由器配置步骤与Router2的类似。 下面以Router1的路由器配置为例说明其测试实验的步骤。 (1>在Router1上,以工作组的方式安装WindowsXP。 以管理员的身份登录后,安装IPv6协议。 (2>为子网1配置TCP/IP协议,IP地址设为172.16.202.1,子网掩码为255.255.255.0,DNS服务器的IP地址为172.16.202.113。 然后再对DNS属性进行配置,使局域网的连接专用后缀为work.lab,并且指定在DNS注册中使用连接的DNS后缀。 (3>为子网2配置TCP/IP协议,IP地址设为192.168.85.2,子网掩码为255.255.255.0,DNS服务器的IP地址为172.16.202.113。 然后再对DNS属性进行配置,使局域网的连接专用后缀为work.lab,并且指定在DNS注册中使用连接的DNS后缀。 (4>运行注册表编辑程序(regedit.exe>,将键值HKEY--LOCALMACHINE\SYSTEM\CurrentControlset\Services\Tcpip\Parameters\IPEnableRouter设置为1。 这样就启用了在子网1和子网2之间进行的IPV4路由。 在Router1中与子网2连接的那块网卡所设置的IPV4地址为192.168.85.2,自动配置的链路本地地址为EFAO: : 780: SA6B: CAED: 58AC。 在Router2中连接子网2的那块网卡所设置的IPV4地址为192.168.85.1,自动配置的链路本地地址为EFAO: : 520: SCDE: 36A9: AA20。 <四)DNS服务器的配置 DNS1是运行WindowsServer2000的计算机,它为测试实验室提供DNS域名解读服务,设置DNS1的域名为network.lab(只为实验测试用>。 配置DNS1的大概步骤是: 首先以单机方式安装WindowsServer2000,以管理员身份登录后,配置TCP/IP协议,将其IP地址设置为172.16.202.113,子网掩码为255.255.255.0,默认网关设为172.16.202.1。 安装DNSServer服务,创建名为work.lab的前向查找区,并将此查找区用作支持动态更新的主区。 最后安装IPv6协议。 子网1的网段使用的私有IP网络ID为172.16.202.0/24,站点本地ID为EF00: 0: 0: 1: : /60。 子网2的网段使用的私有IP网络ID为192.168.85.0/24,站点本地ID为EF0O: 0: 0: 2: : /60。 子网3的网段使用的私有IP网络ID为202.118.85.90/24,站点本地ID为EF00: 0: 0: 3: : /60。 将每个子网上的所有计算机都连接到一个普通的集线器上,在IPv4的配置方面,每台计算机都手工配置了适当的IPv4地址、子网掩码、默认网关和DNSServer的IP地址。 网络中没有使用DHCPServer和WINSServer。 在IPv6的配置方面,每台计算机最初都配置了IPv6的链路本地地址。 五、结论 尽管IPv6已被认为是下一代互联网络协议核心标准之一。 但是,新生事物从诞生到广泛应用需要一个过程,尤其是对于现时IPv4仍然很好的支撑着的Internet。 在IPv6的网络流行于全球之前,总是有一些网络首先使用IPv6协议栈并希望能够与当前的Internet正常通信。 为达到这一目的,研究者们必须开发出IPv4/IPv6互通技术以保证IPv4能够平稳过渡到IPv6,除此之外,互通技术应该对普通用户做到“无缝”链接,以保证使用方便,信息传递高效。 在过渡时期,要解决互连通信的问题无非两类: 第一类就是IPv6之间互相通信的问题;第二类就是解决IPv6与IPv4之间的通信问题。 目前所有的通信技术都不是普遍适用的,每一种技术都适用某种或几种特定的网络情况,而且常常需要和其它技术组合使用。 在实际应用时需要综合考虑各种实际情况来制订合适的互连通信策略。 致谢 大专三年学习时光已经接近尾声,在此我想对我的母校,我的父母、亲人们,我的老师和同学们表达我由衷的谢意。 感谢我的家人对我大学三年学习的默默支持;感谢我的母校赤壁机电给了我在大专三年锻炼的机会,让我能继续学习和提高;感谢赤壁机电的老师和同学们三年来的关心和鼓励。 老师们课堂上的认真负责,课堂下的谆谆教诲;同学们在学习中的认真热情,生活上的热心主动,所有这些都让我的三年充满了感动。 同时感谢在整个毕业设计期间和我密切合作的同学,和曾经在各个方面给予过我帮助的伙伴们,在此,我再一次真诚地向帮助过我的老师和同学表示感谢! 参考文献 【1】《IPV4至IPV6过渡技术研究及在Windows平台下的测试分析》陈元生主编。 机械工业出版社。 【2】《IPV6—下一代互联网的核心》周逊。 电子工业出版社。 【3】《计算机网络第二版》谢希仁。 电子工业出版社。 【5】《IPV6详解》PeteLoshin、沙斐等泽。 机械工业出版社。 【4】《下一代IP骨干网络技术》吴江、赵慧玲。 人民邮电出版社。 申明: 所有资料为本人收集整理,仅限个人学习使用,勿做商业用途。
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