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ipv4和ipv6通信实现.doc

发布时间：2022-06-10 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：1.05M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    论 文 摘 要
    目前最普遍使用的IP协议的版本为IPv4，它的下一个版本就是IPv6。IPv6正处在不断发展和完善的
    一、引言
    （一）、公司网络设计背景
    （二）、公司网络设计思路
    （三）、公司网络设计的目的
    二、ipv6相关理论基础
    （一）、ipv6简介
    1、地址空间
    2、IPv6数据包结构
    3、地址类型及路由寻址方式
    4、与IPV4相比，IPV6具有以下几个优势
    （二）、ipv4向ipv6过度技术
    1、IPv6 隧道通信技术
    2、双栈技术
    3、协议转换
    （三）、ipv6孤岛及发展
    三、公司网络项目具体设计
    （一）、项目拓扑图（如图3-1）
    （二）、公司网络项目具体实施
    1、隧道
    2、Nat-pt
    3、双栈网络（拓扑如图3-12）
    4、模拟Internet的ipv4网络（如图3-13）
    5、服务器集群
    四、总结
    五、参考文献
    毕 业 论 文 kf 大学 信息工程学院 网络 题目： 华阳物流公司跨公网 ipv4 和 ipv6 通信的实现 姓名： 学号： 指导老师： 完成时间：
    目 录 论 文 摘 要........................................................................................................... 3 一、引言....................................................................................................................... 4 （一）、公司网络设计背景.................................................................................. 4 （二）、公司网络设计思路.................................................................................. 4 （三）、公司网络设计的目的.............................................................................. 4 二、ipv6 相关理论基础.............................................................................................. 4 （一）、ipv6 简介.................................................................................................. 4 1、地址空间................................................................................................. 4 2、IPv6 数据包结构.....................................................................................5 3、地址类型及路由寻址方式..................................................................... 8 4、与 IPV4 相比，IPV6 具有以下几个优势........................................... 13 （二）、ipv4 向 ipv6 过度技术........................................................................... 14 1、IPv6 隧道通信技术..............................................................................14 2、双栈技术............................................................................................... 18 3、协议转换............................................................................................... 20 （三）、ipv6 孤岛及发展.................................................................................. 21 三、公司网络项目具体设计..................................................................................... 22 （一）、项目拓扑图（如图 3-1）......................................................................22 （二）、公司网络项目具体实施...................................................................... 23 1、隧道....................................................................................................... 23 2、Nat-pt..................................................................................................... 29 3、双栈网络（拓扑如图 3-12）...............................................................32 4、模拟 Internet 的 ipv4 网络（如图 3-13）........................................... 36 5、服务器集群........................................................................................... 41 （三）、项目测试...................................................................错误！未定义书签。 四、总结..................................................................................................................... 44 五、参考文献............................................................................................................. 45
    论 文 摘 要 当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。IPv4 最早在 20 世纪 80 年代早 期被定义发展至今已经使用了 30 多年。目前广泛使用的 IP 协议的版本号是 4(简 称为 IPv4)近十年来由于互联网的蓬勃发展，IP 位址的需求量愈来愈大，使得 IP 位址的发放愈趋严格，地址消耗量越来越大，IPv4 地址危机愈演愈烈，2011 年 2 月 3 日，全球 IP 地址管理部门“国际互联网名称和编号分配公司”（ICANN） 下属的“互联网数目分配管理局”（IANA）将全球最后剩余的 IP 地址进行了分 配，这也标志着全球基于 IPv4 协议的 43 亿个 IP 地址资源全部分配完毕。到 2011 年 2 月 10 日 IANA 的 IPv4 地址池中不再有 IPv4 地址块。在这种情况之下，将给 网络运营商更多压力，必须要尽快转换到 IPv6 地址系统区,才能解决 IP 地址匮 乏的问题。 目前最普遍使用的 IP 协议的版本为 IPv4，它的下一个版本就是 IPv6。IPv6 正处在不断发展和完善的过程中，它在不久的将来将取代目前被广泛使用的 IPv4。然而，IPv4 向 IPv6 过渡是一项浩大的工程，现今已基本趋向稳定的 IPv4 网络若大规模向 IPv6 过渡，除需要升级不计其数的 IPv4 基础设施外，还要对大 量 IPv4 数据进行升级转换，这将是一笔巨大的资金开销，并且面对 IPv6 初期可 能存在的漏洞和网络不稳定的情况，这也可能成为 IPv4 向 IPv6 安全过渡的潜在 威胁。 关键词：ipv4 ipv6 双栈 nat-pt 隧道
    华阳物流公司跨公网 ipv4 和 ipv6 通信的实现 姓名：吕晓芳（开封大学信息工程学院） 一、引言 （一）、公司网络设计背景 华阳公司是刚刚成立的设备和技术是比较前卫的物流公司，总部位于北京， 分部迁于上海。由于 ipv4 地址已分配完毕，公司没能申请到足够的合法的 ipv4 地址，公司考虑 ipv6 网络介入。由于公司要求跨越公网让总部和分部可以实现 直接通讯，又能访问公网资源，而且公司网络有利于公司发展扩大。 （二）、公司网络设计思路 公司总部和分布使用 ipv6 网络，使用隧道技术跨越公网直接通讯，至于要访 问 internet 资源需接入公网，那么就要实现 ipv4 和 ipv6 地址的转换。用使用两台 路由器模拟公网，与公网连接的还有 ipv4 私有网络（其拓扑图在后面）。 （三）、公司网络设计的目的 （1） 、实现总部和分部 ipv6 孤岛之间的通讯 （2） 、实现公司访问现有的 ipv4 公网的资源 （3）、公网不能随便介入公司 ipv6 网络，具有一定的安全性 既然公司网络主要依赖于 ipv6 技术，那么先了解一下 ipv6 吧！ 二、ipv6 相关理论基础 IPv6 是 Internet Protocol Version 6 的缩写，其中 Internet Protocol 译为“互联网协议”。IPv6 是 IETF（互联网工程任务组，Internet Engineering Task Force）设计的用于替代现行版本 IP 协议（IPv4）的下一代 IP 协议。 （一）、ipv6 简介 1、地址空间 （1）IPv6的地址长度
    IPv6的地址长度为128位，是长度为32位的lPv4地址的4倍。一个32位的地 址空间包含了2^32个可能的地址。而一个128位的地址空间则包含了2^128个可能 的地址。在采用1Pv6的情况下，地址空间被耗尽的可能性就几乎不存在了。在IPv6 中，其128位地址按每16位划分为一个位段，每个位段转换为一个4位的十六进制 数，并用冒号隔开，这种表示法称为冒号十六进制表示法。 下面是一个用二进制格式表示的IPv6地址： 0011000111011010000000001101001l 00000000000000000010111100111011 000000101010101000000000111“1111111111100010l000l001110001011011 将这个128位的地址按每16位划分为一个位段，并将每个位段转换成十六进 制数，并用冒号隔开，结果如下：31DA：OOD3：0000：2F3B：02AA：00FF：FE28： 9CSB ，通过压缩每个位段中的前导零，可以进一步简化IPv6的地址表示。当然， 每个位段至少应该有一个数字。根据前导零的压缩法，上面的结果可以进一步表 示为：31DA：D3：0：2F3B：2AA：FF：FE28：9CSB有些类型的IPv6地址中包含了 一长串0。在这种情况下，为了更进一步简化IPv6的地址表达，当一个以冒号十 六进制表示法表示的IPv6地址中，有几个连续位段的值都为0时，那么就可以将 这些O简记为：称为双冒号法。例如，有一个地址为FE50：0：0：0：3AA：FE： FF9A：SCA3，则可以简记为FE50：：3AA：FE：FF9A：SCA3。不过，在使用零压 缩法时，不能把一个位段内部的有效O也压缩掉，例如，不能把FF05：50：0：0： 0：0：0：6简写为FF05：5：：6，而应该简写为FF05：50：：6。 （2）Ipv6地址前缀 前缀是地址的一部分，这部分或者是有固定的值，或者是路由或子网的标识。 在ipv6中，用作子网或路由标识的前缀，其表示方法与IPv4中的无类域问路由 (CIDR)表示法类似。ipv6前缀用“地址，前缀长度”表示法来表示。例如，32DA： F3：：，48是一个路由前缀，而32DA：F3：0：2F3B：：／64是一个子网前缀。 在IPv6中，64位前缀是用来表示节点所在的单个子网，所有的子网都有相应的64 位前缀．对于那些少于64位的前缀，有可能是一个路由前缀或是包含了部分IPv6 地址空间的一个地址范围。在IPv4中，通常我们使用子网掩码，也就是用十进制 点号表示法表示的网络前缀。但是在IPv6中，它只支持前缀长度表示法，而不再 支持子网掩码。在IPv4中，存在可变长度的子网标识，但是在IPv6中，已经不复 存在了。在已经定义的IPv6单播地址中，用于标识子网的位数总是64，而用于标 识子网内主机的位数也是64。 2、IPv6 数据包结构 如下图 2-11 所示
    图 2-11 IPv6 包头各个字段分别为 Version（版本）：4 位，IP 协议版本号，值为 6。 Traffice Class（通信类别）：8 位，指示 IPv6 数据流通信类别或优先级。功能 类似于 IPv4 的服务类型（TOS）字段。 Flow Label（流标记）：20 位，IPv6 新增字段，标记需要 IPv6 路由器特殊处理 的数据流。该字段用于某些对连接的服务质量有特殊要求的通信，诸如音频或视 频等实时数据传输。在 IPv6 中，同一信源和信宿之间可以有多种不同的数据流， 彼此之间以非“0”流标记区分。如果不要求路由器做特殊处理，则该字段值置 为“0”。 Payload Length（负载长度）：16 位负载长度。负载长度包括扩展头和上层 PDU， 16 位最多可表示 65，535 字节负载长度。超过这一字节数的负载，该字段值置 为“0”，使用扩展头逐个跳段（Hop-by-Hop）选项中的巨量负载（Jumbo Payload） 选项。 Next Header（下一包头）：8 位，识别紧跟 IPv6 头后的包头类型，如扩展头（有 的话）或某个传输层协议头（诸如 TCP，UDP 或着 ICMPv6）。 Hop Limit（跳段数限制）：8 位，类似于 IPv4 的 TTL（生命期）字段。与 IPv4 用时间来限定包的生命期不同，IPv6 用包在路由器之间的转发次数来限定包的 生命期。包每经过一次转发，该字段减 1，减到 0 时就把这个包丢弃。 Source Address（源地址）：128 位，发送方主机地址。 Destination Address（目的地址）：128 位，在大多数情况下，目的地址即信宿 地址。但如果存在路由扩展头的话，目的地址可能是发送方路由表中下一个路由 器接口。
    扩展包头 IPv6 包头设计中对原 IPv4 包头所做的一项重要改进就是将所有可选字段移 出 IPv6 包头，置于扩展头中。由于除 Hop-by-Hop 选项扩展头外，其他扩展头不 受中转路由器检查或处理，这样就能提高路由器处理包含选项的 IPv6 分组的性 能。 通常，一个典型的 IPv6 包，没有扩展头。仅当需要路由器或目的节点做某 些特殊处理时，才由发送方添加一个或多个扩展头。与 IPv4 不同，IPv6 扩展头 长度任意，不受 40 字节限制，以便于日后扩充新增选项，这一特征加上选项的 处理方式使得 IPv6 选项能得以真正的利用。 但是为了提高处理选项头和传输层 协议的性能，扩展头总是 8 字节长度的整数倍。 目前，RFC 2460 中定义了以下 6 个 IPv6 扩展头：Hop-by-Hop（逐个跳段） 选项包头、目的地选项包头、路由包头、分段包头、认证包头和 ESP 协议包头： Hop-by-Hop 选项包头包含分组传送过程中，每个路由器都必须检查和处理的特 殊参数选项。其中的选项描述一个分组的某些特性或用于提供填充。这些选项有： Pad1 选项（选项类型为 0），填充单字节。 PadN 选项（选项类型为 1），填充 2 个以上字节。 Jumbo Payload 选项（选项类型为 194），用于传送超大分组。使用 Jumbo Payload 选项，分组有效载荷长度最大可达 4,294,967,295 字节。负载长度超过 65,535 字节的 IPv6 包称为“超大包”。 路由器警告选项（选项类型为 5），提醒路由器分组内容需要做特 殊处理。路由器警告选项用于组播收听者发现和 RSVP（资源预定） 协议。 目的地选项包头指名需要被中间目的地或最终目的地检查的信息。有两种用法： 如果存在路由扩展头，则每一个中转路由器都要处理这些选项。 如果没有路由扩展头，则只有最终目的节点需要处理这些选项。 路由包头 类似于 IPv4 的松散源路由。IPv6 的源节点可以利用路由扩展包头指定一个松散 源路由，即分组从信源到信宿需要经过的中转路由器列表。 分段包头 提供分段和重装服务。当分组大于链路最大传输单元（MTU）时，源节点负 责对分组进行分段，并在分段扩展包头中提供重装信息。 认证包头 提供数据源认证、数据完整性检查和反重播保护。认证包头不提供数据加密 服务，需要加密服务的数据包，可以结合使用 ESP 协议。
    ESP 协议包头 提供加密服务。 3、地址类型及路由寻址方式 IPv6的地址简单分包括单播地址、多播地址和泛播地址三种类型。这里我将做更 为详细的分类和介绍。 （1）全球单播地址 IPv6全球单播地址相当于IPv4中的公共地址。在internet中的IPv6部分，它 们是全球范围内路由和可达的。跟当前基于IPv4的internet不一样的是，基于 IPv6的internet从最初就被设计为可支持有效的、多级的寻址方式和路由。在整 个IPv6 internet中，全球地址都起作用。且前由IANA(internet Assigned Numbers Authority)所定义的全球单播地址结构(如下图2-1所示): 在全球单播地址结构中，各字段含义如下： 图2-1全球单播地址结构图 赋值为001的固定头部：最高三位被赋值为001，目前所使用的全球单播地 址的前缀为2000：：/3。 全球路由前缀：用来标识一个特定组织站点的全球路由前缀。45位的全球路 由前缀与前面三位固定位的结合，可以产生一个48位的站点前缀，通常分配给一 个组织的私有站点。一旦实施之后，在IPv6 internet中的路由器就会将球v6数 据转发给与数据包中48位前缀相匹配的其他站点中的路由器。 子网ID：子网ID可被一个组织用来在其内部划分予网，这个字段的长度是16 位。一个组织可以使用这16位子网ID在其内部产生65，536个子网或是多级的地 址结构，来形成一个高效的路由结构。 接口ID：标识特定子网上的接口，这个字段的长度是64位。IPv6中的接口lD 相当于IPv4中的节点或主机ID。 （2）本地使用的单播地址 本地使用的单播地址包括两种；链路本地地址和站点本地地址。前者用于同 一链路上的邻节点之间和邻节点发现过程，后者则用于同一机构中的节点之间的 通信。 （3）链路本地地址
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