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IPV6网络设计毕业论文.doc

发布时间：2022-06-10 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.56M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    1 概述
    1.1 毕业设计选题的意义
    1.2 IPv6的目前现状
    1.3 毕业设计的具体内容
    1.4 毕业设计的实现方法
    1.5 毕业论文的构成
    2 IPv6简介
    2.1 IPv6的地址格式
    2.2.1 IPv6地址表示方法[1]
    2.1.2 IPv6的地址类型
    2.2 IPv6的数据报格式
    2.2.1 IPv6数据报的首部格式
    2.2.2 IPv6扩展首部
    3 IPv6交换实验
    3.1 IPv6 VLAN实验
    3.1.1 VLAN概述
    3.1.2 VLAN配置
    3.2 IPv6 STP实验
    3.2.1 STP概述
    3.2.2 STP桥接协议数据单元
    3.2.3 生成树端口状态[2]
    3.2.4 STP操作
    3.2.5 STP配置
    4 IPv6路由实验
    4.1 IPv6静态路由协议的实现
    4.1.1 IPv6静态路由协议简介
    4.1.2 IPv6静态路由配置
    4.2 RIPng协议的实现
    4.2.1 RIPng的基本原理
    4.2.2 RIPng协议的配置
    4.3 OSPFv3协议的实现
    4.3.1 OSPFv3的基本原理[1]
    4.3.2 OSPFv3的LSA概述
    4.3.3 OSPFv3的配置
    4.4 BGP4+协议的实现
    4.4.1 BGP4+的基本原理
    4.4.2 BGP4+协议的配置
    5 IPv6园区网组建实验
    5.1 园区网组网的需求分析
    5.2 园区网组网的实现
    5.2.1 实验所用设备
    5.2.2 园区网络构建拓扑
    5.2.3 操作步骤
    5.2.4 配置命令
    总 结
    参考文献
    致 谢
    附录A VLAN实验配置与验证
    A.1 VLAN实验的完整配置
    A.2 VLAN实验的测试结果
    附录B STP实验配置与验证
    B.1 STP实验的完整配置
    B.2 STP实验的测试结果
    附录C IPv6静态路由实验配置与验证
    C.1 IPv6静态路由实验的完整配置
    C.2 IPv6静态路由实验的测试结果
    附录D RIPng实验配置与验证
    D.1 RIPng实验的完整配置
    D.2 RIPng实验的测试结果
    附录E OSPFv3实验配置与验证
    E.1 OSPFv3实验的完整配置
    E.2 OSPFv3实验的测试结果
    附录F BGP4+实验的完整配置
    F.1 BGP4+实验的完整配置
    F.2 BGP4+实验的测试结果
    附录G IPv6园区网的完整配置
    西安石油大学本科毕业设计（论文） 1 概述 1.1 毕业设计选题的意义 从 1946 年第一台计算机诞生至今，也仅仅有六十余年的历史，然而，计算机网 络却在很短的时间内有了惊人的进展。Internet 的巨大成功得益于企业互联网的巨大 成功，现在几乎没有哪家公司或企业没有自己的 Web 站点，电子邮件已经成为与电 话一样重要的商业工具。但 IPv4 限制了 Internet 的进一步发展，其 32 bit 的地址空间 限制了全局可路由（可以连接到 Internet 上）主机的数量，也限制了可以创建的层次 数量，且据统计 IPv4 地址将在 2011 年左右耗尽；IPv4 网络在设计之初只具备很少的 安全选项，目前 IPv4 网络受到的攻击和网络病毒越来越多，给网络带来了很大的安 全性问题。所以人们急需要从现有的 IPv4 网络中向下一代互联网即 IPv6 网络迁移。 用于下一代互联网的 IPv6 地址可以提供足够的地址空间，足以满足快速增长的 全局可路由地址的需求，并能提供更多的地址层次。IPv6 的地址空间不但被增加到 128 bit，还将层次化要求设计到了全局可路由地址的格式之中。IPv6 地址提高了扩展 能力，由于吸取了 IPv4 的经验教训，IPv6 在设计之初就解决了扩展性、易于配置性 和安全性等问题。 目前很多高校都组建了自己的 IPv6 实验网，本毕业设计的目的是精心设计出一 套合理的、实用的 IPv6 网络实验项目并对其进行测试，为将来学校 IPv6 实验网的组 建奠定良好的基础。 1.2 IPv6 的目前现状 通过各国的努力，目前 IPv6 技术和标准已经相对成熟，多个国家组建了多个规 模不等的 IPv6 实验网，网络设备基本成熟，业务应用取得了一些进展。目前存在两 个公用的 IPv6 实验网络，6bone 和 6REN（IPv6 Research and Education Networks）， 这两个实现网络为厂商和网络工程师们提供了大规模的 IPv6 网络平台，可以进行软 件测试、网络配置和设计，从而使 IPv6 被不断地理解和熟悉。但从全球 IPv6 整体发 展状况看，在亚太和欧洲地区的应用较多，但依然是由发达国家担当了领军者的角色， 不同的是美国在互联网领域一家独大的局面被打破。日本、韩国、欧盟在 IPv6 的研 发和产业化方面走在了前面，作为发展中大国的中国在 IPv6 领域也略有建树，但在 国家战略、产业化、研发等方面与日韩、欧盟还存在不小的差距。 我国在下一代互联网方面开展了多项研究、实验和示范工程，如国家自然科学基 金委员会的“中国高速互联研究实验网络（NSFCnet）”、“九五”期间的中国高速信 息示范网（CAINONET）、“十五”期间的 IPv6 核心技术开发、中科院的“IPv6 关键 技术及城域示范网”和国家发展改革委的“下一代互联网中日 IPv6 合作项目”等。 1
    西安石油大学本科毕业设计（论文） 2008 年 8 月，国家正式启动了中国下一代互联网 CNGI（China's Next Generation Internet）二期工程，重点解决推动下一代互联网商用化时遇到的一些问题。同时全国 很多高校也都组建了自己的 IPv6 实验网络，比如：清华大学 IPv6 TV 实验平台，上 海交通大学的 IPv6 实验网，西安交通大学的 IPv6 实验网和全国高校首个拥有成套规 模的兰州大学 IPv6 实验室等。 目前国内外网络设备厂商都支持 IPv6，如 Cisco、爱立信、西门子、H3C、中兴、 大唐电信、锐捷等。本毕业设计所用的设备为 H3C 公司生产的网络设备。 1.3 毕业设计的具体内容 （1）学习计算机网络的基本原理，学习 IPv6 的地址空间和报文格式，学习路由 协议 RIP、OSPF 和 BGP 的算法描述和实现方法。 （2）利用 H3C 公司的网络交换机，构建实验环境，实现纯 IPv6 环境下的交换 实验，包括 VLAN 实验和 STP 实验。 （3）利用 H3C 公司的网络交换机和路由器，构建实验环境，实现纯 IPv6 环境 下的路由实验，包括静态路由实验、RIPng 实验、OSPFv3 实验和 BGP 实验。 （4）每个实验项目按照实验报告的格式提交正式报告。 1.4 毕业设计的实现方法 本毕业设计选题为综合实验，要依托我校计算机学院网络实验室现有的网络通 信设备和 PC 机，自主设计实验项目，在老师指导下自行完成相应实验内容，并记录 实验过程；应在毕业论文中完整地叙述每个实验项目的完成过程和结果。 1.5 毕业论文的构成 本毕业论文共有 5 章构成。第 1 章为概述，主要介绍毕业设计的意义和 IPv6 的 目前状况。第 2 章为 IPv6 简介，主要介绍 IPv6 的地址编址方式和 IPv6 数据包的格 式。第 3 章为 IPv6 交换实验，主要介绍 IPv6 的交换实验，其中包括 VLAN 和 STP 的原理和配置。第 4 章为 IPv6 路由实验，主要介绍 IPv6 的路由实验，其中包括 IPv6 静态路由的实现，IPv6 动态路由协议 RIPng、OSPFv3 和 BGP4+的实现。第 5 章为 IPv6 园区网组建实验，介绍的是一个园区网络的核心网络组建方法。最后，对毕业设计进 行了总结。 2
    西安石油大学本科毕业设计（论文） 2 IPv6 简介 目前使用的第二代互联网 IPv4 技术，核心技术属于美国。它的最大问题是网络 地址资源有限，从理论上讲，编址 1600 万个网络、40 亿台主机。但采用 A、B、C 三类编址方式后，可用的网络地址和主机地址的数目大打折扣，以至目前的 IP 地址 近乎枯竭。地址不足，严重地制约了互联网的应用和发展，一方面是地址资源数量的 限制，另一方面是随着电子技术及网络技术的发展，计算机网络将进入人们的日常生 活，可能身边的每一样东西都需要连入全球因特网。在这样的环境下，IPv6 应运而 生。如果说 IPv4 实现的只是人机对话，IPv6 则扩展到任意事物之间的对话，它不仅 可以为人类服务，还将服务于众多硬件设备，如家用电器、传感器、远程照相机、汽 车等，它将是无时不在，无处不在的深入社会每个角落的真正的宽带网。而且 IPv6 所带来的经济效益将非常巨大。当然，IPv6 并非十全十美、一劳永逸，不可能解决 所有问题。IPv6 只能在发展中不断完善，也不可能在一夜之间发生，过渡需要时间 和成本，但从长远看，IPv6 有利于互联网的持续和长久发展。 2.1 IPv6 的地址格式 2.2.1 IPv6 地址表示方法[1] 为了使用户能快捷地记住 IPv6 地址，IPv6 地址的设计者们设计了下面 4 种 IPv6 速记方法。 （1）将 128 位的 IPv6 地址则被分割成 8 个 16 位段来表示，其中每个 16 位段书 写为大小在 0x0000~0xFFFF 之间的十六进制的数字表示，并且每个 16 位段之间使用 英文符号冒号“:”来分开。例如：3FFE:1944:0100:000A:0000:00BC:2500:0D0B。 （2）压缩表示法，即任何由全 0 组成的 1 个或多个 16 位段的单个连续的字符串 多可以用一个双冒号“::”来表示。例如： 1080:0:0:0:8:800:200C:417A ＝ 1080::8:800:200C:417A FF01:0:0:0:0:0:0:101 ＝ FF01::101 0:0:0:0:0:0:0:1 ＝ ::1 0:0:0:0:0:0:0:0 ＝ :: （3）嵌入在 IPv6 中的 IPv4 数据的表示方法，此种方法用在将 IPv4 地址的网络 转换成 IPv6 地址的技术，或者要求 IPv4 地址在 IPv6 地址环境中进行通信的技术中。 例如：FEC0:0:0:1::10.23.1.5 （4）地址前缀的表示方法，即通过在 IPv6 地址后面加一个斜线“/”，随后在用 一个十进制的数字来标示一个 IPv6 地址的起始位有多少位是前缀位。例如： 3FFE:1944:100:A::/64，::/0 和::/128 3
    西安石油大学本科毕业设计（论文） 2.1.2 IPv6 的地址类型 IPv6 前缀分配情况如表 2-1 所示。 表 2-1 IPv6 前缀分配情况 前缀（二进制） 0000 0000 0000 0001 0000 001 0000 01 0000 1 0001 001 010 011 100 101 110 1110 1111 0 1111 10 1111 110 1111 1110 0 1111 1110 10 1111 1110 11 1111 1111 地址类型 IETF 保留 IETF 保留 IETF 保留 IETF 保留 IETF 保留 IETF 保留 全球单播地址 IETF 保留 IETF 保留 IETF 保留 IETF 保留 IETF 保留 IETF 保留 IETF 保留 IETF 保留 唯一本地单播地址 IETF 保留 本地链路单播地址 IETF 保留 多播地址 占地址空间的份额 1/256 1/256 1/128 1/64 1/32 1/16 1/8 1/8 1/8 1/8 1/8 1/8 1/16 1/32 1/64 1/128 1/512 1/1024 1/1024 1/256 2.1.1.1 单播地址（Unicast Address） 单播地址包括全球单播地址和链路本地单播地址，单播地址用来表示单台设备的 地址，一个全球单播地址是指这个单播地址是全球惟一的，并且能够在全球范围内被 路由而无需进行更改。目前所有的全球单播地址的前三位是 001，因此，所有的全球 单播地址都是以 2 或 3 开头的，即，001（2xxx::/4 或 3xxx::/4）。链路本地单播地址 是适用范围限定在单条链路上的地址，它的惟一性是仅仅限于所在的链路并且相同的 地址也可能存在于另一条链路上，因此这样的地址离开所在的链路是不可路由的，链 路本地单播地址的起始 10 位永远是 1111111010（FE80::/10）。 4
    西安石油大学本科毕业设计（论文） 2.1.1.2 任意播地址（Anycast Address） 一个任意播地址表示的更像一种服务，而不是一台设备，并且相同的地址可以驻 留在提供相同服务的一台或多台设备中。任意播地址仅是根据它们提供的服务功能而 定义的，而不是根据它们的格式，而且理论上来说可能是任何范围内的任何一个 IPv6 单播地址。但是，在 RFC 2526 中定义了一个保留的任意播地址的格式。任意播地址 在 IPv4 协议的网络中已经使用了一段时间，但是在协议中它们的定义才被正式化。 2.1.1.3 多播地址（Multicast Address） 多播地址标识的不是一台设备，而是一组设备 —— 一个多播组（multicast group），发送给一个多播组的数据包可以由单台设备发起。因此，一个多播数据包通 常包括一个单播地址作为它的源地址，一个多播地址作为它的目的地址。在一个数据 包中，多播地址不会作为源地址出现。多播地址起始的 8 位总是全 1，表 2-2 中显示 了几个保留的公认的 IPv6 多播地址，所有这些地址都属于链路本地的范围。 表 2-2 公认的 IPv6 多播地址举例 多播地址 FF02::1 FF02::2 FF02::5 FF02::6 FF02::9 FF02::A FF02::B FF02::C FF02::D 用途 所有的节点 所有的路由器 OSPFv3 路由器 OSPFv3 指定路由器 RIPng 路由器 EIGRP 路由器 移动代理（Mobile Agents） DHCP 服务器/中继代理 所有的 PIM（独立组播协议）路由器 2.1.1.4 嵌入的 IPv4 地址 该类地址用在将 IPv4 地址的网络转换成 IPv6 地址的技术，或另外一种让两者共 存的技术——要求 IPv4 地址在 IPv6 地址环境中进行通信中。 2.1.1.5 未指定地址 0:0:0:0:0:0:0:0 表示缺省地址，它不能应用于任何一个节点。它的用途是当一个 刚初始化的主机不知道自身的 IP 地址，则在发送的数据包的源地址可以使用此未指 定地址。该地址不能被用作目的地址。源地址是该地址的报文也不会被路由器所转发。 2.1.1.6 环回地址 单播地址 0:0:0:0:0:0:0:1 被称为环回地址。不应该被指定到任何一个物理接口。 5
    西安石油大学本科毕业设计（论文） 用于节点向自身发送报文。环回地址不能被用作离开节点的报文的源地址。该地址作 为目的地址的报文也不能离开本节点以及被路由器转发。接口收到目的的地址是环回 地址的报文必须被丢弃。 2.2 IPv6 的数据报格式 2.2.1 IPv6 数据报的首部格式 相比 IPv4 的首部，IPv6 的头部更简洁、更灵活，而且在使用可选项时也更有效。 IPv6 头部删除了 IPv4 头部中的部分字段，并对其它字段进行了重新命名，其地址长 度是 IPv4 的 4 倍，但其头部仅是 IPv4 头部的 2 倍。IPv6 包头的格式如图 2-1 所示[4]。 版本（4bit） 通信量类（8 bit） 有效载荷长度（16 bit） 流标签（20 bit） 下一报头（8bit） 跳数限制（8 bit） 源地址（128 bit） 目的地址（128 bit） 图 2-1 IPv6 的首部 （1）版本（Version）：指示 IP 版本号。 （2）净荷长度（Payload Length）：除头部之外的 IP 包长度（以 8 位组单位）， 扩展首部属于净荷的一部分。 （3）下一首部（Next Header）：标识紧随 IPv6 基本头部之后的首部类型的值， 下一个首部即可以是上层首部（如 ICMP、TCP 或 UDP），也可能是一个 IPv6 扩展首 部。 （4）跳数限制（Hop Limit）：被数据包所经过的每个节点所递减，跳数限制字 段值为 0 时该数据包就要被丢弃。 （5）源地址/目的地址（Source Address/Destination Address）：该字段的长度均为 128 bit，其内容分别是 128 的 IPv6 源地址和目的地址。 2.2.2 IPv6 扩展首部 IPv6 基本头部中不含可选的网络层信息，这些可选信息被放置在 IPv6 基本头部 与上层协议首部之间的独立首部中。在数据包的传送路径上，并不是每个节点都会处 理扩展首部，只有 IPv6 基本头部中目的地址字段所标识的节点才处理这些扩展首部。 由于不再需要每台 IP 路由器处理这些可能仅针对目的的节点的头部信息，因而可以 6
    西安石油大学本科毕业设计（论文） 大大提高选项的处理效率。 （1）扩展首部次序。通过检查前一个头部中的相关信息，节点就可以确定其是 否要检查扩展首部，因而在处理扩展首部时，需要安装它们在数据包中出现的次序依 次处理。图 2-2 解释了扩展首部的使用方式。 IPv6 首部 下一首部＝TCP TCP 首部＋数据 IPv6 首部 路由首部 下一首部=路由 下一首部＝TCP TCP 首部+数据 IPv6 首部 路由首部 分段首部 下一首部=路由 下一首部=分段 下一首部＝TCP TCP 分段首部+数据 图 2-2 扩展首部的使用 （2）选项。目前已定义的两个扩展首部（逐跳选项头和目的选项头）包含一个 或多个 TLV（Type-Length-Value，类型-长度-值）选项。 （3）逐跳选项首部。在数据包向目的地分发的路径上，所有的路由器都必须处 理逐跳选项首部。逐选项首部必须紧随 IPv6 基本首部之后，这就使得分发路径上的 路由只要处理该首部即可，而无需处理其它扩展首部。 （4）路由首部。列在路由首部中的地址的作用是标识数据包在分发到目的地的 路由中所必须经过的节点。 （5）分段首部。当 IPv6 源节点希望发送的数据包大于去往目的地所经路径的 MTU 时，就需要使用分段首部。 （6）目的选项首部。对目的选项首部所包含的选项来说，IPv6 的目的地都必须 加以检查。 （7）认证首部。IPv6 中增加了 AH（Authentication Header，认证首部），其目的 是为 IPv6 包提供完整性检查和身份验证。 （8）封装安全净荷首部。ESP（Encapsulating Security Payload，封装安全净荷） 可以提供完整性和机密性机制，可以结合使用 AH 和 ESP 来提供认证机制。 7
    西安石油大学本科毕业设计（论文） 3 IPv6 交换实验 VLAN（ Virtual Local Area Network ， 虚 拟 局 域 网 ） 和 STP（Spanning Tree Protocol，生成树协议）是交换网络中的两个重要功能。在 IPv6 网络的交换部分，主 要对 VLAN 和 STP 做一下介绍和配置。IPv6 网络中的 VLAN 和 STP 与 IPv4 网络中 的 VLAN 和 STP 基本相同。 3.1 IPv6 VLAN 实验 3.1.1 VLAN 概述 VLAN 技术的出现，主要为了解决交换机在进行局域网互连时无法限制广播的问 题。这种技术可以把一个 LAN 划分成多个逻辑的 LAN 即 VLAN，每个 VLAN 是一 个广播域，VLAN 内的主机间通信就和在一个 LAN 内一样，而 VLAN 间则不能直接 互通，这样以来，广播报文被限制在一个 VLAN 内。 在交换式以太网中，各站点可以分别属于不同的虚拟局域网。构成虚拟局域网的 站点不拘泥于所处的物理位置，它们既可以挂接在同一个交换机中，也可以挂接在不 同的交换机中。虚拟局域网技术使得网络的拓扑结构变得非常灵活，例如位于不同楼 层的用户或者不同部门的用户可以根据需要加入不同的虚拟局域网。按可到达网络的 范围来分，VLAN 可以分为端到端 VLAN 和本地 VLAN。端到端 VLAN 是可以扩展 到整个网络的 VLAN，即为下面的简单 VLAN；本地 VLAN 是局限于特定域的 VALN， 即为下面的 VLAN 间路由中的 VLAN。 3.1.2 VLAN 配置 1．实验目的 （1）掌握 VLAN 的应用与配置方法； （2）掌握 access 链路与 trunk 链路的应用与配置； （4）掌握常用路由协议的配置方法，实现 VLAN 间的通信。 2．实验原理[2] VLAN 是为解决以太网的广播问题和安全性而提出的一种协议，它在以太网帧的 基础上增加了 VLAN 头，用 VLAN ID 把用户划分为更小的工作组，限制不同工作组 间的用户二层互访，每个工作组就是一个虚拟局域网。虚拟局域网的好处是可以限制 广播范围，并能够形成虚拟工作组，动态管理网络。 3．实验设备 H3C E126 二层交换机 2 台，H3C S3610 交换机 1 台，PC 机 4 台，网线若干。 4．实验内容和操作步骤 8
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