网络规划与设计IPV4升级到IPV6的技术方案Word格式文档下载.docx
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实验:
6to4隧道------------------------------------------16
(三)、NAT-PT技术------------------------------------------------20
实验:
静态NAT-PT-----------------------------------------23
(四)、三种过渡技术的对比分析-------------------------------------26
四、实例分析---------------------------------------------------------27
上海理工大学向IPv6过渡实例详解-----------------------------------27
全国高校的网络升级方案-------------------------------------------30
五、结论与发展前景--------------------------------------------------33
六、参考文献--------------------------------------------------------34
一、概述
在我们现有的网络中,几乎所有网络都使用IP协议作为通信的地址协议,我们的网络使用IP来表示地址信息,每一个节点都应该分配一个唯一的地址,才能保证通信正常。
现在正常使用的IP协议为版本4,用32位来表示,地址空间为65536×
65536,结果约为亿,需要说明的是,虽然地址共有亿之多,但并不表示这些地址可以供亿个节点使用,因为我们的地址是分网段的,也就是说即使在一个节点的情况下,分配地址时,也是分配一个网段而不是一个地址,所以这样就使得版本4的IP地址一下子变得空间陕小,再加了有相当一部分地址是不可用的,那么随着网络的迅速膨胀,IPv4的地址空间变得几乎快耗尽了。
在这样的情况下,出现了一些如VLSM子网技术,NAT网络地址翻译技术,试图来缓和地址空间的快速消耗。
与此同时,人们也开发出了一个地址空间更为庞大的IP协议,这个协议拥有比IPv4多出数倍的地址空间,来解决网络地址匮乏的问题,这个IP协议就是IP版本6,即IPv6。
二、IPV6地址
(一)、IPV6的优势
1、IPv6具有更大的地址空间。
IPv4中规定IP地址长度为32,即有232-1个地址;
而IPv6中IP地址的长度为128,即有2128-1个地址。
2、IPv6使用更小的路由表。
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、IPv6增加了增强的组播(Multicast)支持以及对流的支持(FlowControl),这使得网络上的多媒体应用有了长足发展的机会,为服务质量(QoS,QualityofService)控制提供了良好的网络平台。
4、IPv6加入了对自动配置(AutoConfiguR1tion)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。
5、IPv6具有更高的安全性。
在使用IPv6网络中用户可以对网络层的数据进行加密并对IP报文进行校验,极大的增强了网络的安全性。
6、IPv6有利于互联网的持续和长久发展,IPV6取代IPV4技术势在必行。
(二)、IPV6的地址格式
IPv6拥有更为庞大的地址空间,是因为IPv4只是采用32位来表示,而IPv6采用128位来表示,这样大的一个地址空间,几乎可以容纳无数个节点。
正因为IPv6使用了128位来表示地址,在表示和书写上面具有相当的困难,原来的IPv4使用10进制来表示,而IPv6由于地址太长,则采用16进制来表示,但无论我们如何表示,计算机都是处理二进制。
因为10进制表示时,使用0到9共十个数字来表示,而16进制需要在10进制原有的基础上多出6个数字,即需要多出11,12,13,14,15,这6个数字则采用字母的形式来表示,分别为
A(表示10),B(表示11),C(表示12),D(表示13),E(表示14),F(表示15),这些字母是不区别大小写的。
但是由于IPv6拥有128位的长度,所以不能直接表示,必须像IPv4那样进行分段表示。
IPv6将整个地址分为8段来表示,每段之间用冒号隔开,每段的长度为16位,表示如下:
XXXX:
XXXX
从上面可以看出,IPv6中每一个段是16位,每段共四个X,其中X使用4bit表示,一个X就表示一个数字或字母,一个完整的地址共128bit。
一个X使用4bit表示,那么XXXX的取值范围就应该从0000到FFFF。
(三)、IPV6的报头
IPv6的报头与IPv4相比大大简化了。
虽然IPv6必须容纳更大的地址,但它的基本报头所包含的信息却比IPv4要少,在IPv4数据报头中的一些字段被取消或是变成可选项。
04816192431
版本
头长度
业务类型(TOS)
总长度(TotalLength)
标识符(Identification)
Flags
分段偏移量FragmentOffset
生存时间(TTL)
协议(Protocol)
报头校验和(HeaderChecksum)
信源地址(SourceAddress)
(4个字节)
信宿地址(DestinationAddress)
选项(Options)
填充(Padding)
图1IPv4的基本报头
0481631
版本
优先级
数据流标号
有效载荷(Payload)
下一个首部
跳数(Hop)极限
(16字节)
图2IPv6的基本报头
如图:
IPv6的报头结构相比IPv4有了很大的改进,主要的改变如下:
◆对齐(alignment)已经从32bit的整数倍改为64bit的整数倍;
◆取消了报头长度字段,因为IPv6的基本报头长度固定为40个八比特组;
◆数据报长度字段被有效载荷长度(payloadlength)字段取代;
◆信源地址和信宿地址字段的大小都被增加成每个字段16个八比特组;
◆分片信息已经从基本报头的固定字段移到一个扩展报头中;
◆生存时间TTL(Time-To-Live)字段改为跳数极限(hop-limit)字段;
◆业务类型(servicetype)改为数据流标号(flowlabel)字段;
◆协议(Protocol)字段改为下一个报头(nextheader)字段,用来指明下一个报头类型。
这样改动之后,IPv6的基本报头无论从长度还是内容上都要比IPv4的报头简洁,尽管IPv6的地址是IPv4的四倍,但是IPv6的基本报头长度只是IPv4报头长度的两倍。
固定的基本报头长度,简化了路由器的操作,降低了路由器处理分组的开销。
IPv6引入结构化扩展报头,取消了对扩展的可选项长度的严格限制,有利一更有效地转发,同时为今后增加新的功能提供了灵活性。
(四)、IPV6的地址表示方法
对于一个完整的IPv6地址,需要写128位,已经被分成了8段,每段4个字符,也就是说完整地表示一个IPv6地址,需要写32个字母,这是相当长的,并且容易混淆和出错,所以IPv6在地址的表示方法上,是有讲究的,到目前为止,IPv6地址的表示方法分为三种,分别是:
首选格式、压缩表示、IPv4内嵌在IPv6中。
下面分别详细介绍这三种IPv6地址表示方法:
1、首选格式
首选格式的表示方法其实没有任何讲究,就是将IPv6中的128位,也就是共32个字符完完整整,一个不漏地全写出来,比如下面就是一些IPv6地址的首选格式表示形式:
0000:
0000
0001
2001:
0410:
1234:
FB00:
1400:
5000:
45FF
3ffe:
1010:
2a2a:
FE80:
0009
FFFF:
FFFF
从上面IPv6地址的首选格式表示中可以看出,每一个地址,都将32个字符全部写了出来,即使地址中有许多个0,或者有许多个F,也都一个不漏地写了出来,由此可见,首选格式只需要将地址完整写出即可,没有任何复杂的变化,但是容易出错。
2、压缩格式
从前面一个IPv6地址表示方法首选格式表示方法中可以看出,一个完整的IPv6地址中,会经常性的出现许多个0,而我们知道,许多时候,0是毫无意义的,0表示没有,写出来,也表示没有,不写,也同样表示没有,那么我们就考虑能否将不影响地址结果的0给省略不写,这样就可以大大节省时间,也方便人们阅读和书写,这样的将地址省略0的表示方法,称为压缩格式。
而压缩格式的表示中,分三种情况:
第一种情况:
在IPv6中,地址分为8个段来表示,每个段共4个字符,但是一个完整的IPv6地址会经常碰到整个段4个字符全部都为0,所以我们将整个段4个字符全部都为0的使用双冒号:
:
来表示,如果连续多个段全都为0,那么也可以同样将多个段都使用双冒号:
来表示,如果是多个段,并不需要将双冒号写多次,只需要写一次即可,比如一个地址8个段,其中有三个段全都为0,那么我们就将这全为0的三个段共48位用:
来表示,再将其它5个段照常写出即可,当计算机读到这样一个不足128位的地址时,比128位少了多少位,就在:
的地方补上多少个0,比如上面的:
代替为48位,那么计算机就会在这个地址的:
位置补上48位的0,这样就正确地将地址还原回去了。
下面来看一些整个段4个字符都为0的IPv6地址使用压缩格式来表示:
例1:
压缩前:
0000
压缩后:
说明:
可以看出,由于这个地址的8个段全部都为0,所以只用:
就将整个地址表示出来,当计算机拿到这个压缩后的地址时,发现比正常的128位少了128位,那么就会在:
的地方补上128个0,结果为:
可以看出,计算机还原的地址就是压缩之前的真实地址。
例2:
可以看出,压缩后的地址比正常的128位少了112位,计算机就会在:
的地方补上112个0,结果为:
例3:
0000:
0410:
FB00:
可以看出,压缩后的地址比正常的128位少了32位,计算机就会在:
的地方补上32个0,结果为:
例4:
当计算机拿到这个压缩后的地址,发现比正常的128位少了64位,计算机就会试图在:
的地方补上少了的64个0,但是我们可以看到,压缩后的地址有两个:
,而计算机要补上64个0,所以这时补出来的结果很可能是以下几种:
或3ffe:
00001010:
从结果中可以发现,当一个IPv6地址被压缩后,如果计算机出现两个或多个:
的时候,计算机在将地址还原时,就可能出现多种情况,这将导致计算机还原后的地址不是压缩之前的地址,将导致地址错误,最终通信失败。
所以,在压缩IPv6地址时,一个地址中只能出现一个:
。
第二种情况:
在压缩格式的第一种情况的表示中,是在地址中整个段4个字符都为0时,才将其压缩为:
来表示,但是在使用第一种情况压缩之后,我们仍然可以看见地址中还存在许多毫无意义的0,比如0001,0410。
我们知道,0001中,虽然前面有三个0,但是如果我们将前面的0全部省略掉,写为1,结果是等于0001的,而0410也是一样,我们将前面的0省略掉,写成410,也同样等于0410的,所以我们在省略数字前面的0时,是不影响结果的,那么这个时候,表示IPv6地址时,允许将一个段中前导部分的0省略不写,因为不影响结果。
但是需要注意的是,如果0不是前导0,比如2001,我们就不能省略0写成21,因为21不等于2001,所以在中间的0不能省略,只能省略最前面的0。
下面来看一些省略前导0的地址表示形式:
0:
从结果中可以看出,计算机根本就不需要对这样的地址还原,压缩后的结果和压缩前的结果是相等的。
1
从结果中可以看出,计算机根本就不需要对这样的地址还原,压缩后的结果和压缩前的结果是相等的。
410:
第三种情况:
在前面两种IPv6地址的压缩表示方法中,第一种是在整段4个字符全为0时,才将其压缩后写为:
,而第二种是将无意义的0省略不写,可以发现两种方法都能节省时间,方便阅读。
第三种压缩方法就是结合前两种方法,既将整段4个字符全为0的部分写成:
,也将无意义的0省略不写,结果就可以出现以下一些最方便的表示方法:
1
可以看到,结合了两种压缩格式的方法,但为简便。
可以看到,结合了两种压缩格式的方法,但为简便。
3、IPv4内嵌在IPv6中
在网络还没有全部从IPv4过渡到IPv6时,就可能出现某些设备即连接了IPv4网络,又连接了IPv6网络,对于这样的情况,就需要一个地址即可以表示IPv4地址,又可以表示IPv6地址。
因为一个IPv4地址为32位,一个IPv6地址为128位,要让一个IPv4地址表示为IPv6地址,明显已经少了96位,那么就将一个正常的IPv4地址通过增加96位,结果变成128位,来与IPv6通信。
在表示时,是在IPv4原有地址的基础上,增加96个0,结果变成128位,增加的96个0再结合原有的IPv4地址,表示方法为
或者:
,如下:
96个0
32位
例:
IPv4地址为:
表示IPv6地址为:
注:
IPv6中没有广播地址,IPv6不建议划子网,如果需要划子网,网络位请不要低于48位。
(五)、IPV6的地址分类
IPv6地址是独立接口的标识符,所有的IPv6地址都被分配到接口,而非节点。
RFE2373中定义了三种IPv6地址类型:
单播地址(unicast)、多播地址(Multicast)、任播地址(Anycast)。
(1)单播地址(Unicast)
单播地址是点对点通信时使用的地址,此地址仅标识一个接口,网络负责把对单播地址发送的数据报送到该接口上。
单播地址有以下几种形式:
全球单播地址(GlobalUnicastAddress)、未指定地址(UnspecifiedAddress)、环回地址(LoopbackAddress)等。
一般的全球单播地址的格式如表1所示。
其中:
表1全球单播地址的格式
X位Y位128-X-Y位
全球路由前缀
子网ID
接口ID
①全球路由前缀:
典型的分层结构,根据RIP和ISP来组织,用来分配给站点(Site)站点是子网/链路的集合。
②子网ID:
站点内子网的标识符,由站点的管理员分层地构建。
③接口ID:
用来标识链路上的接口。
在同一子网内是唯一的。
除了000开头的单播地址以外,所有的全球单播地址都要有64位长度的接口ID,即X+Y=64。
未指定地址被定义为0:
0。
该地址不能分配给任何节点。
环回地址被定义0:
1。
环回地址就相当与接口本身。
该地址不分配给任何物理接口。
(2)多播地址
多播地址标识一组接口(一般属于不同节点)。
当数据报的目的地址是多播地址时,网络尽量将其发送到该组的所有接口上。
信源利用多播功能只须生成一次报文即可将其分发给多个接收者。
多播地址以即ff开头。
多播地址格式如表2所示。
表2多播地址格式
8位4位4位112位
标识字段
范围字段
①标识字段,4位,目前只使用了最后一位;
0表示Internet地址分配机构指定的已知的多播地址,1表示临时使用的多播地址。
该字段的前3位保留,必须被初始化为0。
②范围字段,4位,用于指示多播组是只包含同一本地网络、同一站点、同一机构中的节点,还是全球地址空间内的任何节点。
0一保留
1一接口本
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