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0909030218尤源开题报告
南京理工大学泰州科技学院
毕业设计(论文)开题报告
学生姓名:
尤源
学号:
0909030218
专业:
计算机科学与技术
设计(论文)题目:
IPv4向IPv6过渡期隧道技术
的研究与实现
指导教师:
吴许俊
2013年1月9日
开题报告填写要求
1.开题报告(含“文献综述”)作为毕业设计(论文)答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。
此报告应在指导教师指导下,由学生在毕业设计(论文)工作前期内完成,经指导教师签署意见及所在专业审查后生效;
2.开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式(可从教务处网页上下载)打印,禁止打印在其它纸上后剪贴,完成后应及时交给指导教师签署意见;
3.“文献综述”应按论文的格式成文,并直接书写(或打印)在本开题报告第一栏目内,学生写文献综述的参考文献应不少于15篇科技论文的信息量,一般一本参考书最多相当于三篇科技论文的信息量(不包括辞典、手册);
4.有关年月日等日期的填写,应当按照国标GB/T7408—94《数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法》规定的要求,一律用阿拉伯数字书写。
如“2010年3月15日”或“2010-03-15”。
毕业设计(论文)开题报告
1.结合毕业设计(论文)课题情况,根据所查阅的文献资料,每人撰写
2000字左右的文献综述:
文献综述
摘要随着网络技术的迅速发展,IPv4地址的紧缺,IPv6协议必将取代IPv4协议,IPV4向IPV6过渡期隧道技术的研究是当前网络技术研究的重要课题之一。
这次课题主要研究IPv6协议的新特性、IPv6地址、IPv6报告格式,主要对IPv4-IPv6过渡期的各种隧道技术进行了介绍,并对其中几种常用技术:
6to4隧道、ISATAP隧道、手动隧道、GRE隧道进行配置测试,并比较了各种技术的优劣势及特点。
[1]
关键词 IPv6协议 隧道技术 仿真实验配置测试
1 研究背景
随着Internet的日益膨胀,现有的IPv4地址已经十分紧缺,虽然使用分配临时IPv4地址或网络地址翻译(NAT)等地址使用技术,在一定程度上缓解了IPv4地址不足的状况,但同时也增加了地址解析和处理方面的开销,导致某些高层应用失效,而且仍然无法回避IPv4地址即将被分配殆尽这个问题。
采用长度为128bIP地址的IPv6协议,彻底解决了IPv4地址不足的难题,并且在地址容量、安全性、网络管理、移动性以及服务质量等方面有明显的改进,是下一代互联网络协议采用的核心标准之一。
IPv6与IPv4不兼容,但他同所有其他的TCP/IP协议族中的协议兼容,即IPv6完全可以取代IPv4。
[2]
在IPv6成为主流协议之前,首先使用IPv6协议栈的网络希望能与当前仍被IPv4支撑着的Internet进行正常通信,因此必须开发出IPv4/IPv6互通技术以保证IPv4能够平稳过渡到IPv6。
此外,互通技术应该对信息传递做到高效无缝。
国际上IETF组建了专门的NGTRANS工作组开展对于IPv4/IPv6过渡问题和高效无缝互通问题的研究。
目前已经出现了多种过渡技术和互通方案,这些技术各有特点,用于解决不同过渡时期、不同环境的通信问题,有些已经相当成熟并形成了RFC,有些还只是作为Internetdraft有待完善。
[15]
2国内外研究现状
为了开展对于IPv4/IPv6过渡问题和高效无缝互连问题的研究,国际上,IETF组建了专门的workinggroup即NGTRANS工作组来处理这个问题。
同时,IETF在全球范围内成立试验床6-Bone,国际的IPv6试验网----6bone在1996年建成了。
现在,6bone已经扩展到全球50多个国家和地区,成为IPv6研究者、开发者和实践者的主要平台。
CERNET国家网络中心于1998年6月加入6bone,同年11月成为其骨干网成员。
新成立的“IPv6网络互操作工作组(IPv6OPS)”负责研究集成和互操作问题。
研究成果表明,在过渡过程中,IPv4网络将与IPv6网络长期共存。
[3]
就国内而言,华为一直在积极探索IPv6演进方案并进行相关技术储备。
2009年,华为和中国电信深入合作,共同实现了低成本、可复制的IPv6平滑网络演进“长沙模式”,首次提供端到端网络IPv6商用网络的试点建设方案,该实现方案可基于现网平滑升级,是国内运营网络向IPv6演进的一个重要创新和实践。
华为基于国内网络的迫切需要,以及全球的最新进展,发布了CGN(Carrier-GradeNAT)解决方案,可全面支持各种过渡技术,为不同运营商提供最佳适配的IPv6过渡方案。
此外,华为还全球首发DS-LITE产品解决方案,为IPv6网络建设提供基础产品和方案的支持。
[4]
3 IPv6简介
3.1IPv6协议的新特性
3.1.1扩展地址
IPv6的地址结构中除了把32位地址空间扩展到了128位外,还对IP主机可能获得的不同类型地址作了一些调整。
IPv4中用于指定一个网络接口的单播地址和用于指定由一个或多个主机侦听的组播地址基本不变。
在IPv6的庞大地址空间中,目前全球连网设备已分配掉的地址仅占其中极小一部分,有足够的余量可供未来的发展之用。
[5]
3.1.2简化的包头
IPv6中包括总长为40字节的8个字段(其中两个是源地址和目的地址)。
它与IPv4包头的不同在于,IPv4中包含至少12个不同字段,且长度在没有选项时为20字节,但在包含选项时可达60字节。
IPv6使用了固定格式的包头并减少了需要检查和处理的字段的数量,这将使得选路的效率更高。
[5]
3.1.3身份验证和保密
IPv6全面支持IPSec,这要求提供基于标准的网络安全解决方案,以便满足和提高不同的IPv6实现之间的协同工作能力。
IPv6使用了两种安全性扩展:
IP身份验证头(AH)和IP封装安全性净荷(ESP)。
3.1.4其它特性
IPv6采用聚类机制,定义非常灵活的层次寻址及路由结构,同一层次上的多个网络在上层路由器中表示为一个统一的网络前缀,这样可以显著减少路由器必须维护的路由表项。
IPv6的邻居发现协议使用一系列IPv6控制信息报文来实现相邻节点的交互管理。
邻居发现协议以及高效的组播和单播邻居发现报文替代了以往基于广播的地址解析协议ARP、ICMPv4路由器发现和ICMPv4重定向报文。
3.2IPv6地址
基于对效率、功能、灵活性和应用性等多个方面因素的综合考虑比较,IETF决定在IPv6中采用128位固定长度的地址方案。
[5]
用文本方式表示的IPv6地址有三种规范的形式:
优先选用的形式是X:
X:
X:
X:
X:
X:
X:
X,其中X是1个16位地址段的十六进制值。
每一组数值前面的0可以省略;在分配某种形式的IPv6地址时,会发生包含长串0位的地址。
为了简化包含0位地址的书写,可以使用“:
:
”符号简化多个0位的16位组。
“:
:
”符号在一个地址中只能出现一次。
该符号也可以用来压缩地址中前部和尾部的0;在涉及IPv4和IPv6节点混合的这样一个节点环境的时候,有时需要采用另一种表达方式,即X:
X:
X:
X:
X:
X:
D.D.D.D,其中X是地址中1个高阶16位段的十六进制值,D是地址中低阶8位字段的十进制值(按照IPv4标准表示)。
同时IPv6的地址按寻址方式和功能的不同,又可以分为3中基本类型:
单播地址(Unicast),用来标识一个单接口。
发送给一个单播地址的包传递到由该地址标识的接口上;任意点播地址(Anycast),一般分配给属于不同节点的多个接口。
发送给一个任意点播地址的包传送到该地址标识的、根据选路协议距离度量最近的一个接口上;组播地址(Multicast),一般用来标识不同节点的一组接口,发送给一个组播地址的包传送到该地址所标识的所有接口上。
IPv6中没有广播地址,它的功能正在被组播地址所代替。
[6]
在IPv6地址格式中,任何全“0”和“1”的字段都是合法值。
特别是前缀可以包含“0”值字段或以“0”为终结。
其中“:
:
1”回返地址,具有一个目的地址为回返地址的包不应发送出单节点之外,IPv6路由器也不会转发这样的包;“:
:
(即全0)”为未指定地址。
当移动节点返回家乡链路时,用这个未指定地址作为源地址来发送邻居请求获得家乡代理的链路层地址。
所有类型的IPv6地址都被分配到接口,而不是节点。
一个IPv6单播地址属于单个接口,即属于单个节点。
而具有多个接口的节点,则可以有多个单播地址,其中任何一个都可以用作该节点的标识符,至少有一个链路本地地址。
[6]
3.3IPv6报文格式
IPv6报文由IPv6基本报头+扩展报头+上层协议+数据组成,其中扩展报头为可选项表1IPv6报文格式
版本号(6)
优先级(业务流类别)(8位)
流标签(20位)
净荷长度(16位)
下一报头(8位)
跳极限(8bits)
源IP地址(128位)
目的地址(128位)
IPv6扩展报头的类型:
逐跳选项报头、目的地选项报头、选路报头、分段报头、身份验证报头(AH)、封装安全性净荷(ESP)报头。
[7]
4 过渡期的隧道技术
隧道技术(Tunneling)是一种通过使用互联网络的基础设施在网络之间传递数据的方式[8]。
通过隧道的建立,可实现:
将数据流强制送到特定的地址,隐藏私有的网络地址,在IP网上传递非IP数据包和提供数据安全支持[9]。
4.1GRE隧道
使用标准的GRE隧道技术,可在IPv4的GRE隧道上承载IPv6数据报文。
GRE隧道是两点之间的连路,每条连路都是一条单独的隧道。
GRE隧道把IPv6作为乘客协议,将GRE作为承载协议[11]。
所配置的IPv6地址是在Tunnel接口上配置的,而所配置的IPv4地址是Tunnel的源地址和目的地址。
GRE隧道主要用于两个边缘路由器或终端系统与边缘路由器之间定期安全通信的稳定连接。
边缘路由器与终端系统必须实现双协议栈[9,10]。
4.2手动隧道
手动隧道也是通过IPv4骨干网连接的两个IPv6域的永久链路,用于两个边缘路由器或者终端系统与边缘路由器之间安全通信的稳定连接。
手动隧道的转发机制与GRE隧道一样,但它与GRE隧道的封装格式不同,手动隧道直接将IPv6报文封装到IPv4报文中,IPv6报文作为IPv4报文的净载荷[9,10]。
4.36to4隧道
IPv6toIPv4(简称6to4)隧道技术就是一种自动隧道技术,它通过在源站点和目的站点之间的边界路由器上建立隧道来实现网络的通信。
[13]采用6to4隧道机制,只需要一个全球惟一的IPv4地址,便可使整个站点获得IPv6的连接。
由于隧道首尾节点的IPv4地址可以从IPv6地址中提取,所以隧道的建立是自动的。
6to4隧道技术的核心思想是在站点的IPv6地址前缀中蕴含有隧道端点的IPv4地址。
其关键是在站点的边界路由器的IPv4地址和站内主机的IPv6地址之间建立一种映射关系,直接将边界路由器的IPv4地址作为站内主机IPv6地址的前缀的一部分[9,10]。
4.4ISATAP隧道
ISATAP(Intra-SiteAutomaticTunnelAddressingProtocol)称作站内自动隧道寻址协议,用来连接跨越IPv4网络的IPv4/IPv6双栈节点,使之能进行IPv6通信,将IPv4网络视作IPv6的链路层。
ISATAP隧道使用特殊的地址格式,将IPv4地址嵌入IPv6地址中,当通过ISATAP隧道进行IPv6通信时,可自动抽取IPv4地址建立隧道。
[12]
5 主要技术平台
5.1 GNS3
GNS3是一款优秀的具有图形化界面可以运行在多平台(包括Windows,Linux,andMacOS等)的网络虚拟软件。
Cisco网络设备管理员或是想要通过CCNA,CCNP,CCIE等Cisco认证考试的相关人士可以通过它来完成相关的实验模拟操作。
同时它也可以用于虚拟体验Cisco网际操作系统IOS或者是检验将要在真实的路由器上部署实施的相关配置。
简单说来它是dynamips的一个图形前端,相比直接使用dynamips这样的虚拟软件要更容易上手和更具有可操作性。
使用它可以设计优秀的网络拓扑结构,模拟Cisco路由设备和PIX防火墙,仿真简单的Ethernet,ATM和帧中继交换机,对于IPv6隧道技术的研究有很大帮助。
[15]
5.2 SecureCRT
SecureCRT是一款支持SSH(SSH1和SSH2)的终端仿真程序,同时支持Telnet和rlogin协议。
SecureCRT是一款用于连接运行包括Windows、UNIX和VMS的远程系统的理想工具。
通过使用内含的VCP命令行程序可以进行加密文件的传输。
有流行CRTTelnet客户机的所有特点,包括:
自动注册、对不同主机保持不同的特性、打印功能、颜色设置、可变屏幕尺寸、用户定义的键位图和优良的VT100,VT102,VT220和ANSI竞争.能从命令行中运行或从浏览器中运行.其它特点包括文本手稿、易于使用的工具条、用户的键位图编辑器、可定制的ANSI颜色等.SecureCRT的SSH协议支持DES,3DES和RC4密码和密码与RSA鉴别
5.3 Wireshark
Wireshark(前称Ethereal)是一个网络封包分析软件。
网络封包分析软件的功能是撷取网络封包,并尽可能显示出最为详细的网络封包资料网络封包分析软件的功能可想像成"电工技师使用电表来量测电流、电压、电阻"的工作-只是将场景移植到网络上,并将电线替换成网络线。
在过去,网络封包分析软件是非常昂贵,或是专门属于营利用的软件。
Ethereal的出现改变了这一切。
在GNUGPL通用许可证的保障范围底下,使用者可以以免费的代价取得软件与其源代码,并拥有针对其源代码修改及客制化的权利。
参考文献
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(2):
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清华大学出版社,2010.1.
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37-41.
毕业设计(论文)开题报告
2.本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段(途径):
(1)本课题要研究或解决的问题
本课题研究的是IPv6过渡技术6to4隧道、ISATAP隧道、GRE隧道和手动隧道的理论知识和实验。
学习和掌握IPv6协议报文结构、IPv6地址特征和分类、地址配置技术、IPv6网络的体系结构、IPv6路由协议和IPv4向IPv6的过渡技术,完成各个隧道的仿真互联实验。
(2)拟采用的研究手段(途径)
a.查找并阅读相关资料,掌握6to4隧道、ISATAP隧道、GRE隧道和手动隧道的核心技术。
b.搜寻实验用的技术文档集和研究过程中用到的各种工具软件。
c.设计拓扑图,利用思科模拟软件GNS3来搭建6to4隧道、ISATAP隧道、GRE隧道和手动隧道,进行隧道模拟测试。
d.通过模拟出的隧道进行实验,分析IPv6协议报文结构、IPv6地址特征和分类、地址配置技术、IPv6网络的体系结构、IPv6路由协议和IPv4向IPv6的过渡技术,剖析6to4隧道、ISATAP隧道、GRE隧道和手动隧道的封装的实现过程。
毕业设计(论文)开题报告
指导教师意见:
1.对“文献综述”的评语:
2.对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计(论文)结果的预测:
指导教师:
年月日
所在专业审查意见:
负责人:
年月日
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