基于双协议栈实现IPv4到IPv6过渡的设计.docx
- 文档编号:28295821
- 上传时间:2023-07-10
- 格式:DOCX
- 页数:18
- 大小:152.68KB
基于双协议栈实现IPv4到IPv6过渡的设计.docx
《基于双协议栈实现IPv4到IPv6过渡的设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于双协议栈实现IPv4到IPv6过渡的设计.docx(18页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
基于双协议栈实现IPv4到IPv6过渡的设计
基于双协议栈实现IPv4到IPv6过渡的设计
毕业论文(设计)开题报告
系别:
计算机与信息科学系专业:
网络工程
学号
姓名
论文(设计)题目
基于双协议栈实现IPv4到IPv6过渡的设计
命题来源
□教师命题
学生自主命题□教师课题
选题意义:
本选题的目的是在基于双协议栈实现IPv4到IPv6的平滑过渡。
随着互联网应用的飞速增长,当前的互联网协议IPv4的缺点已经越来越突出。
IPv6作为IETF确定的下一代互联网协议,有望彻底解决IPv4存在的问题。
IPv6协议解决IPv4协议中地址枯竭,安全性不足以及移动性差等问题,但是,从IPv4到IPv6是一个逐渐演进的过渡过程,在IPv6完全取代IPv4之前,两种协议不可避免地有很长一段共存期。
在初始阶段,孤立的IPv6网络和大量的IPv4网络共存,随着IPv6的大规模发展,出现骨干Internet网络逐渐过渡到IPv6为主的阶段,本文基于双协议栈的过度技术进行研究,双栈机制是使IPv6节点与IPv4节点兼容的最直接的方式,在IPv6发展过程中该项技术可以帮助IPv6业务在现有的成熟的IPv4网络基础架构上进行各种业务的互操作,逐步解决IPv4网络存在的问题,实现现有的IPv4网络向IPv6网络的平稳过渡,更重要的是使得IPv4网络和IPv6网络的互通性好,还能保障Internet网络长期稳定运行。
对于目前的网络环境来说,实现完全的双协议栈网络不需特殊配置,业务开展非常方便,对于IPv6的试验应用和业务也很有利,是目前开展IPv6网络试验的重点之一。
研究综述:
IPv6已被认为是下一代互联网络协议核心标准之一,是为了解决IPv4存在的问题:
安全性不高、路由表过度膨胀等,特别是IPv4地址的匾乏而应运而生的,对于IPv4仍然很好的支撑着的Internet而言,IPv6协议得到广泛应用需要一个过程。
使用IPv6协议栈并希望能够与当前的Internet正常通信,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,为了解决由IPv4向IPv6过渡问题和高效无缝互连问题,国际上,IETF组建了专门的workinggroup即NGTRANS工作组来处理这个问题。
目前已经出现了多种过渡技术和互连方案,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。
有一些已经相当成熟并形成了RFC,有一些还只是作为Internetdraft,有待进一步完善。
目前,解决IPv4网络向IPv6过渡问题成熟的技术主要有三种:
双协议栈技术(DualStack)、隧道技术(Tunnel)、协议翻译技术(NAT-PT)。
本文主要研究双协议栈过渡技术:
(1)基本原理:
主机同时运行IPv4和IPv6两套协议栈,同时支持两套协议。
这是使IPv6节点保持
与纯IPv4节点兼容最直接的方式,针对的对象是通信端节点(包括主机、路由器)。
支持双协议栈的ipv6节点与ipv6节点互通时使用ipv6协议栈,与ipv4节点互通
时借助于4over6使用ipv4协议栈。
(2)IPv4/IPv6双协议栈结构:
这是在同一个节点启用两种协议的协议栈结构,尽管两者都基于相
同的物理平台,但由于IPv6和IPv4是不兼容的两种网络层协议,而加载于其
上的传输层协议TCP和UDP也有所不同,故形成了双协议栈结构,如下图1所示:
图1双协议栈结构
(3)双栈方式的工作机制:
链路层解析出接收到的数据包的数据段,拆开并检查包头。
如果IPv4/IPv6
包头中的第一个字段,即IP包的版本号是4,该包就由IPv4的协议栈来处理;如果
版本号是6,则由IPv6的协议栈处理。
研究的目标和主要内容:
本选题主要研究双协议栈技术在IPv4到IPv6过渡过程的应用,根据双协议栈的基本理论并结合模拟软件DynamipsGUI来搭建一个虚拟的网络环境,该虚拟网络环境是由IPv4“海洋”和IPv6“小岛”组成,在IPv4“海洋”和IPv6“小岛”的边界设备(节点)上应用双协议栈技术模拟从IPv4网络向IPv6网络过渡的过程,以达到由IPv4到IPv6网络的平滑过渡。
本选题研究内容如下:
(1)对IPv4和IPv6协议的相关特性、现状、发展方向进行详细的介绍,分析和研究;
(2)介绍现在的由IPv4到IPv6的主流过渡技术特点和现状,并通过对比简述各种过渡技术的优劣;
(3)详细介绍双协议栈技术的基本原理、分类以及主要应用的网络环境;
(4)利用DynamipsGUI模拟器搭建虚拟的IPv4和IPv6共存的过渡性网络环境,配置好相应的网络
设备,在虚拟网络中采用双协议栈技术实现IPv4网络和IPv6网络的互联,并详细记录实验过
程所遇到的问题;
(5)测试IPv4网络与IPv6网络间的互通性,给出并分析相应的参数;
(6)详述在实验过程所遇到的问题,并作详细分析,提出相应的解决方法;
(7)根据实验整个过程,分析采用双协议栈技术在IPv4到IPv6迁移过程中的局限性和可行性。
拟采用的研究方法
a)查找并阅读相关资料,了解基本的内容,掌握技术原理;
b)搜寻实验用的技术文档和研究过程中用到的软件详细使用手册;
c)根据已有的资料设计一个IPv4和IPv6共存的实验网络环境并利用软件来搭建这样一个实验;
d)采用测试方法检查IPv4网络和IPv6网络的互通性。
研究工作的进度安排
2010年12月01日-12月10日 与指导老师沟通交流,完成毕业论文选题
2010年12月15日-12月18日 搜集资料,查阅文献,完成开题报告并完成文献综述
2011年01月10日—01月15日 设计虚拟网络环境
2011年01月16日—02月10日 搭建该网络环境并记录详细的实验过程
2011年02月12日—02月15日 对实验进行调试和测试
2011年02月16日—02月27日 整理相关实验资料并完成概要
2011年03月01日—03月06日 根据整理出来的资料,完成毕业设计论文初稿
2011年03月10日—03月15日 修改毕业论文定稿,打印装订,准备参加答辩
参考文献目录
[1]JosephDavies[美].深入解析IPv6(第二版)[M].杨秩,苏啸鸣,吴超译.北京:
人民邮电出版社,2009
[2]QingLi[美],TatuyaJinmei,KeiichiShima[日].IPv6详解[M].卷1/卷2陈涓,赵振平译.北京:
人民邮电出版社,2009
[3]CiprianPopoviciu,EricLevy-Abegnoli,PatrickGrossetete[美].部署IPv6网络[M].王玲芳,张武,赵志强译.北京:
人民邮电出版社,2007
[4]DianeTeare,CatherinePaquet[美].CCNP学习指南:
组建可扩展的Cisco互联网络(BSCI)[M].陈宇,袁国忠译.北京:
人民邮电出版社,2007
[5]RegisDesmeules[美].CISCOIPv6网络实现技术[M].北京:
人民邮电出版社,2005.
[6]张宏科,苏伟.IPv6路由协议栈原理与技术[M].北京:
邮电学院出版社,2006
[7]W.RichardStevens[美].TCP/IP详解.卷1:
协议[M].范建华译.北京:
机械工业出版社,2000
[8]GaryR.Wright,W.RichardStevens[美].TCP/IP详解.卷2:
实现[M].陆雪莹译.北京:
机械工业出版社,2000
[9]伍孝金.IPv6技术与应用.[M].北京:
清华大学出版社,2010
[10]CiprianPopoviciu,EricLevy-Abegnoli,PatrickGrossetete[美].部署IPv6网络[M].王玲芳,张武,赵志强译.北京:
人民邮电出版社,2007
指导教师意见
该生的选题拟采用双协议栈技术实现IPv4到IPv6过渡,难度适中,也有实用价值,工作量符合要求,同意开题。
签名:
年月日
教研室主任意见
同意指导教师意见,同意开题。
签名:
年月日
摘要……………………………………………………………………………1
关键词…………………………………………………………………………………1
引言………………………………………………………………………………1
1IPv4过渡到IPv6的必然性………………………………………………………2
1.1报文格式对比………………………………………………………………2
1.2功能的差异…………………………………………………………………2
2过渡遵循的基本原则……………………………………………………………3
3双协议栈工作原理……………………………………………………………3
3.1原理………………………………………………………………………4
3.2工作方式约定…………………………………………………………………4
3.3双协议栈的模型………………………………………………………………5
4网络环境模拟………………………………………………………………………6
4.1网络环境模拟软件……………………………………………………………6
4.1.1GNS3……………………………………………………………………6
4.1.2VMwareWorkstation…………………………………………………6
4.2过渡方案设计…………………………………………………………………6
4.2.1试验环境………………………………………………………………7
4.2.2网络配置………………………………………………………………7
4.2.3模拟测试结果………………………………………………………9
5总结……………………………………………………………………………10
参考文献……………………………………………………………………………10
Abstract……………………………………………………………………10
Keywords……………………………………………………………………………11
致谢…………………………………………………………………………………11
基于双协议栈实现IPv4到IPv6过渡的设计
网络工程专业指导教师
[摘要]如今,由于Internet的规模的不断地增大,庞大的网络设备需要更多的IPv4地址资源,然而目前的IPv4地址已无法满足Internet的高速地发展,再者就是物联网的逐步由实验室走到现实生活,无疑让本来就稀缺的IPv4地址资源更显不足。
由此看来,新的地址协议IPv6取代IPv4是必然趋势。
问题在于,就目前大量部署基于IPv4应用的网络不可能在短时间内就被IPv6网络替代,在IPv6网络完全取代IPv4网络之前,必须得有个过渡阶段。
采用双协议栈技术如何过渡,怎样过渡是本文将要研讨的内容。
[关键词]双协议栈;过渡;DSTM;IPv4;IPv6
引言
正如大家所看到的一样,互联网在全球范围内的应用和影响远远超出人们的想象,各个领域的高速发展过程当中,都能看到有互联网技术的应用。
实际上,基于IPv4协议的应用网络是非常成熟的,而且在全球范围内得到广泛地部署。
但IPv4地址资源的迅速耗尽和导致路由器的路由表膨胀的问题存在,阻碍了互联网的发展。
针对IPv4地址资源不足和路由表膨胀等众多的问题,IETF提出了新一代网际互联协议——IPv6协议,该协议不仅解决了IPv4的地址资源紧缺的问题,并且提高了IP协议的性能。
而在现阶段中,由于Internet的应用都完全是建立在IPv4的体系架构上的,因此由IPv4向IPv6过渡是必须经历的一个重要阶段。
对于IPv4向IPv6的过渡,可以使用双协议栈技术来实现。
根据不同的网络情况,作为一项基础性技术的双协议栈技术往往会结合其他过渡技术一起使用,使得IPv4能顺利向IPv6过渡。
1IPv4过渡到IPv6的必然性
1.1报文格式对比
IPv4报头
图1IPv4报头
IPv6报头
图2IPv6报头
通过两种协议的报头对比,我们不难发现版本号字段在两种协议中是相同的。
IPv6丢弃了IPv4的数据包长度、服务类型、分片、偏移量和头标校验和等字段。
分片总长度、生存时间和协议字段在IPv6中有了新名称,功能进行了重新定义。
IPv4中的选项字段已从报头中消失。
最后,IPv6加入了两个新字段:
数据流类型和流标识。
1.2功能的差异
(1)IPv6地址字段由IPv4的32位设计到了128位,相对IPv4,增加了296倍的地址空间,地址空间一下子变的广阔很多;
(2)简化的报头格式。
一些IPv4报头字段被删除或变为了可选项,IPv6基本报头被固定为40bit,使路由器可以加快对数据包的处理速度,提高了转发效率,从而提高网络的整体吞吐量,使信息传输更加快速;
(3)标识流的能力。
增加了一种新的能力,使得标识属于发送方要求特别处理(如非默认的服务质量获“实时”服务)的特定通信“流”的包成为可能,使得业务可以根据不同的数据流进行更细的分类,实现优先级控制和QoS保障,极大地改善了IPv6的服务质量;
(4)认证和加密能力。
IPv6中指定了支持认证、数据完整性和(可选的)数据机密性的扩展功能。
从IPv4和IPv6两种协议的对比来看,IPv6的优势是非常明显的,符合未来互联网的发展需求,因此IPv6替代IPv4是必然的。
2过渡遵循的基本原则
考虑到Internet的飞速发展和现实世界的商业需求,在进行IPv4网络向IPv6网络过渡策略的设计中,必须遵循以下的过渡原则:
(1)过渡方式应该是逐步的和渐进的,保护IPv4网络设备的投资,确保在一个相当长的历史阶段,IPv4网络设备可以在过渡时期中正常地独立使用。
(2)IPv4网络世界和IPv6网络世界相互渗透,长期并存,这就要求IPv4和IPv6网络设备彼此可以互连互通,实现互操作。
(3)IPv4网络世界向IPv6网络世界过渡过程中,IPv4向IPv6升级的费用应尽可能地低,过渡技术应尽可能地简单,以尽快地吸引广大用户主动的向IPv6过渡。
由于IPv4协议和IPv6协议之间不具有兼容性,因此IPv4和IPv6体系结构之间还需要构建相关的过渡机制来支持二者无缝地并存,使得互联网的各项应用受到尽可能少的影响。
3双协议栈(DualStack)工作原理
双协议栈的目标是实现网络中的双协议栈节点之间的相互通信的一种机制,可以在单一的网络设备上实现,也可以是在一个双栈的骨干网。
使用双协议栈技术使得基于IPv4的各种应用在IPv6网络中不受影响;同样的,IPv6的各种应用也不会在IPv4网络中受到影响,实现了IPv4到IPv6的无缝共存。
3.1原理
双协议栈技术是指在单个网络节点上同时支持IPv4和IPv6两种网络协议栈。
对于IPv6的节点来说,为了直接有效的兼容IPv4保留一个完整的IPv4协议栈。
当双栈节点接收数据包,首先链路层会将接收到数据段拆封并检查包头。
如果包头中的第一个字段,即IP包的版本号字段是4,该数据包就由IPv4协议栈来处理;如果版本号字段是6,则由IPv6协议栈处理,无需对原有的IPv4或IPv6数据包进行包头的二次封装和拆封,直接转发IPv4和IPv6报文。
如此,可以确保基于IPv4或IPv6的应用和数据传输能够顺利进行。
具体如下图1所示:
图3双协议栈原理图
3.2工作方式约定
在实际的网络通信过程中,数据包的目的地址是作为路由选择的主要参数,因而必须得根据应用程序所使用的目的地址的协议类型对双协议栈的工作方式做出部分的约定:
(1)若应用程序使用的目的地址为IPv4地址,则使用IPv4协议;
(2)若目的地址为IPv6地址,且为本地在线网络,则使用IPv6协议;
(3)若应用程序使用的目的地址为IPv4兼容的IPv6地址,并且非本地在线网络,则使用IPv4协议,此时的IPv6将封装在IPv4中;
(4)若应用程序使用的目的地址是非IPv4兼容的IPv6地址,非本地在线网络,则使用IPv6协议。
类似约定
(2),使用IPv6协议能够保证通信正常进行,而如果是跨越纯IPv4网络的通信,将采用隧道等机制实现通信;而如果通过本地网络,则无须隧道机制即可完成通信;
(5)若应用程序使用域名作为目标地址,则先从域名服务器得到相应的IPv4/IPv6地址,然后根据地址情况进行相应的处理。
3.3双协议栈的模型
双协议栈在实际网络环境当中的应用,分为完全双协议栈模型(DualStackModel)和有限双协议栈模型(LimitedDualStackModel)。
完全双协议模型即是在网络当中的任意节点都是同时支持IPv4和IPv6协议,节点发送IPv4的数据包所经过的各个节点都由IPv4协议栈来处理。
同理,当节点发送IPv6的数据包的时候则由IPv6协议栈来处理,如图2所示。
这时该网络就不会存在IPv4节点和IPv6节点之间的相互通信的问题,而且配置简单易行。
但是该模型仍然会占用IPv4地址资源,没能解决IPv4地址资源不足的问题,因此适用于早期的迁移过。
图4完全双协议栈原理
有限双协议栈是为了解决完全双协议栈占用IPv4地址资源所提出的一种改进型模型,服务器和路由器还是同时支持双协议栈的,而非服务器的主机则只需支持IPv6协议栈,但是在纯IPv4与纯IPv6节点的相互通信将会有问题,因此往往需要再结合其他的过渡技术一起适用,较为典型的是DSTM(DualStackTransitionMechanism)。
DSTM主要有三个组成部分:
DSTMserver、DSTMtep和host,如图3所示。
在纯的IPv6网络中,ipv6host需要发送一个IPv4数据包的时候,首先向负责为客户机分配IPv4地址的DSTMserver发送一个临时IPv4地址请求(ipaddressrequest),DSTMserver在地址池中选择并在有效的时间内保留一个IPv4地址,在回复ipv6host消息中将该地址相关信息和DSTMtep的信息写入。
ipv6host接收到回复信息后,使用申请的IPv4地址配置其IPv4协议栈,将所要发送的IPv4数据包通过ipv4-over-ipv6隧道发送到DSTMtep,由DSTMtep将数据包拆封成IPv4数据包发送出去的同时,建立一个相应的主机IPv4和IPv6地址的映射表,根据该映射表对数据包进行IPv4包的封装和拆封。
图5有限双协议栈原理
4网络环境模拟
4.1网络环境模拟软件
为了模拟真实的IPv4向IPv6过渡的网络环境,需要用GNS3来搭建网络环境,使用VMwareworkstation来模拟真实的服务器和IPv6节点,以下是这两款软件的简单介绍。
4.1.1GNS3
GNS3是一款具有图形化界面可以运行在多平台的网络虚拟软件。
通过它来完成相关的网络模拟操作。
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。
本文将利用该软件搭建如下面图2的虚拟网络环境,并外接到VMwareworkstation上的作为IPv6和IPv4的虚拟主机上。
4.1.2VMwareworkstation
VMwareWorkstation是一款功能强大的桌面虚拟计算机软件,用户可在单一的桌面上同时运行不同的操作系统和进行开发、测试、部署新的应用程序。
它可在一部实体机器上模拟完整的网络环境,允许操作系统(OS)和应用程序(Application)在一台虚拟机内部运行。
虚拟机是独立运行主机操作系统的离散环境。
4.2过渡方案设计
4.2.1试验环境:
三台CentOS5.4虚拟主机;两台CISCOC3700,ios版本为12.4,支持IPv6。
在VMwareWorkstation安装的三台虚拟主机,分别作为IPv4和IPv6的节点,由GNS3来搭建模拟的网络环境,并外接VMwareWorkstation上的虚拟主机。
模拟拓扑图如下图4所示:
图6模拟网络拓扑图
在模拟网络拓扑图中,PC1、PC2、Router1和Router2都配置成了双协议栈节点,Router1和Router2通过串行线连接,两者间的链路可同时传送IPv4和IPv6数据包。
具体各个设备的IP地址配置如下表1-1:
表1-1设备IP地址配置
设备
接口
IPv4地址
IPv6地址
PC1
eth0
172.16.8.2/24
2011:
:
10:
2/112
PC2
eth0
172.16.10.2/24
2011:
:
1:
1/112
PC3
eth0
10.10.10.2/24
Router1
F0/0
172.16.8.1/24
2011:
:
10:
1/112
F0/1
10.10.10.1/24
S2/0
192.168.10.1/24
2011:
:
12:
1/112
Router2
F0/0
10.10.10.1/24
S2/0
192.168.10.2/24
2011:
:
12:
2/112
4.2.2模拟网络配置
Router1配置:
(1)开启IPv6路由功能
Router1(config)#ipv6unicast-routing
(2)配置双协议栈接口
Router1(config)#intf0/0
Router1(config-if)#ipv6address2011:
:
10:
1/112
Router1(config-if)#ipaddress172.16.8.1255.255.255.0
Router1(config-if)#noshutdown
相应的接口做同样的配置即可。
(3)配置路由协议RIPng
Router1(config)#routerrip
Router1(config-router)#version2
Router1(config-router)#network172.16.8.0
Router1(config-router)#network192.168.10.0
Router1(config)#ipv6routerripdstm
Router1(config-if)#intf0/0
Router1(config-if)#ipv6ripdstmenable
在相应端口应用RIPng即可
Router2的配置与Router1的配置命令是一样的,同样要开启IPv6路由功能,配置双协议栈接口和启用RIPng,只是要注意接口地址和网络不一样即可。
PC1的配置
eth0网卡配置:
#cd/etc/sysconfig/network-script/
#viifcfg-eth
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 协议 实现 IPv4 IPv6 过渡 设计
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)