IPV4过渡到IPV6毕业设计论文.docx

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IPV4过渡到IPV6毕业设计论文

本科毕业设计论文

（理工类）

题目：

IPV4过渡到IPV6

专业：

计算机科学与技术

姓名：

**

指导教师姓名：

**

指导教师职称：

副教授

2012年5月

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

　　　　　日　期：

指导教师签名：

　　　　　日　　期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

　　　　　日　期：

学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：

日期：

年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：

日期：

年月日

导师签名：

日期：

年月日

注意事项

1.设计（论文）的内容包括：

1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）

2）原创性声明

3）中文摘要（300字左右）、关键词

4）外文摘要、关键词

5）目次页（附件不统一编入）

6）论文主体部分：

引言（或绪论）、正文、结论

7）参考文献

8）致谢

9）附录（对论文支持必要时）

2.论文字数要求：

理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：

任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

4.文字、图表要求：

1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写

2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。

图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画

3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印

4）图表应绘制于无格子的页面上

5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档

5.装订顺序

1）设计（论文）

2）附件：

按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

指导教师评阅书

指导教师评价：

一、撰写（设计）过程

1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神

□优□良□中□及格□不及格

2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度

□优□良□中□及格□不及格

3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力

□优□良□中□及格□不及格

4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性

□优□良□中□及格□不及格

5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

指导教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

评阅教师评阅书

评阅教师评价：

一、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

评阅教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

教研室（或答辩小组）及教学系意见

教研室（或答辩小组）评价：

一、答辩过程

1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况

□优□良□中□及格□不及格

2、对答辩问题的反应、理解、表达情况

□优□良□中□及格□不及格

3、学生答辩过程中的精神状态

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

评定成绩：

□优□良□中□及格□不及格

教研室主任（或答辩小组组长）：

（签名）

年月日

教学系意见：

系主任：

（签名）

年月日

1．绪论

1.1课题背景及目的

目前的互联网是以IPv4协议为基础的，但IPv4在地址空间，应用限制，服务质量，管理灵活性和安全性等方面存在诸多缺陷，互联网逐渐转向以IPv6为基础的下一代互联（NGI）是不可避免的大趋势，IPv6是下一代互联网的基本特征之一。

随着互联网的快速发展，们对互联网的依赖程度越来越高，但同时其现有的安全机制的脆弱性也暴露无疑。

近年来，针对互联网的攻击时有发生，其主要原因就是利用了目前互联网协议TCP/IP中存在的安全漏洞。

IPv6就是为了解决现行IP中存在的问题而提出来的新版本IP。

从IPv4到IPv6，除了地址空间的扩展外，还进行了很多改进，增加了新的内容，其中的安全性就是IPv6最突出的特点之一。

IPv6作为互联网协议的下一个版本，对IPv4的最终取代将不可避免。

随着移动通信和多媒体实时通信的发展，人们对互联网提出了更高的要求。

IPv4在很多方面，特别是在地址空间，网络配置，传输性能，服务质量，安全性和移动性等方面暴露出不足和局限性。

地址空间：

IPv4采用32位的地址长度，理论上可以提供大约43亿个IP地址，这么多IP地址似乎可以满足需要，但IPv4的地址分配策略使得事实上可用的地址数量远远低于理论值，如果考虑到IPv4地址分配的不均匀和将来的信息家电和传感网络对IP地址的巨大需求，即使43亿个地址都可以用，也远远不够。

在2010~2015年之间，IPv4地址就会耗尽。

IPv6正在全球受到越来越多的重视。

在全球正在受到越来越多的重视。

1.2国内外研究状况

欧洲的移动通信事业相当发达,采取“先移动,后固定”的基本战略。

在第三代移动网中率先引入IPV6,以实现在互联网领域与美国并驾齐驱的目标。

制订下一代移动通信系统“IMT－2000”标准中的3GPP于2005年5月份决定在下一代移动技术中采用的欧盟国家即将制定统一政策,对IPV6网络产品实行减税和市场信息方面的扶持。

诺基亚、爱立信、英国电信、法国电信、6WIND等欧洲业一直是研究及商业实施的主要引导者。

在亚洲国家中,对抱以极大热情的是日本在亚洲国家中,对抱以极大热情的是日本。

日本政府把确立把IPV6为使日本重新成为信息化强国的国策之一。

由于政府重视、企业积极,目前日本在IPV6的商用进程、产品及应用开发上已走在世界前列。

全世界最早实现IPV6硬件支持的是日本的网络设备厂商,如日立、、富士通日本的主要信息终端厂商如索尼、日立、松下等的产品也开始支持协议。

在中国的发展状况用一句话来概括起步缓慢、发展良好。

从1999年各RIR开始分配IPV6地址,全球已经经过了5年的IPV6网络部署与资源分配进程。

根据各RIR2007年年初发布的联合统计数据,到2004年1月,全球已分配的IPV6地址块数为499块,其中美国分配到的IPV6地址块数居全球第一位,共73块,占全球总数的15％,美国、日本、德国、荷兰、英国5个国家所分配到的地址总数占全球总数的近半数,约为48％，中国仅有11块,占1.8％。

幸运的是,20世纪90年代末期以来,我国相关研究机构、高校、厂商及运营商也已陆续开始跟踪与关注IPV6技术发展,投人IPV6技术研发,并相继建成IPV6试验床及实验网络,如中国高性能宽带信息网、CERNETIPV6试验网、6TNET下一代IP电信实验网、湖南IPV6实验网、中国电信集团IPV6实验网、中科院IPV6城域网等等,在八核心技术研发、协议标准制定、组网、过渡策略、侧试、应用示范、商业模式探讨等方面获取了宝贵经验。

同时,受到国外生产厂家的影响,不少有远见的国内厂家也开始致力于研究开发支持IPV6的产品。

目前所存在的问从IPV4提出至今已有10余年的历史,但还是IPV6没有得到长足的发展。

从国际上看,美国是IP网络大国,IP网技术主要出自美国,网络的设备供应商也主要在美国。

在发展过程中,IP地址（IPV4）的分配是极为不均匀的,美国拥有绝大部分IP地址,每一个运营商拥有一个类A地址,甚至一个大学也拥有一个A类地址。

由于IPV4地址对美国来说并不紧张,故美国的设备制造商并不热衷于开发IPV6产品。

IPV6产品的研发主要包括网络设备、主机操作系统及应用软件的研发。

就网络设备而言,目前大量网络设备供应商如Cisco、Juniper、Nortel、Ericsson、Alcatel、Nokia，6WIND、Hitachi、NEC以及富士通等,都针对IPV6互联网的发展需求,投人大量研发经费开发相关产品。

各主要厂商都将IPV6视作一个机遇和挑战,无论具体实现的功能有多少,都宜称对IPV6提供支持,这样当市场有需求时不至于落伍,并且都积极参与IPV6的标准制订和各种非标准化组织。

此外,IPV6产品发展初期,除了Hitachi、NEC、富士通等日本厂商外,其它产品对IPV6的支持都是通过软件实现的。

随着IPV6产业化趋势逐渐明朗,越来越多的厂商开始提供支持IPV6的产品,原来持观望态度的厂商也加大了对IPV6的投人力度,加之硬件支持可以提高对IPV6分组的处理能力,因此,对IPV6的硬件支持是必然的趋势,这也是很多厂商下一步的计划。

从操作系统来看,目前大多数的操作系统如UNIX、LINUX、WINDOWS。

等开始支持IPV6或已通过侧试。

虽然实现的方式不尽相同、实现的程度也存在差异,但已表明主机和操作系统提供商已经意识到IPV6是大势所趋,开始为未来的IPV6网络应用着手准备。

值得一提的是,微软对IPV6的支持虽然姗姗来迟,但WindowsXP以及Windows。

NETServer对IPV6的支持却具有重要意义,它真正将IPV6技术带到了商用化的边缘,对的IPV6全面推广极为有利。

另外,从客观上说,INTERNET网络已经非常庞大,资金投人已经非常可观,并已进入大规模商用,对这样一个网络进行改造谈何容易。

何况,实际上目前并没有找到从IPV4到IPV6的平稳过渡策略,导致很难有长足的发展和进步。

我国的网络规模也相当可观,要将一个商用网由IPV4改造为IPV6也是困难的。

但是,地址的严重短缺问题在严重地威胁着我们,特别是严重影响IP网的持续发展。

通过采取一系列技术性措施,IPV4地址目前有所缓解。

但是,我国人口基数甚大,经济增长势头良好,固定通信网的规模和移动通信网的规模已居世界第二位,数据网,特别是IP网的发展势头喜人。

由于固定通信网和移动通信网规划得好,号码资源问题不会影响到发展。

但IP网的情况不同,IPV4地址本来就短缺,无论如何也无法满足我国高速发展的需求。

1.3研究课题的方法

从技术上讲,尽管采用私有地址,通过NAT转换可以解决部分地址问题,但大量的实践已表明,这并非是好办法。

采取临时性措施将后患无穷,最好的办法是及时采用IPV6技术。

当然,在我国发展IPV6并非易事。

一般来说,运营商只顾眼前利益,总是采用目前技术成熟的产品组网,以获取利益。

而设备制造商则盯着运营商,运营商要什么,他们就生产什么,于是二者之间就形成一个“死结”,从而导致IPV6的发展受限。

对我国来说,通信主管部门是负有引导国内通信业发展的责任的。

结IP网的高速发展已成为不可阻挡的趋势。

从发展的眼光看,IPV6势在必行。

在通信主管部门的积极引导和专业技术支撑单位的大力配合下,选择1一2个大运营商进行IPV6网络的规模试验,取得经验后,再积极推广,力争在IP网的建设上创造新局面也可采用1一2个有实力的投资商,特许其采用IPV6技术来组建IP电信网,从而推动IPV6的发展,为国内IP网络打下可持续高速发展的基一般来说,他们不直接与短期经济挂钩,因而便于从长远利益考虑问题,以发展的眼光指导产业但是现在国内的主体用户网络协议还是IPV4，由于IPV6的昂贵费用，很多企业和机构在IPV4尚能满足要求的情况下都不愿意掏大笔钱去构架IPV6网络，所以我们现在只能采取逐步过渡的方式。

1.4论文构成及其研究内容

本文基于这个出发点，在第二节将会详细的讨论IPV4和IPV6两种协议的报文的区别、怎么现实过渡以及路由算法过渡的研究、改进，从IPV4和IPV6这两种协议的报文结构出发分析其路由算法优劣，怎么过渡等问题。

2.IPV4协议和IPV6协议报文分析

2.1基础知识

2.1.1两种协议的报文格式

　　IPv4报头如2.1所示，包含20bit+选项，13个字段，包括3个指针。

图2.1IPV4报文头

IPv6报头如2.2所示

图2.2IPV6报文头

　　IPv6报头（如表二）由基本报头+扩展报头链组成，其中基本报头如图2－2所示，包含40bit，8个字段。

2.1.2IPV4和IPV6报头的异同

IPv6与IPv4优劣的综合比较：

IPV4的报文如图2.3所示：

图2.3IPV4报文

IPV6的报文如图2.4所示：

图2.4IPV6报文

IPv4采用了32bit的地址结构，这从理论上讲可以提供近43亿的主机数量，但实际上所能分配的地址远远小于该数目。

这种地址配置的低效率，主要是由于IPv4地址以A、B、C等类别进行人为划分。

在Internet的发展初期，由于对其发展速度估计不足，都以为地址空间将会一直是非常宽裕的，所以很多时候，一个公司、一所大学就能获得一个A类或B类地址。

同时由于历史的原因，美国一些大学和公司占用了大量的IP地址，如康柏公司就有3个A类地址，麻省理工大学、斯坦福大学都有A类地址。

而截止到2005年底，我国大陆IPv4地址总数仅为74391296个，合4A+111B+31C。

也就是说每26个中国人只能分享一个地址，与此形成鲜明对比的是，美国2亿多人口拥有近12亿地址，占IPv4地址的四分之强，平均每个美国人享有5个地址。

由此产生的结果是，一方面被占用的地址大量空置，另一方面是在互联网快速发展的国家IP地址紧缺。

据官方预测，根据目前使用IPv4地址的趋势，IPv4未分配地址池将在2011年6月28日被耗尽。

这正是IPv6引入的主要原因。

而新技术的实现也呼唤着IPv6的出现，如PDA、无线终端、3G移动电话、信息汽车、信息家电等。

所以，只有最终实现IPv6，才可能从根本上解决目前互联网面临的地址匮乏的问题，因为IPv6首先是能提供天文数字的IP地址空间，也就是2128。

同时，IPv6在不少方面实现了比IPv4更为先进的协议设计，如安全、服务质量、网络管理、移动性等。

总之，引入IPv6的原因很多，主要有以下几点：

IPv4地址枯竭，IPv6将提供足够多的地址；目前骨干网络上路由表过于庞大，IPv6将会解决这一问题；其他一些原因，诸如服务质量要求、安全性问题、寻址效率问题、移动性问题等等。

1、IPv6基本报头与IPv4报头的比较

通过对两者的分析，可以得出如下结论：

（1）IPv4中所有报头是以32bit为单元，基本长度是4bit；而在IPv6基本报头中，报头是以64bit为单元，报头的总长度固定为40字节（320bit）。

（2）IPv6基本报头去掉了IPv4中的所有可选项，还减少、改变了许多IPv4中的字段，如取消了IPv4报头中的6个字段：

头标长度（4）、服务类型（8）、标识符（16）、标志（3）、分段偏移量（13）及报头校验和（16）。

（3）在IPv6基本报头中有三个报头字段重新命名，并赋予了新的含义：

服务类型（8）、生存时间（8）、传输协议（8）被分别改为数据流类型（8）、跳数限制（8）和下一个报头（8）。

（4）IPv6基本报头增加了新的字段：

数据流标签（20）。

这样，尽管IPv6地址长度是IPv4的4倍，但IPv6的基本报头只是IPv4报头长度的2倍，并且取消了对报头中可选项长度的严格限制，通过引入扩展报头的概念，从而大大地增加了IPv6报头的灵活性，也使得网络中的中间路由器在处理IPv6协议头时有更高的效率。

2、IPv6和IPv4的主要区别

通过前面对IPv6与IPv6的报头分析，我们也可以初步看出IPv6与IPv4的区别。

下面将更有针对性地比较二者的不同之处，即IPv6相对于IPv4来说较为显著的变化。

（1）　网络地址空间的极大扩展

从IPv4到IPv6，IP地址规模一下子从32bit增加到128bit，这是一个巨大的地址空间。

目前，为了缓解IPv4地址空间的消耗而采用了NAT技术和CIDR技术，但仍然不能阻止IPv4地址耗尽趋势。

采用IPv6后，不仅每个人可以拥有一个IP地址，而且这个IPv6地址很可能就像现在的身份证一样为用户终身使用，作为个人的标识之一。

就连未来的手机、电视、空调、微波炉等每一台信息家电设备都能分到一个IP地址，而一个人拥有成百上千台个人计算终端也是很正常的一件事。

这些美好的设想都来源于IPv6较之于IPv4有远为巨大的地址空间。

IPv4和IPv6的可用地址空间如图2－1－3所示：

图2.5可用地址空间

（2）　网络地址表示法不同

在IPv4中，有二进制和点分十进制两种格式表示方法，而实际上一般日常中运用的则是点分十进制。

因为IPv6超长的128bit地址，不论是采用二进制，还是点分十进制，都无法有效简洁地表达，于是就引进了冒号十六进制来表示IPv6地址。

（3）　网络地址的分类方式不同

对于IPv4来说，IP地址分为A、B、C、D、E五类，其中有单播地址、多播地址和广播地址。

而在IPv6中取消了IPv4中的广播地址，广播从一开始就为IPv4网络带来了问题，它可能对网络性能产生灾难性的影响。

同一网络链路上的大量广播意味着，该链路上的所有节点都必须处理这些广播，而实际上，绝大部分节点最终都将忽略这些广播，因为该信息与它无关。

同时IPv6还增加了任意播地址，这对于路由的优化有着重要的作用。

（4）　改进的IP多播

IPv6对多播进行了改进，具体表现在以下三个方面：

强调了多播的必要性。

多播地址的改进。

从IPv6的多播地址格式定义，可见其相对于IPv4所具有的优越性：

具有更大的多播地址空间，范围字段的应用，定义了新类型的多播地址——请求节点地址（Solicited-NodeAddress）。

（3）将IP多播分为域内多播和域间多播，改善了其可管理性。

首先，增强了多播的可扩展性和安全性。

每个多播域有自己的多播地址空间，使用该地址空间的多播报文只在本多播域中转发，域的边界路由器不向域外转发该地址空间的多播报文。

多个处于相同层次的范围较小的多播域可以组成一个更高层次的范围较大的多播域，不同层次的多播域的多播地址空间不相互重叠，相同层次的多播域可以有相同的多播地址空间。

其优点在于用户可以根据自己的要求选择使用适当多播域的多播地址，使多播报文在期望范围内转发。

其次，这种层次结构有利于带宽控制，可在本地享有高速数据传输，同时防止本地高速多播信息阻塞域间低速链路。

此外，域内多播地址更易于获取。

每个多播域内的多播地址可由本地地址服务器动态分配。

（5）　报头格式的不同

IPv6基本报头格式比IPv4报头简单得多。

在IPv4中有10个固定长度的域，2个地址空间和若干个选项，IPv6中只有6个域和2个地址空间。

报头的简化使IP的某些工作方式发生了变化：

因为所有报头长度统一，所以不再需要报头长度字段；IPv6中的分段只能由源节点进行，中间路由器不再进行任何分段，减轻了中间路由器的工作负荷；去掉IP头校验和并不影响可靠性，主要是因为头校验和将由更高层协议（TCP/UDP）负责。

虽然IPv6基本报头是IPv4报头的2倍，但因其长度固定，故不需要消耗过多的内存容量；又因其要处理的域由IPv4的14个减少到8个，从而大大减少了路由器上的软件处理内容。

根据CiscoSystems资料，IPv6路由器软件内核（Kernel）实际上比IPv4还小。

在Cisco2500系列中配置的IPv4内核为2.17MB；存放路由表的工作区（WorkArea）升到3.2MB；配置IPv6的内核时，其内核仅为1.69MB，工作区也不过2.7MB。

（6）　良好的扩展性

因为IPv6报头之后添加了扩展报头，IPv6可以很方便地实现功能扩展，IPv4报头的选项字段最多可以支持40字节的选项，而IPv6扩展报头的长度只受到IPv6数据包长度的制约，无疑这将极大地增强IP包传送的灵活性。

（7）　内嵌的安全性

IPv6大大增加了网络对加密和认证的支持，具有较之IPv4更为强大的安全性。

传统的Internet（IPv4）安