IPv4与IPv6的网络互联.docx

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IPv4与IPv6的网络互联

信息工程学院

计算机网络课程设计报告

题目：

IPv4与IPv6的网络互联

专业：

信息管理与信息系统班级：

14级

：

学号：

完成时间：

年月日

指导教师：

一、选题目的

中国是当前全球最急需IP地址的国家之一，因此在IPv6标准制订以及产业化和商业化的进程中都显得非常积极。

在中国的IPv6产业化进程中，我国政府对IPv6技术及产业发展给予了极大的关注与支持， “积极跟踪、把握机遇、稳妥推进”是中国对于IPv6技术的态度，在大力推行政策支持的同时会进行网上实验，掌握IPv6在实际运行中的各种技术。

但是IPv6协议在全国全面实现短时间还不可能完成。

中国密切关注着IPv6的发展，目前很多的地高校和科研机构已经与国外一些运营商合作，对IPv6进行研究实验。

美国之前拥有着全球74%的IP地址资源，所以对IPv6的态度一直略显得不关心。

直到思科于2001年7月10日宣布与微软、IBM、惠 普、SUN和摩托罗拉结成伙伴关系，共同推进IPv6硬件和软件的开发。

这也体现出了IPv6的重要性。

在欧洲，各国政府对IPv6的发展都给予了高度的关注与支持。

欧洲各国虽没有像亚太地区一样紧缺IP地址，但在IPV6的发展上不想落后于日本这样的国家，并且想通过IPV6挽回同美国之间的差距。

目前欧洲各国正大力发展IPv6技术，专家认为欧洲的3G将在1-2年进入全面应用阶段。

在亚太地区，IP地址的资源相对比较紧，所以大多数国家起步较早，并且走在了世界前列。

此中，日本对IPV6表现的兴趣最大，政府已制定了“E-JAPAN”的战略。

其他的经济较发达国家对新的技术也很有兴趣。

新加坡，韩国都投入大量的技术和资金，去尝试IPv6的普及。

二、主要研究容

孤立IPv6网络运行没有多少意义，互联网环境下，就是要实现资源共享。

互联网络间应能够无障碍流畅互通。

部署IPv6网络，首要解决的就是IPv6流量如何通过IPv4网络，其次就是IPv6网络如何与IPv4网络实现互通。

在无运营商提供IPv6过渡解决方案下，如何由企业自身完成IPv6网络的部署并能够与其他网络共享资源，主要几个问题要考虑：

投入成本。

许多企业并非不愿意部署IPv6网络，而是部署成本高。

一些新的好的技术固然好，但需要购置新的设备。

这些设备价格不菲，而且还会混造成现有设备资源用不上场的浪费。

理想情况下，只需要升级少量或者是不升级现有设备就能够部署合适的IPv6网络。

对于过度策略的选择最好根据当前设备支持程度选择合适的方案。

网络规模及业务围。

不同网络规模对于网络设备性能要求很高，有些过渡技术因先天缺陷会使得网络性能较差。

业务围可以决定选用过渡策略是使用仅面向IPv6网络还是同时面向IPv4与IPv6网络。

因IPv6过渡有诸多限制，这些因素选择都会使得网络性能变化很大。

上层业务可行性。

虽然IPv6是网络层，但同样影响上层业务。

支持IPv4的业务并不一定支持IPv6业务。

所以，对于建立的IPv6网络，要测试其上层业务的可行性。

IPv6与IPv4互通技术是目前IPv6过渡最大难题之一。

此设计关键点就是解决互通难题。

1.IPv6地址特点

IPv6一个显著特点就是128比特长度地址直接增大了可使用的地址空间；同时IPv6的大地址空间使得几乎每种设备都有一个全球的、可达的地址；IPv6可以在地址空间使用等级层次结构的层次化编址；IPv6还增加了自动配置功能，持全球惟一性的同时自动配置设备上的地址；相比于IPv4，IPv6简化了格式，提高了性能；IPv6使用扩展管理中的可选信息，而不是像IPv4在结尾使用选项字段；IPv6的每种实现中都包含IPSec，使得IPv6具有潜在的端到端安全性。

2.IPv6编址

（1）IPv6

①基本IPv6

图2-1IPv6基本格式

在IPv6中，以64位为单位，且的总长度是40字节。

IPv6协议为对其定义了版本、流量类型、流标签、净荷长度、下一个头部、跳数限制、源IPv6地址、目的IPv6地址字段，如图2-1。

②IPv6扩展

图2-2IPv6扩展

IPv6扩展是可能跟在基本IPv6后面的可选。

一个IPv6数据包可能包括0个、1个或多个扩展。

如图2-2所示，当IPv6数据包使用多个扩展时，通过前面的下一个字段指明扩展而形成连接的列表。

（2）IPv6地址表示

使用32位十六进制字符表示一个IPv6地址，每4位十六进制数为一段，分为8段。

段间使用“:

”分隔。

在IPv6中，常常见到包含一长串0的地址，为了方便书写，在IPv6地址的连续16比特为0和16比特字段中的前导为0时，使用一种特定的语法压缩连续的0。

当连续的16比特为0时，用“:

:

”表示这些字段的0。

但IPv6中只允许一个“:

:

”。

该方法表示一个IPv6地址可能有多种表示方法。

当16比特有前导0时，可以去掉前导0。

（3）IPv6中的协议

①ICMPv6

ICMPv6向源节点报告关于向目的地传输IPv6数据包的错误和信息。

ICMPv6协议号为58。

如图2-3，这个协议号被用在基于IPv6报头的下一个字段中，指示这是一个ICMPv6数据包。

IPv6认为ICMPv6数据包是一个上层协议，它必须放在IPv6数据包所有扩展之后。

图2-3ICMPv6格式

②PMTUD

PMTUD（路径MTU发现）的主要目的是发现路径上的MTU，当数据包发向目的地时避免分段。

仅当路径MTU比传送的数据包小时源节点自己才可以对数据包分段。

强烈建议IPv6节点实现IPv6PMTUD以避免分段。

③邻居发现协议（NDP）

邻居发现协议（NDP）是IPv6中的一个关键协议。

NDP主要用来替代ARP、无状态自动配置和路由器重定向。

④无状态自动配置

无状态自动配置是IPv6最有吸引力和最有用的新特征之一。

它允许本地链路上的节点根据路由器在本地链路上公告信息自己配制单播IPv6地址。

无状态自动配置涉及前缀公告、DAD（重复地址检测）、前缀重编码等几种机制。

三、方案设计

1.模拟器简介

在配置IPv4与IPv6互连的实验中，我们使用的是Dynamips GNS3模拟器。

这款模拟器基于硬件模拟的思科路由模拟器，该模拟器可以加载真实的思科路由器的IOS，实验效果和真实的网络环境基本没有区别，它模拟出路由器的硬件环境，然后在这个环境下直接运行思科的IOS，其模拟的真实性几乎可以完成所有的路由配置实验。

2.6to4隧道配置

本实验通过隧道技术，来实现IPv4网络与IPv6网络的互连的实现。

隧道机制在现有的IPv4基础设施中配置IPv6时，会以IPv4网络作为传输层，将一个IPv6孤岛的IPv6主机、路由器等设备通过数据传输给另外一个IPv6孤岛，实现IPv6孤岛间的通信。

采用隧道技术，可以利用现有的IPv4网络，将小的IPv6孤岛合并成大型的IPv6网络，最终通过技术和设备的更新，完成大规模围的纯IPv6网络。

本隧道实验使用5台路由设备，其中路由器1和路由器3是支持ipv4和ipv6双协议的路由器，路由器2是支持ipv4的路由器。

采用两个路由器4和路由器5来模拟PC机，实验要达到的要R4和R5可以互相ping通。

图-1：

6to4隧道网络拓扑图

3. IPv6网络NAT-PT静态映射实验配置

本实验NAT-PT技术实现ipv4与ipv6网络之间的互联，不需要隧道技术就可以直接实现ipv4到ipv6网络互联的功能，它的功能实现是采用地址映射关系。

图-2：

静态NAT-PT

4.ISATAP隧道技术

本实验采用ISATAP隧道技术实现ipv4到ipv6的网络互联，建立tunnel端口，将ipv4封装到tunnel里面，ipv4再给ipv6发送数据包时，R2路由器会自动给ipv4网络的发包主机一个ipv6的地址，它的地址是有ipv6地址的网络前缀加上ipv4的网络地址组成的。

在R3路由器添加通往R2给ipv4的ipv6地址的网络号的路由信息，这样就可以使用C1之间pingR3ipv6的地址。

图-3：

ISATAP隧道

四、主要设备命令配置

在实验配置的过程中，给路由器做配置的过程中我们输入的命令都包括一定的功能，下面我们对一些较常见的命令做简单的介绍：

en：

enable 的缩写，此命令可使操作者进入路由器的全功能模式。

conf t：

configure terminal的缩写，表示从终端执行配置命令。

no sh：

no shutdown的缩写，此命令取消了路由器的自动关闭功能。

ipv6 unicast-routing：

这条配置语句可以启动路由协议，开启IPv6单播路由功能，一些简单的路由网络的联通都会依靠此命令。

ipv6 nat：

对此命令的当前接口开启NAT-PT转换。

tunnel mode ipv6ip：

此命令标明配置的隧道模式是IPv6到IPv4。

了解这些简单的配置语句，对理解实验配置会起到很好的帮助作用。

1.6to4隧道配置命令

在R1的配置如下：

R1（config）#interfaceTunnel0

R1（config-if）#ipv6address2000:

:

1/64

R1（config-if）#tunnelsource10.0.1.1

R1（config-if）#tunneldestination10.0.2.2

R1（config-if）#tunnelmodeipv6ip

R1（config-if）noshutdown

R1（config）#interfaceFastEthernet0/0

R1（config-if）#ipaddress10.0.1.2255.255.255.0

R1（config-if）#ipv6address2001:

:

1/64

R1（config-if）noshutdown

R1（config）#interfaceSerial1/0

R1（config-if）#ipaddress10.0.1.1255.255.255.0

R1（config-if）noshutdown

R1（config）#iproute10.0.2.0255.255.255.010.0.1.2

R1（config）#ipv6route2002:

:

/64Tunnel0

R1（config-if）#ipv6 unicast-routing

在R2的配置如下：

R2（config）#interfaceSerial1/0

R2（config-if）#ipaddress10.0.0.2255.255.255.0

R2（config-if）#noshutdown

R2（config）#interfaceSerial1/1

R2（config-if）#ipaddress10.0.1.1255.255.255.0

R2（config-if）#noshutdown

在R3的配置如下：

R3（config）#interfaceTunnel1

R3（config-if）#ipv6address2000:

:

2/64

R3（config-if）#tunnelsource10.0.2.2

R3（config-if）#tunneldestination10.0.1.1

R3（config-if）#tunnelmodeipv6ip

R3（config-if）noshutdown

R3（config）#interfaceFastEthernet0/0

R3（config-if）#ipaddress10.0.2.2255.255.255.0

R3（config-if）#ipv6address2001:

:

2/64

R3（config-if）noshutdown

R3（config）#interfaceSerial1/1

R3（config-if）#ipaddress10.0.2.2255.255.255.0

R3（config-if）noshutdown

R3（config）#iproute10.0.1.0255.255.255.010.0.2.1

R3（config）#ipv6route2001:

:

/64Tunnel1

R3（config-if）#ipv6 unicast-routing

在R4的配置如下：

R4（config）#interfaceFastEthernet0/0

R4（config-if）#ipv6address2001:

:

11/64

R4（config-if）#noshutdown

R4（config）#ipv6unicast-routing

R4（config）#ipv62002:

:

/64tunnel0

在R5的配置如下：

R5（config）#interfaceFastEthernet0/0

R5（config-if）#ipv6address2002:

:

22/64

R5（config-if）#noshutdown

R5（config）#ipv62001:

:

/64tunnel1

R4（config）#ipv6unicast-routign

2.IPv6网络NAT-PT静态映射实验配置命令

在R1路由器配置命令：

Router（config）#int s1/0 

Router（config-if）#ip add 192.168.0.2 255.255.255.0 

Router（config-if）#no sh 

Router（config-if）#exit

Router（config）#iproute192.168.1.0255.255.255.0192.168.0.1

R3路由器配置命令：

Router（config）#int s1/1 

Router（config-if）#ipv6 add 2000:

:

2/64 

Router（config-if）#no sh 

Router（config-if）#exit 

Router（config）#ipv6 unicast-routing

Router（config）#iproute2001:

:

/642000:

:

1

在R2路由器配置命令：

Router（config）#int s1/1

Router（config-if）#ipv6 add 2000:

:

1/64 

Router（config-if）#no sh 

Router（config-if）#ipv6 nat 

Router（config-if）#exi 

Router（config）#int s1/0 

Router（config-if）#ip add 192.168.0.1 255.255.255.0 

Router（config-if）#no sh 

Router（config-if）#ipv6 nat 

Router（config-if）#exi 

Router（config）#ipv6 nat v4v6 source 192.168.0.2 2001:

:

1 

Router（config）#ipv6 nat v6v4 source 2000:

:

2 192.168.1.1 

Router（config）#ipv6 nat prefix 2001:

:

/96 

Router（config）#ipv6 unicast-routing

3.ISATAP隧道技术

在R1的路由配置命令：

Router（config）#interfaceFastEthernet0/0

Router（config-if）#ipaddress10.0.0.1255.255.255.0

Router（config-if）#noshutdown

Router（config）#interfaceSerial1/0

Router（config-if）#ipaddress10.0.1.2255.255.255.0

Router（config-if）#noshutdown

在R2的路由配置命令：

Router（config）interfaceTunnel0

Router（config-if）ipv6address2001:

:

/64eui-64

Router（config-if）noshutdown

Router（config-if）noipv6ndrasuppress

Router（config-if）tunnelsource10.0.1.1

Router（config-if）tunnelmodeipv6ipisatap

Router（config）interfaceSerial1/1

Router（config-if）ipaddress10.0.1.1255.255.255.0

Router（config-if）noshutdown

Router（config-if）interfaceSerial1/2

Router（config-if）ipv6address2000:

:

1/64

Router（config-if）noshutdown

Router（config-if）iproute10.0.0.0255.255.255.010.0.1.2

Router（config）ipv6unicast-routing

在R3的路由配置命令：

Router（config）#interfaceeriali1/3

Router（config-if）#ipv6address2000:

:

2/64

Router（config-if）#noshutdown

Router（config）ipv6unicast-routing

在C1的配置命令如图：

图-4虚拟机配置命令

五、测试结果与分析：

1.6to4隧道配置结果与分析

R4pingR5，在R4的Console输入ping2002:

:

22,显示结果为

R4>ping2002:

:

22

Typeescapesequencetoabort.

Sending5,100-byteICMPEchosto2002:

:

22,timeoutis2seconds:

!

!

!

!

!

Successrateis100percent（5/5）,round-tripmin/avg/max=236/378/612ms

R5pingR4，在R5的Console输入ping2001:

:

11,显示结果为

R5#ping2001:

:

11

Typeescapesequencetoabort.

Sending5,100-byteICMPEchosto2001:

:

11,timeoutis2seconds:

!

!

!

!

!

Successrateis100percent（5/5）,round-tripmin/avg/max=208/272/352ms

在6to4隧道配置中，可以用ipv4连接ipv6的孤岛，这样可以使ipv6孤岛之间进行通讯，它的实现是ipv6的数据包经过ipv4的路由器时，会对ipv6的数据包进行封装，在ipv6的报头前面加上ipv4的地址，在通过ipv4的网络后，路由器会对数据包进行拆封，将ipv6的数据包还原，然后交给和它进行通讯的ipv6孤岛。

所以由此看来，数据的传输是整个ipv4的网络都在隧道中的隐形传输。

2.IPv6网络NAT-PT静态映射实验配置

R1pingR3的映射地址：

R1#ping192.168.1.1

Typeescapesequencetoabort.

Sending5,100-byteICMPEchosto192.168.1.1,timeoutis2seconds:

!

.!

.!

Successrateis60percent（3/5）,round-tripmin/avg/max=52/65/84ms

R3pingR1的映射地址：

R3#ping2001:

:

1

Typeescapesequencetoabort.

Sending5,100-byteICMPEchosto2001:

:

1,timeoutis2seconds:

!

.!

.!

Successrateis60percent（3/5）,round-tripmin/avg/max=64/73/80ms

在静态NAT-PT实验中，ipv4和ipv6地址的映射是达到互相通讯的关键。

在因为，在不同的协议，ipv4网络不能直接pingipv6的网络的地址，所以，NAT-PT技术就提供了地址映射来达成通讯，将一个ipv4的地址映射成一个ipv6的地址，在R2路由器上，从ipv6网络过来的数据包路由器会查询映射关系表，将ipv6的地址映射成ipv4的地址，再发送给ipv4的网络中（将ipv6的地址映射成ipv4的地址，它们的原理相同）

3.ISATAP隧道技术

图-5：

ipconfig信息

C1获取R2通过Tunnel分配给的ipv6的地址2001:

:

5efe:

10.0.0.2,其中10.0.0.2的ipv4的地址是C1的地址。

2001:

:

/64是ISATAP虽大网段的网络前缀。

图-6：

v4v6发送数据包

在C1上pingipv6网段的地址2000:

:

2，它的目标地址是2000:

:

2，源地址是ISATAP隧道的网络前缀和ipv4的地址构成的ipv6的网络地址2001:

:

5efe:

10.0.0.2。

六、实验总结

在IPv6网络完全取代IPv4网络之前，IPv4与IPv6网络的互连及互相存在、相互依靠会是一直存在的研究课题。

而且IPv4与IPv6网络的互连技术的实现也关系到了IPv4能否向IPv6平稳过渡，因此对相关技术的研究和相关软件开发有着理论价值和实际意义。

本文详细研究了IPv6协议中几个比较重要的基本原理，包括：

IPv6协议的新特性、IPv4与IPv6报头的比较、IPv6地址技术及IPv4与IPv6网络的转换机制，通过对IPv6协议系统的分析与研究，主要完成了下面的一些工作：

对IPv4与IPv6的报头进行详细的比较，分析了IPv6的地址格式并罗列出IPv6的寻址模型，对IPv6地址分配策略做出了解释，体现出IPv6的优势所在。

分析了几种IPv4与IPv6的转换机制，研究了几种机制工作所需要的环境及条件。

同时，对双协议栈、NAT-PT技术和隧道技术这三种网络过渡技术做出对比。

详细列出了这三种过渡技术在使用环境中的要求。

比如隔着IPv4网络环境中的IPv6网络节点间如何通信以及IPv4节点与IPv6节点间的通信问题等等。

在此次试验过程中我遇到很多问题，GNS3软件的使用给自己造成了很大的空扰，GNS3软件路由器全部开启，常常导致电脑卡死，配置保存的问题，还有对软件各设备的熟悉程度不够。

但是最后在上网和查阅资料之后，这些问题也一一得以解决。

本次课程设计中也存在的很多不足，ISATAP隧道的技术无常通讯，这给自己造