网络规划与设计IPV4升级到IPV6的技术方案.docx

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网络规划与设计IPV4升级到IPV6的技术方案

网络规划与设计

课题论文

课题名称：

IPV4升级到IPV6的技术方案

姓名：

XXX

班级：

网络10-2

学号：

08103635

一、概述------------------------------------------------------------3

二、IPv6地址---------------------------------------------------------3

（一）、IPV6的优势------------------------------------------------3

（二）、IPV6的地址格式--------------------------------------------4

（三）、IPV6的报头------------------------------------------------4

（四）、IPV6的地址表示方法-----------------------------------------5

1、首选格式-----------------------------------------------6

2、压缩格式-----------------------------------------------6

3、IPv4内嵌在IPv6中--------------------------------------11

（五）、IPV6的地址分类--------------------------------------------12

三、过渡技术---------------------------------------------------------14

（一）、双协议栈技术-----------------------------------------------14

（二）、隧道技术--------------------------------------------------15

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:

XXXX:

XXXX:

XXXX:

XXXX:

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）

（4个字节）

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

信源地址（SourceAddress）

（16字节）

信宿地址（DestinationAddress）

（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:

0000:

0000:

0000:

0000:

0000:

0000

0000:

0000:

0000:

0000:

0000:

0000:

0000:

0001

2001:

0410:

0000:

1234:

FB00:

1400:

5000:

45FF

3ffe:

0000:

0000:

0000:

1010:

2a2a:

0000:

0001

FE80:

0000:

0000:

0000:

0000:

0000:

0000:

0009

FFFF:

FFFF:

FFFF:

FFFF:

FFFF:

FFFF:

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:

0000:

0000:

0000:

0000:

0000:

0000:

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：

0000:

0000:

0000:

0000:

0000:

0000:

0000:

0000 

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：

压缩前：

0000:

0000:

0000:

0000:

0000:

0000:

0000:

0001

压缩后：

:

:

0001

说明：

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：

0000:

0000:

0000:

0000:

0000:

0000:

0000:

0001

可以看出，计算机还原的地址就是压缩之前的真实地址。

例3：

压缩前：

2001:

0410:

0000:

0000:

FB00:

1400:

5000:

45FF

压缩后：

2001:

0410:

:

FB00:

1400:

5000:

45FF

说明：

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：

2001:

0410:

0000:

0000:

FB00:

1400:

5000:

45FF

可以看出，计算机还原的地址就是压缩之前的真实地址。

例4：

压缩前：

3ffe:

0000:

0000:

0000:

1010:

2a2a:

0000:

0001

压缩后：

3ffe:

:

1010:

2a2a:

:

0001

说明：

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：

3ffe:

0000:

1010:

2a2a:

0000:

0000:

0000:

0001

或3ffe:

0000:

00001010:

2a2a:

:

0000:

0000:

0001

或3ffe:

0000:

0000:

0000:

1010:

2a2a:

0000:

0001

   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：

例1：

压缩前：

0000:

0000:

0000:

0000:

0000:

0000:

0000:

0000

压缩后：

0:

0:

0:

0:

0:

0:

0:

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。

例2：

压缩前：

0000:

0000:

0000:

0000:

0000:

0000:

0000:

0001

压缩后：

0:

0:

0:

0:

0:

0:

0:

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。

例3：

压缩前：

2001:

0410:

0000:

1234:

FB00:

1400:

5000:

45FF

压缩后：

2001:

410:

0:

1234:

FB00:

1400:

5000:

45FF

   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。

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：

例1：

压缩前：

0000:

0000:

0000:

0000:

0000:

0000:

0000:

0001

压缩后：

:

:

1

   可以看到，结合了两种压缩格式的方法，但为简便。

例2：

压缩前：

2001:

0410:

0000:

0000:

FB00:

1400:

5000:

45FF

压缩后：

2001:

410:

:

FB00:

1400:

5000:

45FF

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

0:

0:

0:

0:

0:

0:

或者:

:

，如下：

0000:

0000:

0000:

0000:

0000:

0000:

                 96个0             32位                 

例：

IPv4地址为：

表示IPv6地址为：

0:

0:

0:

0:

0:

0:

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:

0:

0:

0:

0:

0:

0。

该地址不能分配给任何节点。

环回地址被定义0:

0:

0:

0:

0:

0:

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。

其中:

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

1一接口本地范围（