ipv6课程设计.docx
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ipv6课程设计
计算机网络
课程设计
ipv6的发展和应用
35
设计题目—韦洪亮组长姓名
组长学号
专业班级
指导教师
计网
（2）班
应作斌
信息工程学院计科系
2——年12月27—日
计算机网络课程设计任务及成绩
软件教研
院（系）：
信息工程学院教研室:
课程设计题
目
ipv6技术的发展趋势
小组成员
姓名
学号
成绩
组长否
韦洪亮
35
是
张飞
43
否
田雷雷
26
否
杨群
41
否
王星
34
否
曹先旺
02
否
指导老师:
应作斌
12月27日
第一章背景
第二章IPV6技术介绍
IPv4和IPV6的主要区别
IPV6的地址方案
地址表达方式
地址分配
地址类型
错误!
未定义书签
错误!
未定义书签
错误!
未定义书签
错误!
未定义书签
错误!
未定义书签
错误!
未定义书签
错误!
未定义书签
IPV6的报头格式错误!
未定义书签。
IPv6的基本报头.错误!
未定义书签。
IPv6的扩展报头.错误!
未定义书签。
第三章IPV6发展前景及特色应用错误!
未定义书签。
IPV6支持业务的优势错误!
未定义书签。
巨大的IP地址空间方便了多样化业务的部署和开展错误!
未定义书
签。
内置IPSec协议栈提供了方便的安全保证错误!
未定义书签。
移动IPv6提供了IP网络层面终端的移动性错误!
未定义书签。
IPv4中采用的外地代理方便了移动IPv6的部署。
错误!
未定义书签。
IPV6特色应用错误!
未定义书签。
与RFID错误!
未定义书签。
IPv6与家庭网络.错误!
未定义书签。
IPv6与三重服务（triple-play）错误!
未定义书签。
IPv6与移动错误!
未定义书签。
IPv6与Wi-Fi和Wi-Max错误!
未定义书签。
第四章总结错误!
未定义书签
参考文献错误!
未定义书签
第一章背景
随着网络不断的普及，IPv4地址日趋枯竭，为了应对这一危机，相关国际组织制定并公布了下一代网络协议——IPv6。
本文试对IPv6的协议内容（地址格式和报头等）进行较为详细地介绍，IPv4向IPv6过渡技术以及目前IPv6的应用状况进行较为具体地说明。
以期使初学者对IPv6有具体的认识，并对在IPv6应用中遇到的问题，找到可以近似参照的解决方案。
传统的IP，即IPv4（IPversion4）定义IP地址的长度为32
个二进制数位，理论上能提供232=96个IP地址。
从20世纪80年代中期起，尤其是进入90年代以来，Internet有了迅猛地发展，以目前因特网发展速度计算，所有IPv4地址将在2005~2010年间分配完毕。
尽管采取一些措施，如CIDRDHCPNAT和Proxy等技术，可很大程度地减缓IPv4地址空间的耗尽，但从长远来看，这只是权宜之
计。
与此同时，这些技术打破了IP协议端到端的自然属性，并使得
路由表将占满路由器的内存空间，有可能导致网络瘫痪。
1994年11
月IESG（InternetEngineeringSteeringGroup）以RFC1752为标
准草案产生了下一代IP协议，并命名为IPv6（IPversion6）。
IETF
（InternetEngineeringTaskForce）从1995年开始，着手研究开
发IPv6。
IPv6具有长达128位的地址空间，能提供天文数字的IP地址空间——有可能是X1038，这将彻底解决地址匮乏的问题。
除此之
外，IPv6还采用分级地址模式、高效IP包头、服务质量（QoS、主机地址自动配置、认证和加密等许多技术。
下一代互联网（Internet2）将以IPv6协议为基础。
如图1-1所示，所有因特网的区域性注册机构（RIR）包括ARIN
RIPE和APNIC的IPv4地址分配非常不平衡：
ARIN（theAmericanRegistryforInternetNumbers）:
负责
南、北美洲及非洲的一部分地区的地址分配，获得74%
）：
负
APNIC（theAsia-PacificNetworkInformationCenter责亚洲、太平洋地区的地址分配，获得9%。
IPv4地址分配在全球的不均衡，必然导致有的国家和地区的地
址资源相当匮乏。
这些国家和地区必然对IPv6的引入抱有积极的态
度。
目前IPv6在亚洲和欧洲地区的蓬勃发展充分证明地址空间的匮
乏是最主要的推动力。
第二章IPv6技术介绍
IPv4和IPv6的主要区别
IPv6协议并不是完全推翻了IPv4的所有思路和结构，重新制定一个完全不同的网络协议标准，而是继承了IPv4协议的主要优点，并依据IPv4在使用中所获取的丰富经验、教训来进行很大幅度的修改和功能扩充。
其中，IPv6与IPv4相比，最为显著的变化在于两点：
地址空间及格式表达、报头格式。
另外在安全性上，IPv6也较IPv4有显著的提高。
首先是网络地址空间的极大扩展。
从IPv4到IPv6，IP地址规模一下子从32位增加到128位，也就是说IPv6拥有128bit的地址空间。
那么IPv6的地址长度就是2128，即：
340，282，266，920，938，463，374，607，431，768，211，456直观的就是1038之多。
这将是一个非常巨大的地址空间，足以供我们每个人拥有成百上千台个人计算机终端，甚至手机和家用电器也将拥有各自的IP地址。
其次，IPv6协议采用了不同于IPv4协议的网络地址分类方式。
传统的IPv4协议将网络地址分为：
A、B、C、D、E5类，一般格式为：
地址类号|网络号|主机号（二进制）。
IPv6的地址类型主要分为：
Unicast单播地址、Multicast组播地址、Anycast任播地址3类。
另外，IPv6的地址体系在很多领域，比如：
层次结构、分配对象、聚合方式等诸多方面都与IPv4有着很大的差异。
而且，地址的分配方案直接和网络路由的效率有关。
其中，所有IPv6的地址都是被分配到接口，而非IPv4中的结点。
这也是两者区别之一。
报头格式的不同将在另外章节详细介绍，在此就不赘述了。
IPv6协议大大增加了网络对鉴定和机密的支持，具有较之IPv4网络协议远为强大的安全性。
IPv6协议族定义了有关安全性的基本信息，提供了两种安全机制：
认证和加密。
在实际的IP通信中，可以使用这两种安全机制或者其中之一，提高数据传输的安全性。
另外，IPv6在QoSPlug&Play功能、移动性能、ICMP方面都有较大的提高。
IPv6的地址方案
2.2.1地址表达方式
在IPv4中，通常使用二进制和点分十进制两种格式表示方法。
二进制是IPv4地址体系的基础，是实际运作的真实IP的表示方法。
采用十进制则是为了便于使用和比较。
但是在IPv6的地址表达中，由于IPv6地址有128位bit，所以采用上述两种方式都存在着无法简洁和有效表达一个IPv6地址的难题。
为此，我们采用冒号十六进制来表示IPv6的地址。
即为：
x:
x:
x:
x:
x:
x:
x:
x表现形式，其中，x是8个16位地址段的十六进制值。
例如：
EAC1:
0000:
1245:
0907:
00E1:
0709:
0002:
0006
0010:
2100:
ECA0:
0000:
0000:
0611:
0003:
AAE0
另外，IPv6地址还可以用另外两种形式进行表达。
（1）IPv6地址的压缩表示
很多情况下，尤其是在目前IPv6地址应用的初始阶段，IPv6地址的分配，往往会包含很多0位的地址。
为了简化书写，制定了一个特殊的语法来压缩0:
，即使用“:
:
”符号来表示有多个0值的16位组。
但“:
:
”符号在一个地址中只能出现一次。
例如：
AE80:
0:
0:
0:
0:
660:
0:
12310:
0:
0:
0:
0:
0:
0:
1
可以压缩表示为：
AE80:
:
660:
0:
1231:
:
1
这种压缩表示的好处在于更加简洁明了，并且不容易出错。
（2）IPv4与IPv6地址的混合表示
在IPv6协议应用的初始阶段，IPv4与IPv6地址必将大量共存，于是，我们往往采用这样的方式来更适当、有区分的表达这种情况。
Y・丫・丫・yyy
■‘
其中，x仍然表示地址中6个高阶16位十六进制值，d则是地址中4个低阶8位段的十进制值（标准IPv4表示）。
例如：
在IPv4中，用来表示网络结构的是子网掩码。
而在IPv6中已经没有子网掩码这个概念，一个IPv6地址前缀可以表示为如下的形式：
IPv6地址/前缀长度
其中IPv6地址一般表示为十六进制值，前缀长度则是组成前缀的十进制值，说明地址最左边的连续的地址位的长度，表达的是网络结构。
例如：
60位长的前缀12AB00000000CD3十六进制）可以分别用以下的几种合法方式来加以表示：
12AB:
0000:
0000:
CD30:
0000:
0000:
0000:
0000/60
12AB:
:
CD30:
0:
0:
0:
0/60
12AB:
0:
0:
CD30:
:
/60
当同时表示某个网络结点地址及其子网前缀两者时，可以组合成如下表示：
结点地址：
12AB:
0:
0:
CD30:
123:
4567:
89AB:
CDEF
结点子网号：
12AB:
0:
0:
CD30:
:
/60
可以缩写表示为：
12AB:
0:
0:
CD30:
123:
4567:
89AB:
CDEF/60
2.2.2地址分配
IPv4中，地址是用户拥有的，一旦用户申请到，他就永远使用该地址空间。
这样往往会造成路由表爆炸的现象出现。
IPv6改变了这种分配方式。
从用户拥有变成了ISP拥有，为了地址分配和修改的方便，IPv6允许给一个指定的网络指派多个前缀，也允许对一个主机的给定接口同时指派多个地址。
这样的分配方案支持可集聚地址、本地用地址和组播地址的直接分配，并有保留给NSAP地址和IPX地
址的空间。
其余空间留给将来使用。
Unicast单播地址和Multicast组播地址可以通过地址的前面几位字值来区分：
值为FF（1111111）
用于标识一个地址为Multicast地址，其他值则标志这个地址为Unicast地址。
Anycast地址从形式上与Unicast地址完全相同，在语法上无法区分。
2.2.3地址类型
IPv6地址可分为3类：
Unicast地址、Multicast地址、Anyeast地址。
1、Unicast地址：
也称单播地址。
这种地址用于标识某一单个接口，发往单播地址的包将被传送到该地址指向的网络接口。
Unicast单播地址分为若干种，可聚类单播地址是其中最重要和最常用的一种，表现形式是2000:
/3。
可聚类单播地址安排成一个三层次的分级结构：
公用拓扑；站点拓扑；接口标识符。
公用拓扑是提供公用
Internet传送服务的供应商和交换局群体。
站点拓扑是本地的特定站点或组织，它不提供到本站点以外结点的公用传送服务。
接口标识符是标识链路上的接口。
设计这样的地址格式为了既支持基于当前供应商的集聚，又支持交换局这种新的集聚类型。
其组合式高效的选录集聚可用于直接连接到供应商和连接到交换局两者的站点上，站点可以选择连接到两种类型中的任何一种集聚点。
此外，还有其他各种特殊的Unicast单播地址，主要有未指定地址、回返地址、嵌有IPv4地址的IPv6地址、本地用IPv6单播地址、NSAP地址及IPX地址等。
IPv6可集聚全球单播地址格式：
|3|13|8|24|16|
|
64
位
+
|FP|TLA|RES|NLA|SLA
|INTERFACEID
|
||ID||
ID|
ID|
|
+
图2-1IPv6可集聚全球单播地址格式
2、Multicast地址：
也称组播地址。
这种地址用于标识属于不同网络结点的一组接口。
但发往组播地址的包将被传送到该地址标识的所有接口。
Multicast地址只能作为目的地址出现，在IPv6包中不能用做信源地址或出现在任何路由包头中。
IPv6中不再有IPv4中的广播地址，与其作用类似的是Multicast地址。
Multicast地址可以用于实现IP网络中一点到多点的高效数据传送，从而有效地节约网络带宽、降低网络负载。
Multicast地址的基本格式如下：
|8|4|4|112位|
++++
+
||Scope|Scope|GroupID|
++++
+
图2-2Multicast地址的基本格式
3、Anycast地址：
也称任播地址。
这种地址用于标识属于不同结点的一组接口。
发往任播地址的包将被传送到该地址标识的某一个接口，通常是路由协议计算出的最近的那个接口。
任播地址是IPv4协议中所没有的，它允许分组被路由到具有某个IP地址的所有结点中的其中任意一个。
这个任播地址可能被分配给一个或多个网络接口，这样，发送给这个IP的分组就会按路由协议中的距离度量传送到所有具有这个IP地址的网络接口中最近的一个。
目前，任播地址仅被用做目标地址，且仅分配给路由器。
任播地址时从单点传送地址空间中分配的，使用了单点传送地址格式中的一种。
Anycast任播地址基本格式如下：
|n位|128~n位|
+
++
|子网前缀|00000000000000
|
+
++
图2-3Anycast任播地址基本格式
IPv6的报头格式
IPv6的报头格式可以分为两方面：
基本报头和扩展报头。
其中，基本报头是每个IPv6报文所必须的，而扩展报头则是根据具体情况设置为可选项。
也就是说，IPv6的通用模式为：
一个固定长度的基本报头+—组可选、数量变化的扩展报头。
231IPv6的基本报头
IPv6基本报头的设计理念主要来自对原有IPv4报头格式的改
变，源于IPv4报头并高于IPv4报头。
IPv6本身有许多新的思路和功能拓展等。
与IPv4报头相比，IPv6基本报头所含字段少，而且报头长度固定。
这些特点使网络中路由器的硬件实现更为简单。
与IPv4
不同的是，在今后必将普及的纯IPv6网络中，数据报文在路由过程中不会被分割，从而进一步减少了路由负担。
这些改进能够使IPv6
在一个合理的开销范围内，适应未来网络流量的指数级增长速度。
IPv6基本报头格式如图2-4所示：
111216
0
2331
版本
（4）
传输流
类型（8）
数据流标签（20）
有效载何长度（16）
下一个
报头（8）
跳数限制
（8）
信源地址（128）
信宿地址（128）
图2-4IPv6基本报头格式
通过对IPv6报头格式的分析，可以得出如下结论
⑴IPv6中，报头以64字节为单位，且报头的总长度固定为40字节。
（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，如取消了头标长度、服务类型、标识、标志、分段偏移量及报头校验和。
增加了两个新的字段：
优先级和流标识。
（3）将三个报头字段：
服务类型、生存时间、协议重新命名为数据流标识号、跳数限制和下一个报头，并赋予了新的含义。
IPv6的这些改变，不仅提高了数据报头的处理速率和路由器处理分组的速度，而且将可选项转换成了独立的“扩展分组头”。
由于
大多数分组头在数据的传输路径中无需任何路由器的检查和处理，直至到达终点，从而方便了拥有选项的数据报提高路由性能。
当路由器或主机不认识选项时，也可以对选项进行编码，从而可以更高效地转发。
2.3.2IPv6的扩展报头
一个正常发送的IPv6报文，可以没有扩展报头，但必定需要一个基本报头。
只有在需要路由器或者目的结点作某些特殊处理时，才由发送方的信宿地址添加一个或多个扩展报头。
所以，扩展报头的添加是为了提供某种特定的差异化网络服务。
扩展报头是IPv6报头设计思想中很重要的一环，它的应用功效类似于IPv4报头中的各种选项，这种设计有如下好处：
1、最大的灵活性
这种灵活性主要体现在两个方面：
一是现有的IPv6数据报文在传输过程中，可以根据其特定的网络需求，由其基本报头有选择、有针对性地携带一个或者多个IPv6扩展报头；二是IPv6扩展报头的总长度并没有一个固定的长度规定，可针对新的网络应用，设计新的扩展报头，无须考虑IPv6扩展报头总长度的限制。
2、提高路由器转发效率
IPv6基本报头的固定长度非常有利于提高软件处理报头的效率。
另外，IPv6基本报头比IPv4更为简洁，能够减少路由器的操作，降
低路由器数据的开销，这样有利于提高路由器等的工作效率。
而且，
在IPv6网络路由过程中不会对所传输的数据报文进行分割，从而进
一步减少了路由的负载。
同时，由于使用了扩展报头这一设计结构，可以提高路由性能，当结点无法辨认某选项时，可对选项进行编码，从而更高效率地进行转发。
除了以上两个主要优点外，IPv6还有一些其他特性。
主要包括，按顺序分解报头，扩展报头的对齐，下一个报头的参数，报错机制等。
第三章IPV6发展前景及特色应用
IPv6协议是下一代互联网（NGI）中的重要协议。
经过多年的发
展,IPv6基本标准日益成熟，各种不同类型的支持IPv6的网络设备相
继问世,并逐渐进入商业应用。
在运营领域,国外部分电信运营商已经
建立IPv6网络,并开始提供接入服务以及一些基于IPv6的增值业务。
我国也在2003年底启动了中国的下一代互联网（CNGI）工程,以促进NGI在中国的普及与发展。
在网络已经基本成熟的条件下,如何在其上为用户提供新的业务,并为运营商创造新的价值,这是下一代互联网成功的关键。
本文主要讨论了IPv6业务及应用的发展现状、IPv6协议在支持新业务方面的优势、IPv6与下一代网络业务系统/平台之间的关系、在业务系统中部署IPv6的总体策略等。
IPv6支持业务的优势
IPv6协议要在电信网络上获得广泛应用,必须具有支持新型业务的能力,或者至少能使已有的IPv4业务得到改善和增强,否则,运营商就缺乏使用IPv6协议的动力。
目前看来,IPv6在支持业务方面主要有以下技术优势:
3.1.1巨大的IP地址空间方便了多样化业务的部署和开展
在IPv4网络中,公有IP地址的不足导致了用户广泛采用私有IP地址。
为了实现用户私网中发出的IP包在公网上可路由,在用户网络与公网交界处需要NAT设备实现IP报头公有地址和私有地址等信息的翻译。
当终端进行音视频通信时,仅仅进行IP报头中的地址转换是不够的,还需要对于IP包净负荷中的信令数据进行转换,这些都需要复杂的NAT穿越解决方案。
总之，私有IP地址及NAT的采用限制了多媒体业务的开展,特别是当通信双方位于不同的私网中时,即使媒体流穿越了NAT设备,还需要经过中间服务器的中转，降低了媒体流传送的效率,也增加了系统的复杂度。
而在IPv6网络环境中,充足的IP地址量保证了任何通信终端都可以获得公有IP地址,避免了IPv4网络中私有IP地址带来的NAT穿越问题，能更好地支持多样化的多媒体业务。
3.1.2内置IPSec协议栈提供了方便的安全保证
在IPv4网络中,NAT设备修改IP报头的方法和IPSec基于摘要的数据完整性保护是矛盾的，影响了IPSec的部署。
由于IPSec已经成为IPv6协议的一个基本组成部分,而且IPv6网络中的终端可以普遍得到公有IP地址,因此能很方便地利用IPSec协议保护业务应用层面的数据通信。
如日本NTT公司目前的m2m-x平台就充分利用了IPv6IPSec机制，当用户终端之间要进行通信时，可根据运营商或用户自己设定的策略实现数据的私密性保护、源认证和完整性保护。
3.1.3移动IPv6提供了IP网络层面终端的移动性
IPv6协议集成了移动IPv6,因此移动性是IPv6的重要特色之一。
有了移动IPv6后,移动节点可以跨越不同的网段实现网络层面的移动,即使移动节点漫游到一个新的网段上,其它终端仍可以利用移动终端原来的IP地址找到它并与之通信。
IPv4协议中也有移动IPv4协议，但IPv4基本协议和移动IPv4协议是两个相对分离的部分。
移动IPv6在设计时采取了许多改进措施,例如取消了移动
3.1.4IPv4中采用的外地代理方便了移动IPv6的部署
总之,IPv6协议的引入提供了一种新的网络平台，它使得大量、多样化的终端更容易接入IP网,并在安全和终端移动性方面比IPv4协议有了很大的增强。
地址空间巨大、内置IPSec和移动IPv6只是IPv6在支持新业务方面的几个主要特征,在这些特征之上会衍生出许多新的特性,从而进一步增强业务层面的能力。
IPv6特色应用
3.2.1IPv6与RFID
RFID（射频识别）是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据,识别工作无须人工干预,作为条形码的无线版本,RFID技术具有条形码所不具备的防水、防磁、耐高温、使用寿命长、读取距离大、标签上数据可以加密、存储数据容量更大、存储信息更改自如等优点,其应用将给零售、物流等产业带来革命性变化。
由于IPv6的地址空间巨大，对于RFID来说非常适合,IPv6的大量地址可以实现为每一个RFID分配一个地址，这在地址资源相当匮乏的IPv4来看是难以想象的。
3.2.2IPv6与家庭网络
互联网在全球普及之后“家庭网络”的概念开始出现,但是
由于IPv4地址的稀缺,当众多的信息家电通过家庭网关连入网络时‘IPv4有限的地址资源无法为所有信息家电分配惟一的IPv4地址,只能利用诸如NAT私有地址空间等技术来绕过这一限制，但复杂的设置和管理将严重阻碍用户对于新技术的接受程度。
IPv6则没有这样的限制。
323IPv6与三重服务（triple-play）
从业务性质来看,triple-play中包含了基本语音业务、高速数据业务和高质量视频业务这三类电信业务。
从接收媒介来看,triple-play中包括话音业务、
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