网络规划与设计IPV4升级到IPV6的技术方案.docx

1、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- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

2、 - - - - - - - - - - - - - - 3（一）、IPV6的优势- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 3（二）、IPV6的地址格式- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 4（三）、IPV6的报头- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

3、 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 4（四）、IPV6的地址表示方法- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 5 1、首选格式- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 6 2、压缩格式- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

4、 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 6 3、IPv4内嵌在IPv6中- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 11（五）、IPV6的地址分类- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 12三、过渡技术- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

5、- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 14（一）、双协议栈技术- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 14（二）、隧道技术- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 15 实验：6 to 4 隧道- -

6、 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 16（三）、NAT-PT技术- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 20 实验：静态NAT-PT - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 23 （四）、三种过渡技

7、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

8、网络升级方案- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 30五、结论与发展前景- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 33六、参考文献- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

9、 - - - - - - - - - - - 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6553665536，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

10、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

11、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（Flow Control），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，Quality of Service）控制提供了良好的网络平台。 4、IPv6加入了对自动配置（Auto ConfiguR1tion）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

12、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

13、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4 bit表示，一个X就表示一个数字或字母，一个完整的地址共128 bit。 一个X使用4 bit表示，那么XXXX的取值范围就

14、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。0 4 8 16 19 24 31版 本头长度业务类型（TOS）总长度（Total Length）标识符（Identification）Flags分段偏移量Fragment Offset生存时间（TTL）协议（Protocol）报头校验和（Header Checksum）信源地址（Source Address）（4个字节）信宿地址（Destination Address）（4个

15、字节）选项（Options）填充（Padding）图1 IPv4的基本报头0 4 8 16 31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（Source Address） （16字节）信宿地址（Destination Address） （16字节）图2 IPv6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（payload length）字段取代；信源地址

16、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（service type）改为数据流标号（flow label）字段；协议（Protocol）字段改为下一个报头（next header）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

17、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

18、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： 0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000:00000000:0000:0000:0000:0000:0000:0000:00012001:0410:0000:1234:FB00:1400:5000:45FF3ffe:0000:0000:0000:1010:2a2a:0000:0001FE80:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0009FFFF: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

19、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

20、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

21、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

22、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

23、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

24、: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0

25、001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

26、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

27、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

28、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:

29、0000:0000: 9 6 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

30、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。子网ID：站点内子网的标识符，由站点的管理员分层地构建。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

31、 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。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