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1、ipv6课程设计计算机网络课程设计i pv6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 !

2、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 !

3、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

4、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 (IP version 4 )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 20052010年间分配完 毕。尽管采取一些措施，如 CIDR DHCP NAT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 I

5、P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 (Internet Engineering Steering Group) 以 RFC1752为标准草案产生了下一代IP协议，并命名为IPv6(IP version 6) 。IETF(Internet Engineering Task Force )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X 1038，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

6、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ARINRIPE和APNIC的 IPv4地址分配非常不平衡：ARIN (the American Registry for Internet Numbers ):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( the Asia-Pacific Network Information Center 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

7、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

8、 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、E 5 类，一般格式 为：地址

9、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

10、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QoS Plug&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

11、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： EAC1:0000:1245:0907:00E1:0709:0002:00060010:2100: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

12、16位 组。但“ : ”符号在一个地址中只能出现一次。例如： AE80:0:0:0:0:660:0:1231 0:0:0:0:0:0:0:1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 y y y 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

13、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:CD30:0000:0000:0000:0000/6012AB:CD30:0:0:0:0/6012AB: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

14、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/602.2.2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

15、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：Un icast 地址、Multicast 地址、An yeast 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

16、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，

17、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| INTERFACE ID| | ID | |ID |ID | +图 2-1 IPv6 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

18、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 | Group ID |+ + + + +图 2-2 Multicast 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

19、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 | 128n 位 |+ + +| 子网前缀 | 00000000000000|

20、+ + +图 2-3 Anycast 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。231 IPv6 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

21、，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：11 12 16023 31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2-4 IPv6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 IPv6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

22、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 IP

23、v6 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

24、， 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

25、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

26、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

27、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

28、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

29、.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

30、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 RFIDRFID（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

31、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。3.2.2 IPv6 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。323 IPv6 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、