2022年IPv到Pv过渡技术的研究.docx
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1、精品学习资源封面欢迎下载精品学习资源作者: PanHongliang仅供个人学习河南农业高校本科生毕业(设计)题 目 IPv4/Pv6 过渡技术的争辩欢迎下载精品学习资源学 院信息与治理科学学院专业班级 运算机科学与技术 2007 级 2 班同学姓名 刘月光( 0710101050)指导老师 郑光撰写日期: 二一一年五月九日目录摘要 41 引言 42 IPV4 面临的问题 52.1 IP V4 地址资源即将枯竭 52.2 路由表不断增大 52.3 网络服务质量不能保证 62.4 安全问题 6 3 IPV6 的优势 63.1 地址容量极大扩展 63.2 新报头格式 63.3 改进的路由结构 73
2、.4 支持即插即用 73.5 更好的 QOS支持 83.6 可扩展性 84 过渡技术设计规章与三种基本过渡技术84.1 过渡技术设计规章 8欢迎下载精品学习资源4.2 三种基本过渡技术 84.2.1 双栈技术( Dual Stack ) 84.2.2 隧道技术 94.2.3 翻译技术 105 基于基本过渡技术的派生 105.1 同种网络之间的通信 105.1.1 手工隧道 105.1.2 自动隧道方案 105.2 IP V4 网络与 IP V6 网络之间的通信 115.2.1 有限双栈模型 115.2.2 DSTM 机制 115.2.3 NAT PT125.2.4 BIS125.2.5 TRT
3、135.2.6 BIA135.2.7 SOCKS64 技术 135.2.8 河南农业高校信息化中心 CNGI驻地网的设计和实现 135.3 各种派生方案之间的比较 176 总结和展望 18参考文献 19致谢 19欢迎下载精品学习资源IPv4/Pv6 过渡技术的争辩刘月光信息与治理科学学院运算机专业摘要 :随着 Internet的进展, IPv4 逐步暴露出各种缺陷,已不能中意用户需求和网络的进展需要, IPv6 应运而生, IPv4 必将向 IPv6 过渡,但 IPv4 和 IPv6 将在一段时间内共存和交互,如何平滑过渡,这是目前争辩的热点;论文第一分析了IPv6 的优势及过的的必定性,然后
4、争辩了在同种网络之间通信和IPv4 网络与 IPv6 网络之间通信场景下,基于三种IPv4/IPv6基本过渡技术多种派生方案的基本原理,分析比较各种方案的优点、不足和适应特性,并探讨了过渡技术在今后深化争辩的方向;关键词: IPv6 ; IPv4 ;过渡技术Research on IPv4 / IPv6 Transition TechnologiesAbstract:As the internet development, ipv4 began to reveal all kinds of defects, andcould not satisfy the users and network
5、development, IPv6 emerged, IPv4 to IPv6 will transition, but IPv4 and IPv6 will at some time, and how to coexist and interactive smooth transition, which is currently a research hotspot. The paper first analyses the advantage and IPv6, then discusses the necessity of the same network communication a
6、nd IPv4 network and between IPv6 network, which based on the scene, and communication between three IPv4 / IPv6 basic transition technology many derived the basic principles of planning, comparing with the other advantages, various programs and adapt to the characteristics of insufficient, and probe
7、s into the transition technology in the direction of further research in the future.Keywords:IPv6; IPv4; transition technologies1 引言IPv4 协议以其简洁易用获得了巨大的成功,然而随着网络的迅猛进展,数欢迎下载精品学习资源据业务、语音业务以及各种多媒体业务进入互联网,越来越多的用户进入互联 网, IPv4 网络的局限性也日益暴露,如 IP 地址耗尽、节点配置复杂、端对端连接破坏、服务质量不高和安全性不够等;IPv6 协议正式为明白决以上的问题而产生的;由于 IPv
8、4 协议与 IPV6 协议并不兼容,部分机构和用户将毫无疑问1的会连续使用 IPv4 ;IPv4 网络与 IPv6 网络将长期共存, IPv4 向 IPv6 的过渡不是一蹴而就的;因此, IPv4/IPv6过渡问题是网络进展的重要争辩内容;2IPv4 面临的问题随着 Internet的进展, IPv4 的局限越来越暴露出来,严肃制约了IP 技术的应用和将来网络的进展;2.1 IPv4 地址资源即将枯竭IPv4 在表示网络节点地址时接受 32 位二进制数,它的理论地址超过40 亿2 32=4,294,967,296 ;近年来 Internet呈指数级的飞速进展,导致 IPv4 地址空间几近枯竭;
9、 IP 地址变得越来越珍稀,迫使许多企业不得不使用NAT将多个内部地址映射成一个公共口地址;同时由于历史缘由,IPv4 地址的支配极不均衡,这种情形使得包括中国在内的许多国家没有足够的IPv4 地址; 2004 年年底,我国网民达到9000 万,但中国拥有的IPv4 地址不到 5000 万,仅占IPv4 全部地址的 1;随着连接到 Internet上的主机数目的快速增加,有推测 说明,全部 IPv4 地址将在 2005 2021 年间支配完毕;2.2 路由表不断增大在互联网或内联网上传输的IPv4 包必需从一个网络选路到另一个网络以到达其目的地;选路协议可以使用动态机制来确定路由,但是全部选路
10、最终依靠 于某个路由器查看不同路由的列表并确定正确的路由;选路表包含网络的列表和连接到这些网络的接口的列表;路由器查看包,确定包所在的网络或该网络可能在的网络 ,然后把包发送到适当的网络接口由于IPv4 接受与网络拓扑结构无关的形式来支配地址,所以随着连入网络数目的增涨,路由器数目飞速增加,准备数据传输路由的路由表也就不断增大;随着接受IPv4 的网络和设备越来越多,路由器,特殊是 Internet核心路由器的路由表内容也快速增加;争辩数据说明, 1995 年,只有大约 35, 000 条路由被存放在核心路由器的路由表中, 而 5 年之后就达到了 120,000,现在这个数字仍保持快速增长,路
11、由器特殊是核心路由器逐步成为网络性能的瓶颈之一;欢迎下载精品学习资源2.3 网络服务质量不能保证IPv4 的 QOS标准,在实时传输支持上依靠于IPv4 的服务类型字段 TOS和使用 UDP或 TCP端口进行身份认证;但IPv4 的 TOS字段功能有限,而同时可能造成实时传输超时的因素又太多;此外,假如IPv4 数据包加密的话,就无法使用 TCPUDP端口进行身份认证;今日乃至将来,有许多的业务应用都期望在互联网上进行;在这些业务中包括对时间透亮性和带宽要求很高的实时多媒体业务,如语音、图像等,仍包括对安全性要求很高的电子商务业务以及进展越来越迅猛的移动 IP 业务等,甚至可能将来仍会包括触觉
12、等等;这些业务对网络QOSQualityofService的要求各不相同;但是, IPv4 在设计时没有引入QOS这样的概念,设计上的不足使得它很难相应地供应丰富的、灵敏的QOS选项;2.4 安全问题在 IPv4 中,很长时间以来,都认为安全性不是网际层的任务;在这种情形下,安全性意味着对净荷数据的加密;其他安全性概念仍包括对净荷的数字签 名、密钥交换、实体的身份验证和资源的拜望把握;这些功能一般由较高层处理,通常是应用层,有时是传输层;例如,广泛应用的安全套接字层协议由IP 之上的传输层处理,而应用相对较少的安全HTTP就由应用层处理;这些问题都是 IPv4 的薄弱环节、致命弱点;同Inte
13、rnet不断提升对移动性、安全性以及多媒体业务等支持, IPv4 都无法中意;3 IPv6 的优势2下一代网际互联协议是在1998 年由 RFC2460标准化的第六版本 以下简称IPv6 ;IPv6 在继承 IPv4 “端到端”和“尽力而为 Best Effort”的基础上, 针对 IPv4 的不足和对 Internet的将来进展预侧,对 IPv4 做了大幅度的根本性变革和功能扩充,因而具有许多新的特性;3.1 地址容量极大扩展长为 128 位的 IPv6 地址足以供应几乎无限的口地址资源;可以让地球上每个人都 拥有比现在 IPv4地 址空间仍要多的 地址, 这将极 大地满 足相伴Intern
14、et的爆炸式增长和随着网络智能设备的显现而对地址增长的需求;3.2 新报头格式新 IPv6 包头的设计原就是力图将包头开销降到最低,详细做法是将一些非关键性字段和可选字段移出包头,置于IPv6 包头之后的扩展包头中,因此尽管欢迎下载精品学习资源IPv6 地址长度是 IPv4 的四倍,但包头仅为IPv4 的两倍;改进后的IPv6 包头在中转路由器中处理效率更高;由于两者的包头没有互操作性,且IPv6 也并非是可向后兼容 IPv4的功能扩展集,因此为了识别和处理这两种包头格式,必需在主机和路由器中分别实现 IPv4 和 IPv6 ;3.3 改进的路由结构IPv6 接受类似无类域间选路 CIDR 的
15、地址聚类机制的地址结构,其网络前缀可以进一步细分成多个层次的网络,其中包括13 位的顶级聚合标识 TLA 、24 位的次级聚合标识 NLA和 16 位的站点级聚合标识 SLA ;这样不仅可以定义特殊灵敏的地址层次结构,而且同一层次上的多个网络在上层路由器中表示为一个统一的网络前缀,从而有效地对地址进行聚合,削减路由器必需爱护的 路由表项;依据 13 位的 TLA运算,一个核心主干路由器在理论上只需要爱护不超过 8192 个表项,这明显降低了路由器的寻路和储备开销;其次, IPv6 接受固定长度的基本报头,不但简化了路由器的操作,降低了路由器处理分组的开销,而且便利用硬件处理路由信息成为可能;在
16、基本报头之后,仍可以附加不同类型的扩展报头,为定义可选项以及新功能供应了灵敏性;此外, IPv6 接受更合理的分段方法,即只有源端主机才答应对数据报进行分段,途经的数据报并不进行分段处理;这简化了路由器的工作,有利于提高转发效率;3.4 支持即插即用IPv6 把自动将 IP 地址支配给用户的功能作为标准功能;只要机器一连接上网络便可自动设定地址;它有两个优点;一是最终用户用不着花精力进行地址设定,二是可以大大减轻网络治理者的负担;IPv6 有两种自动设定功能;一种是和 IPv4 自动设定功能一样的名为“全状态自动设定”功能;另一种是“无状态自动设定”功能;在 IPv4 中,动态主机配置协议 D
17、ynamic Host Configuration Protocol,DHCP实 现了主机 IP 地址及其相关配置的自动设置;一个DHCP服务器拥有一个IP 地址池,主机从DHCP服务器租借 IP 地址并获得有关的配置信息 如缺省网关、DNS服务器等 ,由此达到自动设置主机口地址的目的;IPv6 继承了 IPv4 的 这 种 自 动 配 置 服 务 , 并 将 其 称 为 全 状 态 自 动 配 置 Stateful Autoconfiguration;欢迎下载精品学习资源3.5 更好的 QOS 支持IPv6 包头的新字段定义了数据流如何识别和处理; IPv6 包头中的流标识Flow Labe
18、l 字段用于识别数据流身份,利用该字段, IPv6 答应终端用户对通信质量提出要求;路由器可以依据该字段标识出同属于某一特定数据流的全部包,并按需对这些包供应特定的处理;由于数据流身份信息包含在 IPv6 包头中,因此即使是经过 IPSec 加密的数据包也可以获得 QOS支持;3.6 可扩展性IPv6 特性具有很强的可扩展性,新特性可以添加在IPv6 包头之后的扩展包头中;不象 IPv4 ,包头最多只能支持 40 字节的的可选项, IPv6 扩展包头的大小仅受到整个IPv6 包最大字节数的限制;基于以上改进和新的特性,IPv6 成为下一代互联网的核心通信协议,它为互联网换上了一个简捷、高效的引
19、擎,3不仅可以解决 IPv4 目前的地址短缺难题,而且可以使国际互联网摆脱日益复杂、难以治理和把握的局面,从而变得更加稳固,牢靠、高效和安全;4 过渡技术设计规章与三种基本过渡技术4.1 过渡技术设计规章IPv6 协议设计者们最初的“ IP 下一代协议建议”规范中定义了过渡的规章(1) ) 现有的主机能在任何时候进行升级,与其他主机或者路由器的升级是完全独立的;(2) ) 仅使用 IPv6 协议的新主机可以在任何时候被加入,完全不依靠与其他主机或者路由器的结构;(3) ) 现有的 IPv4 主机在安装了 IPv6 协议 之后,能够连续使用 IPv4 地址且不需要使用额外的地址;(4) ) 将现
20、有的 IPv4 节点升级到 IPv6 或者部署新的 IPv6 节点,都只需要较少的预备;4.2 三种基本过渡技术4.2.1 双栈技术( Dual Stack)双栈技术是指单个节点同时支持IPv4 和 IPv6 两种协议,支持双协议的节点技能与支持 IPv4 协议的节点通信,又能与支持 IPv6 协议的节点通信,这样的节点也被称为 IPv6/IPv4节点; IPv6/IPv4节点通常是接受一种双 IP 层结构来实现的如图 1 所示;欢迎下载精品学习资源图 1 双协议层结构图 2 双协议栈结构但在实际应用中这种双 IP 层结构可能会有所变形;如图 2 所示,协议栈包含了传输层得 TCP和 UDP协
21、议的不同实现方案;双协议栈技术是使 IPv6 节点与 IPv4 节点互联的最直接的方式,其应用对象是主机、路由器等通信节点;支持双协议栈的 IPv6 节点与 IPv6 节点通信时使用 IPv6 协议,与 IPv4 节点通信时使用 IPv4 协议;支持双协议栈的节点接收到数据报时,拆开并检查,假如 IPv4/IPv6 头中第一个字段的版本是 4,该报就由 IPv4 栈来处理;如为 6,就由 Ipv6 栈来处理;双协议栈技术的优点,就是能够同时支持IPv4 协议栈和 IPv6 协议栈,因此,适用于任何 IPv4 网络和 IPv6网络;但从另一方面来看,双协议栈技术也存在着诸多缺点,比如:不能从根本
22、上解决网络地址耗尽这个问题;在运行两套协议栈的时候需要两个路由的支持,这样会增加网络的复杂程度和运行的成本;双协议栈技术借助于同一物理网络进行报文传输,在实质上并未进行网络升级;鉴于以上缺点,双协议栈技术并不是由IPv4 向 IPv6 过渡的正确技术;4.2.2 隧道技术在广泛使用的 IPv4网络中显现一些接受 IPv6 协议的网络,这些网络之间有数据通信时需要跨过IPv4 网络,将 IPv6 数据报作为数据封装在 IPv4数据报中,通过 IPv4 网络进行传输,这就是隧道技术;隧道对于源站点和目的站点是透亮的;基于 IPv4 隧道的 IPv6 分组传送分为 3 个阶段即:封装、隧道传输和拆封
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