從IPv4到IPv6的轉(zhuǎn)換

1、從IPv4到IPv6的轉(zhuǎn)換考號 2222222222 姓名 卜琨內(nèi)容提要 隨著人類社會的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)路技術(shù)得到空前發(fā)展在所有的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算中，internetInternet網(wǎng)路是最成功最成熟的。Internet網(wǎng)絡(luò)從誕生之日起,IPv4協(xié)議就作為網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ),對于Internet網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展有著不可磨滅的貢獻(xiàn)。盡管當(dāng)前Internet網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行的IPv4協(xié)議非常成熟,構(gòu)成了Internet的基礎(chǔ),但是網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展及IPv4協(xié)議本身特點(diǎn)的限制,IPv4協(xié)議暴露出了越來越多的難以克服的缺點(diǎn),已經(jīng)難以適應(yīng)未來Internet網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。為了解決Internet網(wǎng)絡(luò)面臨的困難,改變

2、固有的以IPv4協(xié)議為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò),IETF研制開發(fā)了IPv6協(xié)議。 IPv6協(xié)議作為下一代的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,解決了IPv4協(xié)議的諸多缺點(diǎn),并優(yōu)化了其他重要的功能。其中以超大空間的IP地址、優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)速度和高安全性為顯著特點(diǎn)，論文介紹了IPv4與IPv6的比較，闡述了IPv4到IPv6轉(zhuǎn)換的必然性和重要性。 關(guān)鍵詞 IPv6協(xié)議 IPv4協(xié)議 協(xié)議轉(zhuǎn)換第一章、 什么是TCP/IP協(xié)議TCP/IP協(xié)議是Transmission Control Protocol/Internet Protocol的簡寫，中譯名為傳輸控制協(xié)議/因特網(wǎng)互聯(lián)協(xié)議，又名網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議，是Internet最基本的協(xié)議、Interne

3、t國際互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，由網(wǎng)絡(luò)層的IP協(xié)議和傳輸層的TCP協(xié)議組成。TCP/IP 定義了電子設(shè)備如何連入因特網(wǎng)，以及數(shù)據(jù)如何在它們之間傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)。TCP/IP協(xié)議并不完全符合OSI的七層參考模型。OSI（Open System Interconnect）是傳統(tǒng)的開放式系統(tǒng)互連參考模型，是一種通信協(xié)議的7層抽象的參考模型，其中每一層執(zhí)行某一特定任務(wù)。該模型的目的是使各種硬件在相同的層次上相互通信。這7層是：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會話層、表示層和應(yīng)用層。而TCP/IP通訊協(xié)議采用了4層的層級結(jié)構(gòu)，每一層都呼叫它的下一層所提供的網(wǎng)絡(luò)來完成自己的需求。由于ARPNET的設(shè)計(jì)者注重的是網(wǎng)絡(luò)互

4、聯(lián)，允許通信子網(wǎng)（網(wǎng)絡(luò)接口層）采用已有的或是將來有的各種協(xié)議，所以這個(gè)層次中沒有提供專門的協(xié)議。TCP/IP協(xié)議不依賴于任何特定的計(jì)算機(jī)硬件或操作系統(tǒng)，提供開放的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，即使不考慮Internet，TCP/IP協(xié)議也獲得了廣泛的支持。所以TCP/IP協(xié)議成為一種聯(lián)合各種硬件和軟件的實(shí)用系統(tǒng)。 TCP/IP協(xié)議并不依賴于特定的網(wǎng)絡(luò)傳輸硬件，所以TCP/IP協(xié)議能夠集成各種各樣的網(wǎng)絡(luò)。統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)地址分配方案，使得整個(gè)TCP/IP設(shè)備在網(wǎng)中都具有惟一的地址 。標(biāo)準(zhǔn)化的高層協(xié)議，可以提供多種可靠的用戶服務(wù) TCP負(fù)責(zé)發(fā)現(xiàn)傳輸?shù)膯栴}，一有問題就發(fā)出信號，要求重新傳輸，直到所有數(shù)據(jù)安全正確地傳輸?shù)侥康牡?/p>

5、。而IP是給因特網(wǎng)的每一臺電腦規(guī)定一個(gè)地址。在Internet上連接的所有計(jì)算機(jī)，從大型機(jī)到微型計(jì)算機(jī)都是以獨(dú)立的身份出現(xiàn)，我們稱它為主機(jī)。為了實(shí)現(xiàn)各主機(jī)間的通信，每臺主機(jī)都必須有一個(gè)唯一的網(wǎng)絡(luò)地址Internet的網(wǎng)絡(luò)地址是指連入Internet網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)的地址編號。所以，在Internet網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)地址唯一地標(biāo)識一臺計(jì)算機(jī)。 我們都已經(jīng)知道，Internet是由幾千萬臺計(jì)算機(jī)互相連接而成的。而我們要確認(rèn)網(wǎng)絡(luò)上的每一臺計(jì)算機(jī)，靠的就是能唯一標(biāo)識該計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)地址，這個(gè)地址就叫做IP（Internet Protocol的簡寫）地址，即用Internet協(xié)議語言表示的地址。第二章、 IPv4

6、現(xiàn)狀以及所面臨的問題 IPv4，是互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（Internet Protocol，IP）的第四版，也是第一個(gè)被廣泛使用，構(gòu)成現(xiàn)今互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基石的協(xié)議。傳統(tǒng)的TCP/IP協(xié)議基于IPV4屬于第二代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，核心技術(shù)屬于美國 IP地址是一個(gè)32位的二進(jìn)制地址，為了便于記憶，將它們分為4組，每組8位，由小數(shù)點(diǎn)分開，用四個(gè)字節(jié)來表示，這種書寫方法叫做點(diǎn)數(shù)表示法。IPv4的最大問題是網(wǎng)絡(luò)地址資源有限。1983年TCP/IP協(xié)議被ARPAnet采用，直至發(fā)展到后來的互聯(lián)網(wǎng)。那時(shí)只有幾百臺計(jì)算機(jī)互相聯(lián)網(wǎng)。到1989年聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)數(shù)量突破10萬臺，并且同年出現(xiàn)了1.5Mbit/s的骨干網(wǎng)。因?yàn)镮ANA把大片

7、的地址空間分配給了一些公司和研究機(jī)構(gòu)，90年代初就有人擔(dān)心10年內(nèi)IP地址空間就會不夠用。從理論上講，編址1600萬個(gè)網(wǎng)絡(luò)、40億臺主機(jī)。但采用A、B、C三類編址方式后，可用的網(wǎng)絡(luò)地址和主機(jī)地址的數(shù)目大打折扣，以至目前的IP地址已經(jīng)枯竭。其中北美占有3/4，約30億個(gè)，而人口最多的亞洲只有不到4億個(gè)，中國截止2010年6月IPv4地址數(shù)量達(dá)到2.5億，落后于4.2億網(wǎng)民的需求。雖然用動態(tài)IP及Nat地址轉(zhuǎn)換等技術(shù)實(shí)現(xiàn)了一些緩沖，但I(xiàn)PV4地址枯竭已經(jīng)成為不爭的事實(shí)。傳統(tǒng)的TCP/IP協(xié)議基于電話寬帶以及以太網(wǎng)的電器特性而制定的，其分包原則與檢驗(yàn)占用了數(shù)據(jù)包很大的一部分比例造成了傳輸效率低，現(xiàn)在

8、網(wǎng)絡(luò)正向著全光纖網(wǎng)絡(luò)和超高速以太網(wǎng)方向發(fā)展，TCP/IP協(xié)議不能滿足其發(fā)展需要，并由此導(dǎo)致了IPv6 的開發(fā)。在此，專家提出IPV6的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。第三章、IPv6的特點(diǎn) IPv6被稱為下一代互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，它是由IETF設(shè)計(jì)的代替現(xiàn)行的IPv4的一種新的IP協(xié)議。IPv6是解決IPv4所存在的不足而提出的，同時(shí)它還在許多方面提出了改進(jìn)。1。、報(bào)頭結(jié)構(gòu)：IPv6報(bào)頭占40字節(jié)，相對于變長的24字節(jié)IPv4報(bào)頭好象長了點(diǎn)，但新的IPv6報(bào)頭的結(jié)構(gòu)比IPv4簡單得多， IPv6報(bào)頭中刪除了IPv4報(bào)頭中許多不常用的域，放入了可選項(xiàng)和報(bào)頭擴(kuò)展。其可選項(xiàng)有更嚴(yán)格的定義。IPv6報(bào)頭中有6個(gè)域和2個(gè)地址空間，

9、相對于IPv4中的10個(gè)固定長度的域、2個(gè)地址空間和若干個(gè)選項(xiàng)的結(jié)構(gòu)來說IPV6要簡單 2。、地址問題： IPv6協(xié)議的地址長度是128位，共有2128個(gè)不同的IPv6地址，也就是全球可分配地址數(shù)為3.41038個(gè)。 IPv6地址表示方式和IPv4截然不同（IPv4地址表示為點(diǎn)分十進(jìn)制格式，32位的地址分成4個(gè)8位分組，每個(gè)8位寫成十進(jìn)制，中間用點(diǎn)號分隔。），它采用十六進(jìn)制格式，既128位地址是以16位為一分組，每個(gè)16位分組寫成4個(gè)十六進(jìn)制數(shù)，中間用冒號分十六進(jìn)制格式。3。、地址自動配置技術(shù) ：IPv6協(xié)議支持地址自動配置技術(shù)，這是一種“即插即用”的機(jī)制“即插即用”是指無需任何人工干預(yù)，就可

10、以將一個(gè)節(jié)點(diǎn)插入IPv6網(wǎng)絡(luò)并在網(wǎng)絡(luò)中啟動，IPv6使用了兩種不同的機(jī)制來支持即插即用網(wǎng)絡(luò)連接：啟動協(xié)議（BOOT strap Protocol，BOOTP）和動態(tài)主機(jī)配置協(xié)議（DHCP）。 這兩種機(jī)制允許IP節(jié)點(diǎn)從特殊的BOOTP服務(wù)器或DHCP服務(wù)器獲取配置信息。這些協(xié)議采用“狀態(tài)自動配置”，即服務(wù)器必須保持每個(gè)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)信息，并管理這些保存的信息。4。、域名解析技術(shù) ： IPv6網(wǎng)絡(luò)中的DNS與IPv4的DNS在體系結(jié)構(gòu)上是一致的，都是采用樹型結(jié)構(gòu)的域名空間。IPv4和IPv6共同擁有統(tǒng)一的域名空間。在IPv4到IPv6的過渡階段，域名可以同時(shí)對應(yīng)于多個(gè)IPv4和IPv6的地址。5。、鄰

11、居發(fā)現(xiàn) 任何設(shè)備都不能孤立的工作，要是孤立的話就沒有什么意義了。IPv6定義了鄰居發(fā)現(xiàn)協(xié)議（Neighbor Discovery protocol，NDP），它使用一系列IPv6控制信息報(bào)文（ICMPv6）來實(shí)現(xiàn)相鄰節(jié)點(diǎn)（同一鏈路上的節(jié)點(diǎn)）的交互管理，并在一個(gè)子網(wǎng)中保持網(wǎng)絡(luò)層地址和鏈路層地址之間的映射。 6。、超長數(shù)據(jù)傳送問題 IPv6要求互聯(lián)網(wǎng)上的每條鏈路具有1280或更多個(gè)八位組的最大傳輸單元（MTU）。無法在一段之內(nèi)傳送1280個(gè)八位組的鏈路必須根據(jù)鏈路的情況在IPv6下層的協(xié)議中提供分段和重組機(jī)制。7。、路由技術(shù) IPv6主要使用三種路由協(xié)議：RIPv6（Routing Informa

12、tion Protocol，路由信息協(xié)議）、OSPFv6（Open Shortest Path First，開放最短路徑優(yōu)先）和IDRPv2（Inter-Domain Routing Protocol，域間路由協(xié)議）以及可能的EIGRP和雙層的IS-IS。 另外，移動IPv6協(xié)議為用戶提供可移動的IP數(shù)據(jù)服務(wù)，讓用戶可以在世界各地都使用同樣的IPv6地址，非常適合未來無線上網(wǎng)。 8。安全問題 這可是個(gè)首要問題啊。原來的互聯(lián)網(wǎng)安全機(jī)制無法從IP層來保證Internet的安全。為了解決這個(gè)問題，IETF制定了一套IP安全（IP Security，IPSec）協(xié)議用于保護(hù)IP通信的安全。它既可以用于

13、IPv4也可用于IPv6。IPSec是IPv6的一個(gè)組成部分，也是IPv4的一個(gè)可選擴(kuò)展協(xié)議。它更好的支持了IPv6，使我們有機(jī)會在將網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換到這種新型協(xié)議的同時(shí)發(fā)展端到端安全性。第四章、 IPv6的優(yōu)勢 與IPv4相比，IPv6具有許多新的特點(diǎn)，如簡化的IP包頭格式、主機(jī)地址自動配置、認(rèn)證和加密以及較強(qiáng)的移動支持能力等。概括起來，IPv6的優(yōu)勢體現(xiàn)在以下五個(gè)方面。 1.地址長度 這個(gè)優(yōu)勢對運(yùn)營商有著強(qiáng)大的吸引力。IPv6的128位地址長度形成了一個(gè)巨大的地址空間。在可預(yù)見的很長時(shí)期內(nèi)，它能夠?yàn)樗锌梢韵胂蟪龅木W(wǎng)絡(luò)設(shè)備提供一個(gè)全球惟一的地址。 2.移動性 IPv6對移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的較強(qiáng)的支持能力

14、是運(yùn)營商非?？粗氐?。移動IP需要為每個(gè)設(shè)備提供一個(gè)全球惟一的IP地址。IPv4沒有足夠的地址空間可以為在Internet上運(yùn)行的每個(gè)移動終端分配一個(gè)這樣的地址。而移動IPv6能夠通過簡單的擴(kuò)展，滿足大規(guī)模移動用戶的需求。這樣，它就能在全球范圍內(nèi)解決有關(guān)網(wǎng)絡(luò)和訪問技術(shù)之間的移動性問題。 移動IPv6在新功能和新服務(wù)方面可提供更大的靈活性。每個(gè)移動設(shè)備設(shè)有一個(gè)固定的家鄉(xiāng)地址（home address），這個(gè)地址與設(shè)備當(dāng)前接入互聯(lián)網(wǎng)的位置無關(guān)。當(dāng)設(shè)備在家鄉(xiāng)以外的地方使用時(shí)，可以通過一個(gè)轉(zhuǎn)交地址來提供移動節(jié)點(diǎn)當(dāng)前的位置信息。移動設(shè)備每次改變位置，都要將它的轉(zhuǎn)交地址告訴給家鄉(xiāng)地址和它所對應(yīng)的通信節(jié)點(diǎn)。在

15、家鄉(xiāng)以外的地方，移動設(shè)備傳送數(shù)據(jù)包時(shí)，通常在IPv6報(bào)頭中將轉(zhuǎn)交地址作為源地址。移動節(jié)點(diǎn)在家鄉(xiāng)以外的地方發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)，使用一個(gè)家鄉(xiāng)地址目標(biāo)選項(xiàng)。目的是通過這個(gè)選項(xiàng)把移動節(jié)點(diǎn)的家鄉(xiāng)地址告訴給包的接收者。由于在該數(shù)據(jù)包里包含家鄉(xiāng)地址的選項(xiàng)，接收方通信節(jié)點(diǎn)在處理這個(gè)包時(shí)就可以用這個(gè)家鄉(xiāng)地址替換包內(nèi)的轉(zhuǎn)交地址。因此,發(fā)送給移動節(jié)點(diǎn)的IPv6包就能夠透明地選路到該節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)交地址處。對通信節(jié)點(diǎn)和轉(zhuǎn)交地址之間的路由進(jìn)行優(yōu)化會使網(wǎng)絡(luò)的利用率更高。 3GPP是移動網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化組織，IPv6已經(jīng)被該組織所采納，其發(fā)布的第五版文件中規(guī)定在IP多媒體核心網(wǎng)中將采用IPv6。這個(gè)核心網(wǎng)將處理所有3G網(wǎng)絡(luò)中的多媒體數(shù)

16、據(jù)包。3.內(nèi)置的安全特性 IPv6協(xié)議內(nèi)置安全機(jī)制，并已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，可支持對企業(yè)網(wǎng)的無縫遠(yuǎn)程訪問。即使終端用戶用“實(shí)時(shí)在線”方式接入企業(yè)網(wǎng)，這種安全機(jī)制也是可行的;而這種“實(shí)時(shí)在線”的服務(wù)類型在IPv4技術(shù)中是無法實(shí)現(xiàn)的。對于從事移動性工作的人員來說，IPv6是IP級企業(yè)網(wǎng)存在的保證。 在安全性方面，IPv6同IP安全性（IPSec）機(jī)制和服務(wù)一致。除了必須提供網(wǎng)絡(luò)層這一強(qiáng)制性機(jī)制外，IPSec還提供兩種服務(wù)。其中，認(rèn)證報(bào)頭（AH）用于保證數(shù)據(jù)的一致性，而封裝的安全負(fù)載報(bào)頭（ESP）用于保證數(shù)據(jù)的保密性和數(shù)據(jù)的一致性。在IPv6包中，AH和ESP都是擴(kuò)展報(bào)頭，可以同時(shí)使用，也可以單獨(dú)使用其中一個(gè)

17、。此外，作為IPSec的一項(xiàng)重要應(yīng)用，IPv6還集成了VPN的功能。 4.服務(wù)質(zhì)量 在這方面，IPv6較之IPv4有了很大的改善。從協(xié)議的角度看，IPv6的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在能提供不同水平的服務(wù)。這主要是由于IPv6報(bào)頭中新增加了字段“業(yè)務(wù)級別”和“流標(biāo)記”。有了它們，在傳輸過程中，中間的各節(jié)點(diǎn)就可以識別和分開處理任何IP地址流。盡管對這個(gè)流標(biāo)記的準(zhǔn)確應(yīng)用還沒有制定出有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，但將來它會用于基于服務(wù)級別的新計(jì)費(fèi)系統(tǒng)。另外，在其他方面，IPv6也有助于改進(jìn)QoS。這主要表現(xiàn)在支持“實(shí)時(shí)在線”連接、防止服務(wù)中斷以及提高網(wǎng)絡(luò)性能方面。同時(shí)，更好的網(wǎng)絡(luò)和QoS也會提高客戶的期望值和滿意度。 5.自動配置 這是

18、一種即插即用的機(jī)制。IPv6的另一個(gè)基本特性是它支持無狀態(tài)和有狀態(tài)兩種地址的自動配置方式。無狀態(tài)地址自動配置方式是獲得地址的關(guān)鍵。在這種方式下，需要配置地址的節(jié)點(diǎn)使用一種鄰居發(fā)現(xiàn)機(jī)制獲得一個(gè)局部連接地址。一旦得到這個(gè)地址之后，它使用另一種即插即用的機(jī)制，在沒有任何人工干預(yù)的情況下，獲得一個(gè)全球惟一的路由地址。有狀態(tài)配置機(jī)制如DHCP（動態(tài)主機(jī)配置協(xié)議）需要一個(gè)額外的服務(wù)器，因此也需要很多額外的操作和維護(hù)。第五章、IPV6的四大意義 一1、IPV6為下一代互聯(lián)網(wǎng)“立法”。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是為網(wǎng)絡(luò)“立法”，它規(guī)定了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的基本規(guī)則，其地位至關(guān)重要。 二2、IPV6對國家信息化建設(shè)的重要貢獻(xiàn)。通過啟動以IPV6為基礎(chǔ)核心協(xié)議的下一代互聯(lián)網(wǎng)的研究開發(fā)與建設(shè)可以推動我國信息基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，同時(shí)給網(wǎng)絡(luò)制造業(yè)帶來新的發(fā)展機(jī)遇，給信息服務(wù)產(chǎn)業(yè)帶來巨大的發(fā)展空間?？梢哉f，基于IPV6基礎(chǔ)協(xié)議構(gòu)建的下一代網(wǎng)絡(luò)將成為國家