IPv4與IPv6的網絡互聯(lián)

1、信息工程學院計算機網絡課程設計報告題目： IPv4與IPv6的網絡互聯(lián)專業(yè)：信息管理與信息系統(tǒng)班級：14級: 學號：完成時間： 年月日指導教師：、選題目的中國是當前全球最急需IP地址的國家之一，因此在IPv6標準制訂以及產業(yè) 化和商業(yè)化的進程中都顯得非常積極。在中國的IPv6產業(yè)化進程中，我國政府對IPv6技術及產業(yè)發(fā)展給予了極大的關注與支持，“積極跟蹤、把握機遇、穩(wěn)妥推進”是中國對于IPv6技術的態(tài)度，在大力推行政策支持的同時會進行網 上實驗，掌握IPv6在實際運行中的各種技術。但是IPv6協(xié)議在全國全面實現(xiàn)短 時間還不可能完成。中國密切關注著 IPv6的發(fā)展，目前很多的地高校和科研機 構已

2、經與國外一些運營商合作，對IPv6進行研究實驗。美國之前擁有著全球74%勺IP地址資源，所以對IPv6的態(tài)度一直略顯得不 關心。直到思科于2001年7月10日宣布與微軟、IBM惠 普、SUN和摩托羅 拉結成伙伴關系，共同推進IPv6硬件和軟件的開發(fā)。這也體現(xiàn)出了 IPv6的重要 性。在歐洲，各國政府對IPv6的發(fā)展都給予了高度的關注與支持。歐洲各國雖 沒有像亞太地區(qū)一樣緊缺IP地址，但在IPV6的發(fā)展上不想落后于日本這樣的國 家，并且想通過IPV6挽回同美國之間的差距。目前歐洲各國正大力發(fā)展IPv6技術，專家認為歐洲的3G將在1-2年進入全面應用階段。在亞太地區(qū)，IP地址的資源相對比較緊，所以

3、大多數(shù)國家起步較早，并且 走在了世界前列。此中，日本對IPV6表現(xiàn)的興趣最大，政府已制定了 “E-JAPAN 的戰(zhàn)略。其他的經濟較發(fā)達國家對新的技術也很有興趣。新加坡，國都投入大量的技術和資金，去嘗試IPv6的普及。二、主要研究容孤立IPv6網絡運行沒有多少意義，互聯(lián)網環(huán)境下，就是要實現(xiàn)資源共享。 互聯(lián)網絡間應能夠無障礙流暢互通。部署IPv6網絡，首要解決的就是IPv6流量 如何通過IPv4網絡，其次就是IPv6網絡如何與IPv4網絡實現(xiàn)互通。在無運營 商提供IPv6過渡解決方案下，如何由企業(yè)自身完成IPv6網絡的部署并能夠與其 他網絡共享資源，主要幾個問題要考慮：投入成本。許多企業(yè)并非不愿意

4、部署IPv6網絡，而是部署成本高。一些新 的好的技術固然好，但需要購置新的設備。這些設備價格不菲，而且還會混造成 現(xiàn)有設備資源用不上場的浪費。理想情況下，只需要升級少量或者是不升級現(xiàn)有 設備就能夠部署合適的IPv6網絡。對于過度策略的選擇最好根據當前設備支持 程度選擇合適的方案。網絡規(guī)模及業(yè)務圍。不同網絡規(guī)模對于網絡設備性能要求很高，有些過渡技術因先天缺陷會使得網絡性能較差。業(yè)務圍可以決定選用過渡策略是使用僅面向 IPv6網絡還是同時面向IPv4與IPv6網絡。因IPv6過渡有諸多限制，這些因素 選擇都會使得網絡性能變化很大。上層業(yè)務可行性。雖然IPv6是網絡層，但同樣影響上層業(yè)務。支持 IP

5、v4 的業(yè)務并不一定支持IPv6業(yè)務。所以，對于建立的IPv6網絡，要測試其上層業(yè) 務的可行性。IPv6與IPv4互通技術是目前IPv6過渡最大難題之一。此設計關鍵點就是 解決互通難題。1. IPv6地址特點IPv6 一個顯著特點就是128比特長度地址直接增大了可使用的地址空間；同時IPv6的址空間使得幾乎每種設備都有一個全球的、可達的地址；IPv6可以在地址空間使用等級層次結構的層次化編址；IPv6還增加了自動配置功能，持 全球惟一性的同時自動配置設備上的地址；相比于IPv4，IPv6簡化了格式，提高了性能；IPv6使用擴展管理中的可選信息，而不是像IPv4在結尾使用選項字 段；IPv6的每

6、種實現(xiàn)中都包含IPSec,使得IPv6具有潛在的端到端安全性。2. IPv6編址(1) IPv6 基本IPv6譬 潦量類型流標簽(20)凈荷長度(16)下一個頭部(8)跳限制(8)源IPv6地址目地IPv6地址(1288it)圖2-1 IPv6 基本格式在IPv6中，以64位為單位，且的總長度是 40字節(jié)。IPv6協(xié)議為 對其 定義了版本、流量類型、流標簽、凈荷長度、下一個頭部、跳數(shù)限制、源IPv6地址、目的IPv6地址字段，如圖2-1。 IPv6擴展版本（6） | 滝量芙型（時潦標簽（20凈荷長愷<16）F亍頭部（8）腐限制（8）I3SIP誡地址 <l2SBitJ：.>1i

7、地址下一牛頭韶 擴展包頭M |>pHI下個頭協(xié)r擴展包頭胡有效典裁（兀P/UD巧圖2-2 IPv6擴展IPv6擴展是可能跟在基本IPv6后面的可選。一個IPv6數(shù)據包可能包括0 個、1個或多個擴展。如圖2-2所示，當IPv6數(shù)據包使用多個擴展時，通過前 面的下一個字段指明擴展而形成連接的列表。（2）IPv6地址表示使用32位十六進制字符表示一個IPv6地址，每4位十六進制數(shù)為一段，分 為8段。段間使用“：”分隔。在IPv6中，常常見到包含一長串0的地址，為了方便書寫，在IPv6地址的 連續(xù)16比特為0和16比特字段中的前導為0時，使用一種特定的語法壓縮連續(xù) 的0。當連續(xù)的16比特為0時，

8、用“:”表示這些字段的0。但IPv6中只允許 一個“:：”。該方法表示一個IPv6地址可能有多種表示方法。當16比特有前導 0時，可以去掉前導0。（3）IPv6中的協(xié)議 ICMPv6ICMPv6向源節(jié)點報告關于向目的地傳輸IPv6數(shù)據包的錯誤和信息。ICMPv6協(xié)議號為58。如圖2-3，這個協(xié)議號被用在基于IPv6報頭的下一 個字段中，指示這是一個ICMPv6數(shù)據包。IPv6認為ICMPv6數(shù)據包是一個上層 協(xié)議，它必須放在IPv6數(shù)據包所有擴展之后。!Pv6tsiI<下一6包頭=強-ICMP誡類型ICMPvft碼較臉和MPvh數(shù)握圖2-3 ICMPv6格式 PMTUDPMTUD（路徑M

9、TU發(fā)現(xiàn)）的主要目的是發(fā)現(xiàn)路徑上的 MTU當數(shù)據包發(fā)向目的 地時避免分段。僅當路徑MTU比傳送的數(shù)據包小時源節(jié)點自己才可以對數(shù)據包分 段。強烈建議IPv6節(jié)點實現(xiàn)IPv6 PMTUD以避免分段。 鄰居發(fā)現(xiàn)協(xié)議（NDP鄰居發(fā)現(xiàn)協(xié)議（NDP是IPv6中的一個關鍵協(xié)議。NDP主要用來替代ARP無狀 態(tài)自動配置和路由器重定向。 無狀態(tài)自動配置無狀態(tài)自動配置是IPv6最有吸引力和最有用的新特征之一。它允許本地鏈路上 的節(jié)點根據路由器在本地鏈路上公告信息自己配制單播IPv6地址。無狀態(tài)自動配置涉及前綴公告、DA（重復地址檢測）、前綴重編碼等幾種機制。1. 模擬器簡介在配置IPv4與IPv6互連的實驗中，我

10、們使用的是Dynamips GNS3莫擬器。 這款模擬器基于硬件模擬的思科路由模擬器，該模擬器可以加載真實的思科路由器的IOS,實驗效果和真實的網絡環(huán)境基本沒有區(qū)別，它模擬出路由器的硬件環(huán) 境，然后在這個環(huán)境下直接運行思科的IOS,其模擬的真實性幾乎可以完成所有 的路由配置實驗。2. 6to4隧道配置本實驗通過隧道技術，來實現(xiàn)IPv4網絡與IPv6網絡的互連的實現(xiàn)。隧道機 制在現(xiàn)有的IPv4基礎設施中配置IPv6時，會以IPv4網絡作為傳輸層，將一個 IPv6孤島的IPv6主機、路由器等設備通過數(shù)據傳輸給另外一個IPv6孤島，實現(xiàn)IPv6孤島間的通信。采用隧道技術，可以利用現(xiàn)有的IPv4網絡，

11、將小的IPv6孤島合并成大型的IPv6網絡，最終通過技術和設備的更新，完成大規(guī)模圍的純 IPv6網絡。本隧道實驗使用5臺路由設備，其中路由器1和路由器3是支持ipv4和ipv6 雙協(xié)議的路由器，路由器2是支持ipv4的路由器。采用兩個路由器 4和路由器 5來模擬PC機，實驗要達到的要 R4和R5可以互相ping通。圖-1 : 6to4隧道網絡拓撲圖3. IPv6網絡NAT-PT靜態(tài)映射實驗配置本實驗NAT-PT技術實現(xiàn)ipv4與ipv6網絡之間的互聯(lián)，不需要隧道技術就 可以直接實現(xiàn)ipv4到ipv6網絡互聯(lián)的功能，它的功能實現(xiàn)是采用地址映射關系。192. 1E>8. D. 0/24200

12、0: :/64映射關糸.2C00： ：2 < >192. 168. L 1168. (k I < >2001 I圖-2 :靜態(tài)NAT-PT4. ISATAP隧道技術本實驗采用ISATAP隧道技術實現(xiàn)ipv4到ipv6的網絡互聯(lián)，建立tunnel 端口，將ipv4封裝到tunnel里面，ipv4再給ipv6發(fā)送數(shù)據包時，R2路由器會 自動給ipv4網絡的發(fā)包主機一個ipv6的地址，它的地址是有ipv6地址的網絡前綴加上ipv4的網絡地址組成的。在 R3路由器添加通往R2給ipv4的ipv6地 址的網絡號的路由信息，這樣就可以使用C1之間ping R3 ipv6的地址。圖-

13、3 : ISATAP隧道四、主要設備命令配置在實驗配置的過程中，給路由器做配置的過程中我們輸入的命令都包括一定的功 能，下面我們對一些較常見的命令做簡單的介紹：en： enable的縮寫，此命令可使操作者進入路由器的全功能模式。conf t : con figuretermi nal的縮寫，表示從終端執(zhí)行配置命令。no sh： no shutdown的縮寫，此命令取消了路由器的自動關閉功能。ipv6unicast-routing:這條配置語句可以啟動路由協(xié)議，開啟IPv6單播路由功能，一些簡單的路由網絡的聯(lián)通都會依靠此命令。ipv6nat :對此命令的當前接口開啟 NAT-PT轉換。tunne

14、l mode ipv6ip :此命令標明配置的隧道模式是IPv6到IPv4。了解這些簡單的配置語句，對理解實驗配置會起到很好的幫助作用。1.6to4隧道配置命令在R1的配置如下：R1(c on fig)# in terface Tunn el0R1(c on fig-if)#ipv6 address 2000:1/64R1(c on fig-if)#t unnel mode ipv6ipR1(c on fig-if) no shutdow nR1(config)#interface FastEthernetO/OR1(co nfig-if)#ipv6 address 2001:1/64R1(c

15、 on fig-if) no shutdow nR1(config)#interface Serial1/0R1(c on fig-if) no shutdow nR1(co nfig)#ipv6 route 2002:/64 Tu nn el0R1(c on fig-if)#ipv6uni cast-routi ng在R2的配置如下：R2(config)#interface Serial1/0R2(c on fig-if)# no shutdow nR2(config)#interface Serial1/1R2(c on fig-if)# no shutdow n在R3的配置如下：R3(c

16、 on fig)# in terface Tunn el1R3(c on fig-if)#ipv6 address 2000:2/64R3(c on fig-if)#t unnel mode ipv6ipR3(c on fig-if) no shutdow nR3(config)#interface FastEthernet0/0R3(co nfig-if)#ipv6 address 2001:2/64R3(c on fig-if) no shutdow nR3(config)#interface Serial1/1R3(c on fig-if) no shutdow nR3(config)#

17、ipv6 route 2001:/64 TunnellR3(c on fig-if)#ipv6uni cast-routi ng在R4的配置如下：R4(config)#interface FastEthernet0/0R4(c on fig-if)#ipv6 address 2001:11/64R4(c on fig-if)# no shutdow nR4(c on fig)#ipv6 uni cast-rout ingR4(config)#ipv6 2002:/64 tunnel 0在R5的配置如下：R5(config)#interface FastEthernet0/0R5(co nfig

18、-if)#ipv6 address 2002:22/64R5(c on fig-if)# no shutdow nR5(config)#ipv6 2001:/64 tunnel 1R4(c on fig)#ipv6 uni cast-routig n 2. IPv6網絡NAT-PT靜態(tài)映射實驗配置命令在R1路由器配置命令：Router(c on fig)#i ntRouter(c on fig-if)#ipRouter(c on fig-if)# noRouter(c on fig-if)#exits1/0shR3路由器配置命令：Router(c on fig)#i ntRouter(c on

19、 fig-if)#ipv6Router(c on fig-if)# noRouter(c on fig-if)#exitRouter(c on fig)#ipv6s1/1add 2000:2/64shuni cast-rout ingRouter(co nfig)#ip route 2001:/64 2000:1在R2路由器配置命令：Router(co nfig)#i nts1/1Router(c on fig-if)#ipv6add2000:1/64Router(c on fig-if)# noRouter(c on fig-if)#ipv6shnatRouter(c on fig-if)#

20、exiRouter(c on fig)#i nts1/0Router(c on fig-if)#ipadd 192.168.0.1255.255.255.0Router(c on fig-if)# noshRouter(c on fig-if)#ipv6natRouter(c on fig-if)#exiRouter(c on fig)#ipv6nat v4v6 source 192.168.0.22001:1Router(c on fig)#ipv6nat v6v4 source 2000:2192.168.1.1Router(c on fig)#ipv6nat prefix 2001:/9

21、6Router(c on fig)#ipv6uni cast-rout ing3.ISATAP隧道技術在R1的路由配置命令:Router(c on fig)# in terface FastEther net0/0Router(c on fig-if)# no shutdow nRouter(c on fig)# in terface Serial1/0Router(c on fig-if)# no shutdow n在R2的路由配置命令：Router(c on fig)i nterface Tunn elORouter(co nfig-if)ipv6 address 2001:/64 eui

22、-64Router(c on fig-if) no shutdow nRouter(c on fig-if) no ipv6 nd ra suppressRouter(c on fig-if)t unnel mode ipv6ip isatapRouter(c on fig)i nterface Serial1/1Router(c on fig-if) no shutdow nRouter(c on fig-if)i nterface Serial1/2Router(co nfig-if)ipv6 address 2000:1/64Router(c on fig-if) no shutdow

23、nRouter(c on fig)ipv6 uni cast-routi ng在R3的路由配置命令：Router(c on fig)#i nterface eriali1/3Router(co nfig-if)#ipv6 address 2000:264Router(c on fig-if)# no shutdow nRouter(c on fig)ipv6 uni cast-routi ng在C1的配置命令如圖：圖-4虛擬機配置命令五、測試結果與分析：1.6to4隧道配置結果與分析R4pingR5,在 R4的 Console 輸入 ping 2002:22, 顯示結果為R4>pi ng

24、 2002:22Type escape seque nee to abort.Se nding 5, 100-byte ICMP Echos to 2002:22, timeout is 2 seco nds:!Success rate is 100 percent(5/5), round-tripmin/avg/max =236/378/612 msR5pingR4,在 R5的 Console 輸入 ping 2001:11, 顯示結果為R5#ping 2001:11Type escape seque nee to abort.Se nding 5, 100-byte ICMP Echos

25、to 2001:11, timeout is 2 seco nds:!Success rate is 100 percent (5/5), round-tripmin/avg/max =208/272/352 ms在6to4隧道配置中，可以用ipv4連接ipv6的孤島，這樣可以使ipv6孤島 之間進行通訊，它的實現(xiàn)是ipv6的數(shù)據包經過ipv4的路由器時，會對ipv6的 數(shù)據包進行封裝，在ipv6的報頭前面加上ipv4的地址，在通過ipv4的網絡后， 路由器會對數(shù)據包進行拆封，將ipv6的數(shù)據包還原，然后交給和它進行通訊的 ipv6孤島。所以由此看來，數(shù)據的傳輸是整個ipv4的網絡都在隧道中的

26、隱形傳 輸。2.IPv6網絡NAT-PT靜態(tài)映射實驗配置R1pi ngR3的映射地址：Type escape seque nee to abort.Success rate is 60 perce nt (3/5), ro un d-trip min /avg/max = 52/65/84 msR3pi ngR1的映射地址：R3#ping 2001:1Type escape seque nee to abort.Sending 5, 100-byte ICMP Echos to 2001:1, timeout is 2 seco nds:Success rate is 60 perce nt

27、(3/5), ro un d-trip min /avg/max = 64/73/80ms在靜態(tài)NAT-PT實驗中，ipv4和ipv6地址的映射是達到互相通訊的關鍵。在因 為，在不同的協(xié)議，ipv4網絡不能直接ping ipv6的網絡的地址，所以，NAT-PT 技術就提供了地址映射來達成通訊，將一個ipv4的地址映射成一個ipv6的地址，在R2路由器上，從ipv6網絡過來的數(shù)據包路由器會查詢映射關系表，將其中綴。ipv6的地址映射成ipv4的地址，再發(fā)送給ipv4的網絡中（將ipv6的地址映射成ipv4的地址，它們的原理相同）3.ISATAP隧道技術圖-5 : ipconfig 信息C1 獲取

28、 R2 通過 Tunnel 分配給的 ipv6 的地址 的ipv4的地址是C1的地址。2001:/64 是ISATAP雖大網段的網絡前圖-6 : v4v6發(fā)送數(shù)據包；f:ffffSffffSfV1 inking 20U3 = - 2 with 92 Jbyites of-賈 xDcniHi"ts jinri :SifttitWnar來 R0nini wtFatnF1C : WTND0WSsyslem32ciiid. exeTP CvnTiwiEtlwi*net Adavt*r 衣世連:疾:runnel adapter Teredo Tunneling Pseudo-nterface:

29、Fe80i：Ffrr；rn?F：ffFdz5fron fron frun2kJai：；：；8EI；：52：2MHM：:2030=2： 2000；：2：2UL=；Sefe：fc80i：5eFCFhRH:SBfn：IP Address- DqfcuuK Catcuay2030112；Received -九 Lcat - 0 <0>i lcaa>unne 1Au'tonati.c Tunneling' PsewidD- I n±grf aca :Conn«ctinn-si)Rcifit DNS $nffixIP Address TIF Addre

30、ss. 一 . _ Def dull Gateuriv runn*l adn>tai Autonatic Tunnt linj PsudoIntsrfAcs :Hpply 片廿PlyConnection-apecific DN£ Suffix IP Address. +*+*+*+* TP Address* +*+* Dafaul七= = -*-time t3f»nsCifliC -571* ns cine-aaSns tliite -453*is:J)ocumcn ta and Get tinjff vdninisti-atoi'->ping 306Q

31、 ： - 2FfiRfll： ;2Ar； ;29FF :f ff43；rKFftx4ie.e«o+iConnvGtic DHE Suffix IP Address* +*+*+*+* Subnet tlask +* + * + * + * TP AridrfiSR.亠亠.亠亠-亠亠 Defciulc Galuwd +* + * + *C: WIND0WSsysteii32cnid, extConneGtion-specific DH$ Suffix TP Address.甲* 甲.DrFriiiilt Gatfi.in a tat io tic a forPachuta s Sent： ppQxim鼻round tvip t irwo in nilli-aQGonda =Mininufi = 453nt, Naxiiwr = 8闕irc.= 614nc在C1上pingipv6網段的地址2