2012年度華師中職國培

1、IPv6 在網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用及實(shí)現(xiàn)2012 年度華師大國培遼寧朝陽：IPv6、尋址、網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用、設(shè)計(jì)摘要：IPv6 的時(shí)代即將到來，但是普通用戶對于 IPv6 了解較少。相對于網(wǎng)絡(luò)普及更高的高校、城域等骨干網(wǎng)絡(luò)是各類學(xué)校師生及各種不同群體進(jìn)行信息溝通和交流的重要，高校、城域骨干網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)優(yōu)勢使得 IPv6 在高校、城域等骨干網(wǎng)絡(luò)中成為試點(diǎn)變成可能。本文對 IPv4 和 IPv6 進(jìn)行了介紹，并對 IPv6 在高校、城域等骨干網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用和設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析和探討。一、引言自從ernet 誕生那天開始，ernet 技術(shù)一直發(fā)展的非常迅猛，WWW 服務(wù)得到高度普及之后，尤其是最近幾年智能、家用電器、汽車、

2、照相機(jī)、無線終端用戶的大量增加，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的數(shù)量更是以幾何級數(shù)增長，網(wǎng)絡(luò)速度和網(wǎng)絡(luò)的延展度更是飛速發(fā)展著。當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)所采用的是 TCP/IP 協(xié)議，因此，IP 地址對于通信的順利完成就起到一個(gè)非常重要的作用?；ヂ?lián)網(wǎng)、智能、移動(dòng)無線設(shè)備等的高速發(fā)展，IPv4 地址資源已經(jīng)枯竭，為了解決這一問題，雖然使用 NAT 等技術(shù)稍有緩解但是不能從根本上得以解決。IETF組在經(jīng)過了大量的分析和研究后，設(shè)計(jì)出了新一代的通信協(xié)議 IPv6。地址空間的設(shè)計(jì)采用 128 位長度，因此 IPv6 有效的解決了 IPv4 地址匱乏，加之在、路由、協(xié)議、安全等方面 IPv6 均以形成了較為完善的標(biāo)準(zhǔn)，因此它取代 IPv4

3、的地位已經(jīng)成為了必然。二、IPv6 優(yōu)勢、特點(diǎn)及安裝(一)、與以往使用的 IPv4 相比，IPv6 具有多個(gè)優(yōu)勢：1、IPv6 具有更大的地址空間。IPv4 中規(guī)定IP 地址長度為 32，最大地址個(gè)數(shù)為 232；而 IPv6 中IP 地址的長度為 128，即最大地址個(gè)數(shù)為 2128，這個(gè)數(shù)目被稱為“地球上每都擁有一個(gè) IP 地址”。2、IPv6 使用更小的路由表。IPv6 的地址分配一開始就遵循聚類原則，這使得路由器能在路由表中用一條（Entry）表示一片子網(wǎng)，大大減小了路由器中路由表的長度，提高了路由器轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的速度。3、IPv6 增加了增強(qiáng)的組播（Multicast）支持，以及對流的控制

4、（Flow Control），這使得網(wǎng)絡(luò)上的多應(yīng)用有了長足發(fā)展的機(jī)會，為服務(wù)質(zhì)量 QoS（Quality of Service）控制提供了良好的網(wǎng)絡(luò)。4、IPv6 加入了對自動(dòng)配置（Auto Configuration）的支持。這是對DHCP 協(xié)議的改進(jìn)和擴(kuò)展，使得網(wǎng)絡(luò)的管理更加方便和快捷。5、IPv6 具有更高的安全性。在使用 IPv6 網(wǎng)絡(luò)中用戶可以對網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密并對 IP 報(bào)文進(jìn)行校驗(yàn)，在 IPv6 中的加密與鑒別選項(xiàng)提供了分組的性與完整性。極大的增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的安全性。6、IPv6 使用新的頭部格式，其選項(xiàng)與基本頭部分開，如果需要，可將選項(xiàng)到基本頭部與上層數(shù)據(jù)之間。這就簡化和加速了

5、路由選擇過程，因?yàn)榇蠖鄶?shù)的選項(xiàng)不需要由路由選擇。7、IPv6 有一些新的選項(xiàng)來實(shí)現(xiàn)附加的功能。另外如果新的技術(shù)或應(yīng)用需要時(shí)，IPv6 允許協(xié)議進(jìn)行擴(kuò)充。(二)、IPv6 特點(diǎn)及尋址IPv6 地址為接口和接口組指定了 128 位的標(biāo)識符。有三種地址類型： 單播。一個(gè)單接口有一個(gè)標(biāo)識符，發(fā)送給一個(gè)單播地址的包傳遞到由該地址標(biāo)識的接口上。 任意點(diǎn)播。一般屬于不同節(jié)點(diǎn)的一組接口有一個(gè)標(biāo)識符。發(fā)送給一個(gè)任意點(diǎn)播地址的包傳送到該地址標(biāo)識的、根據(jù)選路協(xié)議距離度量最近的一個(gè)接口上。 組播。一般屬于不同節(jié)點(diǎn)的一組接口有一個(gè)標(biāo)識符。發(fā)送給一個(gè)組播地址的包傳遞到該地址所標(biāo)識的所有接口上。在 IPv6 中沒有廣播地址

6、，它的功能正在被組播地址所代替。在 IPv6 中，任何全“0”和全“1”的字段都是合法值，除非特殊地排除在外的。特別是前綴可以包含“0”值字段或以“0”為終結(jié)1、尋址模型所有類型的 IPv6 地址都被分配到接口，而不是節(jié)點(diǎn)。一個(gè) IPv6單播地址屬于單個(gè)接口。因?yàn)槊總€(gè)接口屬于單個(gè)節(jié)點(diǎn)，多個(gè)接口的節(jié)點(diǎn)，其單播地址中的任何一個(gè)可以用作該節(jié)點(diǎn)的標(biāo)識符。所有接口至少需要有一個(gè)鏈路本地單播地址。一個(gè)單接口可以指定任何類型的多個(gè) IPv6 地址(單播、任意點(diǎn)播、組播)或范圍。具有大于鏈路范圍的單播地址，對這樣的接口是不需要的，也就是從非鄰居或者到非鄰居的這些接口，不是任何 IPv6包的或目的地。這有時(shí)適用

7、于點(diǎn)到點(diǎn)接口。對這樣的尋址模型有一個(gè)例外：如果處理多個(gè)物理接口的實(shí)現(xiàn)呈現(xiàn)在ernet 層好像一個(gè)接口的話，一個(gè)單播地址或一組單播地址可以分配給多個(gè)物理接口。這對于在多個(gè)物理接口上負(fù)載共享很有用。2、地址的文本表示用文本串表示的 IPv6 地址有三種規(guī)范形式：(1) 優(yōu)先選用的形式為:x:x:，其中 x 是 8 個(gè) 16 位地址段的十六進(jìn)制值。例如：FEDC:BA98:7654:3210:FEDC:BA98:7654:32101080:0:0:0:8:800:200C:417A個(gè)別字段中前面的 0 可以不寫，但是每段必須至少有一位數(shù)字。(2) 在分配某種形式的 IPv6 地址時(shí)，會發(fā)生包含長串

8、0 位的地址。為了簡化包含 0 位地址的書寫，指定了一個(gè)特殊的語法來壓縮0 。使用“：”符號指示有多個(gè) 0 值的 16 位組。“：”符號在一個(gè)地址中只能出現(xiàn)一次。該符號也能用來壓縮地址中前部和尾部的 0用下面的例子來說明：1080:0:0:0:8:800:200C:417A 單播地址FF01:0:0:0:0:0:0:101 組播地址0:0:0:0:0:0:0:1 回返地址0:0:0:0:0:0:0:0 未指定地址以上四個(gè)地址可用下面的壓縮格式表示：1080:8:800:200C:417A 單播地址FF01:101 組播地址:1 回返地址:未指定地址(3) 當(dāng)談到 IPv4 和 IPv6 節(jié)點(diǎn)這

9、樣一個(gè)混合環(huán)境時(shí)，有時(shí)更適合于采用另一種表示形式:d.d.d.d,其中 x 是地址中 6 個(gè)高階 16 位段的十六進(jìn)制值，d 是地址中 4 個(gè)低價(jià) 8 位段的十進(jìn)制值(標(biāo)準(zhǔn)IPv4 表示)。舉例說明：0:0:0:0:0:0:0:0:0:0:0:F:8以上兩個(gè)地址寫成壓縮形式為：:F.83、地址前綴的文本表示IPv6 地址前綴的表示方式和 IPv4 地址前綴在 CIDR 中的表示方式很相似。一個(gè) IPv6 地址前綴可以表示為如下的形式：IPv6 地址/前綴長度，其中，IPv6 地址是 2.2 節(jié)中表示的的IPv6 地址。而前綴長度是組成前綴的十進(jìn)制值，說明地址最左邊的連續(xù)的地址位的長度。例如，6

10、0 位長的前綴 12AB:0000:0000:CD3 十六進(jìn)制)可用下面的合法格式來表示：12AB:0000:0000:CD30:0000:0000:0000:0000/6012AB:CD30:0:0:0:0/6012AB:0:0:CD30:/60但是，下面的表示方式是不合法的。12AB:0:0:CD3/60 在任何一個(gè)16 位段的地址塊中，可以省略前部的0。但不能省略尾部的 0。(三)、IPv6 的安裝Win7 和 Vista 已預(yù)裝 IPv6，這里不在贅述，目前絕大多數(shù)用戶仍然使用 Win XP 操作系統(tǒng)，下面介紹 Win XP 下安裝過程：1、命令行下安裝開始- 運(yùn)行- 輸入“cmd”-

11、 在命令提示符下輸入“ipv6 install”安裝成功的提示過后輸入命令“ipconfig /all” 查看IPv6 的IP 地址。如果想卸載 IPv6，那么執(zhí)行命令“ipv6 uninstall”，然后重新啟動(dòng)計(jì)算機(jī)即可。2、可視化下安裝依次點(diǎn)擊“本地連接”、“屬性”選擇“協(xié)議”后，選擇“TCP/IP 版本 6”點(diǎn)擊“確定”完成安裝，通過自動(dòng)獲取 IPv6地址或進(jìn)行手動(dòng)配置，使用計(jì)算機(jī)能夠進(jìn)行通信。三、IPv4 到 IPv6 的三種過渡技術(shù)（一）雙協(xié)議棧所謂雙協(xié)議棧，就是指網(wǎng)絡(luò)中的某一個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)支持 IPv4、IPv6兩種協(xié)議，之所以能夠達(dá)到這一效果，主要是因?yàn)?IPv4、IPv6 是兩種

12、功能相近、基于相同物理的協(xié)議，并且其上所加載的 TCP、UDP協(xié)議并沒有任何區(qū)別，因此，支持雙協(xié)議棧的節(jié)點(diǎn)能夠同時(shí)對 IPv4或 IPv6 的分組進(jìn)行接收、處理和發(fā)送。雙協(xié)議棧的協(xié)議是將某一臺服務(wù)器作為主機(jī)，該主機(jī)同時(shí)支持 IPv4、IPv6 兩種協(xié)議，能夠單純的與IPv4 或IPv6 主機(jī)進(jìn)行通信，也就是說，它的工作方式有三種：1.只作為 IPv4 的通信節(jié)點(diǎn)。2.只作為 IPv6 的通信節(jié)點(diǎn)。3.同時(shí)進(jìn)行兩種協(xié)議，成為雙棧節(jié)點(diǎn)。在處理過渡問題的方法中，雙協(xié)議棧協(xié)議無疑是最為簡單和廣泛的一種，由于該方法的實(shí)現(xiàn)相對容易，因此是目前解決 IPv4 和 IPv6兼容的最直接。（二）隧道“隧道”指的

13、是將某一種協(xié)議的報(bào)頭封裝在另一種協(xié)議的報(bào)頭當(dāng)中，這樣，該協(xié)議就能夠通過另一種協(xié)議的封裝來完成通信。而IPv6 隧道，就是指將 IPv6 的數(shù)據(jù)包封裝在 IPv4 的數(shù)據(jù)包當(dāng)中，在完成傳輸后，再在隧道的另一端完成封裝的解除。想要完成此項(xiàng)操作，封裝和解封裝的節(jié)點(diǎn)就必須要同時(shí)具有 IPv4、IPv6 的雙協(xié)議棧功能。通過隧道技術(shù)，能夠在只對出進(jìn)行修改的情況下完成 IPv4 和IPv6 的通信，且沒有其它需求，因此非常容易實(shí)現(xiàn)。（三）網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換也屬于協(xié)議棧轉(zhuǎn)換技術(shù)的一種，它的主要作用就是解決IPv4 和IPv6 之間的互通問題。該技術(shù)在進(jìn)行 IPv4 和IPv6 的地址轉(zhuǎn)換的同時(shí)，也在

14、IPv4 和IPv6 分組之間進(jìn)行報(bào)頭、語義的翻譯。網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換不需要對節(jié)點(diǎn)進(jìn)行軟硬件修改，但是需要在 IPv4 和IPv6 通信時(shí)，通過對服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議頭進(jìn)行轉(zhuǎn)換。由于網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換在進(jìn)行 IPv4 地址分配的時(shí)候，采用的是傳統(tǒng)的技術(shù)，因此可以通過少量的 IPv4 地址來形成自己的地址分配池，讓大規(guī)模服務(wù)成為了可能。也正是因?yàn)檫@一特點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換技術(shù)在 IPv4 環(huán)境下得到了非常廣泛的應(yīng)用。四、IPv6 在高校、城域等骨干網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用的可行性分析高校、城域等骨干網(wǎng)絡(luò)大多是在 IPv4 的基礎(chǔ)上建立的，從長遠(yuǎn)的發(fā)展來看，隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)和信息總量的不斷增加，IPv4 將會越來越力不從心，不利于網(wǎng)絡(luò)

15、功能的充分發(fā)揮，而具有較高的實(shí)用性、易擴(kuò)展升級性、可靠性和安全性的 IPv6 無疑將成為下一代高校、城域等骨干網(wǎng)絡(luò)的。通過網(wǎng)絡(luò)的遷移，下一代基于 IPv6 的高校、城域等骨干網(wǎng)絡(luò)將會提供更為強(qiáng)大的、多應(yīng)用和無線上網(wǎng)服務(wù)，使高校、城域等骨干網(wǎng)絡(luò)變得更加暢通無阻，從而更好的為高校師生服務(wù)。五、IPv6 在高校、城域等骨干網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)高校、城域等骨干網(wǎng)絡(luò)所擁有的技術(shù)優(yōu)勢使得 IPv6 在高校、城域等骨干網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)現(xiàn)變得更加方便，因此，在高校、城域等骨干網(wǎng)絡(luò)內(nèi)解決 IPv6 的過渡問題，無疑將會為該技術(shù)的進(jìn)一步普及奠定一個(gè)良好的技術(shù)基礎(chǔ)。現(xiàn)模擬某高校實(shí)例，對 IPv4 到 IPv6 的過渡設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分

16、析和。（一）方案設(shè)計(jì)的總體原則由于模擬的高校所使用的是 IPv4 骨干網(wǎng)，因此在設(shè)計(jì)之初，所采取的是試點(diǎn)性建設(shè)的方案。首先，選擇校內(nèi)郵件、服務(wù)器作為雙協(xié)議棧服務(wù)器，并在雙棧服務(wù)端增設(shè)純 IPv6 節(jié)點(diǎn)，不過，由于雙協(xié)議棧自身的特點(diǎn)限制，如果單純采用此種方法，那么就需要進(jìn)行大規(guī)模的設(shè)備更換才能完成網(wǎng)絡(luò)中、的升級，因此，在未來的發(fā)展過程中，還可以根據(jù)實(shí)際情況將隧道技術(shù)與雙協(xié)議棧相結(jié)合，從而形成一個(gè)能夠進(jìn)行大范圍部署的遷移方案。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的 Linux 系統(tǒng)環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)初步建設(shè)、整個(gè)網(wǎng)絡(luò)由多個(gè)子網(wǎng)絡(luò)組成，使用如下基于雙協(xié)議棧的遷移總體原則：1.在遷移之初，可先對 IPv4 骨干網(wǎng)進(jìn)行升級，使其能夠支持雙

17、協(xié)議棧，并通過隧道技術(shù)提供 IPv6 的接入服務(wù)，以降低初期投資。2.在遷移中期，可以將雙棧技術(shù)擴(kuò)展到骨干層和匯聚層，并擴(kuò)大試驗(yàn)規(guī)模，與此同時(shí)，接入層網(wǎng)絡(luò)仍然按照之前的隧道方式進(jìn)行 IPv6 接入。3.在遷移后期，可以對接入層網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行升級，在進(jìn)一步增加 IPv6用戶的同時(shí)服務(wù)質(zhì)量，逐漸完成 IPv4 技術(shù)的退出，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的整體升級。（二）IPv4/IPv6 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)體系設(shè)計(jì)在過渡過程中，工作的重點(diǎn)就是要在雙協(xié)議棧的基礎(chǔ)上將各類過渡技術(shù)綜合到一起，對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化。根據(jù)這一要求，筆者對高校、城域等骨干網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期的過渡方案設(shè)計(jì)進(jìn)行了如下規(guī)劃：1.逐漸完成部分 IPv4 服務(wù)器的升級，使

18、其成為雙協(xié)議棧節(jié)點(diǎn)服務(wù)器，為 IPv6 網(wǎng)絡(luò)的試運(yùn)行打下基礎(chǔ)。2.利用網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換技術(shù)實(shí)現(xiàn)IPv6 和IPv4 客戶端的互通，利用隧道技術(shù)實(shí)現(xiàn)跨IPv4 網(wǎng)絡(luò)的IPv6互通。3.通過隧道技術(shù)，將本地 IPv6 網(wǎng)絡(luò)接入IPv6 網(wǎng)絡(luò)，并由中心交換機(jī)所連接的多個(gè)服務(wù)器提供各項(xiàng)接入服務(wù)。（三）網(wǎng)絡(luò)測試在完成 IPv6/IPv4 雙協(xié)議棧服務(wù)器的組建后，就要對其進(jìn)行相應(yīng)的測試，從而讓用戶體驗(yàn)到不一樣的示范效應(yīng)。采用以下幾項(xiàng)測試能夠產(chǎn)生較好的示范效果：1.移動(dòng)辦公。高校的學(xué)生和教師，工作過程中的廣大群體目前對于移動(dòng)學(xué)習(xí)、辦公和的要求日益強(qiáng)烈，而 IPv4 的無線網(wǎng)絡(luò)接入相對更加繁瑣。而 IPv6 的無線接入是作為一個(gè)必須的協(xié)議內(nèi)嵌的，所以在移動(dòng) IP 的實(shí)現(xiàn)方面，IPv6 無疑具有更高的優(yōu)勢。2.點(diǎn)播和。目前，高校師生的電腦擁有率相對較高，電腦知識也非常豐富，雖然 IPv4 已經(jīng)擁有了相對成點(diǎn)播和的應(yīng)用，但是也可以讓他們體驗(yàn)一下