IPV6论文

IPv6技术与应用结课论文院别：计算机学院班级：网络工程13-1BF学号：14134501405姓名：谭芳指导教师：申丽平日期：2015年12月26日IPV6技术与及其基本应用谭芳摘要IPv6是InternetProtocolVersion6的缩写，是IETF(互联网工程任务组，InternetEngineeringTaskForce)设计的用于替代现行版本IP协议(IPv4)的下一代IP协议，即下一版本的互联网协议。本文首先讲述IPV6技术产生的背景、技术原理，阐述了IPV6技术的特点，最后对IPV6的基本应用进行了分析。关键词IPV6下一代技术应用1引言目前互联网所使用的Ipv4协议，由于容易实现且互操作性好，显示了相当强盛的生命力，经受了从早期小规模互联网络发展到如今全球范围Internet应用的考验。但由于其先天设计的不足，随着Internet的迅猛发展和各种应用的不断深入，Ipv4地址空间变得越来越匮乏，安全性的问题也越来越突出，已经使得Internet不堪重负。正是在这种背景下，为了解决Ipv4协议带来的上述的及相关的问题，IETF工作组于1998年12月发布了Ipv6标准RFC2460——InternetProtocolversion6Specification(Ipv6)，即下一代互联网协议Ipv6。尽管Ipv6与Ipv4相比具有诸多的优势，但由于Ipv4的长期发展已经形成了广泛的网络建设及应用基础、锻炼了一批又一批的计算机网络专用人才，而且全球的Ipv4用户不计其数，因而要真正实现从Ipv4网络到Ipv6网络的过渡将是一个渐进的漫长过程。2IPV6产生的背景及其主要内容人和人说话交流需要一定的语言体系和语法规则，机器和机器之间通信也需要遵守协议和规范的。IPv4协议，即国际互联网协议的第4版，它是第一个被广泛使用，构成现今互联网技术的基石的协议。但是在互联网设计之初，互联网的设计者们并没有预见到如今大规模的应用，因此IPv4协议在可扩展性，功能性和安全性上还有很多内在的问题。因此国际互联网协议第六版IPv6被提出作为IPv4的升级版本，为着互联网朝更大更快更好的方向发展。因此IPv6从设计之初就是作为下一代互联网的基础通信协议。IPv4和IPv6从协议上来看只是IP报文头定义的区别，IPv6报头固定长度而且字段定义比IPv4报文更加简洁。IPv6报文头取消了一些字段，比如ID，flags，flagoffset和headerchecksum。一些字段改变了长度和名称，如把表示服务类型的TOS字段换成了流类型和标签字段trafficclass和flow-label。而IPv6在IPv4的基础上增加了地址的空间，由IPv4的32位地址格式变成了IPv6的128位地址格式，即由2128个IP地址。作为IPv6协议最突出的优势之一，IPv6地址空间到底有多大？形象的说，IPv4地址数量还不够全球人分，但是IPv6协议几乎能给地球上每一粒沙子分配上IP地址。Ipv6协议主要有以下内容：●采用128位地址空间，在层次结构上更为科学合理。●地址自动分配，提供了无状态和有状态地址自动配置两种地址配置方案。●简化了协议报头，使用了全新的、更加灵活的扩展报头的数据结构。●支持源路由的选径，Ipv6采用了多层次地址结构，提供了更多的路由信息，绝大多数路由算法都做了修改，以扩展其路由选径的能力。●集成了认证和加密的安全机制，两种机制可以自由地组合使用，以适应不同的安全需要。3IPV6的技术原理3.1IPv6的地址空间IPv6最明显的特征是它使用更大的地址。IPv6使用128位地址，128位地址空间允许3.4x1038个可能的地址。应该注意的是，使IPv6地址在长度上达到128位并不是说地球的每平方米能有6.5x1023个地址，而是旨在将IPv6地址空间进一步细分成反映现代Internet拓扑结构的分层路由域。使用128位地址空间，在设计分层寻址和路由时能提供多个等级的层次和灵活性，而这一点恰恰是目前基于IPv4的Internet所缺乏的。3.2IPv6的地址格式IPv6的地址由全局路由前缀、子网ID、接口ID三部分组成。其中全局路由前缀用于指定某一站点，子网ID用于指定该站点内的一条链路，接口ID用于指定链路上的某一接口IPv6地址表示方法：●冒分十六进制形式：类似于Ipv4中使用点分十进制表示方法，Ipv6制订了冒分十六进制表示法，用以表示Ipv6的128位地址。这种方法将128位的地址分成8组，每组由4个十六进制数表示，每组之间用冒号隔开，其表示形式是“X:X:X:X:X:X:X:X”，其中每个X代表4个十六进制数。●压缩形式：由于地址长度要求，地址包含由零组成的长字符串的情况十分常见。为了简化对这些地址的写入，可以使用压缩形式，在这一压缩形式中，多个0块的单个连续序列由双冒号符号(::)表示。此符号只能在地址中出现一次。例如，多路广播地址FFED:0:0:0:0:BA98:3210:4562的压缩形式为FFED::BA98:3210:4562。单播地址3FFE:FFFF:0:0:8:800:20C4:0的压缩形式为3FFE:FFFF::8:800:20C4:0。环回地址0:0:0:0:0:0:0:1的压缩形式为::1。未指定的地址0:0:0:0:0:0:0:0的压缩形式为::。●混合形式：此形式组合IPv4和IPv6地址。在此情况下，地址格式为n:n:n:n:n:n:d.d.d.d，其中每个n都表示六个IPv6高序位16位地址元素之一的十六进制值，每个d都表示IPv4地址的十进制值。3.3Ipv6地址类型●单播地址：用于单个接口的标识符。发送到此地址的数据包被传递给标识的接口。通过高序位八位字节的值来将单播地址与多路广播地址区分开来。多路广播地址的高序列八位字节具有十六进制值FF。此八位字节的任何其他值都标识单播地址。发送到单播地址的数据包被传输到这个地址识别出的接口。●多播地址：一组接口的标识符（通常属于不同的节点）。发送到此地址的数据包被传递给该地址标识的所有接口。多路广播地址类型代替IPv4广播地址。发送到组播地址的数据包被传输到这个地址识别出的所有接口。●IPv6不带有广播地址：IPv6使用“所有节点”组播。3.4IPv6数据报结构Ipv6数据报由一个Ipv6报头、零个或多个扩展报头和一个上层协议数据单元组成。Ipv6数据报结构如下：●Ipv6报头：在Ipv6数据报中，都包含了一Ipv6报头，其长度固定为40字节。●Ipv6扩展报头：Ipv6数据报中可以包含零个或多个扩展报头，这些扩展报头可以具有不同的长度。●上层协议数据单元：该字段一般由上层协议报头和它的有效载荷（有效载荷可以是一个ICMPv6数据报、一个TCP数据段，或者一个UDP数据报）组成。4Ipv6过渡机制概述目前，网络上的绝大部份设备都是IPv4设备，若把这些设备全部换成IPv6设备，所需的成本是巨大的；另外，网络的升级换代要保证不中断现有的业务。综合以上因素，从IPv4过渡到IPv6注定是一个渐进的过程，而且这一过程要持续相当长的时间。根据网络发展的现实情况，要在不同时期采用不同的部署策略，在不中断现有业务的基础上实现平滑过渡。IPv4向IPv6过渡分为4个阶段：IPV4初期阶段、IPv4与IPv6并存阶段、IPv6为主导地位阶段、IPv6取代IPv4网络阶段。●IPv6初期阶段第1阶段是IPv6初期阶段。这一阶段是以IPv4网络为主导地位的，在该阶段中，IPv4保持现有网络规模和网络拓扑结构，而IPv6网络则是一个个的孤岛，IPv6网络与IPv6网络之间是不能直接进行通信的，而是要通过IPv4网络的隧道技术进行数据交换。如图所示。●IPv4与IPv6并存阶段这是IPv4向IPv6过渡的第2阶段，这一阶段是IPv4网络与IPv6网络并存阶段。IPv4网络与IPv6网络通过IPv4/IPv6双协议栈进行数据交换。IPv6经过一段时间的发展，得到较大规模的应用，出现了骨干的IPv6Internet网络，在IPv6平台上引入了大量的业务.从而可以充分利用IPv6的诸多优势，如QoS保证。但由于IPv6网络之间有可能不是相互连通的，因此还会使用隧道。在IPv6平台上实现丰富的业务加快了IPv6的实施。但仍将有大量的传统IPv4业务存在，许多节点也仍然是双栈节点。这时不仅仅要采取隧道技术，而且还要采取IPv4与IPv6网络之间的协议转换技术。●IPv6主导地位阶段这是IPv4向IPv6过渡的第3阶段，在这一阶段中，是以IPv6为主导地位阶段，IPv6逐步取代IPv4，骨干网全部升级为IPv6，而IPv4网络则成为孤岛。类似于发展初级阶段，本阶段主要采取隧道技术来部署，但通过隧道互联的是IPv4网络。这一阶段与第1阶段刚好相反，即是以IPv6网络为主导地位的阶段。由于种种原因，在该阶段中，IPv4网络仍将生存相当长的时间，但IPv4已成为一个个的孤岛，大多数IPv4网络与IPv4网络之间已不能直接进行通信，而是要通过IPv6网络的隧道技术进行数据交换。如图所示。●IPv6取代IPv4阶段这是IPv4向IPv6过渡的第4阶段，即IPv6完全成熟阶段。当网络中的Ipv4协议完全被Ipv6协议取代时，也就完成了Ipv4网络向Ipv6网络的完全过渡。为了更好地实现Ipv4网络向Ipv6网络的过渡，从20世纪90年代开始，IETF就成立了专门的工作组来研究这一过渡问题，并提出了很多种过渡机制，其中最主要的有3种，分别为双栈技术、隧道技术和转换机制，在此不作过多赘述。5Ipv6的基本应用Ipv6网络的建设和发展为Ipv6网络的各种应用提供了平台，本文主要介绍与Ipv4类似的基于Ipv6的基本应用。如DNS、Web服务、文件传输协议FTP等。5.1域名系统DNSIPv6网络中的DNS与IPv4的DNS在体系结构上是一致的，都是采用树型结构的域名空间。虽然IPv4协议与IPv6协议是存在着相当大区别的两套协议，但这并不意味着需要单独两套DNS体系，相反在DNS的体系和域名空间上两者必须是一致的，IPv4和IPv6共同拥有统一的域名空间。在IPv4到IPv6的过渡阶段，域名可以同时对应于多个IPv4和IPv6的地址。随着IPv6网络的普及，IPv6地址将逐渐取代IPv4地址。DNS树形结构最顶端为树根，它是唯一的，用点号“.”表示。根的下一级称为顶级域名，顶级域名的管理和分配由互联网名字与编号分配机构定义和分配，目前分为国家顶级域名、国际顶级域名、通用顶级域名3大类。顶级域名的下级就是二级域，二级域的下级就是三级域，以此类推。5.2Web服务Web服务是Internet技术发展的里程碑，是人们目前使用最多的网络应用，因此Ipv6Web服务是人们了解Ipv6的开始，是Ipv6最基础也是最重要的网络应用。而在Ipv4网络环境中，最常用的Web服务器软件主要是Apache和微软的IIS，优于前者具有以下特点：Apache能运行在Unix、Linux和Windows等多种操作平台上。Apache自2.0后的版本开始支持Ipv6。5.3文件传输协议FTP文件传输协议FTP使得主机间可以共享文件。FTP使用TCP生成一个虚拟连接用于控制信息，然后再生成一个单独的TCP连接用于数据传输。控制连接使用类似TELNET协议在主机间交换命令和消息。文件传输协议是TCP/IP网络上两台计算机传送文件的协议，FTP是在TCP/IP网络和INTERNET上最早使用的协议之一，它属于网络协议组的应用层。FTP客户机可以给服务器发出命令来下载文件，上传文件，创建或改变服务器上的目录。随着Ipv6应用的不断深入，已经有很多原来只支持Ipv4的FTP软件开始支持Ipv6，比如SmartFTP、ProFTPD和PureFTPD等。在由Ipv4向Ipv4过渡的过程中，FTP在Ipv6下的实现进一步促进了其发展。5.4其他应用Ipv6协议的设计目的就是要解决目前IPV4应用所遇到的地址匮乏、安全性差、移动性