1、<p>　　畢 業(yè) 論 文（設計）</p><p>　　論文（設計）題目：基于雙協(xié)議棧實現(xiàn)IPv4到IPv6過渡的設計</p><p>　　系 別： 　 </p><p>　　專 業(yè)： </p><p>　　學 號： </p>

2、<p>　　姓 名： </p><p>　　指導教師： </p><p>　　時 間： </p><p>　　畢 業(yè) 論 文（設 計） 開 題 報 告</p><p>　　系別:計算機與信息科學系 專業(yè)

3、:網(wǎng)絡工程</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　摘要……………………………………………………………………………1</p><p>　　關鍵詞…………………………………………………………………………………1</p><p>　　引言………………………………………………………………………………1

4、</p><p>　　1 IPv4過渡到IPv6的必然性………………………………………………………2</p><p>　　1.1 報文格式對比 ………………………………………………………………2</p><p>　　1.2功能的差異 …………………………………………………………………2</p><p>　　2 過渡遵循的基本原則…………………

5、…………………………………………3</p><p>　　3 雙協(xié)議棧工作原理……………………………………………………………3</p><p>　　3.1 原理………………………………………………………………………4</p><p>　　3.2 工作方式約定…………………………………………………………………4</p><p>　　3.3 雙協(xié)議

6、棧的模型………………………………………………………………5</p><p>　　4 網(wǎng)絡環(huán)境模擬………………………………………………………………………6</p><p>　　4.1 網(wǎng)絡環(huán)境模擬軟件……………………………………………………………6</p><p>　　4.1.1 GNS3……………………………………………………………………6</p>&

7、lt;p>　　4.1.2 VMware Workstation…………………………………………………6</p><p>　　4.2 過渡方案設計…………………………………………………………………6</p><p>　　4.2.1 試驗環(huán)境………………………………………………………………7</p><p>　　4.2.2 網(wǎng)絡配置…………………………………………

8、……………………7</p><p>　　4.2.3 模擬測試結(jié)果 ………………………………………………………9</p><p>　　5 總結(jié) ……………………………………………………………………………10</p><p>　　參考文獻 ……………………………………………………………………………10</p><p>　　Abstract ……

9、………………………………………………………………10</p><p>　　Key words……………………………………………………………………………11</p><p>　　致謝 …………………………………………………………………………………11</p><p>　　基于雙協(xié)議棧實現(xiàn)IPv4到IPv6過渡的設計</p><p>　　網(wǎng)絡工程

10、專業(yè) 指導教師 </p><p>　　[摘要] 如今，由于Internet的規(guī)模的不斷地增大，龐大的網(wǎng)絡設備需要更多的IPv4地址資源，然而目前的IPv4地址已無法滿足Internet的高速地發(fā)展，再者就是物聯(lián)網(wǎng)的逐步由實驗室走到現(xiàn)實生活，無疑讓本來就稀缺的IPv4地址資源更顯不足。由此看來，新的地址協(xié)議IPv6取代IPv4是必然趨勢。問題在于，就目前大量部署基于IPv4應用的網(wǎng)絡不可能在短時間內(nèi)就

11、被IPv6網(wǎng)絡替代，在IPv6網(wǎng)絡完全取代IPv4網(wǎng)絡之前，必須得有個過渡階段。 采用雙協(xié)議棧技術(shù)如何過渡，怎樣過渡是本文將要研討的內(nèi)容。</p><p>　　[關鍵詞] 雙協(xié)議棧；過渡；DSTM；IPv4 ；IPv6</p><p><b>　　引言 </b></p><p>　　正如大家所看到的一樣，互聯(lián)網(wǎng)在全球范圍內(nèi)的應用和影響遠遠超出

12、人們的想象，各個領域的高速發(fā)展過程當中，都能看到有互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應用。實際上，基于IPv4協(xié)議的應用網(wǎng)絡是非常成熟的，而且在全球范圍內(nèi)得到廣泛地部署。但IPv4地址資源的迅速耗盡和導致路由器的路由表膨脹的問題存在，阻礙了互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。</p><p>　　針對IPv4地址資源不足和路由表膨脹等眾多的問題，IETF提出了新一代網(wǎng)際互聯(lián)協(xié)議——IPv6協(xié)議，該協(xié)議不僅解決了IPv4的地址資源緊缺的問題，并且提高了IP協(xié)

13、議的性能。而在現(xiàn)階段中，由于Internet的應用都完全是建立在IPv4的體系架構(gòu)上的，因此由IPv4向IPv6過渡是必須經(jīng)歷的一個重要階段。</p><p>　　對于 IPv4向IPv6的過渡，可以使用雙協(xié)議棧技術(shù)來實現(xiàn)。根據(jù)不同的網(wǎng)絡情況，作為一項基礎性技術(shù)的雙協(xié)議棧技術(shù)往往會結(jié)合其他過渡技術(shù)一起使用，使得IPv4能順利向IPv6過渡。</p><p>　　1 IPv4過渡到IPv6的

14、必然性</p><p>　　1．1 報文格式對比</p><p><b>　　IPv4報頭</b></p><p>　　圖 1 IPv4報頭</p><p><b>　　IPv6報頭</b></p><p><b>　　圖2 IPv6報頭</b><

15、;/p><p>　　通過兩種協(xié)議的報頭對比，我們不難發(fā)現(xiàn)版本號字段在兩種協(xié)議中是相同的。IPv6 丟棄了 IPv4 的數(shù)據(jù)包長度、服務類型、分片、偏移量和頭標校驗和等字段。分片總長度、生存時間和協(xié)議字段在 IPv6 中有了新名稱，功能進行了重新定義。IPv4中的選項字段已從報頭中消失。最后，IPv6 加入了兩個新字段：數(shù)據(jù)流類型和流標識。</p><p><b>　　1．2 功能的差

16、異</b></p><p>　?。?）IPv6地址字段由IPv4的32位設計到了128位，相對IPv4，增加了296倍的地址空間，地址空間一下子變的廣闊很多；</p><p>　?。?）簡化的報頭格式 。一些IPv4報頭字段被刪除或變?yōu)榱丝蛇x項，IPv6基本報頭被固定為40bit，使路由器可以加快對數(shù)據(jù)包的處理速度，提高了轉(zhuǎn)發(fā)效率，從而提高網(wǎng)絡的整體吞吐量，使信息傳輸更加快速；

17、</p><p>　　（3）標識流的能力。增加了一種新的能力，使得標識屬于發(fā)送方要求特別處理（如非默認的服務質(zhì)量獲“實時”服務）的特定通信“流”的包成為可能，使得業(yè)務可以根據(jù)不同的數(shù)據(jù)流進行更細的分類，實現(xiàn)優(yōu)先級控制和QoS保障，極大地改善了IPv6的服務質(zhì)量；</p><p>　?。?）認證和加密能力。IPv6中指定了支持認證、數(shù)據(jù)完整性和（可選的）數(shù)據(jù)機密性的擴展功能。</p&g

18、t;<p>　　從IPv4和IPv6兩種協(xié)議的對比來看，IPv6的優(yōu)勢是非常明顯的，符合未來互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展需求，因此IPv6替代IPv4是必然的。</p><p>　　2 過渡遵循的基本原則</p><p>　　考慮到Internet的飛速發(fā)展和現(xiàn)實世界的商業(yè)需求，在進行IPv4網(wǎng)絡向IPv6網(wǎng)絡過渡策略的設計中，必須遵循以下的過渡原則：</p><p>

19、;　　(1) 過渡方式應該是逐步的和漸進的，保護IPv4網(wǎng)絡設備的投資，確保在一個相當長的歷史階段，IPv4網(wǎng)絡設備可以在過渡時期中正常地獨立使用。</p><p>　　(2) IPv4網(wǎng)絡世界和IPv6網(wǎng)絡世界相互滲透，長期并存，這就要求IPv4和IPv6網(wǎng)絡設備彼此可以互連互通，實現(xiàn)互操作。</p><p>　　(3) IPv4網(wǎng)絡世界向IPv6網(wǎng)絡世界過渡過程中，IPv4向IPv6升

20、級的費用應盡可能地低，過渡技術(shù)應盡可能地簡單，以盡快地吸引廣大用戶主動的向 IPv6過渡。 </p><p>　　由于IPv4協(xié)議和IPv6協(xié)議之間不具有兼容性，因此IPv4和IPv6體系結(jié)構(gòu)之間還需要構(gòu)建相關的過渡機制來支持二者無縫地并存，使得互聯(lián)網(wǎng)的各項應用受到盡可能少的影響。</p><p>　　3 雙協(xié)議棧（Dual Stack）工作原理 </p><p>

21、;　　雙協(xié)議棧的目標是實現(xiàn)網(wǎng)絡中的雙協(xié)議棧節(jié)點之間的相互通信的一種機制，可以在單一的網(wǎng)絡設備上實現(xiàn)，也可以是在一個雙棧的骨干網(wǎng)。使用雙協(xié)議棧技術(shù)使得基于IPv4的各種應用在IPv6網(wǎng)絡中不受影響；同樣的，IPv6的各種應用也不會在IPv4網(wǎng)絡中受到影響，實現(xiàn)了IPv4到IPv6的無縫共存。</p><p><b>　　3．1 原理</b></p><p>　　雙協(xié)議棧

22、技術(shù)是指在單個網(wǎng)絡節(jié)點上同時支持IPv4和IPv6兩種網(wǎng)絡協(xié)議棧。對于IPv6的節(jié)點來說，為了直接有效的兼容IPv4保留一個完整的IPv4協(xié)議棧。當雙棧節(jié)點接收數(shù)據(jù)包，首先鏈路層會將接收到數(shù)據(jù)段拆封并檢查包頭。如果包頭中的第一個字段,即IP包的版本號字段是4,該數(shù)據(jù)包就由IPv4協(xié)議棧來處理;如果版本號字段是6,則由IPv6協(xié)議棧處理，無需對原有的IPv4或IPv6數(shù)據(jù)包進行包頭的二次封裝和拆封，直接轉(zhuǎn)發(fā)IPv4和IPv6報文。如此，可

23、以確?；贗Pv4或IPv6的應用和數(shù)據(jù)傳輸能夠順利進行。具體如下圖1所示： </p><p>　　圖3 雙協(xié)議棧原理圖</p><p>　　3．2 工作方式約定</p><p>　　在實際的網(wǎng)絡通信過程中,數(shù)據(jù)包的目的地址是作為路由選擇的主要參數(shù), 因而必須得根據(jù)應用程序所使用的目的地址的協(xié)議類型對雙協(xié)議棧的工作方式做出部分的約定:</p><

24、;p>　?。?）若應用程序使用的目的地址為IPv4地址, 則使用IPv4協(xié)議； </p><p>　?。?）若目的地址為IPv6地址, 且為本地在線網(wǎng)絡, 則使用IPv6協(xié)議； </p><p>　　（3）若應用程序使用的目的地址為IPv4兼容的IPv6地址, 并且非本地在線網(wǎng)絡, 則使用IPv4協(xié)議, 此時的IPv6將封裝在IPv4中； </p><p>　

25、?。?）若應用程序使用的目的地址是非IPv4兼容的IPv6地址, 非本地在線網(wǎng)絡, 則使用IPv6協(xié)議。類似約定( 2) , 使用IPv6協(xié)議能夠保證通信正常進行,而如果是跨越純IPv4網(wǎng)絡的通信, 將采用隧道等機制實現(xiàn)通信; 而如果通過本地網(wǎng)絡, 則無須隧道機制即可完成通信； </p><p>　?。?）若應用程序使用域名作為目標地址, 則先從域名服務器得到相應的IPv4/IPv6地址, 然后根據(jù)地址情況進行相

26、應的處理。</p><p>　　3.3雙協(xié)議棧的模型</p><p>　　雙協(xié)議棧在實際網(wǎng)絡環(huán)境當中的應用，分為完全雙協(xié)議棧模型（Dual Stack Model）和有限雙協(xié)議棧模型(Limited Dual Stack Model)。</p><p>　　完全雙協(xié)議模型即是在網(wǎng)絡當中的任意節(jié)點都是同時支持IPv4和IPv6協(xié)議，節(jié)點發(fā)送IPv4的數(shù)據(jù)包所經(jīng)過的各個

27、節(jié)點都由IPv4協(xié)議棧來處理。同理，當節(jié)點發(fā)送IPv6的數(shù)據(jù)包的時候則由IPv6協(xié)議棧來處理，如圖2所示。這時該網(wǎng)絡就不會存在IPv4節(jié)點和IPv6節(jié)點之間的相互通信的問題，而且配置簡單易行。但是該模型仍然會占用IPv4地址資源，沒能解決IPv4地址資源不足的問題，因此適用于早期的遷移過。</p><p>　　圖4 完全雙協(xié)議棧原理</p><p>　　有限雙協(xié)議棧是為了解決完全雙協(xié)議棧占

28、用IPv4地址資源所提出的一種改進型模型，服務器和路由器還是同時支持雙協(xié)議棧的，而非服務器的主機則只需支持IPv6協(xié)議棧，但是在純IPv4與純IPv6節(jié)點的相互通信將會有問題，因此往往需要再結(jié)合其他的過渡技術(shù)一起適用，較為典型的是DSTM（Dual Stack Transition Mechanism）。DSTM主要有三個組成部分：DSTM server、DSTM tep和host，如圖3所示。在純的IPv6網(wǎng)絡中，ipv6 host需

29、要發(fā)送一個IPv4數(shù)據(jù)包的時候，首先向負責為客戶機分配IPv4地址的DSTM server發(fā)送一個臨時IPv4地址請求（ip address request），DSTM server在地址池中選擇并在有效的時間內(nèi)保留一個IPv4地址，在回復ipv6 host消息中將該地址相關信息和DSTM tep的信息寫入。ipv6 host接收到回復信息后，使用申請的IPv4地址配置其IPv4協(xié)議棧，將所要發(fā)送的IPv4數(shù)據(jù)包通過ipv4-over-

30、ipv6隧道發(fā)送到DSTM tep,由DSTM tep將數(shù)據(jù)包拆封成IPv4數(shù)據(jù)包發(fā)</p><p>　　圖5 有限雙協(xié)議棧原理</p><p>　　4 網(wǎng)絡環(huán)境模擬 </p><p>　　4．1 網(wǎng)絡環(huán)境模擬軟件</p><p>　　為了模擬真實的IPv4向IPv6過渡的網(wǎng)絡環(huán)境，需要用GNS3來搭建網(wǎng)絡環(huán)境，使用VMware work

31、station來模擬真實的服務器和IPv6節(jié)點，以下是這兩款軟件的簡單介紹。</p><p>　　4.1.1 GNS3 </p><p>　　GNS3是一款具有圖形化界面可以運行在多平臺的網(wǎng)絡虛擬軟件。通過它來完成相關的網(wǎng)絡模擬操作。同時它也可以用于虛擬體驗Cisco網(wǎng)際操作系統(tǒng)IOS或者是檢驗將要在真實的路由器上部署實施的相關配置。簡單說來它是dynamips的一個圖形前端，相比直

32、接使用dynamips這樣的虛擬軟件要更容易上手和更具有可操作性。本文將利用該軟件搭建如下面圖2的虛擬網(wǎng)絡環(huán)境，并外接到VMware workstation上的作為IPv6和IPv4的虛擬主機上。</p><p>　　4.1.2 VMware workstation </p><p>　　VMware Workstation 是一款功能強大的桌面虛擬計算機軟件，用戶可在單一的桌面上同

33、時運行不同的操作系統(tǒng)和進行開發(fā)、測試 、部署新的應用程序。它可在一部實體機器上模擬完整的網(wǎng)絡環(huán)境，允許操作系統(tǒng)(OS)和應用程序(Application)在一臺虛擬機內(nèi)部運行。虛擬機是獨立運行主機操作系統(tǒng)的離散環(huán)境。</p><p>　　4．2 過渡方案設計</p><p>　　4.2.1 試驗環(huán)境：</p><p>　　三臺CentOS 5.4虛擬主機；兩臺CIS

34、CO C3700，ios版本為12.4，支持IPv6。在VMware Workstation安裝的三臺虛擬主機，分別作為IPv4和IPv6的節(jié)點，由GNS3來搭建模擬的網(wǎng)絡環(huán)境，并外接VMware Workstation上的虛擬主機。模擬拓撲圖如下圖4所示：</p><p>　　圖6 模擬網(wǎng)絡拓撲圖</p><p>　　在模擬網(wǎng)絡拓撲圖中，PC1、PC2、Router1和Router2都配

35、置成了雙協(xié)議棧節(jié)點，Router1和Router2通過串行線連接，兩者間的鏈路可同時傳送IPv4和IPv6數(shù)據(jù)包。具體各個設備的IP地址配置如下表1-1：</p><p>　　表1-1 設備IP地址配置</p><p>　　4.2.2 模擬網(wǎng)絡配置</p><p>　　Router1配置：</p><p>　　開啟IPv6路由功能</p

36、><p>　　Router1(config)# ipv6 unicast-routing</p><p>　　(2)配置雙協(xié)議棧接口</p><p>　　Router1(config)# int f0/0</p><p>　　Router1(config-if)# ipv6 address 2011::10:1/112</p>&l

37、t;p>　　Router1(config-if)# ip address 172.16.8.1 255.255.255.0</p><p>　　Router1(config-if)# no shutdown</p><p>　　相應的接口做同樣的配置即可。</p><p>　　(3)配置路由協(xié)議RIPng</p><p>　　Route

38、r1(config)# router rip</p><p>　　Router1(config-router)# version 2</p><p>　　Router1(config-router)#network 172.16.8.0</p><p>　　Router1(config-router)#network 192.168.10.0</p>

39、<p>　　Router1(config)# ipv6 router rip dstm</p><p>　　Router1(config-if)# int f0/0</p><p>　　Router1(config-if)# ipv6 rip dstm enable</p><p>　　在相應端口應用RIPng即可</p><p>

40、　　Router2的配置與Router1的配置命令是一樣的，同樣要開啟IPv6路由功能，配置雙協(xié)議棧接口和啟用RIPng,只是要注意接口地址和網(wǎng)絡不一樣即可。</p><p><b>　　PC1的配置</b></p><p><b>　　eth0網(wǎng)卡配置：</b></p><p>　　#cd /etc/sysconfig/

41、network-script/</p><p>　　#vi ifcfg-eth0</p><p>　　DEVICE=eht0</p><p>　　BOOTPROTO=none</p><p><b>　　HWADDR=</b></p><p>　　GATEWAY=2011::10:1/112

42、 //網(wǎng)關設置為IPv6地址網(wǎng)關</p><p>　　IPV6ADDR=2011::10:2/112 //IPv6地址</p><p>　　IPADDR=172.16.8.2 //IPv4地址</p><p>　　NETMASK=255.255.255.0</p><p>　　IPV6INIT=yes</

43、p><p>　　IPV6_AUTOCNF=no</p><p>　　TYPE=Ethernet</p><p><b>　　:wq</b></p><p><b>　　添加路由條目：</b></p><p>　　#route -A inet6 add default gw 201

44、1::10:1 //添加靜態(tài)路由</p><p>　　#route -A inet add default gw 172.16.8.1 //添加靜態(tài)路由)</p><p>　　#service network restart</p><p>　　#service network restart //重啟網(wǎng)絡配置</p&

45、gt;<p>　　對于PC2和PC3的eth0網(wǎng)卡使用和PC1同樣的命令配置，注意對IP地址和路由條目做相應的更改即可。</p><p>　　4.2.3 模擬測試結(jié)果</p><p>　　在PC1上使用ping和ping6命令來測試網(wǎng)絡的連通性，結(jié)果如下圖所示：</p><p>　　圖7 PC1 ping PC2 IPv6地址結(jié)果</p>

46、<p>　　圖8 PC1 ping PC3 IPv4地址結(jié)果</p><p>　　從測試的結(jié)果來看，PC1和PC2之間通過IPv6協(xié)議進行通信，PC1和PC3可以通過IPv4協(xié)議通信，說明雙協(xié)議棧在該模擬網(wǎng)絡部署成功。</p><p><b>　　5 總結(jié)</b></p><p>　　雙協(xié)議棧技術(shù)作為一項網(wǎng)絡過渡的基本性技術(shù)，

47、是最簡單和易行的實施方案，也為大多數(shù)技術(shù)人員所易于理解的。它將一直在IPv4向IPv6過渡的整個階段發(fā)揮著重要的作用，完全把握了該項技術(shù)，將非常有利于結(jié)合其他過渡技術(shù)有針對性地在IPv4向IPv6網(wǎng)絡的過渡解決各種不同需求的情況。通過基于雙協(xié)議棧的模擬試驗來實現(xiàn)IPv4向IPv6過渡，初步掌握了雙協(xié)議棧技術(shù)的基本原理和通信方式，對于進一步的課題研究積累了寶貴的經(jīng)驗。</p><p><b>　　參考文獻

48、： </b></p><p>　　[1] Joseph Davies[美]. 深入解析IPv6（第二版）[M].楊秩，蘇嘯鳴，吳超譯.北京:人民郵電出版社，2009</p><p>　　[2] Qing Li[美]，Tatuya Jinmei，Keiichi Shima[日].IPv6詳解[M].卷1/卷2 陳涓, 趙振平譯.北京:人民郵電出版社，2009</p>

49、<p>　　[3] Ciprian Popoviciu，Eric Levy-Abegnoli, Patrick Grossetete[美].部署IPv6網(wǎng)絡[M].王玲芳, 張武, 趙志強譯.北京:人民郵電出版社，2007</p><p>　　[4] Diane Teare, Catherine Paquet[美].CCNP學習指南：組建可擴展的Cisco互聯(lián)網(wǎng)絡(BSCI)[M].陳宇, 袁國忠譯.

50、北京:人民郵電出版社，2007</p><p>　　[5] Regis Desmeules[美]. CISCO IPv6網(wǎng)絡實現(xiàn)技術(shù)[M]. 北京:人民郵電出版社， 2005.</p><p>　　[6] 張宏科，蘇偉．IPv6路由協(xié)議棧原理與技術(shù)[M]．北京:郵電學院出版社，2006</p><p>　　[7]W.Richard Stevens[美].TCP/IP

51、詳解．卷1：協(xié)議[M].范建華譯.北京：機械工業(yè)出版社，2000</p><p>　　[8]Gary R.Wright，W.Richard Stevens[美].TCP/IP詳解．卷2：實現(xiàn)[M].陸雪瑩譯.北京：機械工業(yè)出版社，2000</p><p>　　[9]伍孝金．IPv6技術(shù)與應用.[M].北京：清華大學出版社，2010</p><p>　　[10]Cip

52、rian Popoviciu, Eric Levy-Abegnoli, Patrick Grossetete[美].部署IPv6網(wǎng)絡[M]. 王玲芳, 張武, 趙志強譯.北京：人民郵電出版社，2007</p><p>　　Realizing Transition Scheme from IPv4 to IPv6 base on Dual-stack</p><p>　　[Abstract]

53、 Today, the Internet continue to increase, more and more network devices need for more IPv4 address, but the currently IPv4 address has been unable to meet the rapid development of the Internet. In addition the Internet

54、 of things go from laboratory to real life step by step, which no doubt to make the already scare IPv4 address to be originally more anxious. See in this light, the new IPv6 protocol will replace IPv4 address ,which is i

55、nevitable. The problem is that a lot of IPv4-based</p><p>　　[Key words] Dual-stack; transition; DSTM; IPv4 ; IPv6</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　在本論文的整個完成過程得到了xx導師的耐心指導和無私的