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1、 编号： 毕业设计说明书题 目： 基于隧道技术的IPv6网络 规划与设计 学院： 计算机科学与工程学院 专 业： 网络工程 学生姓名： 李应琴 学 号： 0800380204 指导教师： 张斌 职 称： 副教授 题目类型：理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发2012年 5月 29日 摘 要自20世纪70年代IPv4 (Internet Protocol Version 4)诞生以来，随着Internet的急速发展，IP地址即将耗尽及路由表急速膨胀的问题日益突出。为了解决 Internet 目前所面临的巨大挑战，IETF (Internet Engineering Task Fo
2、rce)制定并完善了新一代IP协议，即IPv6 (Internet Protocol Version 6)。IPv6以其庞大的地址空间、更高的安全性、更好的服务质量和移动性已经被推荐为下一代互联网协议。IPv6虽能解决IPv4出现的问题并且具有更多优势，但是网络运营商不可能完全抛弃现有IPv4新建一个IPv6网，因为这样的要花费巨大的代价，所以在较长时间内IPv4和IPv6两网共存是必然的。在共存阶段IPv4网络中会有许多IPv6网络和双栈主机，但是这些IPv6网络之间，双栈主机和IPv6网络之间是不能通信的，因为它们之间还隔着IPv4网络。IPv4和IPv6是两种不同的网络层协议彼此之间是不
3、能直接通信的。那么这些隔着IPv4网络的IPv6网络和双栈主机要如何实现通信?本文研究的初衷就是解决被IPv4网络分隔的IPv6网络和双栈主机之间的通信问题。本文首先介绍了IPv6协议，对IPv6协议的基础知识做了概述，包括IPv6的地址，基本报头格式和路由技术；随后介绍IPv4向IPv6过渡的关键技术，重点阐述多种IPv6隧道技术。接着为了下一步仿真的需要，介绍基于IPv4校园网的IPv4/IPv6双栈网络通信，对现存的IPv4校园网络进行分析，然后就校园网内接入的IPv6网络和双栈主机后如何实现和其他校园接入的IPv6网络通信问题进行分析。最后，仿真基于隧道技术的IPv4/IPv6双栈网络
4、通信。仿真中采用了6to4隧道及ISATAP(Intra-Site Automatic Tunnel Addressing Protocol)隧道技术。给出其中的技术细节，并对其中的关键技术进行实现。通过仿真，加深对IPv6及其隧道技术的理解。关键词：IPv6；隧道技术；双栈协议； 6to4隧道；ISATAP隧道；通信AbstractSince IPv4(Internet Protocol Version 4) was born in the seventies of the 20th century, with the development rapidly of Internet, the
5、 question that IP address will exhausted and the route form expand rapidly is outstanding day by dayIn order to solve the enormous challenges of Internet at present，IETF (Internet Engineering Task Force) makes and perfects new generation protocol, namely IPv6(Internet Protocol Version 6). IPv6 was r
6、ecommended the next generation Internet protocol because of its enormous address space, higher security, better quality of service and mobility. Though IPv6 can solve the problems of IPv4 and has more advantage than IPv4, but the network operators would not completely abandon the existing IPv4 for c
7、reating a new IPv6 nets, because it cost huge. So IPv4 coexisting with IPv6 is necessary in a long time. In the coexistence stages, there will be a lot IPv6 network and dual stack hosts in the IPv4 network. Since the IPv6 network dual stack hosts and IPv6 network cant communicate with each other, IP
8、v4 separates them. IPv4 and IPv6 are the different protocols on the network layer, they cant communicate with each other in directly. So the IPv6 network and dual stack hosts which are separated by IPv4 how to communicate? The intention of this article is to solve this problem which IPv6 network can
9、t communicate with dual stack when they are separated by IPv4.Firstly, The thesis introduces IPv6 protocol , then does the summary to the basic knowledge of IPv6，including the address, header format and routing technique of IPv6, Afterwards, constructs the key technologies while IPv4 transiting to I
10、Pv6, focusing on a variety of IPv6 tunneling technique. Then for the next step to implement simulation in need, constructs the communication which is Based on IPv4 campus IPv4/ IPv6 dual stack network, analyzes the IPv4 campus network that is existing now, and then , analyzes the problem how to real
11、ize communication between the IPv6 ,dual stack hosts in campus network and IPv6 network in another campus. Finally, simulates the IPv4/IPv6 dual stack network communication which is based on tunnel technologies. 6to4 and ISATAP (Intra-Site Automatic Tunnel Addressing Protocol) tunnel technique are u
12、sed in the simulation. At the same time gives the technical details, and some key technologies to achieve. Through the simulation, the understanding of IPv6 and tunnel technology is much deeper. Key words：IPv6; Tunnel Technology; Dual Stack Technology; 6to4 tunnel; ISATAP tunnel; communication 目 录引言
13、11 课题背景及现实意义11.1 研究背景11.2 研究目的和意义21.3 论文组织结构22 IPv6协议简介22.1 IPv6地址32.1.1IPv6地址分类32.1.2IPv6地址表示法52.1.3IPv6常用的前缀和地址52.2 IPv6基本报头(IPv6 Header)52.3 IPv6路由技术62.3.1IPv6静态路由72.3.2IPv6动态路由72.4 本章小结83 IPv4向IPv6过渡技术83.1 基本过渡技术简介83.1.1双协议栈技术83.1.2隧道技术103.1.3网络地址-协议转换机制(NAT-PT)103.1.4三种过渡技术优劣势分析113.1.5IPv4向IPv6
14、过渡研究组网原则123.1.6IPv4向IPv6过渡的最可行方式123.2 多种隧道技术分析133.2.1IPv6-over-IPv4 GRE隧道技术133.2.2IPv6-over-IPv4手动隧道技术133.2.3IPv4兼容IPv6自动隧道技术143.2.46to4隧道过渡技术153.2.56over4隧道技术173.2.6ISATAP隧道技术173.2.7多种隧道技术对比分析183.3 本章小结194 基于IPv4校园网的IPv4/IPv6双栈网络通信模型194.1 IPv4校园网络模型分析194.1.1目前国内校园网络结构分析194.1.2玉林师范学院的IPv4校园网络拓扑204.2
15、 纯IPv4校园网络向IPv6校园网络过渡204.2.1校园网的IPv6过渡原则204.2.2玉林师范学院校园网向IPv6过渡分析214.3 双栈主机访问IPv4/IPv6网络示意分析224.3.1双栈节点访问IPv4网络分析224.3.2双栈节点访问IPv6网络分析224.4 本章小结245 基于隧道技术的IPv4/IPv6双栈网络通信仿真实现245.1 仿真实验目标245.2 相关技术原理245.2.1ISATAP隧道的工作原理245.2.26to4隧道的工作原理255.3 仿真环境搭建255.4 仿真内容描述265.5 网络配置275.5.1IPv4网络配置275.5.2IPv6网络及隧
16、道配置285.6 模型连通测试与结果分析305.7 遇到的问题及解决办法335.8 仿真模型搭建总结335.9 本章小结346 毕业设计课题总结和展望346.1 课题实用性分析346.2 研究创新点总结356.3 论文研究不足之处356.4 下一步工作重点35谢 辞36参考文献37 第 38 页 共 37 页 引言随着Internet和其相关技术、应用的飞速发展，互联网络IP地址由IPv4升级至IPv6已经是国际化趋势。IPv6及其协议的发展首先解决了国际性的IP地址数量短缺问题，同时其协议针对IPv4存在的缺点有了很大的改进，在地址保有、数据传输安全的功能上有了长足的进度。在越来越多的国际性
17、网络架构将自己的地址由IPv4升级至IPv6的同时，其他相应的机构对这种变化的适应也被不可避免的提上了日程。IPv4至IPv6的升级过渡已经成为了广泛研究的对象，在过渡时所采用的技术及方案已经被研究归纳并且为广大用户接受。随之带来的是在IPv6逐渐嵌入现有网络并渐渐取代原先网络协议的过程中，网络设备的针对性调整，网络架构的简化、增补，技术手段上的增进等问题，都已经成为网络研究的关注对象对当前互联网所提供的服务局限性提出挑战。 1 课题背景及现实意义本章首先介绍课题的研究背景，由课题的研究背景引出当前IPv4向IPv6过渡使用的技术并重点研究隧道技术；其次明确论文的研究目的及意义；最后对论文的组
18、织结构进行简要说明。1.1 研究背景在过去20多年里，基于IPv4的Internet经历了巨大的发展，已经成为全球范围内的信息基础设施。作为Internet协议基础的IPv4协议本身以其“尽力而为(best effort)”和“端到端(end-to-end)”的基本思想及良好的可扩展性取得了巨大的成功。然而，随着Internet规模的迅速扩张和新应用需求的不断涌现，IPv4协议已经不能适应Internet进一步发展的需求，出现了地址匮乏、路由表庞大、缺乏服务质量和安全性差等问题，而其中IPv4地址空间的紧缺是最紧迫的问题。虽然网络地址转换(Network Address Translation
19、，NAT)等技术被广泛用来解决IP地址短缺的问题，但其自身固有的缺陷(如：破坏了P2P等新应用的发展等)注定了它仅仅是缓解IPv4地址耗尽的权宜之计；而迅速发展中的下一代的IP协议IPv6将成为新的Internet标准已经是不争的事实。虽然IPv6网络是未来发展的必然趋势，但是从IPv4到IPv6网络的转换不可能在短期内完成，这需要一个较长的过渡阶段，这个过渡阶段可以分为两大阶段。在第一阶段，骨干网仍然是IPv4网络。在第二阶段，IPv6网络将占主导地位，骨干网是IPv6网络，在骨干网的周围有一些IPv4孤岛，这些孤岛通过IPv6骨干网通信.从目前IPv6网络的发展情况来看，在较长的一段时间内
20、，我们的网络还将处在过渡的第一阶段。在IPv6网络发展的初期，隧道技术(Tunneling)被广泛用于解决孤立IPv6网络和主机之间的互通问题。隧道技术可以在完全利用现有的IPv4网络基础设施的情况下通过建立IPv6-over-IPv4隧道连接孤立的IPv6网络和主机，因而在IPv6发展的初期被广泛使用，推动了IPv6网络的普及和发展。始建于1996年的全球最早的IPv6实验床6bone就是世界各地的IPv6网络和主机互相通过IPv6-over-IPv4隧道连接而建立起来的一个虚拟IPv6网络(Virtual IPv6 Network)。隧道技术在目前的IPv6网络中有着广泛的应用。1.2 研
21、究目的和意义论文集中在研究基于隧道技术的IPv4/IPv6双栈网络通信。我们的网络在较长的时间内还将处于IPv6过渡时期，在这个时期内不同地方的IPv4网络开始接入IPv6网络或部分主机安装IPv6协议成为双栈主机后如何与其他的IPv6网络通信成为一个急需解决的关键问题。针对这一个问题，本文采用IPv6隧道技术实现IPv4/IPv6双栈网络的互通，使处于不同地区的IPv6孤岛或双栈主机能够通信。1.3 论文组织结构第1章首先介绍本文的研究背景，阐述研究目的以及意义，然后简单介绍本文的组织结构。第2章先简单介绍IPv6协议，再介绍IPv6地址表示法、lPv6地址分类、IPv6基本报头和路由技术。
22、第3章阐述三种过渡技术：双协议栈技术、隧道技术和协议转换技术，各自优缺点及适用范围，然后重点对多种隧道技术进行研究。第4章对现存的IPv4校园网络进行分析，然后就校园网内接入的IPv6网络和双栈主机后如何实现和其他校园接入的IPv6网络通信问题进行分析。第5章仿真基于隧道技术的IPv4/IPv6双栈网络通信，使得双栈主机和IPv6网络，IPv6网络和IPv6网络能相互通信，并完成方案中涉及的相关IPv6基本功能、IPv6隧道的测试与分析。第6章是对本文的总结和展望，总结论文的创新点及不足点，并给出下一步的研究方向。2 IPv6协议简介今天的互联网大多数应用的是IPv4协议，IPv4协议已经使用
23、了20多年，在这20多年的应用中，IPv4获得了巨大的成功，同时随着应用范围的扩大，它也面临着越来越不容忽视的危机，如地址匮乏等。 IPv6是“Internet Protocol Version 6”的缩写，也被称作下一代互联网协议，它是由IETF设计的用来替代现行的IPv4协议的一种新的IP协议。IPv6是为了解决IPv4所存在的一些问题和不足而提出的，同时它还在许多方面提出了改进，例如路由方面、自动配置方面。经过一个较长的IPv4和IPv6共存的时期，IPv6最终会完全取代IPv4在互联网上占据统治地位。2.1 IPv6地址IPv6协议将IPv4地址能数从32位扩大到128位，理论上能提供
24、2128个地址彻底解决了IPv4地址不足的问题。这样庞大的地址空间能够完全满足互联网的增长的需求，不但每个人可以拥有一个IP地址，还可以使所有的通信设备、移动设备如电视、电话、手机甚至手表都可以分配一个IP地址并接入Internet。同时IPv6采用了分级地址模式，地址层次丰富。IPv6除了支持更科学的层次结构还支持一些新业务，如优化的IP层移动或广播服务。在IPv6互联网络上，这些服务一开始就可以在全球范围内实现。而lPv4就几乎没有这种灵活性。2.1.1IPv6地址分类IPv6地址是独立接口的标识符，所有的IPv6地址都被分配到接口，而非节点。RFC 2373中定义了三种IPv6地址类型：
25、单播地址(Unicast)、多播地址(Multicast)、任播地址(Anycast)。(1)单播地址(Unicast)单播地址是点对点通信时使用的地址，此地址仅标识一个接口，网络负责把对单播地址发送的数据报送到该接口上。单播地址有以下几种形式：全球单播地址(Global Unicast Address)、未指定地址(Unspecified Address)、环回地址(Loopback Address)等。一般的全球单播地址的格式如图2.1.1.1所示。 n位 m位 128-n-m位全球路由前缀子网ID接口ID图2.1.1.1全球单播地址的格式全球路由前缀(global routing pre
26、fix)：典型的分层结构，用来分配给站点(site)站点是子网链路的集合。子网ID(subnet ID)：站点内子网的标识符，由站点的管理员分层地构建。接口ID(interface ID)：用来标识链路上的接口。在同一子网内是唯一的。除了000开头的单播地址以外，所有的全球单播地址都要有64位长度的接口ID，即n+m=64。 未指定地址(Unspecified Address)被定义为0:0:0:0:0:0:0:0。该地址不能分配给任何节点。 环回地址(Loopback Address)被定义0:0:0:0:0:0:0:1。环回地址就相当于接口本身。该地址不分配给任何物理接口。在现阶段，IPv
27、4与IPv6将长期共存，IPv6的传输机制包含一项在IPv4网络上传输IPv6数据报的技术。这些路由器既支持IPv4，也支持IPv6。这种地址称为IPv4兼容地址，即给IPv6节点分配一个嵌入IPv4地址的IPv6地址。该地址前80位都是0，第8l96位是0000，最低32位是IPv4地址(必须是全球唯一的IPv4单播地址)。内嵌IPv4的IPv6地址格式如图2.1.1.2所示。 80bits 16bit 32bit000000000000IPv4 address图2.1.1.2内嵌IPv4的IPv6地址格式(2)多播地址(Multicast)多播地址标识一组接口(一般属于不同节点)。当数据报
28、的目的地址是多播地址时，网络尽量将其发送到该组的所有接口上。信源利用多播功能只须生成一次报文即可将其分发给多个接收者。多播地址以11111111即ff开头。多播地址格式如图2.1.1.3所示。其中： 8bit 4bit 4bit 112bit11111111标识字段范围字段图2.1.1.3多播地址格式标识字段，4位，目前只使用了最后一位；0表示Internet地址分配机构定的已知的多播地址，1表示临时使用的多播地址。该字段的前3位保留，必须初始化为0。范围字段，4位，用于指示多播组是只包含同一本地网络、同一站点、同机构中的节点，还是全球地址空间内的任何节点。0-保留1-接口本地范围(inter
29、face-local scope)2-链路本地范围(1ink-local scope)3-保留4-管理本地范围(admin-local scope)5-站点本地范围(site-local scope)8-机构本地范围(organization-local scope)14-全球范围(global scope)15-保留 (3)任播地址(Anycast)任播地址标识一组接口，它与多播的区别在于发送数据报的方法。向任播地址发送的数据报并未被分发给组内的所有成员，而是发往该地址标识的“最近的”那个接口。任播地址从单播地址空间中分配，使用单播地址的任何格式。因而，从语法上，任播地址与单播地址没有区别。
30、当一个单播地址被分配给多于一个的接口时，就将其转化为任播地址。被分配具有任播地址的节点必须得到明确的配置，从而知道它是一个任播地址。2.1.2IPv6地址表示法一个IPv6地址共有128位，16个字节，它的文本表示有3种形式：(1)推荐表示法将IPv6地址以16位为单位分成8段，每一段用十六进制数表示，段与段之间用冒号(:)隔开，例如：FE80:0000:0000:0000:0202:B3FF:FElE:8329(2)缩写表示法为简便起见，可以将多个连续的零比特串以双冒号(:)代替，前导零可以省略。上述地址即变为：FE80:202:B3FF:FElE:8329。注意双冒号在一个地址中只能出现一
31、次。(3)内嵌IPv4地址的IPv6地址在IPv4和IPv6节点同时存在的环境下，将IPv4地址嵌入IPv6地址的4个低地址段中。如，IPv4地址192.168.1.77，则它的IPv6地址可以记做0:0:0:0:0:0:192.168.1.77，缩写形式:192.168.1.77。2.1.3IPv6常用的前缀和地址表2.1.3是一些较常用的前缀地址前缀地址说明:/128即0:0:0:0:0:0:0:0，不确定型地址。:1/128即0:0:0:0:0:0:0:1，环回地址，相当于lPv4中的local host 127.0.0.1。2001:/16全球单播地址，由IANA按地域和ISP进行分配
32、，是最常使用的IPv6地址。2002:/166to4单播地址，用于6to4自动构建隧道技术的地址。3EFE:/16早期分配的进行试验的单播地址。FE80:/10本地链路单播地址，用于单一链路，适用于链路地址自动配置，邻居发现等。FF00:/8组播地址:A.B.C.D兼容IPv4的IPv6地址，其中A.B.C.D表示IPv4地址。:FFFF:A.B.C.DIPv4映射过来的IPv6地址表2.1.3 常用的地址前缀2.2 IPv6基本报头(IPv6 Header)IPv6基本报头的长度，固定为40字节，其格式如图2.2.1所示。 0 3 4 11 12 15 16 23 24 31版本优先级流标记
33、数据长度下一报头跳数限制源地址（16字节）目的地址（16字节）图2.2.1 IPv6报头IPv6基本报头各域的说明如下：(1)版本域(Version Field)：为4比特长度，表示与数据报对应的IP协议版本号，这里值为“6”。(2)优先级(Traffic Class)：为8比特长度，可以为数据报赋予不同的类别或优先级。它类似IPv4的服务类型(TOS)字段，为差异化服务留有余地。(3)流标记(Flow Label)：为20比特长度，是IPv6的新增字段。源节点使用这个字段，为特定序列的数据报请求特殊处理(效果比尽力转发好)。实时数据传输如：语音和视频可以使用流标记(Flow Label)字段
34、以确保QoS。(4)数据长度(Payload Length)：为16比特长度，表明了有效载荷长度。与IPv4报头中的数据报总长(Total Length)字段不同，这个字段的值并未算上IPv6的40位报头。计算的只是报头后面的扩展和数据部分的长度。因为该字段长16比特，所以能表示高达64KB的数据有效载荷。如果有效载荷更大，则由超大报(JUMBOGRAM)扩展部分表示。(5)下一报头(Next Header)：为8比特长度，类似IPv4中的协议(Protocol)字段，但有些差异。在IPv4中，传输层报头如TCP或UDP始终跟在IP报头后面。在IPv6中，扩展部分可以插在IP报头和传输层报头当
35、中。这类扩展部分包括验证、加密和分片功能。Next Header字段表明了传输层报头或扩展部分是否跟在IPv6报头后面。(6)跳数限制(Hop Limit)：为8比特长度，代替了IPv4中的(TTL)字段。它在经过规定数量的路由段后会将数据报丢弃，从而防止了数据报被永远转发。经过一个路由器，Hop Limit字段的值就减少一个。IPv4使用了时值(Time Value)，每经过一个路由段就从TTL字段减去一秒。IPv6用段值(Hop Value)换掉了时值。(7)源地址(Source Address)：为128比特长度，该字段指明了始发主机的起始地址。(8)目的地址(Destination A
36、ddress)：为128比特长度，该字段指明了传输信号的目的地址。2.3 IPv6路由技术IPv6没有IPv4中的地址类别的概念。不论A、B、C类地址的存在对于IPv4如何有用，长期以来这种分类都是对地址的浪费，对于网络地址体系结构，子网用处很多。而且出于路由目的，IPv6地址可以积累起来，理论上有很大潜力可以显著地减少非默认路由表的大小。但是，这种高度集聚的体系结构也有缺点，即一旦一个机构改变,其供应商就必须对网络重新编号;同样，多宿主网络也可能引起更多的问题。实际上，基于供应商的CIDR模式集聚方法的反对者把这个问题称为“专制”，他们已经提出了替代方案。很显然，这些替代方案在IPv6中没有
37、采纳，但是这些方案有助于使自动配置和供应商移动性成为IPv6过渡策略的关键部分。和IPv4一样，IPv6的路由也分为静态路由和动态路由。静态路由是由手工配置的路由，它在两个网络设备之间定义了明确的路径，如果网络拓扑发生改变，需要手动重新对路由表进行修改：动态路由是动态路由协议计算出来的，按照一定的路由算法，根据网络拓扑结构的变化进行路由的计算和路由表的更新。2.3.1IPv6静态路由IPv6静态路由具有如下一些优点：(1)简单、高效、可靠;(2)减小路由器的日常开销;(3)可以控制路由选择的更新;(4)比动态路由协议需要更少的带宽;IPv6静态路由的缺点有：(1)不适应在大型网络中使用;(2)
38、网络拓扑发生变化时不能自动调节;(3)无法预防配置中可能存在的错误;一般来说，在小型网络中可以充分利用静态路由的优点，而在大型网络中，在某些情况下，为了特殊的目的也会配置少量的静态路由(比如在骨干网中配置默认路由)。2.3.2IPv6动态路由IPv6动态路由是相对于其静态路由来说的。网络中的路由器之间相互通信、传递信息，利用收到的路由信息通过一定的算法，计算出更新的路由表。当网络的拓扑结构发生变化时，动态路由可以自动地更新路由表项。动态路由适用于大中型网络，和那些配置比较复杂，手工配置烦琐的网络。IPv6路由协议实质上可以分为距离矢量(或路径矢量)协议和链路状态协议两类。典型的距离矢量路由协议
39、有RIPng，链路状态协议有OSPFv3和IS-ISv6。RIPng是一个重要的距离矢量协议，该协议很简单，但是，因为它要求互联网络中的每个路由器都要周期性地向网络中所有其他路由器广播自己的路由信息，故该协议有一定的局限性。RIPng有一些缺陷。首先，该协议“噪音”很大。每个路由器都频繁地发送状态信息，默认情况下每30秒就发送一个报文，这样随着互联网络规模的扩充、路由器数目的增加，整个网络的业务流将急剧增长。其次，由于RIPng定义的限制，它只能支持不超过16跳的互联网络。即，如果路由的长度超过16跳，就不能使用RIPng来选路。路由协议有必要允许数据报的选路独立于网络拓扑。这意味着源节点不必
40、在内存中保留Internet的拓扑结构，也能够向网络中的任何目的地发送包。中间路由器应该了解网络的连通性，以便正确地转发数据报，但是它们也不必了解整个网络结构，只需要了解本地部分。因此，RIPng之类的协议使得路由器能够获得来自其他路由器的有关它们的连接状态的通知。对于中小型内联网而言，因为其对网络带宽的限制并不重要，RIPng还是很重要的路由协议。但是，对于大型内联网，RIPng不适用；当有很多不同路由需要考虑时，对于选路骨干业务流，RIPng也不适用。针对距离矢量方法的缺陷，诸如开放的最短路径优先(OSPFv3)协议之类的链路状态协议得以大量引入。采用这种方法，路由器不是周期性地向所有其他
41、路由器通知自己的所有路由，而是只通告自己的直接链路。路由器只在连接改变或其他路由器询问时才发出通告，这样使用诸如OSPFv3之类的协议会减少与选路相关的噪声。由于没有RIPng的跳数限制，也不会在路由器间产生大量业务流，因而OSPFv3能够支持较大型网络。但是，OSPFv3比RIPng要复杂得多。对多层次的支持和对基于服务类型选路的支持也是OSPFv3的重要特性。2.4 本章小结本章主要介绍了以下内容：(1)IPv6地址的三种类型：单播地址、多播地址和任播地址。(2)IPv6地址的三种种文本表示法：首选格式、压缩格式、内嵌IPv4的IPv6地址。(3)IPv6基本报头及各域的说明。(4)IPv
42、6的路由：静态路由和动态路由。3 IPv4向IPv6过渡技术3.1 基本过渡技术简介过渡技术重点解决如何在IPv4网络环境里实现与IPv6网络的互操作及平滑过渡问题，目前基本过渡技术中成熟的技术包括双协议栈技术、隧道技术和协议转换技术。3.1.1双协议栈技术双协议栈是指在单个节点同时支持IPv4和IPv6两种协议栈。由于IPv6和IPv4是功能相近的网络层协议，两者都基于相同的物理平台，而且加载于其上的传输层协议TCP和UDP也没有区别，所以可以在一台主机上同时支持IPv4协议和IPv6协议。双协议栈技术的工作原理是：一台主机同时支持IPv6和IPv4两种协议，该主机既能与支持IPv4协议的主
43、机通信，又能与支持IPv6协议的主机通信。双协议栈是其它IPv4IPv6互通技术的基础。它有3种工作模式：只运行IPv6协议，此时表现为IPv6节点。运行IPv4协议，此时表现为IPv4节点。同时打开IPv6和IPv4协议。双协议栈主机的协议结构见图3.0.1。应用程序TCP/UDPIPv6协议IPv4协议物理网络图3.0.1 双协议栈主机的协议结构双协议栈主机在通信时首先通过支持双协议的DNS服务器查询与目的主机名对应的IP地址，然后根据指定的IPv6或IPv4地址开始通信。双协议栈通信方式如图3.0.2所示。图3.0.2 双协议栈的通信方式3.1.2隧道技术隧道技术是将IPv6的报文分组封
44、装到IPv4的分组中，分组的源地址和目的地址分别是隧道入口和出口的IPv4地址。随着IPv6网络的发展，将会出现许多局部的IPv6网络，但是这些IPv6网络被运行IPv4协议主干网络所分隔开来。IPv6网络就像是处于IPv4“海洋”中的“孤岛”，为了使这些IPv6“孤岛”可以互通，必须使用隧道技术。此技术要求隧道两端的节点(路由器)都支持IPv4IPv6两种协议，其通信方式如图3.0.3所示。图3.0.3 隧道技术的通信方式在隧道的入口处，路由器将IPv6的数据报封装入IPv4中，IPv4数据报的源地址和目的地址分别是隧道入口和出口的IPv4地址。在隧道的出口处再将IPv6数据报取出转发给目的
45、站点。隧道技术只要求在隧道的入口和出口处进行修改，对其他部分没有要求，因而很容易实现。但是隧道技术不能实现IPv4主机和IPv6主机的直接通信。3.1.3网络地址-协议转换机制(NAT-PT)网络地址协议转换机制NAT-PT (Network Address Translation-Protocol Translation)又称直接或透明转换机制，图3.0.4所示，就是直接转换两种不同协议的数据报的相应字段，从而达到使两种协议互通的目的。转换网关作为两种不同协议通信的中间设备，在IPv4和IPv6网络之间进行地址转换(NAT)，同时也将IPv4报文和IPv6报文之间进行报头格式及其相应语义的翻译(PT)。在lPv4和IPv6节点之间提供透明的路由，是解决纯IPv4和纯IPv6网络之间通信的有效手段。对于FTP等内含地址信息的高层协议来说，这种NAT-PT机制必须与应用层的网关配合运作才能实现协议翻译。这种机制最大的特点是不需要双栈支持，也不需要隧道支持。该机制是针对纯IPv4和纯IPv6网络节点之间的相互通信而言。如图3.0.4所示NAT-PT过渡机制。图3.0.4 NAT-PT过渡机制3.1.4三种