IPv6隧道技术研究与实现

目 录1 互联网 IP 通信协议 .11.1 IP 概述 .11.2 IPV4 协议简介 .21.3 IPV6 协议简介 .31.4 IPV4 与 IPV6 的区别和联系 .42 IPV4 到 IPV6 的过渡 .52.1 IPv4/IPv6 双栈方法 .52.2 IPv6 协议隧道方法 .72.2.1 IPv6-over-IPv4 隧道技术 .92.2.2 6to4 隧道技术 .92.2.3 ISATAP 隧道技术 .92.2.4 IPv4 兼容 IPv6 自动隧道 .102.2.5 6PE 隧道技术 .112.2.6 Teredo 隧道 .113 隧道技术实现 .123.1 模拟器介绍 .123.2 模拟器实现 6to4 隧道技术 .124 小结 .17图表目录图 1 互联网通信 .3图 2 ipv6/ipv6 双协议通信 .6图 3 ipv6 隧道通信 .7图 4 跨网络隧道通信 .8图 5 ISATAP 隧道 .10图 6 DOC 下查看隧道 .11图 7 DOC 下隧道 IP.12图 8 Dynamips 启动 .13图 9 6to4 路由器拓扑图 .13图 10 Dynamips 模拟器 CCNP 拓扑图 .14图 11 R2,R3,R4 地址配置 .15图 12 R2,R4 路由配置 .15图 13 连通 ipv4 网络 .16图 14 静态路由 .17图 15 R1,R5 连通 .17图 16 R2,R4 隧道情况 .171IPv6 隧道技术研究与实现摘要：IPv6 协议是因特网的新一代通信协议，本文介绍了如何实现从 IPv4 到IPv6 的平滑过渡,研究从 IPv4 到 IPv6 过度的技术。通过搜集整理大量的书籍信息和互联网信息，概括总结了 IPV6 到 IPV4 的通信方式和通信技术。对于ipv6 隧道技术给予了深入研究。被称为下一代互联网的 IPv6 如何实现与上一代协议的互联，如何完成从第一代通信协议到第二代通信协议的过渡，这些都是本文所要探讨的。如何实现 IPv6 穿越 IPv4 网络通信，本文对 IPv6 隧道提供一种可行的模拟方案，使用模拟器 Dynamips 实现 IPv6 隧道技术。通过使用Dynamips 模拟器，虚拟出五个路由器，通过在五个路由器上配置实验环境，实现 ipv6 穿越 ipv4 网络通信，完成 6to4 隧道通信。关键词：IPv4 ；IPv6；IPv6 隧道；Dynamips引言 如今最广泛应用的 IP 版本仍然是 IPv4。然而 IPv6 也已经开始使用了。IPv6 与 IPV4 相比有更长的地址作准备，因此可以满足更多网络使用者的需要。IPv6 基本包括了 IPv4 的所有功能，所以 IPv6 技术的使用也对互联网效率的提高起到很大的作用。当前阶段 IPV4 仍然占据着互联网的大部分江山，IPV6 的大量投入使用还将是漫长的过程。但是 IPV6 作为一种新技术，它也必将承担起自己的使命。作为一种新的技术，我们对于它充满了期待和新鲜感，本文将对于这种 IPV4 到 IPV6 新技术的过度问题进行研究。并且用模拟器 Dynamips 实现ipv6 隧道技术的通信。1 互联网 IP 通信协议1.1 IP 概述IP(Internet Protocol)是“网络之间互连的协议”的缩写，是计算机网络通信协议，是用来唯一标识互联网上计算机的逻辑地址。一般 IP 即是指IPV4。IP 地址都是一个十分重要的概念，INTERNET 的许多服务和特点都是通过IP 地址体现出来的。它规定了计算机在因特网上进行通信时应当遵守的规则，每台连网计算机都依靠 IP 地址来标识自己。IP 是网络上信息从一台计算机传递给另一台计算机的方法或者协议，IP 地址将其与网络上其他计算机区别开。IP 协议实际上是一套由软件程序组成的协议软件，它有一个非常重要的内容，2那就是给因特网上的每台计算机和其它设备都规定了一个唯一的地址，叫做“IP 地址”。1.2 IPV4 协议简介IPv4(Internet Protocol version 4)，工作在网络层，是网际通信协议版本 4。IPv4 中规定 IP 地址长度为 32 比特。IPv4 首部一般是 20 字节长。一般的书写法为 4 个用小数点分开的十进制数。也有人把 4 位数字化成一个十进制长整数，但这种标示法并不常见。IPv6 使用的 128 位地址所采用的位址记数法。 过去 IANAIP 地址分为 A,B,C,D 4 类，把 32 位的地址分为两个部分：前面的部分代表网络地址，由 IANA 分配，后面部分代表局域网地址。如在 C 类网络中，前 24 位为网络地址，后 8 位为局域网地址，可提供 254 个设备地址(因为有两个地址不能为网络设备使用: 255 为广播地址，0 代表此网络本身) 。IP包由首部(header)和实际的数据部分组成。数据部分一般用来传送其它的协议，如 TCP，UDP，ICMP 等。数据部分最长可为 65515 字节(Byte)(=2xx16 - 1 - 最短首部长度 20 字节) 。一般而言，低层(链路层) 的特性会限制能支持的 IP 包长。 Ipv4 并不区分作为网络终端的主机(host) 和网络中的中间设备如路由器中间的差别。每台电脑可以即做主机又做路由器。路由器用来联结不同的网络。所有用路由器联系起来的这些网络的总和就是互联网。IPv4 技术即适用于局域网(LAN) 也适用于广域网。一个 IP 包从发送方出发，到接送方收到，往往要穿过通过路由器连接的许许多多不同的网络.在互联网或内联网上传输的 IPv4 包必须从一个网络选路到另一个网络以到达其目的地。选路协议可以使用动态机制来确定路由，但是所有选路最终依赖于某个路由器查看不同路由的列表并确定正确的路由。选路表包含网络的列表和连接到这些网络的接口的列表。路由器查看包，确定包所在的网络(或该网络可能在的网络)，然后把包发送到适当的网络接口。对子网的合理使用将增加地址使用的效率，但它对于效率的改进是有限的。如果想了解原因的话，先考虑原来的网络地址分配方式：一个机构可以申请到一个 A、B 或 C 类地址。如果能够证明自己需要相当数量的主机地址，机构也许能获得一个 B 类地址；否则，获得的将会是一个 C 类地址。无论申请人的网络中的主机是 200 台、20 台还是 2 台，他们都将获得一个 C 类地址，这样就占用了 254 个主机地址。如果他们能够使权威机构确信他们的确需要一个B 类地址的话，即便他们只有 1000 台主机，他们仍将获得完整的 B 类地址，这样一来又占用了 65534 个主机地址。获得这些地址后，从外部发往网络内任一处的业务流都在一个路由器接口处理，该路由器将把这些数据重新选路到本机构内的目的地。这种体系结构意味着用户可以按照自己的愿望来设计网络。如3图 1 中显示了两种方案。两个网络都连接到 Internet，但 C 类网在本机构内只提供了一个网络的连接能力，而 B 类网络把机构划分成三个子网，通过内部路由器彼此连接，并通过第二个路由器连接到 Internet。图 1 互联网通信1.3 IPV6 协议简介IPv6（Internet Protocol Version 6）是网络层协议的第二代标准协议，也被称为 IPng（IP Next Generation，下一代因特网）。它是 IETF（Internet Engineering Task Force，Internet 工程任务组）设计的一套规范，是 IPv4的升级版本。IPv6 和 IPv4 之间最显著的区别为：IP 地址的长度从 32 比特增加到 128 比特。IPv6 正处在不断发展和完善的过程中，它在不久的将来将取代目前被广泛使用的 IPv4。IPv6 的地址结构中除了把 32 位地址空间扩展到了 128位外，还对 IP 主机可能获得的不同类型地址作了一些调整，IPv6 中取消了广播地址而代之以点播地址。IPv4 中用于指定一个网络接口的单播地址和用于指定由一个或多个主机侦听的组播地址基本不变。IPv6 中包括总长为 40 字节的8 个字段(其中两个是源地址和目的地址)。它与 IPv4 包头的不同在于，IPv4 中包含至少 12 个不同字段，且长度在没有选项时为 20 字节，但在包含选项时可达 60 字节。IPv6 使用了固定格式的包头并减少了需要检查和处理的字段的数量，这将使得选路的效率更高。在 IPv4 中可以在 IP 头的尾部加入选项，与此4不同， IPv6 中把选项加在单独的扩展头中。通过这种方法，选项头只有在必要的时候才需要检查和处理。IPv4 选项的问题在于改变了 IP 头的大小，因此更像一个“特例”，即需要特别的处理。路由器必须优化其性能，这意味着将为最普遍的包进行最佳性能的优化。这使得 IPv4 选项引发一个路由器把包含该选项的包搁置一边，等到有时间的时候再进行处理。IPv6 中实现的扩展头可以消灭或至少大量减少选项带来的对性能的冲击。通过把选项从 IP 头中搬到净荷中，路由器可以像转发无选项包一样来转发包含选项的包。除了规定必须由每个转发路由器进行处理的逐跳选项之外， IPv6 包中的选项对于中间路由器而言是不可见的。除了减少 IPv6 包转发时选项的影响外， IPv6 规范使得对于新的扩展和选项的定义变得更加简单。在需要的时候可能还会定义其他的选项和扩展。IPv6 地址表示方式IPv6 地址被表示为以冒号（:）分隔的一连串 16 比特的十六进制数。每个IPv6 地址被分为 8 组，每组的 16 比特用 4 个十六进制数来表示，组和组之间用冒号隔开，比如：2001:0000:130F:0000:0000:09C0:876A:130B。为了简化IPv6 地址的表示，对于 IPv6 地址中的“0”可以有下面的处理方式： 每组中的前导“0”可以省略，即上述地址可写为 2001:0:130F:0:0:9C0:876A:130B。如果地址中包含连续两个或多个均为 0 的组，则可以用双冒号“:”来代替，即上述地址可写为 2001:0:130F:9C0:876A:130B。IPv6 主要有三种类型的地址：单播地址、组播地址和任播地址。单播地址：用来唯一标识一个接口，类似于 IPv4 的单播地址。发送到单播地址的数据报文将被传送给此地址所标识的接口。组播地址：用来标识一组接口（通常这组接口属于不同的节点），类似于IPv4 的组播地址。发送到组播地址的数据报文被传送给此地址所标识的所有接口。任播地址：用来标识一组接口（通常这组接口属于不同的节点）。发送到任播地址的数据报文被传送给此地址所标识的一组接口中距离源节点最近（根据使用的路由协议进行度量）的一个接口。1.4 IPV4 与 IPV6 的区别和联系IPv6 是 新 一 代 Internet 通 信 协 议 ， 具 有 许 多 的 功 能 特 色 ： 全 新 的 表 头格 式 、 较 大 的 地 址 空 间 、 有 效 及 阶 层 化 的 地 址 与 路 由 架 构 、 内 建 的 安 全 性 、与 邻 近 节 点 相 互 作 用 的 新 型 通 信 协 议 Neighbor Discovery Protocol for IPv6、 可 扩 展 性 等 。5IPV6 与 IPV4 相 比 具 有 以 下 几 个 优 势 ： 一 ， IPv6 具 有 更 大 的 地 址 空 间 。IPv4 中 规 定 IP 地 址 长 度 为 32 个 比 特 ， 即 有 232-1 个 地 址 ； 而 IPv6 中IP 地 址 的 长 度 为 128 比 特 ， 即 有 2128-1 个 地 址 。 二 ， IPv6 使 用 更 小 的 路由 表 。 IPv6 的 地 址 分 配 一 开 始 就 遵 循 聚 类 的 原 则 ， 这 使 得 路 由 器 能 在 路 由 表中 用 一 条 记 录 表 示 一 片 子 网 ， 大 大 减 小 了 路 由 器 中 路 由 表 的 长 度 ， 提 高 了 路由 器 转 发 数 据 包 的 速 度 。 三 ， IPv6 增 加 了 增 强 的 组 播 支 持 以 及 对 流 的 支 持 ，这 使 得 网 络 上 的 多 媒 体 应 用 有 了 长 足 发 展 的 机 会 ， 为 服 务 质 量（ QoS， Quality of Service） 控 制 提 供 了 良 好 的 网 络 平 台 。 四 ， IPv6 加入 了 对 自 动 配 置 的 支 持 。 这 是 对 DHCP 协 议 的 改 进 和 扩 展 ， 使 得 网 络 （ 尤 其是 局 域 网 ） 的 管 理 更 加 方 便 和 快 捷 。 五 ， IPv6 具 有 更 高 的 安 全 性 。 在 使 用IPv6 网 络 中 用 户 可 以 对 网 络 层 的 数 据 进 行 加 密 并 对 IP 报 文 进 行 校 验 ， 极大 的 增 强 了 网 络 的 安 全 性 。IPv4 面 临 的 最 紧 迫 的 问 题 是 地 址 空 间 的 大 小 问 题 ， 主 要 研 究 方 向 也 定 位在 如 何 减 少 地 址 空 间 的 浪 费 并 提 高 使 用 效 率 上 。 其 他 议 题 ， 包 括 选 路 、 网 络管 理 、 配 置 及 IPv4 扩 展 选 项 有 时 考 虑 到 IPv4 存 在 的 时 间 ， 它 确 实 工 作 得不 错 。 那 为 什 么 还 要 用 其 他 的 东 西 来 替 换 它 呢 ？ 毕 竟 如 果 把 IPv4 替 换 掉 的话 ， 网 络 中 的 所 有 系 统 均 需 要 升 级 。 IPv4 需 要 一 些 改 变 以 使 得 它 能 够 在 网络 协 议 的 发 展 中 得 以 继 续 生 存 。 增 长 中 的 网 络 正 在 消 耗 有 限 的 IP 地 址 空 间资 源 ， 这 一 简 单 问 题 意 味 着 地 址 空 间 必 须 扩 充 。 IPV4 将 逐 渐 出 现 向 IPv6过 渡 ， IPv4 与 IPv6 将 共 存 并 交 互 。2 IPV4 到 IPV6 的过渡IPv6 是 新 一 代 Internet 通 信 协 议 ， 以 后 IPv4 的 全 面 升 级 向 IPv6 过 渡必 定 是 渐 进 的 。 考 虑 到 目 前 已 经 有 大 量 网 络 和 节 点 连 接 到 Internet， 人 们无 法 接 受 大 量 的 切 换 形 式 的 升 级 。 随 着 网 络 厂 商 和 开 发 者 逐 渐 将 IPv6 引 入不 同 的 平 台 ， 随 着 网 络 管 理 者 逐 渐 确 定 自 己 所 需 要 的 IPv6 功 能 ， 向 IPv6过 渡 也 将 是 一 个 相 对 缓 慢 的 过 程 1。 大 多 数 过 渡 策 略 都 依 靠 协 议 隧 道 的 两路 方 法 ， 将 来 自 IPv6 孤 岛 的 IPv6 包 封 装 在 IPv4 包 中 ， 然 后 在 广 泛 分 布 的IPv4 海 洋 中 传 送 。 经 过 过 渡 的 早 期 阶 段 ， 越 来 越 多 的 I P 网 络 和 设 备 将 支持 IPv6。 但 即 使 在 过 渡 的 后 期 阶 段 ， IPv6 封 装 仍 将 提 供 跨 越 只 支 持 IPv4的 骨 干 网 和 其 他 坚 持 使 用 IPv4 的 网 络 的 连 接 能 力 。 另 一 路 策 略 是 双 栈 方 法 ，即 主 机 和 路 由 器 在 同 一 网 络 接 口 上 运 行 IPv4 栈 和 IPv6 栈 。 这 样 ， 双 栈 节点 既 可 以 接 受 和 发 送 IPv4 包 ， 也 可 以 接 受 和 发 送 IPv6 包 ， 因 而 两 个 协 议可 以 在 同 一 网 络 中 共 存 。62.1 IPv4/IPv6 双栈方法双栈节点完全支持两种协议版本，这类节点常常被称为 IPV6/IPV4 节点。这种节点和 IPV6 节点通信的时候，就像一个纯 IPV6 节点，而当他和 IPV4 节点通信的时候，又像一个纯 IPV4 节点。这类节点实现中可能有一个配置开关来启用，禁用其中某个节点。因此这类节点有三中操作模式 2：启用 ipv4 栈而禁用ipv6 栈时，节点如同一个 IPV4；启用 ipv6 栈而禁用 ipv4 栈时，节点如同一个IPV6；同时启用 IPV4 栈和 ipv6 栈的时候，该节点就能使用这两种版本协议。Ipv6/ipv4 节点在每种协议版本下至少有一个地址。IPv4/IPv6 双栈节点与其他类型的多栈节点的工作方式相同。链路层接收到数据段，拆开并检查包头。如果 IPv4/ IPv6 头中的第一个字段，即 IP 包的版本号是 4，该包就由 IPv4 栈来处理；如果版本号是 6，则由 IPv6 栈处理。最简单的双栈工作是只支持 IPv4和 IPv6，但不支持隧道方式。对于大多数节点，尤其是如果这些节点的Internet 应用软件都已升级为同时支持 IPv4 和 IPv6，这种功能足够。如同用于访问 IPv4 网络服务一样，同一应用也能够用于访问本地 IPv6 网络服务。节点可以与任何 IPv4 节点或 IPv6 节点互操作，但只限于与其有连接能力的网络。如图 2 的示例中显示，可以与双栈节点 D 互操作的节点包括：网络 A 和网络 B中的 IPv4 节点或 IPv6 节点、网络 M 中的所有 IPv4 节点，但 D 不能和网络 C 中的节点互操作。网络 C 是严格的 IPv6 网络，从网络 A 到网络 C 没有 IPv6 路径。链接网络 A 和网络 M 的路由器只支持 IPv4，因此无法通过网络 M 向网络 C 转发IPv6 包。7图 2 ipv6/ipv6 双协议通信2.2 IPv6 协议隧道方法隧