从IPv4到IPv6的转换

1、从IPv4到IPv6的转换考号 2222222222 姓名 卜琨内容提要 随着人类社会的飞速发展，计算机技术和计算机网路技术得到空前发展在所有的计算机网络计算中，internetInternet网路是最成功最成熟的。Internet网络从诞生之日起,IPv4协议就作为网络的基础,对于Internet网络的发展有着不可磨灭的贡献。尽管当前Internet网络中运行的IPv4协议非常成熟,构成了Internet的基础,但是网络的快速发展及IPv4协议本身特点的限制,IPv4协议暴露出了越来越多的难以克服的缺点,已经难以适应未来Internet网络的发展。为了解决Internet网络面临的困难,改变

2、固有的以IPv4协议为基础的网络,IETF研制开发了IPv6协议。 IPv6协议作为下一代的网络协议,解决了IPv4协议的诸多缺点,并优化了其他重要的功能。其中以超大空间的IP地址、优化的网络速度和高安全性为显著特点，论文介绍了IPv4与IPv6的比较，阐述了IPv4到IPv6转换的必然性和重要性。 关键词 IPv6协议 IPv4协议 协议转换第一章、 什么是TCP/IP协议TCP/IP协议是Transmission Control Protocol/Internet Protocol的简写，中译名为传输控制协议/因特网互联协议，又名网络通讯协议，是Internet最基本的协议、Interne

3、t国际互联网络的基础，由网络层的IP协议和传输层的TCP协议组成。TCP/IP 定义了电子设备如何连入因特网，以及数据如何在它们之间传输的标准。TCP/IP协议并不完全符合OSI的七层参考模型。OSI（Open System Interconnect）是传统的开放式系统互连参考模型，是一种通信协议的7层抽象的参考模型，其中每一层执行某一特定任务。该模型的目的是使各种硬件在相同的层次上相互通信。这7层是：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。而TCP/IP通讯协议采用了4层的层级结构，每一层都呼叫它的下一层所提供的网络来完成自己的需求。由于ARPNET的设计者注重的是网络互

4、联，允许通信子网（网络接口层）采用已有的或是将来有的各种协议，所以这个层次中没有提供专门的协议。TCP/IP协议不依赖于任何特定的计算机硬件或操作系统，提供开放的协议标准，即使不考虑Internet，TCP/IP协议也获得了广泛的支持。所以TCP/IP协议成为一种联合各种硬件和软件的实用系统。 TCP/IP协议并不依赖于特定的网络传输硬件，所以TCP/IP协议能够集成各种各样的网络。统一的网络地址分配方案，使得整个TCP/IP设备在网中都具有惟一的地址 。标准化的高层协议，可以提供多种可靠的用户服务 TCP负责发现传输的问题，一有问题就发出信号，要求重新传输，直到所有数据安全正确地传输到目的地

5、。而IP是给因特网的每一台电脑规定一个地址。在Internet上连接的所有计算机，从大型机到微型计算机都是以独立的身份出现，我们称它为主机。为了实现各主机间的通信，每台主机都必须有一个唯一的网络地址Internet的网络地址是指连入Internet网络的计算机的地址编号。所以，在Internet网络中，网络地址唯一地标识一台计算机。 我们都已经知道，Internet是由几千万台计算机互相连接而成的。而我们要确认网络上的每一台计算机，靠的就是能唯一标识该计算机的网络地址，这个地址就叫做IP（Internet Protocol的简写）地址，即用Internet协议语言表示的地址。第二章、 IPv4

6、现状以及所面临的问题 IPv4，是互联网协议（Internet Protocol，IP）的第四版，也是第一个被广泛使用，构成现今互联网技术的基石的协议。传统的TCP/IP协议基于IPV4属于第二代互联网技术，核心技术属于美国 IP地址是一个32位的二进制地址，为了便于记忆，将它们分为4组，每组8位，由小数点分开，用四个字节来表示，这种书写方法叫做点数表示法。IPv4的最大问题是网络地址资源有限。1983年TCP/IP协议被ARPAnet采用，直至发展到后来的互联网。那时只有几百台计算机互相联网。到1989年联网计算机数量突破10万台，并且同年出现了1.5Mbit/s的骨干网。因为IANA把大片

7、的地址空间分配给了一些公司和研究机构，90年代初就有人担心10年内IP地址空间就会不够用。从理论上讲，编址1600万个网络、40亿台主机。但采用A、B、C三类编址方式后，可用的网络地址和主机地址的数目大打折扣，以至目前的IP地址已经枯竭。其中北美占有3/4，约30亿个，而人口最多的亚洲只有不到4亿个，中国截止2010年6月IPv4地址数量达到2.5亿，落后于4.2亿网民的需求。虽然用动态IP及Nat地址转换等技术实现了一些缓冲，但IPV4地址枯竭已经成为不争的事实。传统的TCP/IP协议基于电话宽带以及以太网的电器特性而制定的，其分包原则与检验占用了数据包很大的一部分比例造成了传输效率低，现在

8、网络正向着全光纤网络和超高速以太网方向发展，TCP/IP协议不能满足其发展需要，并由此导致了IPv6 的开发。在此，专家提出IPV6的互联网技术。第三章、IPv6的特点 IPv6被称为下一代互联网协议，它是由IETF设计的代替现行的IPv4的一种新的IP协议。IPv6是解决IPv4所存在的不足而提出的，同时它还在许多方面提出了改进。1。、报头结构：IPv6报头占40字节，相对于变长的24字节IPv4报头好象长了点，但新的IPv6报头的结构比IPv4简单得多， IPv6报头中删除了IPv4报头中许多不常用的域，放入了可选项和报头扩展。其可选项有更严格的定义。IPv6报头中有6个域和2个地址空间，

9、相对于IPv4中的10个固定长度的域、2个地址空间和若干个选项的结构来说IPV6要简单 2。、地址问题： IPv6协议的地址长度是128位，共有2128个不同的IPv6地址，也就是全球可分配地址数为3.41038个。 IPv6地址表示方式和IPv4截然不同（IPv4地址表示为点分十进制格式，32位的地址分成4个8位分组，每个8位写成十进制，中间用点号分隔。），它采用十六进制格式，既128位地址是以16位为一分组，每个16位分组写成4个十六进制数，中间用冒号分十六进制格式。3。、地址自动配置技术 ：IPv6协议支持地址自动配置技术，这是一种“即插即用”的机制“即插即用”是指无需任何人工干预，就可

10、以将一个节点插入IPv6网络并在网络中启动，IPv6使用了两种不同的机制来支持即插即用网络连接：启动协议（BOOT strap Protocol，BOOTP）和动态主机配置协议（DHCP）。 这两种机制允许IP节点从特殊的BOOTP服务器或DHCP服务器获取配置信息。这些协议采用“状态自动配置”，即服务器必须保持每个节点的状态信息，并管理这些保存的信息。4。、域名解析技术 ： IPv6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。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。5。、邻

11、居发现 任何设备都不能孤立的工作，要是孤立的话就没有什么意义了。IPv6定义了邻居发现协议（Neighbor Discovery protocol，NDP），它使用一系列IPv6控制信息报文（ICMPv6）来实现相邻节点（同一链路上的节点）的交互管理，并在一个子网中保持网络层地址和链路层地址之间的映射。 6。、超长数据传送问题 IPv6要求互联网上的每条链路具有1280或更多个八位组的最大传输单元（MTU）。无法在一段之内传送1280个八位组的链路必须根据链路的情况在IPv6下层的协议中提供分段和重组机制。7。、路由技术 IPv6主要使用三种路由协议：RIPv6（Routing Informa

12、tion Protocol，路由信息协议）、OSPFv6（Open Shortest Path First，开放最短路径优先）和IDRPv2（Inter-Domain Routing Protocol，域间路由协议）以及可能的EIGRP和双层的IS-IS。 另外，移动IPv6协议为用户提供可移动的IP数据服务，让用户可以在世界各地都使用同样的IPv6地址，非常适合未来无线上网。 8。安全问题 这可是个首要问题啊。原来的互联网安全机制无法从IP层来保证Internet的安全。为了解决这个问题，IETF制定了一套IP安全（IP Security，IPSec）协议用于保护IP通信的安全。它既可以用于

13、IPv4也可用于IPv6。IPSec是IPv6的一个组成部分，也是IPv4的一个可选扩展协议。它更好的支持了IPv6，使我们有机会在将网络转换到这种新型协议的同时发展端到端安全性。第四章、 IPv6的优势 与IPv4相比，IPv6具有许多新的特点，如简化的IP包头格式、主机地址自动配置、认证和加密以及较强的移动支持能力等。概括起来，IPv6的优势体现在以下五个方面。 1.地址长度 这个优势对运营商有着强大的吸引力。IPv6的128位地址长度形成了一个巨大的地址空间。在可预见的很长时期内，它能够为所有可以想象出的网络设备提供一个全球惟一的地址。 2.移动性 IPv6对移动数据业务的较强的支持能力

14、是运营商非常看重的。移动IP需要为每个设备提供一个全球惟一的IP地址。IPv4没有足够的地址空间可以为在Internet上运行的每个移动终端分配一个这样的地址。而移动IPv6能够通过简单的扩展，满足大规模移动用户的需求。这样，它就能在全球范围内解决有关网络和访问技术之间的移动性问题。 移动IPv6在新功能和新服务方面可提供更大的灵活性。每个移动设备设有一个固定的家乡地址（home address），这个地址与设备当前接入互联网的位置无关。当设备在家乡以外的地方使用时，可以通过一个转交地址来提供移动节点当前的位置信息。移动设备每次改变位置，都要将它的转交地址告诉给家乡地址和它所对应的通信节点。在

15、家乡以外的地方，移动设备传送数据包时，通常在IPv6报头中将转交地址作为源地址。移动节点在家乡以外的地方发送数据包时，使用一个家乡地址目标选项。目的是通过这个选项把移动节点的家乡地址告诉给包的接收者。由于在该数据包里包含家乡地址的选项，接收方通信节点在处理这个包时就可以用这个家乡地址替换包内的转交地址。因此,发送给移动节点的IPv6包就能够透明地选路到该节点的转交地址处。对通信节点和转交地址之间的路由进行优化会使网络的利用率更高。 3GPP是移动网络的一个标准化组织，IPv6已经被该组织所采纳，其发布的第五版文件中规定在IP多媒体核心网中将采用IPv6。这个核心网将处理所有3G网络中的多媒体数

16、据包。3.内置的安全特性 IPv6协议内置安全机制，并已经标准化，可支持对企业网的无缝远程访问。即使终端用户用“实时在线”方式接入企业网，这种安全机制也是可行的;而这种“实时在线”的服务类型在IPv4技术中是无法实现的。对于从事移动性工作的人员来说，IPv6是IP级企业网存在的保证。 在安全性方面，IPv6同IP安全性（IPSec）机制和服务一致。除了必须提供网络层这一强制性机制外，IPSec还提供两种服务。其中，认证报头（AH）用于保证数据的一致性，而封装的安全负载报头（ESP）用于保证数据的保密性和数据的一致性。在IPv6包中，AH和ESP都是扩展报头，可以同时使用，也可以单独使用其中一个

17、。此外，作为IPSec的一项重要应用，IPv6还集成了VPN的功能。 4.服务质量 在这方面，IPv6较之IPv4有了很大的改善。从协议的角度看，IPv6的优点体现在能提供不同水平的服务。这主要是由于IPv6报头中新增加了字段“业务级别”和“流标记”。有了它们，在传输过程中，中间的各节点就可以识别和分开处理任何IP地址流。尽管对这个流标记的准确应用还没有制定出有关标准，但将来它会用于基于服务级别的新计费系统。另外，在其他方面，IPv6也有助于改进QoS。这主要表现在支持“实时在线”连接、防止服务中断以及提高网络性能方面。同时，更好的网络和QoS也会提高客户的期望值和满意度。 5.自动配置 这是

18、一种即插即用的机制。IPv6的另一个基本特性是它支持无状态和有状态两种地址的自动配置方式。无状态地址自动配置方式是获得地址的关键。在这种方式下，需要配置地址的节点使用一种邻居发现机制获得一个局部连接地址。一旦得到这个地址之后，它使用另一种即插即用的机制，在没有任何人工干预的情况下，获得一个全球惟一的路由地址。有状态配置机制如DHCP（动态主机配置协议）需要一个额外的服务器，因此也需要很多额外的操作和维护。第五章、IPV6的四大意义 一1、IPV6为下一代互联网“立法”。网络协议是为网络“立法”，它规定了网络运行的基本规则，其地位至关重要。 二2、IPV6对国家信息化建设的重要贡献。通过启动以IPV6为基础核心协议的下一代互联网的研究开发与建设可以推动我国信息基础设施的建设，同时给网络制造业带来新的发展机遇，给信息服务产业带来巨大的发展空间。可以说，基于IPV6基础协议构建的下一代网络将成为国家