IPv4与IPv6的网络互联

1、信息工程学院计算机网络课程设计报告题目：IPv4与IPv6的网络互联专业：信息管理与信息系统班级：14级姓名： 学号：完成时间：年 月 日指导教师：一、选题目的中国是当前全球最急需IP地址的国家之一，因此在IPv6标准制订以及产业 化和商业化的进程中都显得非常积极。在中国的IPv6产业化进程中，我国政府 对IPv6技术及产业发展给予了极大的关注与支持，“积极跟踪、把握机遇、稳妥推进”是中国对于IPv6技术的态度，在大力推行政策支持的同时会进行网 上实验，掌握IPv6在实际运行中的各种技术。但是IPv6协议在全国全面实现短 时间内还不可能完成。中国密切关注着IPv6的发展，目前很多的内地高校和科

2、 研机构已经与国外一些运营商合作，对IPv6进行研究实验。美国之前拥有着全球74%的IP地址资源，所以对IPv6的态度一直略显得不 关心。直到思科于2001年7月10日宣布与微软、IBM、惠 普、SUN和摩托罗 拉结成伙伴关系，共同推进IPv6硬件和软件的开发。这也体现出了 IPv6的重要 性。在欧洲，各国政府对IPv6的发展都给予了高度的关注与支持。欧洲各国虽 没有像亚太地区一样紧缺IP地址，但在IPV6的发展上不想落后于日本这样的国 家，并且想通过IPV6挽回同美国之间的差距。目前欧洲各国正大力发展IPv6 技术，专家认为欧洲的3G将在1-2年内进入全面应用阶段。在亚太地区，IP地址的资源

3、相对比较紧张，所以大多数国家起步较早，并 且走在了世界前列。此中，日本对IPV6表现的兴趣最大，政府已制定了“E-JAPAN” 的战略。其他的经济较发达国家对新的技术也很有兴趣。新加坡，韩国都投入大 量的技术和资金，去尝试IPv6的普及。二、主要研究内容孤立IPv6网络运行没有多少意义，互联网环境下，就是要实现资源共享。 互联网络间应能够无障碍流畅互通。部署IPv6网络，首要解决的就是IPv6流量 如何通过IPv4网络，其次就是IPv6网络如何与IPv4网络实现互通。在无运营 商提供IPv6过渡解决方案下，如何由企业自身完成IPv6网络的部署并能够与其 他网络共享资源，主要几个问题要考虑：投入

4、成本。许多企业并非不愿意部署IPv6网络，而是部署成本高。一些新 的好的技术固然好，但需要购置新的设备。这些设备价格不菲，而且还会混造成 现有设备资源用不上场的浪费。理想情况下，只需要升级少量或者是不升级现有 设备就能够部署合适的IPv6网络。对于过度策略的选择最好根据当前设备支持 程度选择合适的方案。网络规模及业务范围。不同网络规模对于网络设备性能要求很高，有些过渡 技术因先天缺陷会使得网络性能较差。业务范围可以决定选用过渡策略是使用仅 面向IPv6网络还是同时面向IPv4与IPv6网络。因IPv6过渡有诸多限制，这些 因素选择都会使得网络性能变化很大。上层业务可行性。虽然IPv6是网络层，

5、但同样影响上层业务。支持IPv4 的业务并不一定支持IPv6业务。所以，对于建立的IPv6网络，要测试其上层业 务的可行性。IPv6与IPv4互通技术是目前IPv6过渡最大难题之一。此设计关键点就是 解决互通难题。1. IPv6地址特点IPv6 一个显著特点就是128比特长度地址直接增大了可使用的地址空间； 同时IPv6的大地址空间使得几乎每种设备都有一个全球的、可达的地址；IPv6 可以在地址空间内使用等级层次结构的层次化编址；IPv6还增加了自动配置功 能，持全球惟一性的同时自动配置设备上的地址；相比于IPv4, IPv6简化了包 头格式，提高了性能；IPv6使用扩展包头管理包头中的可选信

6、息，而不是像IPv4 在包头结尾使用选项字段；IPv6的每种实现中都包含IPSec,使得IPv6具有潜 在的端到端安全性。2. IPv6编址（1） IPv6 包头基本I Pv6包头流量类型(8)流标签(20)净荷长度(16)下一个头部(8)跳限制(8)源IPv6地址(128Bit)目地IPv6地址(128Bit)图27 IPv6基本包头格式在IPv6中，包头以64位为单位，且包头的总长度是40字节。IPv6协议为 对其包头定义了版本、流量类型、流标签、净荷长度、下一个头部、跳数限制、 源IPv6地址、目的IPv6地址字段，如图27。IPv6扩展包头版本（6）流量类型（8）流标签（20）净荷长度

7、（16）下一个头部（8）跳限制（8） 1 源IPv6地址(128Bit)«目地IPv6地址(128Bit)下一个头部扩展包头1#下一个头部1 1 扩展包头2#有效负载（TCP/UDP）图2-2 IPv6扩展包头IPv6扩展包头是可能跟在基本IPv6包头后面的可选包头。一个IPv6数据 包可能包括0个、1个或多个扩展包头。如图2-2所示，当IPv6数据包使用多 个扩展包头时，通过前面包头的下一个包头字段指明扩展包头而形成连接的包头 列表。（2） IPv6地址表示使用32位十六进制字符表示一个IPv6地址，每4位十六进制数为一段，分 为8段。段间使用":"分隔。在IP

8、v6中，常常见到包含一长串0的地址，为了方便书写，在IPv6地址的 连续16比特为0和16比特字段中的前导为0时"吏用一种特定的语法压缩连续 的0。当连续的16比特为0时，用“：”表示这些字段的0。但IPv6中只允许 一个“：”。该方法表示一个IPv6地址可能有多种表示方法。当16比特有前导 0时，可以去掉前导0。（3） IPv6中的协议ICMPv6ICMPv6向源节点报告关于向目的地传输IPv6数据包的错误和信息。ICMPv6协议号为58o如图2-3,这个协议号被用在基于IPv6报头的下一 个包头字段中，指示这是一个ICMPv6数据包。IPv6认为ICMPv6数据包是一个 上层协议

9、，它必须放在IPv6数据包所有扩展包头之后。IPv6包头图2-3 ICMPv6格式 PMTUDPMTUD （路径MTU发现）的主要目的是发现路径上的MTU,当数据包发向目的 地时避免分段。仅当路径MTU比传送的数据包小时源节点自己才可以对数据包分 段。强烈建议IPv6节点实现IPv6 PMTUD以避免分段。邻居发现协议（NDP）邻居发现协议（NDP）是IPv6中的一个关键协议。NDP主要用来替代ARP、无状 态自动配置和路由器重定向。无状态自动配置无状态自动配置是IPv6最有吸引力和最有用的新特征之一。它允许本地链路上 的节点根据路由器在本地链路上公告信息自己配制单播I Pv6地址。无状态自动

10、配置涉及前缀公告、DAD （重复地址检测）、前缀重编码等几种机制。三、方案设计1. 模拟器简介在配置IPv4与IPv6互连的实验中，我们使用的是Dynamips GNS3模拟器。 这款模拟器基于硬件模拟的思科路由模拟器，该模拟器可以加载真实的思科路由 器的IOS,实验效果和真实的网络环境基本没有区别，它模拟出路由器的硬件环 境，然后在这个环境下直接运行思科的IOS,其模拟的真实性几乎可以完成所有 的路由配置实验。2. 6to4隧道配置本实验通过隧道技术，来实现IPv4网络与IPv6网络的互连的实现。隧道机 制在现有的IPv4基础设施中配置IPv6时，会以IPv4网络作为传输层，将一个 IPv6

11、孤岛内的IPv6主机、路由器等设备通过数据传输给另外一个IPv6孤岛， 实现IPv6孤岛间的通信。采用隧道技术，可以利用现有的IPv4网络，将小的IPv6孤岛合并成大型的IPv6网络，最终通过技术和设备的更新，完成大规模范 围内的纯IPv6网络。本隧道实验使用5台路由设备，其中路由器1和路由器3是支持ipv4和ipv6 双协议的路由器，路由器2是支持ipv4的路由器。采用两个路由器4和路由器 5来模拟PC机，实验要达到的要求是R4和R5可以互相p i ng通。IPv4网络图T ： 6to4隧道网络拓扑图3. IPv6网络NAT-PT静态映射实验配置本实验NAT-PT技术实现ipv4与ipv6网

12、络之间的互联，不需要隧道技术就 可以直接实现ipv4到ipv6网络互联的功能，它的功能实现是采用地址映射关系。192. 168. 0. 0/242000: : /64映射关系：2000: 2 <->192. 168. 1. 1192. 168. 0. 1 <->2001: :1图-2 ：静态NAT-PT4. ISATAP隧道技术本实验采用ISATAP隧道技术实现ipv4到ipv6的网络互联，建立tunnel 端口，将ipv4封装到tunnel里面，ipv4再给ipv6发送数据包时，R2路由器会 自动给ipv4网络的发包主机一个ipv6的地址，它的地址是有ipv6地址的网

13、络 前缀加上ipv4的网络地址组成的。在R3路由器添加通往R2给ipv4的ipv6地 址的网络号的路由信息，这样就可以使用C1之间ping R3 ipv6的地址。 /IPV4X图-3： ISATAP隧道四、主要设备命令配置在实验配置的过程中，给路由器做配置的过程中我们输入的命令都包括一定的功 能，下面我们对一些较常见的命令做简单的介绍：en： enable的缩写，此命令可使操作者进入路由器的全功能模式。conf t： configure terminal的缩写，表示从终端执行配置命令。no sh： no shutdown的缩写，此命令取消了路由器的自动关闭功能。ipv6 unicast-rou

14、ting：这条配置语句可以启动路由协议，开启IPv6单播路由 功能，一些简单的路由网络的联通都会依靠此命令。ipv6 nat：对此命令的当前接口开启NAT-PT转换。tunneI mode ipv6ip：此命令标明配置的隧道模式是IPv6到IPv4。了解这些简单的配置语句，对理解实验配置会起到很好的帮助作用。1. 6to4隧道配置命令在R1的配置如下：RI (config)ttinterface TunnelORI (config-if)ttipv6 address 2000: 1/64RI (conf ig-if) fttunnel source 10. 0. 1. 1RI (config-

15、if) titunnel destination 10. 0. 2. 2RI (config-if)fttunnel mode ipv6ipRI (config-if)no shutdownRI (config)interface FastEthernetO/ORl (conf ig-if) ttip address 10. 0. 1.2 255. 255. 255. 0RI (conf ig-if) ttipv6 address 2001: 1/64RI(config-if)no shutdownRI(config)interface Seriall/0Rl (conf ig-if) tti

16、p address 10. 0. 1. 1 255. 255. 255. 0RI(config-if)no shutdownRI (config) ftip route 10. 0. 2. 0 255. 255. 255. 0 10. 0. 1. 2RI (config)ftipv6 route 2002:/64 TunnelORI (conf ig-if) ttipv6 unicast-routing在R2的配置如下：R2(config)interface Seriall/0R2 (config-if) #ip address 10. 0. 0. 2 255. 255. 255. 0R2 (

17、conf ig-if) ttno shutdownR2(config)interface Seriall/1R2 (config-if) ttip address 10. 0. 1. 1 255. 255. 255. 0R2 (conf ig-if) ttno shutdown在R3的配置如下：R3(config)interface TunnellR3 (conf ig-if) ttipv6 address 2000: :2/64R3 (config-if)fttunnel source R3 (config-if)fttunnel destination R3

18、 (config-if)fttunnel mode ipv6ipR3 (config-if)no shutdownR3(config)interface FastEthernetO/0R3 (config-if) #ip address 10. 0. 2. 2 255. 255. 255. 0R3 (conf ig-if) ttipv6 address 2001: 2/64R3 (config-if)no shutdownR3(config)interface Seriall/1R3 (config-if) #ip address 10. 0. 2. 2255. 255. 255. 0R3 (

19、config-if)no shutdownR3 (config) ftip route 10. 0. 1. 0 255. 255. 255. 0 10. 0. 2. 1R3(config)ftipv6 route 2001:/64 TunnellR3 (conf ig-if) ttipv6 unicast-routing在R4的配置如下：R4 (config)interface FastEthernetO/0R4 (config-if) ttipv6 address 2001: 11/64R4 (config-if) ttno shutdownR4(config)ftipv6 unicast-

20、routingR4 (config) ttipv6 2002: :/64 tunnel 0在R5的配置如下：Ro (config)interface FastEthernetO. 0R5 (conf ig-if) ttipv6 address 2002: 22/64R5 (conf ig-if) ttno shutdownR5(config)ttipv6 2001: :/64 tunnel 1R4 (config)ftipv6 unicast-routign2. IPv6网络NAT-PT静态映射实验配置命令在R1路由器配置命令：Router (config)#int sl/0Router (c

21、onf ig-if)#ip add 192. 168. 0. 2 255. 255. 255. 0Router(config-if)#no shRouter(config-if)#exitRouter (conf ig)#ip route 192. 168. 1. 0 255. 255. 255. 0 192. 168. 0. 1R3路由器配置命令：Router(config)#int sl/1Router(config-if)#ipv6 add 2000:2/64Router(config-if) #no shRouter(config-if) #exitRouter (config)#ip

22、v6 unicast-routingRouter (config)#ip route 2001:/64 2000:1在R2路由器配置命令：Router(config)#int sl/1Router(config-if)#ipv6 add 2000:1/64Router(config-if) #no shRouter(config-if)#ipv6 natRouter(config-if)ftexiRouter(config)#int sl/0Router (config-if)#ip add Router(config-if)#no shRou

23、ter(config-if)#ipv6 natRouter(config-if)ftexiRouter(config)#ipv6 natRouter(config)#ipv6 natRouter(config)#ipv6 natv4v6 sourcev6v4 source192. 168. 0. 2 2001: :12000: 2 192. 168. 1. 1prefix 2001:/96Router(config)#ipv6unicast-routing3.ISATAP隧道技术在Rl的路由配置命令：Router(config)ftinterface FastEthernetO/0Router

24、 (conf ig-if)#ip address 10. 0. 0. 1 255. 255. 255. 0Router(config-if)#no shutdownRouter(config)ftinterface Seriall/0Router (conf ig-if)#ip address 10. 0. 1. 2 255. 255. 255. 0Router(config-if)#no shutdown在R2的路由配置命令：Router(config)interface TunnelORouter(config-if)ipv6 address 2001:/64 eui-64Router (

25、config-if)no shutdownRouter(config-if)no ipv6 nd ra suppressRouter(config-if)tunnel source Router (config-if)tunnel mode ipv6ip isatapRouter(config)interface Serial1/1Router (config-if) ip address 10. 0. 1. 1 255. 255. 255. 0Router(config-if)no shutdownRouter(config-if)interface Serial1/2Rou

26、ter(config-if)ipv6 address 2000:1/64Router(config-if)no shutdownRouter (config-if) ip route 10. 0. 0. 0 255. 255. 255. 0 10. 0. 1. 2Router(config)ipv6 unicast-routing在R3的路由配置命令：Router (config)ftinterface erialil/3Router (config-if)#ipv6 address 2000:2/64Router(config-if)ftno shutdownRouter (config)i

27、pv6 unicast-routing在Cl的配置命令如图：s C:WTND0WSsystem32cmd. exe - netshPing statistics for 2000：2：Packets ： Sent = 4，Receiued = 0，Lost = 4 <100z loss),C: XDocunents and SettingsAdn-inistrator>netsh netsh>int neteh intepface>ipu6 netsh interface ipu6>is netsh interface ipvG isatap>sct rou

28、ter 10.0-1-1 确定。netsh interface ipu6 isatap>.图口虚拟机配置命令五、测试结果与分析:1. 6to4隧道配置结果与分析R4pingR5,在 R4 的 Console 输入 ping 2002: :22,显示结果为R4>ping 2002:22Type escape sequence to abort.Sending 5, 100-byte ICMP Echos to 2002:22, timeout is 2 seconds:Success rate is 100 percent (5/5), round-trip min/avg/max

29、= 236/378/612 msR5pingR4, 在 R5 的 Console 输入 ping 2001: 11,显示结果为R5ftping 2001:11Type escape sequence to abort.Sending 5, 100-byte ICMP Echos to 2001:11, timeout is 2 seconds:I I M ISuccess rate is 100 percent (5/5), round-trip min/avg/max = 208/272/352 ms在6to4隧道配置中，可以用ipv4连接ipv6的孤岛，这样可以使ipv6孤岛 之间进行通讯

30、，它的实现是ipv6的数据包经过ipv4的路由器时，会对ipv6的 数据包进行封装，在ipv6的报头前面加上ipv4的地址，在通过ipv4的网络后, 路由器会对数据包进行拆封，将ipv6的数据包还原，然后交给和它进行通讯的 ipv6孤岛。所以由此看来，数据的传输是整个ipv4的网络都在隧道中的隐形传 输。2.IPv6网络NAT-PT静态映射实验配置R1pingR3的映射地址：Rlttping 192. 168. 1. 1Type escape sequence to abort.Sending 5, 100-byte ICMP Echos to 192. 168.1.1, timeout is

31、 2 seconds:Success rate is 60 percent (3/5), round-trip min/avg/max = 52/65/84msR3pingRl的映射地址：R3ttping 2001: :1Type escape sequence to abort.Sending 5, 100-byte ICMP Echos to 2001:1, timeout is 2 seconds:I I iSuccess rate is 60 percent (3/5), round-trip min/avg/max = 64/73/80ms在静态NAT-PT实验中，ipv4和ipv6

32、地址的映射是达到互相通讯的关键。在因 为，在不同的协议，ipv4网络不能直接ping ipv6的网络的地址，所以，NAT-PT 技术就提供了地址映射来达成通讯，将一个ipv4的地址映射成一个ipv6的地 址，在R2路由器上，从ipv6网络过来的数据包路由器会查询映射关系表，将ipv6的地址映射成ipv4的地址，再发送给ipv4的网络中（将ipv6的地址映射 成ipv4的地址，它们的原理相同）3. ISATAP隧道技术.：feflR：:fffdz5a C:WIND0WSsystem32cmd. exeIP Address. Default GatewayTunnel adapter Automa

33、tic Tunneling Pseudo-Interface：.：2001：5efe=10.0,0.2.：fe8A：:5efe：lH.R.R.2z2 ： fe80：5efe：z2Corinection-specific DNS Suffix IP Addi'eceIP AddressDefault Gateway C：Docunents and SettingsAdninistrator>ping 2000：2pinging 2000： ：232 Jjytes of data：ReplyReplyReplyReplyfrom from from from2皿狎：:

34、2:2000：2：2000：2：2000：2：time=536ns time=579ns tine=888ns tine=453nsPing statistics forPackets： Sent =2000：2：4, Rece iued = 4Lost = 0 <0N loss，Approximate round trip times in milli-seconds: Mininun = 453ns, Maximum = 888ns, Average = 614ns|C： Documents and SettingsXfidninisti'atoy图-5： ipconfig

35、信息C1获取R2通过Tunnel分配给的ipv6的地址2001: :5efe: 10. 0. 0. 2,其中10. 0. 0. 2的ipv4的地址是C1的地址。2001:/64是ISATAP虽大网段的网络前C:VTND0VSsysteni32ciiid. exeWindows IP ConfigurationEthernet adapter 本地连接:Connection-specific DNS Suffix IP Addi'eceSubnet MaskIP rtddi'cssDefault Gateway fc80： ：20c ：29ff ：rc43：c5fc>:4Tunnel adapter Teredo Tunneling Pseudo-Intefface：fffdz5Connection-specific DNS Suffix IP AddressDefault Gateway Tunnel adapter Automatic Tunneling Pseudo-Interface：2001：5efe：£o80：5o£o：2fe80：5efe：z2Connect ion-spec ific DNS Suffix IP