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: 学号：完成时间： 年月日指导教师：、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 时间还不可能完成。中国密切关注着 IPv6的发展，目前很多的地高校和科研机 构已

2、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%勺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年进入全面应用阶段。在亚太地区，IP地址的资源相对比较紧，所以

3、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，国都投入大量的技术和资金，去尝试IPv6的普及。二、主要研究容孤立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：投入成本。许多企业并非不愿意

4、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，但同样影响上层业务。支持 IP

5、v4 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简化了格式，提高了性能；IPv6使用扩展管理中的可选信息，而不是像IPv4在结尾使用选项字 段；IPv6的每

6、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 基本IPv6譬 潦量类型流标签(20)净荷长度(16)下一个头部(8)跳限制(8)源IPv6地址目地IPv6地址(1288it)图2-1 IPv6 基本格式在IPv6中，以64位为单位，且的总长度是 40字节。IPv6协议为 对其 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2-1。 IPv6扩展版本（6） | 滝量芙型（时潦标签（20净荷长愷<16）F亍头部（8）腐限制（8）I3SIP诫地址 <l2SBitJ：.>1i

7、地址下一牛头韶 扩展包头M |>pHI下个头協r扩展包头胡有效典裁（兀P/UD巧图2-2 IPv6扩展IPv6扩展是可能跟在基本IPv6后面的可选。一个IPv6数据包可能包括0 个、1个或多个扩展。如图2-2所示，当IPv6数据包使用多个扩展时，通过前 面的下一个字段指明扩展而形成连接的列表。（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IPv6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，使用一种特定的语法压缩连续 的0。当连续的16比特为0时，

8、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58。如图2-3，这个协议号被用在基于IPv6报头的下一 个字段中，指示这是一个ICMPv6数据包。IPv6认为ICMPv6数据包是一个上层 协议，它必须放在IPv6数据包所有扩展之后。!Pv6tsiI<下一6包头=強-ICMP诫类型ICMPvft码较脸和MPvh数握图2-3 ICMPv6格式 PMTUDPMTUD（路径M

9、TU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IPv6地址。无状态自动配置涉及前缀公告、DA（重复地址检测）、前缀重编码等几种机制。1. 模拟器简介在配置IPv4与IPv6互连的实验中，我

10、们使用的是Dynamips GNS3莫拟器。 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孤岛的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，

11、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，完成大规模围的纯 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 R4和R5可以互相ping通。图-1 : 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. 1E>8. D. 0/24200

12、0: :/64映射关糸.2C00： ：2 < >192. 168. L 1168. (k I < >2001 I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。图-

13、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 : con figuretermi nal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。ipv6unicast-routing: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。ipv6nat :对此命令的当前接口开启 NAT-PT转换。tunne

14、l 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：R1(c on fig)# in terface Tunn el0R1(c on fig-if)#ipv6 address 2000:1/64R1(c on fig-if)#t unnel mode ipv6ipR1(c on fig-if) no shutdow nR1(config)#interface FastEthernetO/OR1(co nfig-if)#ipv6 address 2001:1/64R1(c

15、 on fig-if) no shutdow nR1(config)#interface Serial1/0R1(c on fig-if) no shutdow nR1(co nfig)#ipv6 route 2002:/64 Tu nn el0R1(c on fig-if)#ipv6uni cast-routi ng在R2的配置如下：R2(config)#interface Serial1/0R2(c on fig-if)# no shutdow nR2(config)#interface Serial1/1R2(c on fig-if)# no shutdow n在R3的配置如下：R3(c

16、 on fig)# in terface Tunn el1R3(c on fig-if)#ipv6 address 2000:2/64R3(c on fig-if)#t unnel mode ipv6ipR3(c on fig-if) no shutdow nR3(config)#interface FastEthernet0/0R3(co nfig-if)#ipv6 address 2001:2/64R3(c on fig-if) no shutdow nR3(config)#interface Serial1/1R3(c on fig-if) no shutdow nR3(config)#

17、ipv6 route 2001:/64 TunnellR3(c on fig-if)#ipv6uni cast-routi ng在R4的配置如下：R4(config)#interface FastEthernet0/0R4(c on fig-if)#ipv6 address 2001:11/64R4(c on fig-if)# no shutdow nR4(c on fig)#ipv6 uni cast-rout ingR4(config)#ipv6 2002:/64 tunnel 0在R5的配置如下：R5(config)#interface FastEthernet0/0R5(co nfig

18、-if)#ipv6 address 2002:22/64R5(c on fig-if)# no shutdow nR5(config)#ipv6 2001:/64 tunnel 1R4(c on fig)#ipv6 uni cast-routig n 2. 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(c on fig)#i ntRouter(c on fig-if)#ipRouter(c on fig-if)# noRouter(c on fig-if)#exits1/0shR3路由器配置命令：Router(c on fig)#i ntRouter(c on

19、 fig-if)#ipv6Router(c on fig-if)# noRouter(c on fig-if)#exitRouter(c on fig)#ipv6s1/1add 2000:2/64shuni cast-rout ingRouter(co nfig)#ip route 2001:/64 2000:1在R2路由器配置命令：Router(co nfig)#i nts1/1Router(c on fig-if)#ipv6add2000:1/64Router(c on fig-if)# noRouter(c on fig-if)#ipv6shnatRouter(c on fig-if)#

20、exiRouter(c on fig)#i nts1/0Router(c on fig-if)#ipadd 192.168.0.1255.255.255.0Router(c on fig-if)# noshRouter(c on fig-if)#ipv6natRouter(c on fig-if)#exiRouter(c on fig)#ipv6nat v4v6 source 192.168.0.22001:1Router(c on fig)#ipv6nat v6v4 source 2000:2192.168.1.1Router(c on fig)#ipv6nat prefix 2001:/9

21、6Router(c on fig)#ipv6uni cast-rout ing3.ISATAP隧道技术在R1的路由配置命令:Router(c on fig)# in terface FastEther net0/0Router(c on fig-if)# no shutdow nRouter(c on fig)# in terface Serial1/0Router(c on fig-if)# no shutdow n在R2的路由配置命令：Router(c on fig)i nterface Tunn elORouter(co nfig-if)ipv6 address 2001:/64 eui

22、-64Router(c on fig-if) no shutdow nRouter(c on fig-if) no ipv6 nd ra suppressRouter(c on fig-if)t unnel mode ipv6ip isatapRouter(c on fig)i nterface Serial1/1Router(c on fig-if) no shutdow nRouter(c on fig-if)i nterface Serial1/2Router(co nfig-if)ipv6 address 2000:1/64Router(c on fig-if) no shutdow

23、nRouter(c on fig)ipv6 uni cast-routi ng在R3的路由配置命令：Router(c on fig)#i nterface eriali1/3Router(co nfig-if)#ipv6 address 2000:264Router(c on fig-if)# no shutdow nRouter(c on fig)ipv6 uni cast-routi ng在C1的配置命令如图：图-4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>pi ng

24、 2002:22Type escape seque nee to abort.Se nding 5, 100-byte ICMP Echos to 2002:22, timeout is 2 seco nds:!Success rate is 100 percent(5/5), round-tripmin/avg/max =236/378/612 msR5pingR4,在 R5的 Console 输入 ping 2001:11, 显示结果为R5#ping 2001:11Type escape seque nee to abort.Se nding 5, 100-byte ICMP Echos

25、to 2001:11, timeout is 2 seco nds:!Success rate is 100 percent (5/5), round-tripmin/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，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

26、隐形传 输。2.IPv6网络NAT-PT静态映射实验配置R1pi ngR3的映射地址：Type escape seque nee to abort.Success rate is 60 perce nt (3/5), ro un d-trip min /avg/max = 52/65/84 msR3pi ngR1的映射地址：R3#ping 2001:1Type escape seque nee to abort.Sending 5, 100-byte ICMP Echos to 2001:1, timeout is 2 seco nds:Success rate is 60 perce nt

27、(3/5), ro un d-trip min /avg/max = 64/73/80ms在静态NAT-PT实验中，ipv4和ipv6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，将其中缀。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隧道技术图-5 : ipconfig 信息C1 获取

28、 R2 通过 Tunnel 分配给的 ipv6 的地址 的ipv4的地址是C1的地址。2001:/64 是ISATAP虽大网段的网络前图-6 : v4v6发送数据包；f:ffffSffffSfV1 inking 20U3 = - 2 with 92 Jbyites of-賈 xDcniHi"ts jinri :SifttitWnar来 R0nini wtFatnF1C : WTND0WSsyslem32ciiid. exeTP CvnTiwiEtlwi*net Adavt*r 衣世连:疾:runnel adapter Teredo Tunneling Pseudo-nterface:

29、Fe80i：Ffrr；rn?F：ffFdz5fron fron frun2kJai：；：；8EI；：52：2MHM：:2030=2： 2000；：2：2UL=；Sefe：fc80i：5eFCFhRH:SBfn：IP Address- DqfcuuK Catcuay2030112；Received -九 Lcat - 0 <0>i lcaa>unne 1Au'tonati.c Tunneling' PsewidD- I n±grf aca :Conn«ctinn-si)Rcifit DNS $nffixIP Address TIF Addre

30、ss. 一 . _ Def dull Gateuriv runn*l adn>tai Autonatic Tunnt linj PsudoIntsrfAcs :Hpply 片廿PlyConnection-apecific DN£ Suffix IP Address. +*+*+*+* TP Address* +*+* Dafaul七= = -*-time t3f»nsCifliC -571* ns cine-aaSns tliite -453*is:J)ocumcn ta and Get tinjff vdninisti-atoi'->ping 306Q

31、 ： - 2FfiRfll： ;2Ar； ;29FF :f ff43；rKFftx4ie.e«o+iConnvGtic DHE Suffix IP Address* +*+*+*+* Subnet tlask +* + * + * + * TP AridrfiSR.亠亠.亠亠-亠亠 Defciulc Galuwd +* + * + *C: WIND0WSsysteii32cnid, extConneGtion-specific DH$ Suffix TP Address.甲* 甲.DrFriiiilt Gatfi.in a tat io tic a forPachuta s Sent： ppQxim鼻round tvip t irwo in nilli-aQGonda =Mininufi = 453nt, Naxiiwr = 8闕irc.= 614nc在C1上pingipv6网段的地址2