校园网络规划设计方案张晓宇

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1、 专业资料 呼伦贝尔学院 计算机科学与技术学院 校园网络设计方案研究 题 目 校园网络规划设计 学生姓名 张晓宇 学 号 2010121410 专 业 软件工程 指导教师 陶锐 2014 年 5 月 1 日 专业资料 摘 要 互联网技术开始在校园蔓延开来 互联网与我们的校园生活已经紧密的联 系在了一起 以 Internet 基石的 TCP IP 协议族正在开始不断的更新和完善 IPv4 协议在 Internet 发展时显现出越来越多的不足 从而提出用 IPv6 协议取 代 IPv4 协议的方案 IPv6 作为下一代互联网的核心协议应运而生 本文主要介绍了 IPV4 和 IPV6 的作用以及区别

2、 简单的讲述了一下 IPV4 到 IPV6 的过度技术 分析了 IPv6 新特性 描述了 IPv6 协议的组件及特性等 对目前比较成熟的三种过渡技术 双协议栈 隧道和 IPv6 IPv4 协议与地址转 换进行了全面的分析和比较 我把对 IPV4 和 IPV6 的研究方面作为了重点 初步实现了校园网络规划 与设计 关键词 互联网 IPv4 IPv6 校园网 过渡技术 ABSTRACT The Internet technology has begun to spread in the campus the Internet and our campus life has been closely

3、 linked together The Internet foundation TCP IP protocol family is starting to constantly update and improve The IPv4 protocol revealed more and more problems in Internet development thus proposed to replace IPv4 protocol with IPv6 protocol IPv6 core protocol of the next generation Internet emerge a

4、s the times require This paper mainly introduces IPV4 and IPV6 the difference between simple about IPV4 to over IPV6 Analysis of the new features of IPv6 IPv6 protocol describes the components and characteristics of three kinds of transition technology is mature dual stack tunnel and 专业资料 IPv6 IPv4

5、protocol and address translation is carried out and the comprehensive analysis I put on the studies of IPV4 and IPV6 as the key initially realized the planning and design of campus network Key words Internet IPv4 IPv6 Campus net plan Transition technology 目 录 摘 要 I ABSTRACT I 1 引言 3 1 1 校园网络规划的意义及主要

6、知识 3 2 IPV4 与 IPV6 的介绍介绍 7 2 1 IPV6 协议简介 7 2 2 IPV6 的地址 7 专业资料 2 2 1 IPV6 地址空间及语法表示 7 2 2 2 IPV6 地址分类 7 2 3 3 IPV4 与 IPV6 协议区别 8 2 3 IPV6 的新特性 9 2 4 IPV6 的热门应用 10 3 IPV4 到 IPV6 过渡技术 11 3 1 过渡策略 11 3 2 双协议栈 11 3 3 隧道技术 12 3 4 地址翻译与报头转换技术 13 3 5 三种过渡技术的对比 14 4 校园网建设原则及网络应用分析 16 4 1 校园网概述 16 4 2 校园网建设原

7、则 16 5 下一代校园网解决方案 18 5 1 下一代校园网需求分析 18 5 2 下一代校园网过渡原则 20 6 下一代校园设备选择 20 6 1 主要设备的选择原则 20 6 2 网卡的选择 21 7 结论 21 7 1 设计成果 21 致 谢 21 专业资料 1 引言 1 1 校园网络规划的意义及主要知识 随着 Internet 的规模以指数趋势的增长 互联网中 IPv4 定义的有限地址 空间将被耗尽 地址空间的不足必将成为妨碍互联网的进一步发展的主要因素 为此提出采用新版本的互联网协议即 IPv6 重新定义地址空间 进而取代 IPv4 协议 目前 高校主要利用 IPv6 技术接入该主

8、干网 积极的开展科研应用和大 规模 IPv6 网络建设的部署实施与探索 校园网不是一个独立的 封闭的体系 校园网与 Internet 互连后 校园网 用户在权限允许的范围内可以使用 Internet 上的 Web 访问 E mail 收发 FTP TelnetBBS 新闻组 讨论组 个人主页等服务 校园网站 Internet 用 于宣传学校形象 教学信息发布 提供信息查询等 以后可成为网上教学的渠 道 网站主页的设计 主要由老师创意 学生制作 体现学生的创造性 培养 学生的动手能力 1 1 校园网络系统结构示意图 专业资料 1 2 网络中心结构示意图 1 3 校园网络结构 专业资料 1 4 校

9、园网络系统结构示意图 1 5 校园网拓扑结构图 专业资料 1 6 可视化网络拓扑结构 1 7 校园网拓扑结构示意图 专业资料 2IPv4 与 IPv6 的介绍 2 1 IPv6 协议简介 IPv6 是 Internet Protocol Version 6 的缩写 其中 Internet Protocol 译 为 互联网协议 IPv6 是 IETF 互联网工程任务组 Internet Engineering Task Force 设计的用于替代现行版本 IP 协议 IPv4 的下一代 IP 协议 目 前 IP 协议的版本号是 4 简称为 IPv4 它的下一个版本就是 IPv6 IPv6 的提出

10、最初是因为随着互联网的迅速发展 IPv4 定义的有限地址空间 将被耗尽 地址空间的不足必将妨碍互联网的进一步发展 为了扩大地址空间 IETF 提出了 IPv6 技术 2 2 IPv6 的地址 2 2 1 IPv6 地址空间及语法表示 IPv6 的地址长度是 128 位 是 IPV4 的地址长度的 4 倍 理论上 IPv6 地 址一共有 2 的 128 次方个 这简直是一个天文数字 有人戏称 IPv6 的地址 数量 足够给地球表面的每一颗沙粒分配一个地址 除了地址长度以外 IPv6 地址的表示方法也和 IPv4 不同 IPv6 使用 分隔符表示地址 128 位的 IPv6 地址被 分割为 8 段

11、 每一段用 一个 4 位的十六进制数表示 例如 2001 0da8 0001 0100 0000 0000 0000 0080 2 2 2 IPv6 地址分类 IPv6 分为单播地址 多播地址和任播地址三类 单播地址 Unicast Address 一个单播地址只能标示一个唯一的接口 也就是说 如果一个单播地址存 在 那么向这个单播地址发送的数据报将最终只能达到唯一的一个节点 IPv6 单播地址可以根据前缀进行聚合 单播地址包括全球单播地址 未指定地址 环回地址 嵌入 IPv4 地址的 IPv6 地址等 一般全球单播地址的格式如图 2 1 所示 全球路由前缀子网 ID接口 ID n 位m 位1

12、28 n m 位 专业资料 图 2 1 全球单播地址的一般格式 全球路由前缀 典型的分层结构 根据 RIP 和 ISP 来组织 用来分配给站 点 子网 ID 站点内子网的表示符 由站点的管理员分层地构建 接口 ID 用来标识链路上的接口 在同一子网内是唯一的 多播地址 Multicast Address 一个多播地址格式用来标识多个接口 而这些接口通常属于不同节点 如 果向一个多播地址发送数据报 那么包含在该多播地址中的所有接口 节点 都能接收到该数据报 多播地址的格式如图 2 2 所示 图 2 2 多播地址格式 标识字段 4 位 目前只使用了最后一位 0 标识 Internet 地址分配机构

13、 制定的熟知的多播地址 1 表示是临时使用的多播地址 该字段的前三位保留 必须被初始化为 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 同一 机构中的节点 还是全球地址空间内的任何节点 任播地址 Anycast Address 任播地址也是用来标识多个接口的 通常这些接口也是属于不同节点 但 是与多播地址不同 如果向任播地址发送数据报 那么包含在该任播地址中的 与源节点最近的一个接口将响应该数据报 如何确定这个最近的接口 由路由 选择协议确定 任播地址是从单播地址空间中划分出来的 所以它与单播地址 有相同的形式 2 3 3 IPv4 与 IPv6 协议区别 相对于 IPv4

14、 报头 IPv6 简化基本报头 IPv6 基本报头中去掉了 IPv4 报头 中阴影部分的字段 其中段偏移和选项和填充字段被放到 IPv6 扩展报头中进行 处理 IPv6 基本报头被固定为 40bit 使路由器可以加快对数据包的处理速度 提高了转发效率 从而提高网络的整体吞吐量 使信息传输更加快速 同时 IPv6 报头新增流标记宇段 它不仅保存了 IPv4 报头中的业务类别字段 而且 新增了流标记字段 使得业务可以根据不同的数据流进行更细的分类 实现优 先级控制和 QoS 保障 极大地改善了 IPv6 的服务质量 IPv4 和 IPv6 头标格 式如下图 2 3 和 2 4 所示 1111111

15、1标识字段范围字段 8 位4 位4 位112 位 专业资料 0 4 8 16 19 24 31 版本投标长 Tos 报文总长 标示标志报片偏移 生存时间协议头标检验和 源 IP 地址 目的 IP 地址 选项填充 图 2 3 IPv4 头标格式 0 4 8 16 19 24 31 版本优先级流标记 净荷长度下一个标头跳数限制 源 IP 地址 目的 IP 地址 图 2 4 IPv6 头标格式 2 3 IPv6 的新特性 1 扩展的 IPv6 地址和层次化的路由选择功能 IP 地址长度由原先的 32 位增加到 128 位 可支持更多数量的可寻址节点 更多级的地址层次结构和较为简单的地址自动配置 2

16、增加地址寻址 专业资料 定义了任播成员地址 用它来标识一组接口 在不会引起混淆的情况下将 其简称 任播地址 发往这种地址的分组将只发给由该地址所标识的一组接口 中的一个成员地址 3 简化了 IPv6 首部格式 原有的 IPv4 首部的某些字段被取消或改为可选项 以减少报文分组处理过 程中处理时间和代价 并使得 IPv6 首部的带宽开销尽可能降低 尽管 IPv6 的 地址长度增加了 虽然 IPv6 地址长度是 IPv4 地址的四倍 但是 IPv6 首部的长 度只有 IPv4 首部的两倍 4 支持扩展的首部和选项 IPv6 的选项单独放在首部中 它位于报文分组中 IPv6 首部和传送层首部 之间 因为大多数 IPv6 选项首部都不会被报文分组投递路径上的任何路由器检 查和处理 直到它到达最终目的地 这种组织方式更有利于改进路由器在处理 包含选项的报文分组时的性能 IPv6 的另一改进就是其选项与 IPv4 不同 可 具有任意长度 不限于 40 字节 5 支持验证和隐私权 IPv6 定义了一种扩展 更好的支持权限验证和数据完整性 这一扩展是 IPv6 的基本内容 要求它所有的实现必须支持这一