从IPv4到IPv6的转换

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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 Intern

2、et网络面临的困难,改变固有的以 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，

3、是 Internet 最基本的协议、Internet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

4、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

5、/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。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

6、 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、 IP

7、v4 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

8、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 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

9、 。 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

10、 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 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

11、 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，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

12、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

13、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

14、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 Information Protocol，路由信息协议

15、） 、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 IPv4

16、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IPv