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1、面向IPv4/IPv6的混合网设计与实现【摘要】随着网络的发展，现在使用的IP 协议版本IPv4 正面临着IP 地址即将耗尽等问题，进而产生对IPv4向IPv6过渡技术的研究，业界对于过渡问题的认识也在不断深入，IETF对于这个问题的认识经历了迁移、过渡、集成、互操作、长期共存阶段。专家认为，按照现在的消耗速度，到2015年，中国的IPv4地址将告罄。因此甚至有人断言“IPv6将取代IPv4成为IP网络的惟一网络层协议”。IPv4网络存在的诸多问题逐渐成为业界研究的重点，其中较为核心的问题是IPv4协议的地址空间容量不能适应业务发展的要求。从长远来看，IPv4和IPv6技术在网络中将长期共存。
2、本论文主要是研究IPv4与IPv6的混合网络通信问题，IPv6网络通过隧道技术进行连通，在设计中运用了ospf协议、路由协议等等。在设计过程中混合网络可以进行连通，本设计用到的路由器、交换机等设备及其方法是比较经济合理的，适合大中型企业。 【关键词】IPv4；IPv6；GRE隧道；ospf协议；隧道技术 目录1项目背景12课题需求性分析23课题意义34 IPv4与IPv644.1IP格式44 .1.1 IPv4格式44.1.2 IPv6格式44.2 IPv6优点及其意义44.2.1 IPv6优点44.2.2 IPv6的意义55 隧道技术66几种常用隧道技术76.1配置隧道76.2自动隧道76.
3、3隧道代理76.4 ISATAP 隧道76.5 GRE隧道77 GRE隧道简介88 GRE隧道封装过程98.1乘客协议98.2封装协议98.3 运输协议98.4 GRE的封装过程99设备选型119.1路由器选型119.2交换机选型1110课题设计方案1210.1设计总拓扑图1210.2设计实验设备1210.3设计拓扑图说明1210.4 IPv4网络设计1210.4.1 IPv4网络设计拓扑图1210.4.2设计实验设备1310.4.3设计拓扑图说明1310.5总拓扑图设计代码配置1310.5.1建立物理连接1310.5.2 GRE隧道的配置1310.5.3创建GRE隧道，配置IPv6地址141
4、0.5.4配置代码验证1510.6IPv4网络设计代码配置1910.7测试连通性2010.7.1测试环境2010.7.2总拓扑图连通性2010.7.3IPv4网络的连通性2110.8测试总结21总结22致谢22参考文献221项目背景 Internet 的起源是由ARPANET在1968 年开始进行研究的, 当时的研究者们为了给ARPANET建立一个标准的网络通信协议而开发出了一种IP协议IPv4协议。目前互联网使用的是Internet协议第4版本即IPv4。IPv4协议规定，每个互联网上的主机与路由器都有一个32位的IP地址，它包括网络号和主机号，并且这一编码组合是唯一的。把IP地址分成两部分
5、的优点是使路由器中的路由表不会太大，路由器不必为每个目的主机维持一个路由选择表项，而是为每个网络维护一个路由选择表项。当进行路由时，只检查目的地址的网络部分就可以了。但是当时IP协议的开发者认为ARPANET 的网络个数不会很多, 因此他们只将IP 协议的地址长度设定为32个二进制数位,其中前8 位标识网络, 其余24 位标识主机。然而随着ARPANET日益膨胀,IP协议的开发者开始认识到原先设想的网络个数已经无法满足当前的实际需求。 我们现在使用的IP 协议版本IPv4 正面临着IP 地址即将耗尽等问题, IETF 从1995 年开始,就着手研究开发下一代IP 协议IPv6。IPv6 具有长
6、达128 位的地址空间，能够为日后分配更多的IP地址。为了能让IPv4到IPv6平滑过渡，前人已经研究出多种隧道技术，大体上可以分为双协议栈技术、隧道技术和网络地址翻译技术。某公司里面的网络为了跟上时代的发展，首先采用了IPv6网络，其子公司也是采用IPv6网络，为了让他们之间进行通信，要采用一定的技术进行连通。本课题中用两个网络代表主公司和子公司，他们通过中间的IPv4网络进行通信。2课题需求性分析随着网络的发展，IPv4的局限性越来越突出，使得人们认识到需要设计一个新的协议来替代目前的IPv4，并且这个协议不是仅仅要加大地址空间而已。早在20世纪90年代，互联网工程任务组TETF就开始着手
7、于下一代互联网协议IPng（IP next generation）的制定工作。TETF在RFC1550中进行了征求新IP协议的呼吁，并且公布了一下新协议需要实现的主要目标。（1）能够支持几乎无限大的地址空间。（2）减小路由表的大小，使路由器能更快地处理数据报文。（3）能够提供更好的安全性，实现IP级的安全。（4）能够支持多种服务类型，并支持组播。（5）能够支持自动地址配置，允许主机不更改地址实现异地漫游。（6）允许新、旧协议共存一段时间。（7）协议必须支持可移动主机和网络。该公司首先要实现的目标是让主公司和子公司能够相互通信，然后进行永久的连接以及实现其他功能。在设计中采用了GRE隧道技术，G
8、RE隧道技术通用性好，易于理解，技术成熟。3课题意义制定IPv6的专家们充分总结了早期制定IPv4的经验和预测了互联网的发展和市场需求，认为下一代互联网协议应侧重于网络的容量和网络的性能。IPv6继承了IPv4的优点，摒弃了IPv4的缺点。IPv6与IPv4是不兼容的，但是它同所有其他的TCP/IP协议簇中的协议兼容。即IPv6完全可以取代IPv4。与IPv4相比较，IPv6在地址容量、安全性、网络管理、移动性以及服务质量等方面都有明显的改进，是下一代互联网可采用的比较合理的协议。IPv6 被称为下一代互联网协议，它是由国际互联网工程任务组（IETF）设计的一种用来替代IPv4 的新的协议。I
9、Pv6 将现有的IPv4 地址长度扩大了4 倍，即当前由的32bit 扩充到128bit，可以提供3.4E+38 个地址,这将从根本上解决了目前IP 地址短缺的严重问题。IPv6 地址采用了16 进制的表示方法，将128bit 分为8 组，分得的每组为16bit，用4 个16 进制数来表示，分组之间用“：”隔开，每组中最前面的0 可以省略，但每组必须要有一个数。同IPv4 地址一样，IPv6 也被划分为若干种类型。主要有三种地址：单播地址（Unicast ）、任播地址（Anycast ）、组播地址（Multicast）。 该课题让人们更清楚的了解了IPv4与IPv6之间的关系，IPv6过渡技术
10、的重要性，及其IPv6的重要意义。4 IPv4与IPv6 4.1IP格式 4 .1.1 IPv4格式 IPv4中规定IP地址的长度为32（按TCP/IP参考模型划分) ，即有2的32次方-1个地址。 一般的书写方法为4个用小数点分开的十进制数。也有人把4位数字化成一个十进制长整数来表示，但这种表示法并不常见。过去IANAIP地址分为A,B,C,D 4类，IPv4报头指明了IP数据包的大小与上层的协议类型，以及源IP地址和目的IP地址，并提供了IP分组的必要信息。图4-1为IPv4数据包结构。 4位版本4位部首长度8位服务类型（TOS）16位总长度(字节数)16位标识3位标志13位片偏移8位生存
11、时间8位协议16位首部检验和32位源IP地址32位目的IP地址选项（如果有）数据图4-1 IPv4数据包格式 4.1.2 IPv6格式 IPV6的每一个分组由必须要有的基本的首部和跟随在后面的有效载荷组成。有效载荷由两部分组成：可选的扩展首部和从上层来的数据（不超65535字节）。IPv6地址包括了16个字节（八位组）；它共有128比特长。图4-2为IPv6数据包格式。 40字节不超过65535字节基本首部有效载荷 扩展首部（可选的）从上层来的数据有效载荷IP数据报图4-2 IPv6数据包格式4.2 IPv6优点及其意义 4.2.1 IPv6优点IPv6保持了IPv4成功的许多特点, 设计中有
12、部分处理是针对IPv4不足之处的来修正。IPv6作为新一代的IP协议, 它有着如下方面的特性： 1.扩展地址空间, 增强路由； 2.地址的自动配置； 3.IP数据报报头的简化； 4.安全控制；5.服务质量QoS。 4.2.2 IPv6的意义1、IPv6作为下一代互联网“立法”。网络协议是为网络“立法”，所以它规定了网络运行的基本规则，其地位至关重要。2、IPv6实现了三网融合的“纽带”。三网融合将实现语音、数据和视频三网的融合，未来的网络都是基于IP的。IPV6巨大的地址空间及诸多优势和功能，使其成为构筑下一代网络的重要基础，也是三网融合的唯一“纽带”。3、IPv6对国家信息化建设的有着重要贡
13、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和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了新的发展机遇，给信息服务产业带来了巨大的发展空间。可以说，基于IPV6基础协议构建的下一代网络将成为国家信息化建设的基础平台。4、IPv6对中国具有战略意义。截止至2003年底，拥有13亿人口的中国，只有大约4000万个IP地址。中国是全球最需要IP地址的国家之一，所以IPV6将给中国带来巨大机遇，采用IPV6将会使中国赢得一个从引进技术转变到引导技术发展的机会。5、IPv6对国防和国家安全有着战略意义。未来战争所需的大量处于动态移动过程中的各种速率的传感器和实时智能系统、安
14、全和高可靠性的容错系统等都对现有的网络技术提出了巨大挑战。与此同时，网络和软件也是能源电力、交通运输以及国家危机处理系统等国家的重大基础设施的神经系统，以IPV6核心协议的下一代网络将从协议和体系框架上保障网络的可靠性和信息的安全性，具有非常重要的国防战略意义。5 隧道技术 在IPv4网络还没有完全流行于全球之前，肯定会有一些网络首先采用IPv6协议，而这些首先采用IPv6协议的网络就像是IPv4海洋中的一些小岛一样，如果能在IPv4“海底”建立一条“隧道”实现这些小岛之间的相互连接，那么这些所谓的IPv6小岛就可以跨越IPv4海洋，从而可以实现彼此之间的通信，这就是隧道（Tunnel）技术。 隧道技术是一种封装技术，它是利用一种网络协议来传输另外一种网络协议，即利用一种网络传输协议，将其他协议所产生的数据报文封装在它自己的报文中，随后在网络中进行传输。实际上隧道可以看作是一个虚拟的
