基于IPv4和IPv6过渡技术的企业网的仿真实施开题报告

 2023-11-29 08:39:24

1. 研究目的与意义

互联网的发展给世界带来了巨大的变化。互联网的影响已经渗透到生产生活的方方面面。然而，随着互联网的进一步发展，目前的互联网骨干网建设协议IPv4已经明显暴露出其技术缺陷。IPv6是由IETF (Internet Engineering Task Force)提出的下一代互联网协议。它将从根本上解决IPv4目前的困难。因此，IPv6受到了广泛的关注。自1981年发布以来，IPv4一直因其可靠性、易于实现和可操作性而备受赞誉，经受住了互联网的考验，并从那时扩展到今天的全球应用。IPv4在互联网的发展中发挥了重要作用，这是对其最初设计的认可。目前，Internet主要使用IPv4作为网络互连的骨干协议。IPv4地址数量为32个，总地址数量约为43亿个。随着全球互联网的快速发展，IPv4地址资源日益枯竭网络的发展受到自身设计的限制，从而加快了全球IPv6技术的发展步伐。在IPv6发展初期，我们应该积极发展这项技术，抓住这一难得的机遇，在互联网领域立足

2. 课题关键问题和重难点

在 IPv4 网络向IPv6 网络过渡的期间，会把整个网络中各层次网元设备分阶段逐步启动IPv6 协议功能，这时就产生了 IPv6 与 IPv4 互通的问题，即有 IPv4用户访问新建的 IPv6 网络，也有 IPv6 用户访问原来的 IPv4 网络。因此在这两种协议同时存在整个网络期间，我们必须要解决以下几个问题

1、IPv4 用户访问新建的 IPv6 网络资源;

2、IPv6 用户访问原来的 IPv4 网络资源;

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3. 国内外研究现状（文献综述）

IPv4 协议中使用的地址段是 32B，这个概念是理论地址 232-1。但是，地址的数量不是在一个国家或地区共享的，而是全世界共享的资源[1]。同时，当占据相应片段时，维持特殊地址会导致网络地址的浪费，并影响 IPv4 的正常操作。实际上，IPv4 仅占据全球网络地址中的小部分。由于一些原因，ICANN 在 2011 年停止了 IPv4 地址的外部分配 [2]。在快速的互联网环境中，各种类型的业务应用正在扩展。想要业务得到很好的应用，就需要有良好的网络安全服务，然而，对于 IPv4，安全性是一个常见问题。许多人需要在软件包的真实性、机密性和安全性方面使用有效的身份验证机制。同时，IPv4 是一种没有连接的协议 [3]。IPv4是互联网的基础协议，是广泛使用的第一个协议，是传输控制协议/网际协议（Transmission Control Protocol/InternetProtocol，TCP/IP）协议族中的核心协议，属于网络层，能够在各种各样的底层网络上运行[3]。IPv4的IP地址长度为32位，大约共有2 32个IP地址。IPv4具有灵活、开放和简单等优点，而随着新技术的不断发展，IPv4逐渐显露路由爆炸、无法支持移动服务、安全性差、网络服务不可靠和IP地址数量即将耗尽等缺陷，严重制约着互联网的广泛应用和快速发展。IPv6是互联网工程任务组（The Internet Engineering TaskForce，IETF）为了克服IPv4不足而研发的能够代替IPv4的下一代互联网协议和核心技术，地址长度为128位，大约2128个IP地址，能够满足各类网络设备IP的需求，能够真正实现端到端的通信。按照寻址方法和用途的不同将IPv6地址可分为任播、单播和多播3种类型。

IPv6 是替代 IPv4 很好的一个协议，这主要是由互联网工程任务组经过了漫长的设计和测试才实现的。IPv6相较于 IPv4，拥有了更多的地址。世界上的所有人都可以拥有 IPv6*1028 地址 , 这是世界和下一代互联网发展所需要的技术 [4]。对于 IPv4，IPv6 协议具有明显的优点。这些是各种方面的优点，使得 IPv4 必然朝 IPv6 的方向发展。具体地，IPv6 的优点主要出现在以下几个方面：地址资源足够。IPv6 在设计之初就考虑到了 IPv4 地址不足的问题，因此，它对原有的模式进行了必要的改进，选择了更长的 128B。这样做了之后，带来的影响是能够利用的资源将会更多，在某一个区域都会有 IP 地址被分配，这样就很好解决了 IPv4 资源紧张的难题。其实，假如拥有足够的资源，那么就可以对这些资源进行合理的规划。IPv6 拥有组播地址、单点通信、任意点通信方面的资源，这些都能够进行比较有效的规划，使其得到充分的利用。此外，将 64B 的网络号当作主机号，那么，这将非常适合路由。拥有足够多的地址资源，还可以备用几个地址作为备用[5]。根本上解决路由问题。ISP 有 IPv6 地址，该特性可以有效地防止 IPv4 用户产生 ISP 集群问题。在 IPv4 的情况下，IPv6 属于全局单播地址。即，根据全局网络的实际状况，将网络分类为聚合球地址、本地地址、站点链路、IPv4 对应地址。通过采用这种分割形式，用户可以根据自己的等级来管理自己的路由表，并解决路由问题 [6]。海量的地址空间；简化的数据报头，可提升路由效率；自动配置地址；支持即插即用和组播方式；支持移动性和安全性，通过内置IP通信安全协议对数据在网络层上提供加密和分组服务为了解决和实现IPv4/IPv6的平滑过渡和无缝互通，IETF在20世纪90年代专门组建了研究工作组，使各国技术人员通过“6Bone”国际性IPv6试验网平台，研发互通方案和过渡技术。经过学者们多年的理论研究和实践经验，总结了目前最常见的过渡技术，主要包括双协议栈技术、隧道技术和协议转换技术，均能够较好解决各种环境下不同过渡时期的通信问题双协议栈技术是指在同一网络中同时使用IPv4和IPv6两种协议并行工作，二者之间不会相互影响和操作。在所有网络节点和终端设备上安装IPv4/IPv6双协议栈，能同时收发IPv4/IPv6两种数据报文。IPv4和IPv6协议的区别仅在于实现细节和接收不同的数据包所用的协议各异，相同之处是实现原理和基于物理平台均属于网络层协议，位于其上的传输控制协议（Transmission Control Protocol，TCP）和用户数据报协议（UserDatagram Protocol，UDP）。虽然双栈技术具有简单、安全稳定、易于理解和互通性良好等优点，但必须给每台运行IPv6协议的网络节点或设备分配IP地址，故无法解决IPv4地址不足问题。另外，由于全网IPv6部署并未实现且费用过大，导致网络中IPv6流量较小隧道技术将数据报文通过封装机制以负载的形式进行传输，是实现IPv4与IPv6共存的重要技术。首先在隧道入口路由器将IPv6数据报文封装在IPv4协议报文中，要求此时的IPv4数据报文的源/目标地址与隧道入/出口地址相对应，其次通过隧道实现IPv6数据在IPv4网络中传输通信，最后在隧道出口进行数据包封装解除，取出IPv6数据报文发送给目的节点。隧道技术只需修改隧道出/入口处的信息，具有易于实现、路由的可扩展性好、透明性好、适用性强等优点，但无法实现IPv4/IPv6主机间直接通信，且隧道入/出口节点必须同时支持IPv4/IPv6协议，将IPv6数据包当成IPv4报文的负载，引起隧道中传输报文与源报文大小产生差异，导致网络带宽消耗过大，出现严重的重组和分片问题协议转换技术属于常见的 IPv4/IPv6 过渡技术，可在不同 的网络协议间实现数据通信，常用于源主机和目的主机所使用 的协议不同的情况。先转换报文首部，再通过地址绑定、动态 映射等方法在协议层和应用层间进行翻译转换，才能完成不同 协议间的数据相互通信。它的优点是节省 IP 地址资源，增强 网络扩展性，而缺点是寻址和翻译会引起延迟，影响网速 。 不管哪种过渡技术都不是万能的，在应用过程中必须根 据实际网络具体情况，取长补短将这些过渡技术结合起来使 用，效果更好.国内，关于 IPv6 的研究工作从上个世纪 90年代即在我国开展起来，我们熟悉的 CERNET[7]是第一个覆盖全国范围的、使用 IPv6 的网络;在政府高度重视和积极支持下，2003 年中国下一代互联网计划即 CNGI项目被启动，而其中涉及IPv6 的核心项目在 2006 年年底通过验收，现在 CNGI-CERNET2连接了超过 600 所高校，覆盖了 600 万用户，它还将扩展连接到全国 1200所高校[8]中国互联网络信息中心(CNNIC)在北京发布的《2017IPv6地址资源分配及应用情况报告》显示，截止至 2017年 12 月 31 日，中国 IPv6 地址分配排名位居全球第二，总数为 23430 块(132)。这些数据可以说明，我国的 IPv6 研究与应用正在慢慢追赶上国际的脚步，2017 年底，国家有关机关部门印发了《推进互联网协议第六版(IPv6)规模部署行动计划》，促使各 ISP 服务提供商加快、有效地进行升级以更大范围地支持 IPv6。目前运营商骨干网向 IPv6演进策略主要为升级设备使其支持双栈，基本能满足过渡期需求[9]。国际上由IETF 负责制定 IPv6 的标准，IETF(The Intemet Engineering Task Force)互联网工程任务组是网络领域内的权威标准化组织[10]，其中两个工作组有着重要的作用，一是IPv6 工作组，二是 Ngtrans(下一代网络演进)工作组。

参考文献

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4. 研究方案

通过对目前各种过渡技术的分析和比较，根据过渡原则，基于IPv6的企业内网建设可以综合利用各种过渡技术，利用双栈技术构建IPv4/IPv6混合或纯IPv6企业内网，并利用协议转换和隧道技术实现IPv6企业网络与外部IPv6网络和IPv4网络之间的通信

企业内网结构企业内网可以采用2-3-3分布式交换结构，即接入层采用两层交换机，汇聚层和核心层采用三层交换设备。该结构具有带宽高、性能好、可扩展性好的特点。为了构建IPv6网络，所有三层设备都应该使用双堆栈设备。目前，许多网络设备制造商，如思科、华为和神州数码，都有支持IPv6的产品。全系列国内数字中国产品也通过了IPv6金牌认证。其7600系列万兆核心交换机具有高端口密度、高安全性和高QoS保证，可作为核心层；5950系列交换机是一个1U硬件IPv6万兆路由交换机，支持IPv4和IPv6双协议栈以及多个IPv6隧道协议。它可以灵活地实现IPv4和IPv6网络之间的互连，并且可以用作汇聚层或核心层交换机。对于网络规模较小的intranet，聚合层和核心层可以合并为一个层。在网络中，网络可以根据业务或部门划分为多个IPv6子网，或IPv6和IPv4子网，以实现IPv4/IPv6混合网络

由于使用了双堆栈设备，这种网络结构可用于创建新的企业网络和升级原始IPv4企业网络。在升级原有IPv4网络的过程中，由于接入层是两层设备，因此只需要升级少量的三层设备，原有网络结构基本保持不变，从而保护了原有的投资。同时，在设置三层交换机后，可以形成IPv4和IPv6混合的企业网络，以确保原始IPv4应用程序在新的网络环境中的正常使用。然而，为了确保IPv4和IPv6在网络中共存，网络中的节点需要设置IPv4和IPv6地址，以便双堆栈主机在与IPv4主机通信时使用IPv4地址，而在与IPv6主机通信时则使用IPv6地址。同时，域名服务器还应采用双栈协议，这需要IPv4域名解析和Pv6域名解析。双栈主机可以查询域名系统的DNS

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5. 工作计划

2022-2023上学期：

完成选题，外文原文以及外文翻译，与导师沟通进行课题总体规划。

2022-2023下学期：

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