ipv6校園網設計與實現畢業設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 化，使得 IP的一些工作方式產生了變化。 一方面，所有的包頭聯隊的長度，所以包頭長度字段不再需要。此外，可以刪除一些在包頭 字段 。通過修改數據包碎片的規則。 IPv6中的分段只能由源節點進行：該包所經過的中間路由器不能再進 行任何分段。而去掉 IP 頭校驗和不影響其可靠性主要是因為頭校驗和是由更高層協議如 UDP 和 TCP 等負責的。 （ 3） 流 在 IPv4中，對所有包基本都是同等對待處理，也就是表示每個包都是由中間路由器依照自身的方式來處理的。路由器并不跟蹤網絡中任意兩臺主機間發送的包，所以不能準確“記住”如何對以后的包進行處理。 IPv6中出現了流的概念，流指的是從一個特定的源地址發向一個特定的目的地的包序列，而該過程中源點希望中間路由器對某些包進行特殊的處理 [11]。路由器要對流進行跟蹤并保持一定的信息量，而這些信息在流的每一個包中 都是不變的。通過這種方法路由器可以對流中的包進行有效處理。對流中包的處理可以與其它情況不同，但無論在那種情況下，對它們的處理都會更快，因為路由器不需要對每個包頭都進行重新處理。 （ 4） 身份驗證和保密 IPv6要全面支撐 IPSec，這就要求提供基于標準的網絡安全解決方案，以便支持和提高不同的 IPv6協議之間的相互協調的工作能力。 IPv6使用了兩種安全性擴展，一種是 IP 身份驗證頭（ AH），另一種是 IP 封裝安全性凈荷（ ESP）。 IP身份驗證頭通過對包的可靠性的檢測和評估來提供身份驗證服務。發送方計算報文概要并 且把計算結果插到 AH中，接收方根據收到報文的概要進行重新計算，再將計算結果與身份驗證頭中的數值進行對比。若是兩個數值相等，接收方就可以以此判斷出數據在傳輸過程中并沒有被改變；如果兩個數值不相等，接收方也可以判斷出該數據可能在傳輸的過程中遭到了破壞，又或者判斷是被人進行了故 一個 IPv6校園網的設計與實現 6 意的篡改。 ESP 不僅可以用來加密 IP 包的凈荷，還可以在加密整個 IP 包以后以隧道的方式在 Inter 上傳輸。它們的區別在于，是否只對包的凈荷進行加密，如果是則包中的其他部分將被公開傳輸。這也意味著破譯者能夠據此確定發送、接收主機及其他與該 包相關的訊息。利用 ESP 對 IP 進行隧道傳輸標志著要對整個 IP 包進行加密，然后再由安全網關將其封裝在另一個 IP包中。通過這個方法，那些被加密的 IP包中，所有細節都被隱藏起來。 （ 5） 其它特性 IPv6選用聚類機制，定義了特別靈活的層次尋址以及路由結構。同一個層次上的多個網絡在上層路由器中表示為一個統一的網絡前綴，這樣可以顯著減少路由器必須維護的路由表項。在理想情況下，一個核心主干網路由器只須維護不超過 8192個表項。這大大降低了路由器的尋路和存儲開銷。 IPv6的鄰居發現協議（ ND： Neighbor Discovery Protocol）運用一系列的IPv6控制信息報文（ ICMPv6）來實現相鄰節點的交互管理。 ND以及高效的組播和單播鄰居發現報文代替了以前基于廣播的地址解析協議（ ARP）、 IPv4控制信息報文路由器發現以及 ICMPv4重定向報文，增強了路由選擇功能。在 IPv6中有很多特性和功能能夠提升網絡性能、改善路由選擇控制。在建立地址層次的時候更大的地址空間讓我們的選擇有了更大的靈活性 [12]。使用路由選擇擴展頭（ Routing Extension Header）還可以使源路由選擇更加高效。 IPv6 數據包 IPv6數據包 有 兩個主要 的 部分組成：頭部和負載。 包頭 位于 包的前 64比特 ， 包含源 地址 和目的地址 、 協議 的 版本 、 分組長度 、下一個頭部 、 通信 的 類別 、 流標記 、 跳段數限制 等 。 包頭又分為： （ 1） HopbyHop選項包頭包含 了 分組傳送過程中 的 每個路由器都 需要檢測和處理的特殊參數 的 選項。其中 ， 選項 用于 描述一個分組的某些特性或提供填充。這些選項有： Pad1選項（選項類型為 0），填充單字節。 PadN 選項（選項類型為 1），填充 2個以上字節。 Jumbo Payload 選項（選項類型為 194），用于傳送超 大分組。 一個 IPv6校園網的設計與實現 7 路由器警告選項（選項類型為 5），提醒路由器分組 的 內容需要 進行 特殊處理。路由器警告選項 主要 用于組播收聽者發現 以及 資源預定（ RSVP）協議。 （ 2） 目的地選項包頭 。用于指出 需要 讓 中間目的地或最終目的地 檢測 的信息。 其 用法有兩種：如果 有 路由擴展頭， 那么路徑中 每一個中轉路由器都要 對 這些選項 進行 處理。如果沒有路由擴展頭，則只 需 最終目的節點需要 對 這些選項 進行 處理。 （ 3） 路由包頭 類似于 IPv4的松散源路由 ， IPv6的源節點 能夠根據 路由擴展包頭 來 指定一個松散 的 源路由，即分組從信源到信宿 過程中 經過的中轉路由器 的 列 表。 （ 4） 分段包頭 提供分段和重裝服務。當分組 長度 大于鏈路最大傳輸單元（ MTU） 的 時 候 ，源節點 需要 負責對分組進行分段， 而且 在分段擴展包頭中提供重裝 訊息 。 （ 5） 認證包頭 用于 數據源 的 認證、數據 的 完整性 檢測以及 反重播保護。認證包頭 并 不提供數據加密服務， 如果有 需要加密服務的數據包， 需要 結合使用 ESP 協議。 （ 6） ESP 協議包頭 提供加密服務。后面是負載 ， 鏈路最大傳輸單元至少 1280字節長，常見的以太網環境中為 1500字節。負載在標準模式下最大可為 65535字節，如果擴展報頭設置了 Jumbo payload選項，則長度值被置為 0[13]。 IPv6 地址體系結構 IPv6 地址結構 IPv6 地址結構最早是在 RFC 1884 中發表的，目前 RFC 2373已經取代了 RFC 1884，并對 RFC 1884 的內容作了很多的更正和修改。 （ 1） IPv6 地址的表示形式 用文本方式表示的 IPv6 地址有三種規范的形式： ? 首選的形式是： X X X X X：：：：：： X X X，其中 X是 8個 16位的地址段十六個十六進制值。 每一組數值前面的 0 都可以省略。如 0003 寫成 3 。 一個 IPv6校園網的設計與實現 8 ? 在分配 IPv6 地址時，會發生包含一長串 0 位的地址的情況。為了簡化含有 0 位地址的書寫，可以利用 “ ::” 來簡化多個 0 位的 16 位組。 “ ::” 標記在一個地址中只可以出現一次。 ? 在節點環境為 IPv4 和 IPv6 節點混合情況的時候，有時需要采用另一種表達形式，即 X:X:X:X:X:X: ，按照 IPv4 標準表示 X 表示地址中 6 個高階 16 位段的十六進制值， Z 表示地址中 4 個低階 8 位字段的十進制值。 （ 2）地址空間 IPv4 地址與 IPv6 地 址最大的差別在于長度的不同。 IPv4 地址長度是 32 位，而 IPv6 的地址長度是 128 位。這樣 IPv6 就可以有 2128 個地址。 一個規范的 IPv6 地址由地址中的多個起始位表明，由這些起始報頭位組成的長度可變的域被稱為格式前綴 ( FP： Format Prefix )。 IPv6 最初只使用了約 15 %的地址空間，其余的地址空間都被留做將來使用。值得注意的是保留地址和未分配地址是不一樣的，保留地址僅占地址空間的 1/256，是用與非指定地址、回送地址、和嵌入 IPv4 地址的 IPv6 地址。其余的保留地址是 NSAP 地址 ( FP = 0000 001 )，可以從 ISO/OSI 網絡服務訪問點 (NSAP ： Network Service Access Point)中獲得。 IPX 地址同樣也保留下來 ( FP = 0000 010 )，這些地址可以從Novell IPX 地址獲得。除了多點傳送地址 ( FP = 1111 1111 )之外，格式前綴從 001 到 111 都需要 EUI64格式中擁有 64 位的接口標識符。 IPv6 地址類型 在 RFC3513中，仍然建議將 IPv6地 址分為單播、任播、組播三種類型。在單播地址、組播地址和泛播地址中每種地址有一種或多種類型的地址。 (1)單播地址。 每一個單接口有一個標識符。發往一個單播地址的包傳遞到由該地址標記的接口上。 RFC3513發起了新的 IPv6全球單播地址通用格式如下表 21所示 : 表 21 IPv6 單播地址格式 n bits m bits 128nm 一個 IPv6校園網的設計與實現 9 全球路由前綴 子網 ID 接口 ID 全局路由前綴是指派給站點（一組子網 /鏈接）的值的典型的層次結構， 標識一個 子網 的 是一個網站的子網 ID。而 IPv6單播地址中接口標識符的作用是用來確定鏈路上的一個接口的。 (2)任意播地址 任播地址是單播地址的集合，不屬于同一節點的一組接口也可以有同一個標識符。發送給任播地址的包傳被送到該地址標識的、根據選路協議距離度量最近的一個接口上。任播地址常常用于標識提供同樣服務的節點集。也就是將包發送給一個任播地址的節點，但并不在意由節點集中的哪一個節點來響應。因為任意播地址中可能有多個成員都能響應對其鏈路層地址的請求。現今，此類地址僅被分配給路由器用做目標地址使用。 (3)組播地址 組播地址是一種多點傳送地址。 IPv6協 議之所以沒有定義廣播地址，就是因為 IPv6認為廣播屬于組播的一種特殊形式。正常情況下屬于不同節點的一組接口會有一個標識符。發送給一個組播地址的包會被傳遞到該地址所標識的所有接口上。 IPv6組播地址是一組節點的標識符，一個節點可以屬于任意數量的組播組。組播地址格式，見下表 22： 表 22 IPv6 組播地址格式 8 4 4 112 11111111 flag scop 組播 格式前綴為 1111 1111，十六進制表示為 FFXX::/32，標識這種地址為組播地址。請求節點地址 :FF02:0:0:0:0:1:FFXX:XXXY 組播 報文 的目的地址使用 D 類 IP 地址 ， D類地址不能出現在 IP 報文 的源IP地址字段。 單播 數據傳輸過程中，一個 數據包 傳輸的路徑是從源地址 路由 到目的 地址 ，利用 “ 逐跳 ” 的原理在 IP 網絡中傳輸。然而在 ip 組播 環中， 數據包的目的地址不是一個，而是一組，形成組地址。所有的信息接收者都加入到一個組內，并且一旦加入之后，流向組地址的數據立即開始向接收者傳輸，組中的所有成員都能接收到 數據包 [14]。 組播 組中的成員是動態的， 主機 可以在任何時刻 一個 IPv6校園網的設計與實現 10 加入和離開組播組 。 如圖 21 IPv6協議分析中地址解析使用的是 FF02::1:FF00:2來獲取對方主機的 MAC 地址。 圖 21 地址解析 IPv6 地址分類如圖 22 所示。 圖 22 IPv6 地址分類 一個 IPv6校園網的設計與實現 11 IPv6 的選路問題 選路問題 目前人人都知道 IPv4網絡地址即將耗盡 ,但另一個問題同樣不能忽視 :即非默認路由器 ,或者是在 Inter 骨干網上或骨干網附近必須知道全部路由的路由器 ,它們如何處理日益龐大的路由表。 IPv6沒有 IPv4中的地址類別的概念。不論 A、 B、 C 類地址的存在對于 IPv4如何有用 ,長期以來這種分類都是對地址的浪費 ,對于網絡地址體系結構 ,子網或超網能力好像用處更多。而且出于選路目的 ,IPv6地址可以積累起來 ,理論上有很大潛力可以顯著地減少非默認選路表的大小。當然 ,這種高度集聚的體系結構也有缺點 ,即一旦一個機構改變其供應商 ,就必須對網絡重新編號 ,同樣 ,多宿主網絡可能引起更多的問題。實際上 ,基于供應商的 CIDR 模式集聚方法的反對者把這個問題稱為“專制” ,他們已經提出了替代方案 [15]。這些替代方案在 IPv6中沒有采納 ,但是這些方案有助于使自動配置和供應商移動性成為 IPv6過渡策略的關鍵部分。 選路協議 看起來 IPv6選路協議和