基于packet tracer 53的ipv6网络实验研究().doc
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1、信息工程学院 基于Packet Tracer 5.3的IPV6网络实验研究引 言目前我们使用的第二代互联网IPv4技术,核心技术属于美国。它的最大问题是网络地址资源有限,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地址近乎枯竭。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,中国只有3千多万个,只相当于美国麻省理工学院的数量。地址不足,严重地制约了我国及其他国家互联网的应用和发展。一方面是地址资源数量的限制,另一方面是随着电子技术及网络技术的发展,计算机网络将进入人们的日常生活,可能身边
2、的每一样东西都需要连入全球因特网。在这样的环境下,IPv6应运而生。单从数字上来说,IPv6所拥有的地址容量是IPv4的约81028倍,达到2128-1个。这不但解决了网络地址资源数量的问题,同时也为除电脑外的设备连入互联网在数量限制上扫清了障碍。 当然,IPv6并非十全十美、一劳永逸,不可能解决所有问题。IPv6只能在发展中不断完善,也不可能在一夜之间发生,过渡需要时间和成本,但从长远看,IPv6 有利于互联网的持续和长久发展。 目前,国际互联网组织已经决定成立两个专门工作组,制定相应的国际标准。与IPV4相比, IPv6具有更大的地址空间。IPv4中规定IP地址长度为32,即有232-1个
3、地址;而IPv6中IP地址的长度为128,即有2128-1个地址、IPv6使用更小的路由表提高了路由器转发数据包的速度、增加了增强的组播(Multicast)支持以及对流的支持(Flow Control)、此IPV6还加入了对自动配置(Auto ConfiguR1tion)的支持并且IPv6具有更高的安全性。第40页 共 40页第1章 概 述1.1 课题研究背景1994年7月,IETF决定以SIPP作为IPng地基础,同时把地址数由64位增加到128位。新的IP协议称为IPv6。其版本是在1994年由IETF批准的RFC1752,在RFC1884中介绍了IPv6的地址结构。现在RFC1884已
4、经被RFC2373所替代。 制定IPv6的专家们充分总结了早期制定IPv4的经验以及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,摒弃了它的缺点。IPv6与IPv4是不兼容的,但它同所有其他的TCP/IP协议簇中的协议兼容。即IPv6完全可以取代IPv4。同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有明显的改进,是下一代互联网可采用的比较合理的协议。 在IPv6已确定为下一代互联网IP层技术的情况下,世界各国对IPv6技术的研究十分重视。目前对IPv6的研究范围主要涉及用于主机的单独IPv6协议栈软
5、件、用于主机的支持IPv6的操作系统、独立的路由协议软件、用于路由器的支持IPv6的操作系统、应用程序实现以及硬件支持IPv6的路由器产品。国际上众多机构的研究内容重点不同,各具优势。世界上在IPv6的研究和应用方面比较领先的主要是美国、日本和欧洲等发达国家和地区。 中国是公认的迫切需要发展IPv6的国家,需要从技术和经济上给予IPv6高度重视。2001年以来,国家计委、科技部、自然基金委、信息产业部相继启动关于IPv6的研究项目。如2002年863高性能IPv6路由器重大研究项目分为硬件、协议栈软件以及测试三个子课题完成了招标工作,其它有关IPv6网络安全和服务质量的重大课题也相继公布。1.
6、2 课题研究目的和意义随着电子技术及网络技术的发展,计算机网络将进入人们的日常生活,可能身边的每一样东西都需要连入全球因特网。目前我们使用的第二代互联网IPv4技术,核心技术属于美国。它的最大问题是网络地址资源有限,从理论上讲,IPv4技术可使用的IP地址有43亿个,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,中国只有3千多万个,只相当于美国麻省理工学院的数量。地址不足,严重地制约了我国及其他国家互联网的应用和发展。但是与IPv4一样,IPv6一样会造成大量的IP地址浪费。准确的说,使用IPv6的网络并没有2128-1个能充分利用的地址。首先,要实现IP地址的自动配置,局域
7、网所使用的子网的前缀必须等于64,但是很少有一个局域网能容纳264个网络终端;其次,由于IPv6的地址分配必须遵循聚类的原则,地址的浪费在所难免。但是,如果说IPv4实现的只是人机对话,而IPv6则扩展到任意事物之间的对话,它不仅可以为人类服务,还将服务于众多硬件设备,如家用电器、传感器、远程照相机、汽车等,它将是无时不在,无处不在的深入社会每个角落的真正的宽带网。而且它所带来的经济效益将非常巨大。与IPV4相比,IPV6具有以下几个优势: 1.IPv6具有更大的地址空间。IPv4中规定IP地址长度为32,即有232-1个地址;而IPv6中IP地址的长度为128,即有2128-1个地址。 2.
8、IPv6使用更小的路由表。IPv6的地址分配一开始就遵循聚类(Aggregation)的原则,这使得路由器能在路由表中用一条记录(Entry)表示一片子网,大大减小了路由器中路由表的长度,提高了路由器转发数据包的速度。 3.IPv6增加了增强的组播(Multicast)支持以及对流的支持(Flow Control),这使得网络上的多媒体应用有了长足发展的机会,为服务质量(QoS,Quality of Service)控制提供了良好的网络平台。 4.IPv6加入了对自动配置(Auto ConfiguR1tion)的支持。这是对DHCP协议的改进和扩展,使得网络(尤其是局域网)的管理更加方便和快捷
9、。 5.IPv6具有更高的安全性。在使用IPv6网络中用户可以对网络层的数据进行加密并对IP报文进行校验,极大的增强了网络的安全性。但从长远看,IPv6有利于互联网的持续和长久发展。 目前,国际互联网组织已经决定成立两个专门工作组,制定相应的国际标准。IPV6取代IPV4技术势在必行。1.3论文的简要介绍1.介绍IPv6协议基本概念,了解IPv6寻址、IPv6报头结构、邻节点发现、IPv4到IPv6的过渡技术分析、IPv6路由、IPv6的安全性进行初步分析。2简要介绍本论文使用的模拟软件 packet tracer及其基本使用方法。3. 通过路由器模拟软件packet tracer完成论文相关
10、的IPv6网络实验,并对结果进行测试、分析。第2章 IPv6简述及实验工具选择2.1 IPv6的表示1. IPv6地址的十六进制表示IPv6地址为128位长(16个字节),但通常写作8组,每组为四个十六进制数的形式,并用冒号分隔。例如:1) 2001:0db8:85a3:08d3:1319:8a2e:0370:73442) 2001:0db8:0000:2f3b:02aa:00ff:fe28:9c5a以上都是合法的IPv6地址。 可通过压缩每个16位的前导零,进一步简化IPv6的表示方法,但是每个块必须至少有一个数字,上面两地址压缩前导零后,结果如下: 1) 2001:db8:85a3:8d3
11、:1319:8a2e:370:73442) 2001:db8:0:2f3b:2aa:ff:fe28:9c5a某些IPv6地址有连续的几串零,为了进一步精简IPv6地址,冒号十六进制格式中出现的连续的为0的16位段时,这些段可压缩表示为: 。如多播地址FF02:0:0:0:0:0:0:2 可精简为FF02:2 。 但这种零压缩在地址中只能出现一次,否则就无法计算出每个:包含的0段数或0位数。 2.2 IPV6地址类型1. 单播(Unicast)单一接口的地址。发送到单播地址的数据包被送到由该地址标识的接口。并且:IPv6中的单播地址分配有多种形式,包括全部可聚集全球单播地址、NSAP地址、IPX
12、分级地址、站点本地地址、链路本地地址以及运行IPv4的主机地址。单播地址中有下列几种特殊地址:(1) 不确定地址单播地址0:0:0:0:0:0:0:0称为不确定地址。它不能分配给任何节点,它的一个应用示例是初始化主机时,在主机未取得自己的地址以前,可在它发送的任何IPv6包的源地址字段放上不确定地址。不确定地址不能在IPv6包中用作目的地址,也不能用在IPv6路由头中。(2) 回环地址单播地址0:0:0:0:0:0:0:1称为回环地址。节点用它来向自身发送IPv6包,它不能分配给任何物理接口。(3) 链路本地地址用于邻居发现协议和无状态自动配置中链路本地上节点之间的通信。使用链路本地地址作为源
13、或目的地址的数据报文不会被转发到其他链路上。使用的前缀为FE80:/10。(4) 站点本地地址与IPv4中的私有地址类似。使用站点本地地址作为源或目的地址的数据报文不会被转发到本站点(相当于一个私有网络)外的其它站点。使用前缀为FEC0:/10 。2.3 IPV6网络实验所用实验工具选择Packet Tracer 是思科公司为思科网络技术学院开发的一款模拟软件。Packet Tracer模拟器可以在软件的图形用户界面上直接使用拖曳物件建立网络拓扑,并可提供数据包在网络中行进的详细处理过程。相对于其他网络实验模拟器来说,Packet Tracer主要具备以下优势:1、模拟实际设备的硬件。2、支持
14、报文分析功能。3、支持IPV6、支持无线功能。4、绘图功能。2.3.1 Packet Tracer5.3的基本界面打开Packet Tracer 5.3时界面如下图所图2-1 Packet Tracer 5.3 基本界面各部分具体功能如下表所示表2-1 Packet Tracer 5.3基本界面介绍1菜单栏此栏中有文件、选项和帮助按钮,我们在此可以找到一些基本的命令如打开、保存、打印和选项设置,还可以访问活动向导。2主工具栏此栏提供了文件按钮中命令的快捷方式,我们还可以点击右边的网络信息按钮,为当前网络添加说明信息。3常用工具栏此栏提供了常用的工作区工具包括:选择、整体移动、备注、删除、查看、
15、添加简单数据包和添加复杂数据包等。4逻辑/物理工作区转换栏我们可以通过此栏中的按钮完成逻辑工作区和物理工作区之间转换。5工作区此区域中我们可以创建网络拓扑,监视模拟过程查看各种信息和统计数据。6实时/模拟转换栏我们可以通过此栏中的按钮完成实时模式和模拟模式之间转换。7网络设备库该库包括设备类型库和特定设备库。8设备类型库此库包含不同类型的设备如路由器、交换机、HUB、无线设备、连线、终端设备和网云等。9特定设备库此库包含不同设备类型中不同型号的设备,它随着设备类型库的选择级联显示。10用户数据包窗口此窗口管理用户添加的数据包。2.3.2互连设备线型选择在工作区中添加一个2600 XM路由器。首
16、先在设备类型库中选择路由器,特定设备库中单击2600 XM路由器,然后在工作区中单击一下就可以把2600 XM路由器添加到工作区中了。用同样的方式再添加一个2950-24交换机和两台PC。注意可以按住Ctrl键再单击相应设备以连续添加设备。如图2.2 所示:图2-2 设备添加接下来要选取合适的线型将设备连接起来。可以根据设备间的不同接口选择特定的线型来连接,当然如果只是想快速的建立网络拓扑而不考虑线型选择时可以选择自动连线,如图3所示:图2-3 线型介绍图2-4 设备连接第3章 IPV6组网实验涉及的主要技术3.1 RIP简介 RIP是一种分布式的基于距离向量的路由选择协议,是因特网的标准协议
17、,其最大的优点就是简单。RIP协议要求网络中每一个路由器都要维护从它自己到其他每一个目的网络的距离记录(这一组距离,即“距离向量”)。RIP协议将“距离”定义为:从一路由器到直接连接的网络的距离定义为1。从路由器到非直接连接的网络的距离定义为每经过一个路由器则距离加1。“距离”也成为“跳数”。RIP允许一条路径最多只能包含15个路由器,因此,距离等于16时即为不可达。可见RIP协议只适用于小型互联网。3.1.1 RIPng工作原理 与RIPv2类似,路由器在查询响应、周期更新、触发更新三种情况下会收到响应报文,接收报文的路由器根据响应报文判断是否对本地路由表进行更新。 基于距离矢量算法的路由协
18、议会产生慢收敛和无限计数的问题而引发了路由的不一致。RIPng使用与RIPv2类似的水平分割技术、毒性逆转技术、触发更新技术来解决这些问题,同时抑制广播风暴,减少路由信息数量。3.1.2 RIPng的协议报文格式RIPng是基于UDP的协议,并且使用端口号521发送和接收数据报。RIPng报文大致可分为两类:选路信息报文和用于请求信息的报文。如下图所示: 32bitCommandVersionUnused IPv6 Prefix 1Route TagPrefix LengthMetricIPv6 Prefix 1Route TagPrefix LengthMetricRoute EntryRo
19、ute Entry8168图3-1 RIPng报文格式RIPng中仍然使用固定的度量方式,即跳数,RIPng的最大工作直径为15跳, 16即意味着目的地不可达。与RIPv2不同的是,RIPng的下一跳字段是由一个单独的RTE指定的。 3.1.3 RIPng和RIPv1、RIPv2的区别根据上面的介绍,应该看到RIPng的目标并不是创造一个全新的协议,而是对RIP进行必要的改造以使其适应IPv6的选路要求,因此RIPng的基本工作原理同RIP是一样的,其主要的变化在地址和报文格式方面,RIPng与RIPv1、RIPv2的主要区别有以下几点: (1) 地址版本。RIPv1、RIPv2基于IPv4,
20、地址域只有32bit,而RIPng基于IPv6,使用的所有地址均为128bit。 (2) 子网掩码和前缀长度。IPv6的地址前缀有明确的含义,因此RIPng中不再有子网掩码的概念,取而代之的是前缀长度。同样也是由于使用了IPv6地址,RIPng中也没有必要再区分网络路由、子网路由和主机路由。 (3) 对下一跳的表示。RIPv1中没有下一跳的信息,接收端路由器把报文的源IP地址作为到目的网络路由的下一跳。RIPv2中明确包含了下一跳信息,便于选择最优路由和防止出现选路环路及慢收敛。与RIPv2不同,为防止RTE过长,同时也是为了提高路由信息的传输效率,RIPng中的下一跳字段是作为一个单独的RT
21、E存在的。 (4) 报文长度。RIPv1、RIPv2中对报文的长度均有限制,规定每个报文最多只能携带25个RTE。而RIPng对报文长度、RTE的数目都不作规定,报文的长度是由介质的MTU决定的。RIPng对报文长度的处理,提高了网络对路由信息的传输效率。 (5) RIPng使用IPv6的多播地址FF02:9收发路由更新报文。3.2 OSPFv3简介 OSPFv3也称IPv6 OSPF 协议,是一种链路状态路由协议,它是对基于IPv4的OSPFv2的改进。3.2.1 OSPFv3的报文格式:OSPFv3和OSPFv2均使用同样的IP协议号89。但OSPFv3在组播支持上,对所有SPF路由器的组
22、播地址定义为FF02:5,对所有DR路由器组播地址定义为FF02:6,相当于IPv4中,OSPFv2定义的224.0.0.5和224.0.0.6。 OSPFv3同样使用5种消息(Hello, Database Description,LSDatabase Request,LS Database Update, LS Ack)来建立连接,但OSPFv3的报文和v2有很多不同, OSPFv3的报头版本号更新为3,加入了Instance ID,也就是说,同一条链路上可以运行多个Instance。但接口标示仅在本地链路上有意义,因此OSPFv3消息不能转发到始发它的链路之外。同时OSPFv3去掉了认证
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