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基于双栈协议的IPV4向IPV6过渡方案设计与实现摘要随着Internet网络在全球范围内的迅速扩大，应用日益增加，IP地址即将耗尽的矛盾更加突出，同时为解决IPv4的设计缺陷，国际互联网工程任务组开发了新一代Internet协议-IPv6，但由于IPv4与IPv6之间存在着很大的差异，同时存在众多基于IPv4协议的网络及应用，因此，要用新的IPv6代替旧的IPv4必然存在一个过渡时期。
针对上述问题我们研究了一种过渡机制，并针对该过渡机制设计实现了浏览器模式的IPv4客户机对IPv6服务器的访问。
关键词 IPv4 IPv6 过渡机制双协议栈代理服务 Java前言如今，Internet在全球范围内的普及应用超过了历史上的任何一项新技术所产生的影响和带来的变化，实践证明，IPv4不仅是健壮的、而且是易于实现的，并具有很好的互操作性。
这些都充分肯定了IPv4协议（IPv4 protocol）初始设计的正确性。
但是随着Internet迅速发展，接入Internet 的网络设备和运行在其上的应用程序急剧增加，由此带来了IP地址的迅速耗尽与路由表膨胀等问题，对IP地址范围的扩大也迫在眉睫。
针对IP地址的问题，IETF（Internet 工程任务组）提出了新一代网际互联协议——IPv6协议（IPv6 protocol），它不但解决了IPv4的地址问题，并且改善了IP协议的性能[1,2]。
而在现阶段中，由于Internet完全是建立在IPv4的体系结构上，所有的应用程序也是按照IPv4格式书写的。
因此如何由IPv4向IPv6过渡以及由此而产生的过渡机制成为了一个新的研究热点。
针对IPv4向IPv6的过渡，我们研究了用双协议栈来过渡的方式，遵循IPv4中的代理服务机制，尝试实现了用Firefox为浏览器通过双协议栈的代理服务器访问基于IPv6的网页。
1 IPv4向IPv6的过渡1.1 过渡的必然性随着Internet应用范围的扩大，发现IPv4有着很多不可克服的问题，必须通过新的协议来最终替代。
如何在网络中设置IPv和IPv的双栈支持在网络中设置IPv6和IPv4的双栈支持在当今数字化时代，互联网已经成为人们生活中不可或缺的一部分。
为了满足不断增长的用户需求，互联网协议的发展也在不断进行。
IPv6（Internet Protocol version 6）作为下一代互联网协议，被广泛认可并使用。
然而，由于IPv4（Internet Protocol version 4）仍然存在大量设备和资源，双栈支持成为一个重要的问题。
本文将介绍如何在网络中设置IPv6和IPv4的双栈支持，并提供一些建议和技巧。
1. 网络设备支持检查要设置IPv6和IPv4的双栈支持，首先需要确保网络设备的硬件和软件支持IPv6协议。
常见网络设备如路由器、交换机、防火墙等都需要具备相应的IPv6功能。
可以通过查看设备规格或联系设备厂商来确认设备的支持情况。
如果设备不支持IPv6协议，可能需要考虑升级设备或者购买新设备。
2. 网络拓扑设计在配置IPv6和IPv4双栈支持之前，需要仔细规划网络拓扑。
网络拓扑设计需要考虑到各个子网的划分以及IPv6和IPv4之间的转换和通信。
例如，可以将IPv4和IPv6分别划分到不同的子网中，然后通过网络设备进行转换和路由。
具体的拓扑设计应该根据网络规模和需求进行个性化设计。
3. IPv6地址规划IPv6使用128位地址，相比IPv4的32位地址，地址空间更为广阔。
在进行IPv6地址规划时，需要考虑到网络拓扑和子网划分。
可以使用IPv6的地址自动配置功能，也可以手动配置IPv6地址。
在进行地址规划时，需要遵循一些规则，例如分配全局唯一的前缀、保留特殊地址等。
4. 路由器配置设置IPv6和IPv4双栈支持的关键是正确配置路由器。
路由器需要支持IPv6和IPv4的路由切换和转换功能。
可以通过命令行界面或者Web界面来配置路由器。
在配置路由器时，需要设置IPv6和IPv4之间的转换规则和路由表。
基于IPV4和IPv6的双协议栈网络设计与实施——毕业论文系部：学生姓名：专业班级：学号：指导教师：年月日【摘要】在当前IPv4网络和IPv6网络共存的环境下，如何解决两代IP标准的网络互通互联问题是进行网络建设的一个重要课题。
本课题以某高校现有网络环境为背景，探讨在原有IPv4网络上搭建IPv6网络的技术，并选择6to4隧道技术、双栈技术、NAT-PT技术作为实现该目的的过渡技术，完成基于IPv4和IPv6双协议栈网络的设计和实施。
目录一、引言 (1)（一）网络应用现状概述 (1)（二）IPv6协议的优点 (1)（三）基于IPv4协议网络和基于IPv6协议网络的共存 (2)（四）IPv4向IPv6过渡的基本原则 (2)二、基于IPv4协议和IPv6协议的双栈局域网设计 (3)（一）需求分析 (3)（二）双栈局域网设计 (3)1、设计拓扑 (3)2、功能和使用描述 (3)三、基于IPv4协议和IPv6协议的双栈局域网实施 (4)（一）实施关键点分析 (4)（二）IPv4协议网络到IPv6协议网络过渡技术 (4)1、双协议栈技术 (4)2、IPv4/IPv6协议翻译技术 (5)3、隧道技术 (6)（三）实施技术选择 (8)（四）技术实施配置 (8)1、6to4隧道配置 (8)2、NAT—PT技术配置 (10)3、IPv6 DHCP配置 (11)四、小结 (11)五、致谢 (13)六、参考文献 (14)一、引言（一）网络应用现状概述当前，各类网络应用飞速发展，网络服务商、终端用户激增，这就要求网络具有更大的容量。
现存的网络多数为基于IPv4协议的TCP/IP网络，具有一定的局限性和先天的缺陷。
主要表现为：·有限的地址空间：IPv4中地址长度为32，即有2^32-1个地址。
·IPv4数据包的性能不足：尽管IP表现得不错,但是，IPv4在最大传输单元、最大包长度、IP头的设计以及校验和的使用等方面都有待提高。
43农业信息化基于IPv6/IPv4双协议栈模式的网络设计与实现引言2012年2月，科技部、中组部、工信部批复河南省开展国家农村信息化示范省建设试点工作。
农村信息服务综合平台是示范省项目的重要环节，农村信息服务综合平台是全省农村信息资源统一发布和展示的窗口。
互联网络是综合平台的信息基础设施，向IPv6网络过渡是互联网发展的必然趋势，是解决IP地址枯竭、分配不均和骨干网路由表膨胀等阻碍互联网发展问题的关键技术。
建设农村信息服务综合平台的基础网络时，考虑兼容性前瞻性，提供IPv4和IPv6共存的网络环境，为各种应用系统和服务提供双协议支撑平台，保障农村信息服务综合平台安全可靠运行。
1 农村信息服务综合平台网络建设原则农村信息服务综合平台依托河南农业大学信息与管理学院，已经实现了IPv4网络的全覆盖，拥有用户主机近800台，是河南农业大学校园网的组成部分。
在已有网络基础上建设平台网络，建设目标如下：（1）按照CNGI示范网络驻地网建设总体需要和规定技术要求，建设IPv6网络，兼容IPv4，主机数达到600个以上。
（2）驻地网使用IPv6协议接入CNGI国家主干车银超 余 华 郑 光 孙昌霞（河南农业大学信息与管理科学学院，河南 郑州 450002）网。
（3）为接入用户提供技术支持，使用户主机灵活接入CNGI。
（4）为CNGI开展各项关键技术的研究、试验、产业化及农业信息化提供良好的试验环境和技术支撑。
（5）在应用方面，建设必要的IPv6内容资源，部署基于IPv6的DNS、WWW、FTP等服务，供用户使用。
在选择综合组网技术时，要重点考虑下列因素：（1）兼容性。
在建设IPv6网络时，不影响已有IPv4网络的运行，兼顾原有的IPv4应用和资源。
（2）扩展性。
组网技术能支持网络平滑升级到IPv6，能为将来更进一步的扩展、扩容与升级预留充分的空间。
（3）性能与安全。
在带宽、易用、安全、可靠、管理等方面应比原有网络有提升。
实验1 IPv6与IPv4的双协议栈通信1.1 实验目的理解双栈技术是IPv4向IPv6过渡的基础，所有其它的过渡技术都以此为基础。
掌握实验环境中双协议栈的配置。
1.2 应用环境1. 双协议栈方案的工作方式双协议栈方案的工作方式如下：（1）如果应用程序使用的目的地址是IPv4地址，则使用IPv4协议。
（2）如果应用程序使用的目的地址是IPv6中的IPv4兼容地址，则同样使用IPv4协议，所不同的是，此时IPv6就封装（encapsulated）在IPv4当中。
（3）如果应用程序使用的目的地址是一个非IPv4兼容的IPv6地址，那么此时将使用IPv6协议，而且很可能此时要采用隧道等机制来进行路由、传送。
（4）如果应用程序使用域名来作为目标地址，那么此时先要从DNS服务器那里得到相应的IPv4/IPv6地址，然后根据地址的情况进行相应的处理。
对目前的环境来说，要实现纯粹IPv6的路由是很困难的，因此，人们一般采用IPv6 over IPv4 的点对点隧道技术。
将IPv6分组打包，放入IPv4分组的数据区，加上IPv4的报头，在IPv4互联网世界中进行路由，到达目的地后再把数据区中的IPv6分组取出来作相应的处理，该继续路由的路由，该收发的收发。
这样，就可以实现"双协议栈"的过渡方案。
最后，对于实现IPv6协议栈，尽管在细节上，IPv6和IPv4有很大的不同，但是从原理和它们在网络体系结构中的位置来看，是相当的一致的。
这些一致使得开发人员只需要很小的付出就可以实现从IPv4到IPv6协议栈的转换。
2. 双栈节点工作模式IPv6过渡技术——IPv6/IPv4双栈技术：双栈节点具有三种工作模式：（1）只运行IPv6协议，表现为IPv6节点；（2）只运行IPv4协议，表现为IPv4节点；（3）双栈模式，同时打开IPv6和IPv4协议1.3 实验设备锐捷S3760一台Consle线缆1根1.4 实验双栈节点示意图图1-1 双栈节点示意图1.5 实验要求采用IPv6/IPv4双协议栈是主要的过度机制，支持双协议栈的主机其IP层将既支持IPv4又支持IPv6。
《IPv4/IPv6 双协议栈以太网接入认证和移动技术》摘要：随着互联网的迅速发展，IPv4 地址资源逐渐枯竭，IPv6 作为下一代互联网协议应运而生。
本文深入研究了 IPv4/IPv6 双协议栈以太网接入认证和移动技术，分析了其关键技术、优势以及面临的挑战。
通过对现有接入认证和移动技术的比较，提出了一种基于双协议栈的以太网接入认证和移动解决方案。
该方案结合了多种技术手段，实现了高效、安全的接入认证和无缝的移动切换。
同时，通过实际案例分析了该方案的应用效果，并对未来的发展趋势进行了展望。
关键词：双协议栈；以太网；认证一、引言随着互联网的普及和应用的不断拓展，对 IP 地址的需求呈爆炸式增长。
IPv4 由于地址空间有限，已经无法满足日益增长的网络需求。
IPv6 以其巨大的地址空间、更好的安全性和支持移动性等优势，成为了下一代互联网的核心协议。
然而，IPv4 网络在短期内仍然广泛存在，因此实现 IPv4/IPv6 双协议栈的过渡是当前网络发展的必然选择。
以太网作为一种广泛应用的局域网技术，在接入认证和移动性方面也面临着新的挑战。
如何在双协议栈环境下实现高效的以太网接入认证和无缝的移动切换，成为了当前研究的热点问题。
二、IPv4/IPv6 双协议栈技术概述（一）IPv4 和 IPv6 协议的特点1.IPv4 协议 - 地址空间有限，只有 32 位。
- 安全性相对较低，缺乏对网络层安全的支持。
- 不支持移动性，移动设备在切换网络时需要重新配置 IP 地址。
2.IPv6 协议 - 地址空间巨大，有 128 位。
- 提供了更好的安全性，支持 IPsec 等安全协议。
- 支持移动性，移动设备可以在不同网络之间无缝切换，保持通信的连续性。
（二）双协议栈的工作原理双协议栈是指在同一台设备上同时运行 IPv4 和 IPv6 协议栈。
当设备需要与 IPv4 网络通信时，使用 IPv4 协议栈；当需要与 IPv6 网络通信时，使用 IPv6 协议栈。
网络编程之IPv4与IPv6相互操作由于互联网终端不断增加，IPv4 地址长度(32位)已不能够满足要求，所以出现了 IPv6地址(128位)，但是现有应用程序大部分还是采用 IPv4 地址形式，所以必须解决 IPv4 与 IPv6 之间的相互操作，使现有基于 IPv4 的应用程序能够与基于 IPv6 的应用程序相互通信。
那么我们怎么实现 IPv4 客户端与 IPv6 服务器、IPv6 客户端与 IPv4 服务器之间的通信。
IPv4 客户端与 IPv6 服务器假设我们主机是运行双栈，即存在 IPv4 协议栈和 IPv6 协议栈，双栈主机上的 IPv6 服务器既能处理 IPv4 客户端，也能处理 IPv6 客户端，因为 IPv4 可以映射成 IPv6 地址。
下图是 IPv4 客户端与 IPv6 服务器之间的通信过程：IPv6 服务器程序创建的套接字绑定到 IPv6 通配地址和 TCP 端口号 9999。
假设客户端和服务器主机都处于同一个以太网，当左侧两个客户端都发送 SYN 报文段请求与服务器建立连接时，IPv4 客户端主机在一个 IPv4 数据报中载送SYN，IPv6 客户端主机在一个 IPv6 数据报中载送 SYN。
在以太网线上包含以太网首部、IP 首部、TCP 首部以及 TCP 数据，根据以太网首部中包含的类型字段区分 IP 类型是为 IPv4 还是 IPv6，因此 IP 首部中的目的 IP 地址格式根据以太网类型字段分为 IPv4 地址和 IPv6 地址。
两者的 TCP 首部是一样的，TCP 首部中包含目的端口号(即 IPv6 服务器的端口号 9999)。
服务器的接收数据链路通过查看以太网类型字段把每帧传递给相应的 IP 模块。
IPv4 模块结合其上的 TCP 模块检测到IPv4 数据报的目的端口对应的是一个 IPv6 套接字，于是把该数据报 IPv4 首部中的源 IPv4 地址转换成一个等价的IPv4 映射的 IPv6 地址。
实验1 IPv6与IPv4的双协议栈通信1.1 实验目的理解双栈技术是IPv4向IPv6过渡的基础，所有其它的过渡技术都以此为基础。
掌握实验环境中双协议栈的配置。
1.2 应用环境1. 双协议栈方案的工作方式双协议栈方案的工作方式如下：（1）如果应用程序使用的目的地址是IPv4地址，则使用IPv4协议。
（2）如果应用程序使用的目的地址是IPv6中的IPv4兼容地址，则同样使用IPv4协议，所不同的是，此时IPv6就封装（encapsulated）在IPv4当中。
（3）如果应用程序使用的目的地址是一个非IPv4兼容的IPv6地址，那么此时将使用IPv6协议，而且很可能此时要采用隧道等机制来进行路由、传送。
（4）如果应用程序使用域名来作为目标地址，那么此时先要从DNS服务器那里得到相应的IPv4/IPv6地址，然后根据地址的情况进行相应的处理。
对目前的环境来说，要实现纯粹IPv6的路由是很困难的，因此，人们一般采用IPv6 over IPv4 的点对点隧道技术。
将IPv6分组打包，放入IPv4分组的数据区，加上IPv4的报头，在IPv4互联网世界中进行路由，到达目的地后再把数据区中的IPv6分组取出来作相应的处理，该继续路由的路由，该收发的收发。
这样，就可以实现"双协议栈"的过渡方案。
最后，对于实现IPv6协议栈，尽管在细节上，IPv6和IPv4有很大的不同，但是从原理和它们在网络体系结构中的位置来看，是相当的一致的。
这些一致使得开发人员只需要很小的付出就可以实现从IPv4到IPv6协议栈的转换。
2. 双栈节点工作模式IPv6过渡技术——IPv6/IPv4双栈技术：双栈节点具有三种工作模式：（1）只运行IPv6协议，表现为IPv6节点；（2）只运行IPv4协议，表现为IPv4节点；（3）双栈模式，同时打开IPv6和IPv4协议1.3 实验设备锐捷S3760一台Consle线缆1根1.4 实验双栈节点示意图图1-1 双栈节点示意图1.5 实验要求采用IPv6/IPv4双协议栈是主要的过度机制，支持双协议栈的主机其IP层将既支持IPv4又支持IPv6。
对网络中端来说，双协议栈是保证能对IPv4和IPv6同时进行访问的关键。
实现IPv6节点与IPv4节点互通的最直接的方式是使IPv6节点同时支持IPv4协议栈。
"IPv6/IPv4节点"是具有双协议栈的节点，这个节点既可以收发IPv4数据包，也可以收发IPv6数据报。
在实践当中，最典型的是IETF提出的叫"双协议栈"的方案。
需要提前说明的是，双协议栈技术并不具备创建隧道的能力；但是，后面提到的创建隧道的能力则必须要求有双协议栈技术的支持。
双栈节点与IPv4节点通讯时使用IPv4协议栈，与IPv6节点通讯时使用IPv6协议栈。
网络中的节点同时支持IPv4和IPv6协议栈，源节点根据目的节点的不同选用不同的协议栈，而网络设备根据报文的协议类型选择不同的协议栈进行处理和转发。
1.6 实验步骤S3760(config)#interface f 0/1S3760(config-if)#ipv6 enableS3760(config-if)#no switchportS3760(config-if )#ip address 172.16.3.1S3760(config-if )#ipv6 address 1::1/64S3760(config-if)#no ipv6 nd suppress-ra1.7 注意事项双栈节点与IPv4节点通讯时使用IPv4协议栈，与IPv6节点通讯时使用IPv6协议栈。
网络中的节点同时支持IPv4和IPv6协议栈，源节点根据目的节点的不同选用不同的协议栈，而网络设备根据报文的协议类型选择不同的协议栈进行处理和转发。
双栈可以在一个单一的设备上实现，也可以是一个双栈骨干网。
对于双栈骨干网，其中的所有设备必须同时支持IPv4/IPv6协议栈，连接双栈网络的接口必须同时配置IPv4地址和IPv6地址。
1.8 思考（1）了解双协议栈的目的？（2）了解双协议栈配置环境？实验2 利用三层交换机实现不同VLAN间的通信2.1 实验目的了解VLAN原理，学会使用交换机设备进行VLAN的划分；了解交换机接口的TRUNK模式和ACCESS模式，掌握跨交换机相同VLAN间通信的调试方式；理解不同VLAN之间通信的原理和实现方法。
2.2 应用环境某公司软件部的IP地址段是192.168.100.0/24，网络部的IP地址段是192.168.200.0/24，为了保证它们之间的数据互不干扰，也不影响各自的通信效率，网络管理员划分了VLAN，使两个部门的计算机属于不同的VLAN。
两个部门有时候也需要相互通信，选择三层交换机实现不同VLAN间的通信。
三层交换机可以通过SVI接口（switch virtual interfaces）来进行VLAN之间的IP路由。
2.3 实验设备S2126 1台S3760 1台直连线3条计算机3台2.4 实验拓扑实验拓扑图如图2-1所示。
图2-1利用三层交换机实现不同VLAN 间的通信2.5 实验要求（1）按照图2-1连接网络；在交换机划分VLAN ，交换机接口成员信息如表2-1所示。
表2-1 交换机接口成员信息（2）设置三层交换机实现不同VLAN 间的通信。
（3）PC1-PC3的网络设置见表2-2。
表2-2 PC 机网络设置信息2.6 实验步骤（1）根据表2-1，在交换机SwitchA 和SwitchB 上分别划分基于接口的VLAN ，并将相应接口加入VLAN 。
（2）把交换机SwitchA 与SwitchB 相连的接口（F0/24）定义为TRUNK 模式。
（3）根据表2-2设置PC1-PC3的网络信息。
使用ping 命令验证VLAN1和VLAN2之间的联通性。
（4）设置三层交换机实现不同VLAN 间的通信。
SwitchA(config)#inerface vlan 100 ！创建虚拟接口vlan100 SwitchA(config-if)#ip address 192.168.100.254 255.255.255.0！配置虚拟接口vlan 100的地址为SwitchA PC1PC3F0/24VLAN 200F0/24VLAN 100PC2F0/5F0/15 VLAN 100F0/5SwitchB192.168.100.254SwitchA(config-if)#no shutdown ！开启端口SwitchA(config-if)#exitSwitchA(config)#interface vlan 200 ！创建虚拟接口vlan200SwitchA(config-if)#ip address 192.168.200.254 255.255.255.0！配置虚拟接口vlan 200的地址为192.168.200.254SwitchA(config-if)#no shutdown ！开启端口（5）查看SwitchA路由接口的状态。
SwitchA#show ip interface ！查看ip接口的状态（6）使用ping命令验证VLAN1和VLAN2之间的联通性。
2.7 注意事项（1）和二层交换机不同，三层交换机可以在多个VLAN接口上配置IP地址；（2）两台交换机之间相连的端口应该设置为TRUNK模式；（3）需要设置PC的网关。
2.8 思考如果没有给PC机配置网关，请问还会通信么？为什么？实验3 多区域OSPF配置3.1 实验目的理解链路状态路由协议的工作过程，理解OSPF区域的意义；掌握实验环境中环回接口的配置，掌握多区域OSPF的配置。
3.2 应用环境OSPF是为了解决RIP不能解决的大型、可扩展的网络需求而出现的链路状态路由协议。
OSPF不仅具有RIPv2对可变长子网掩码支持的优点，同时还具有无自环、收敛快的特点，因此被广泛应用在中大型网络环境。
区域是OSPF的重要概念，它可以有效地提高路由的效率，缩减部分路由器的OSPF 路由条目，降低路由收敛的复杂度，在区域边界上，实现路由的汇总、过滤、控制，大大提高了网络的稳定性。
3.3 实验设备路由器R2692 三台V.35线缆2对3.4 实验拓扑图3-1多区域OSPF的配置3.5 实验要求表3-1 网络接口地址信息（2）按照表3-1配置路由器名称、各接口地址；（3）配置多区域OSPF路由协议，实现网络互联。
3.6 实验步骤（1）按照表3-1配置路由器名称、接口的IP地址，保证所有接口全部是up状态，测试连通性。
略（2）将R1、R2相应网段加入area 1R2(config)#router ospf 1R2(config-router)#network 172.16.23.0 0.0.0.255 area 0R3(config)#router ospf 1R3(config-router)#network 172.16.23.0 0.0.0.255 area 0（3）将R2、R3相应网段加入area 0R1(config)#router ospf 1R1(config-router)#network 172.16.12.0 0.0.0.255 area 1R2(config)#router ospf 1R2(config-router)#network 172.16.12.0 0.0.0.255 area 1（4）查看R1、R3上的OSPF路由表show ip route（5）查看其它OSPF状态参数show ip ospf neighbor ！查看OSPF邻居状态show ip ospf interface ！查看OSPF接口状态和类型3.7 注意事项（1）OSPF的进程号只有本地意义，即在不同路由器上的进程号可以不相同。
但是，为了日后维护的方便，一般启用相同的进程号。
（2）路由器把环回端口作为标志路由器的ID号。
（3）OSPF是无类路由协议，一定要加掩码。
（4）在申明直连网段时，必须指明所属的区域。
（5）作为骨干区域的area 0必须存在。
标准区域一定与骨干区域相连。
3.8 思考（1）OSPF与RIP有哪些区别？（2）为什么必须有area 0存在？（3）在R1增加一个区域2（用loopback20模拟），网络地址是160.20.0.0/16，使这个区域的路由让路由器R3看到。
（提示：由于area 2没有直连在area0上，所以area 2的路由不能被传递到外部区域，需要在area 1上打一条虚电路，使area 2和area0通过虚电路连接起来。
）实验4 SNMP应用实例4.1 实验目的（1）RingMaster配置掌握实验环境中双协议栈的配置。
