IPv6网络拓扑发现的研究与实现

论文摘要

随着网络应用的蓬勃发展和网络规模的迅速扩大,基于IPv4协议的Internet逐渐显示出地址空间匮乏、缺乏QOS保证等弊端。IETF从1991年开始着手研究下一代IP网络协议——IPv6协议,以此来代替IPv4协议。IPv6网络庞大的节点数量以及对各类协议的重新定义,导致IPv6的网络管理不同于IPv4的网络管理。随着IPv6网络规模的逐渐扩大和网络软硬件设施的日益复杂,得到一个完整、准确的IPv6网络拓扑结构图对于网络管理、网络优化、故障定位等应用越来越重要。由于适用于IPv4网络的拓扑发现技术和方法不能很好地适应IPv6网络环境,针对IPv6网络拓扑发现技术研究的必要性和紧迫性不容忽视。本文首先对IPv6协议进行简单介绍,然后分析IPv6协议对TCP/IP模型的影响,并介绍了IPv4网络拓扑发现的常用方法和IPv6网络拓扑发现的难点。针对网络层拓扑发现,本文扩展了Traceroute探测方法的适用范围,充分结合IPv6的协议特性和实际的网络环境,利用流标签字段实现了单点多路径探测,并对IPv6下的路由器别名解析问题提出了合理的方法,同时论文借鉴现有的文献研究成果,利用IPv6源路由功能提高交叉路径的发现能力。由于IPv6对链路层影响较小,IPv4中的二层交换设备将在IPv6网络中继续沿用下去。所以IPv4下基于地址转发表或基于生成树协议的链路层发现方法仍然可以在IPv6网络中发挥作用,探测交换设备之间的级联关系。同时,本文基于IPv6的邻居发现协议和多播特性,对终端节点信息进行搜集。由于IPv6网络和IPv4网络将长期共存,所以双栈和隧道等网络元素的识别对于过渡环境下的拓扑发现和网络管理具有重要意义。本文利用名称解析、路径MTU探测等方法对这些特殊网络元素的识别进行探索性的研究。最后,本文设计并实现了IPv6网络拓扑发现原型系统,在Cernet2主干网和重庆大学IPv6实验室中进行测试,分析验证了本系统的正确性和有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 本文的研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 研究目标和研究内容
• 1.4 本文的组织结构
• 2 IPv6 协议概述
• 2.1 IPV4 的局限性
• 2.2 IPv6 协议概述
• 2.2.1 IPv6 协议的主要改进
• 2.2.2 IPv6 地址结构
• 2.2.3 ICMPv6 协议
• 2.2.4 IPv6 源路由
• 2.2.5 IPv6 对TCP/IP 模型和网络设备的影响
• 2.3 过渡技术的研究
• 2.3.1 双栈技术
• 2.3.2 隧道技术
• 2.3.3 协议转换技术
• 2.3.4 过渡方案举例
• 2.4 本章小结
• 3 IPv6 网络管理及拓扑发现概述
• 3.1 IPv6 网络管理
• 3.1.1 IPv6 网络管理概述
• 3.1.2 IPv6 下的SNMP 协议
• 3.2 网络拓扑发现概述
• 3.2.1 拓扑发现的层次和方法
• 3.2.2 IPv6 下网络拓扑发现的主要困难
• 3.3 目前IPv6 下网络拓扑发现的主流方法
• 3.3.1 算法描述
• 3.3.2 算法评价
• 3.4 本章小结
• 4 IPv6 网络拓扑发现算法的研究
• 4.1 网络拓扑发现的依据
• 4.2 IPv6 网络层拓扑发现算法
• 4.2.1 算法原理
• 4.2.2 基于经典Traceroute 算法的改进
• 4.2.3 算法描述
• 4.2.4 其它问题
• 4.3 IPv6 链路层拓扑发现算法
• 4.3.1 交换机连接信息
• 4.3.2 终端设备信息
• 4.4 本章小结
• 5 过渡环境下IPv6 网络拓扑发现的研究
• 5.1 IPV4/IPv6 过渡环境下的网络拓扑发现
• 5.2 过渡网络元素的识别
• 5.2.1 双栈节点的识别
• 5.2.2 隧道的识别
• 5.3 本章小结
• 6 拓扑发现原型系统的设计与实现
• 6.1 原型系统的体系结构和整体设计
• 6.1.1 集中式VS 分布式
• 6.1.2 总体结构设计
• 6.2 主要模块的设计与实现
• 6.2.1 骨干网拓扑发现模块
• 6.2.2 子网内拓扑发现模块
• 6.2.3 过渡元素发现模块
• 6.2.4 拓扑信息存储模块
• 6.2.5 拓扑显示模块
• 6.2.6 算法复杂性分析
• 6.3 原型系统的测试和分析
• 6.3.1 测试环境
• 6.3.2 测试及分析
• 6.3.3 系统运行成果
• 6.4 本章小结
• 7 结论和后续工作的方向
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录