IPv6技术的教学内容的设计与规划

来源:用户上传      作者: 马守东

　　摘要: 本文从计算机网络发展的角度分析了IPv6在目前高校计算机教学中的必需性,分析、对比了IPv4和IPv6的技术特点,并从技术和应用的角度给出IPv6在高校教学中的安排和内容设置的参考方案。
　　关键词: IPv6技术教学内容教学方法
　　
　　 目前全球因特网所采用的协议是TCP/IP协议。IP是TCP/IP协议中网络层的协议,是TCP/IP协议的核心协议。目前IP协议使用IPv4版本,随着Internet的快速发展,IPv4已经远远不能满足需要,IP协议的下一个版本IPv6即将替换现有的IPv4。为了适应时代发展的需要,高校开始开设有关IPv6的课程。为了能够使学生更好地掌握这部分知识,笔者根据实际教学实践,对IPv6技术的教学内容作了以下的设计和规划。
　　
　　一、IPv6相对于IPv4协议的特点和优势
　　
　　IPv4是一个非常成功的网络协议,它不仅实现了单个网络内设备的通信,而且实现了多个网络的之间的通信,更实现了跨网络的通信,它成了目前Internet必不可少的核心协议。然而,随着Internet的快速、膨胀式的发展,IPv4的局限性和缺点也凸显了出来,IPv6取而代之已成必然,从长远来看,IPv6能够更有效地推动Internet的持续和长久发展。
　　1.协议地址空间数量。
　　IPv6地址空间充裕。IPv6地址长度从IPv4的32位调整为128位。IPv4采用32位地址长度,只有大约43亿个地址,目前已经快被分配完毕。而IPv6地址数量几乎可以不受限制地使用。
　　2.协议安全性。
　　IPv4协议本身没有提供安全控制,只能通过上层协议实现。IPv6的协议包中提供了可扩展的安全性包头,可以很轻易地实现身份验证、数据加密和完整性校验。
　　3.传输性能。
　　IPv4的包头部分过于复杂,在扩展头部使用变长选项、跨多网络情况下路由表庞大,路由效率太低,从而影响传输效率。IPv6有着灵活的IP报文头部格式,使用一系列固定格式的扩展头部取代了IPv4中可变长度的选项字段。IPv6中选项部分的出现方式也有所变化,使路由器可以简单路过选项而不作任何处理,加快了报文处理速度。IPv6简化了报文头部格式,字段只有8个,加快报文路由与转发,提高了吞吐量。
　　4.方便性。
　　IPv4的配置比较复杂,自配置能力较差。IPv6可以实现全状态自动配置和无状态自动配置,方便实现网络连接。
　　
　　二、IPv6数据包的详细解析
　　
　　1.数据包的构成。包括:包头、扩展包头、上层协议数据单元。
　　2.数据包头8个字段的介绍。包括:Version(版本号),Traffice Class(通信类别),Flow Label(流标记),Payload Length(负载长度),Next Header(下一包头),Hop Limit(跳段数限制),Source Address(源地址),Destination Address(目的地址)。
　　3.扩展包头的讲解。包括:Hop-by-Hop选项包头、目的地选项包头、路由包头、分段包头、认证包头、ESP协议包头。这部分内容是和IPv4差别、改进最大的部分。在这部分的教学中教师需要增加没有扩展包头的用法,以及优于IPv4的原因,这样更有利于学生理解和掌握。
　　4.上层协议数据单元。对于这部分内容者可以结合上层协议,如FTP协议、DNS协议讲解,也可以自定义一个特点的协议,这样的应用性教学会更加直观、清晰。
　　
　　三、IPv6的寻址
　　
　　IP地址被认为是可以在IP网络上最终唯一并持久的节点标识符。因此IP地址的分配、IP网络的节点定位就至关重要了。这部分内容也是基础的,学生必须熟练掌握。在教学过程中教师可以结合IPv4的寻址讨论、分析寻址和地址分配对IP网络的影响。
　　1.IPv6地址的构成,表示方式,地址的分类,地址空间的划分等的介绍。
　　2.单播地址。描述出单播地址的各种类型:接口标识符,可集聚全球单播地址,特殊地址和保留地址,嵌有IPv4地址的IPv6地址,链路本地和站点本地地址,NSAP和IPX地址。分析、细化每种类型单播地址的表示方法、用途、寻址方式。
　　3.组播地址。组播类似于IPv4的广播,对于这部分的介绍教师可以结合IPv4的广播讲解,分析组播的寻址方式和广播的差别、优点所在,以及组播组概念和应用。
　　4.泛播地址。教师应详细介绍泛播的地址分配和格式,着重分析泛播的寻址方式,选路的规则,泛播地址和路由表的关系。
　　
　　四、IPv6路由、选路
　　
　　IPv6支持灵活的寻址方式,相对于IPv4大大减小了路由表的规模,这样IPv6的路由方式和机制也就成了IPv6的一个重点。对于这部分内容教师可以通过不同的路由协议、类型结合相应的传输类型讲解,多角度进行分析。
　　1.从路由协议的角度去讲解IPv6的路由方式。教师应分析链路状态协议和矢量距离路由的基本原理,实现方式,应用场景。
　　2.从网络的交互方式角度去划分路由方式为:内部路由和外部路由。教师可以比较分析两种路由方式的特点,路由表的大小等。
　　
　　五、IPv6自配置
　　
　　IPv6的一个重要的目标就是要实现无须人为干预的即插即用。从自配置的类型和应用的角度,教师可将这部分内容分成3部分讲解。
　　1.有状态的自配置类型。这种自配置需要维护和管理特殊的自动配置服务器,以便管理所有“状态”。在教学过程中,教师可以和IPv4的DHCP方式作类比。
　　2.无状态的自配置类型。这种配置是最简单配置,只需要本地链路支持组播,并且网络能够发送和接收组播就可以了。
　　3.在教学过程中教师可以对比有状态和无状态自配置的特点、差异、适用场景。另外,教师应根据IPv6的自配置的原理,分析配置,实现IPv6下的移动IP,从而使学生进一步熟悉和掌握IPv6的自配置知识。
　　
　　六、IPv6的安全性实现
　　
　　IPv6的重要特点之一就是在IP层增加了身份验证和安全性控制。这部分内容教师要结合IPv6的消息包结构讲解,同时结合实践,构造和实现IPv6的身份验证,安全性控制。
　　1.IP安全性的体系结构(IPsec)介绍。通过这部分内容,学生可以了解目前IPv4的安全实现方式,以及该安全方式是否可以在IPv6中继续使用。
　　2.身份验证和数据包完整性校验。这两部分在实际应用中是密切相关的,放在一起更有利于学生理解和接受。内容安排上教师可以侧重于IP包中加密算法的应用,数字签名的应用,以及应用中的具体组包方法,让学生能够熟练掌握AH字段和ESP头的使用。
　　3.网络蠕虫病毒、扫描攻击的防止。教师可以结合IPv6的地址空间,分析能够避免这类蠕虫病毒和扫描攻击的原因。
　　
　　七、IPv6的实践
　　
　　通过这部分的实践,学生能够熟练掌握IPv6网络的配置和使用,清楚IPv6的数据包构成,了解IPv6数据包扩展包头的使用。
　　1.实践环境搭建。通过现有的IPv4的网络,教师可对Windows2000/XP终端安装对应的IPv6的协议栈,在网络安装对应的ALG(应用层代理网关)在IPv4和IPv6之间提供一个双栈网关,来实现终端设备的通信。
　　2.实践内容安排。侧重于协议的应用和开发。
　　(1)IPv6网络的搭建,包括:IPv6的终端地址设置、DNS设置、路由设置、网关设置和网络的数据的检测等。
　　(2)自配置方式实现。通过BOOTP服务和DHCPv6服务两种方式配置网络服务和相关的终端服务,教师可以通过多个网络接口来实现,使学生了解和熟悉IPv6自配置方式的特点和优势。
　　(3)IPv6数据包分析和组装。教师可通过编程实现简单的IPv6实验环境,分析IPv6数据包,达到加深学生理解IPv6数据包的效果。
　　(4)IPv6安全性实践。实现对IPv6扩展包头中的认证包头和ESP协议包头的封装和解析,实现DES加密和SHA-1身份验证。
　　IPv6替代IPv4的脚步越来越近了,让更多的人掌握IPv6的技术也势在必行。笔者根据自身多年的教学实践,总结出一套相对比较有效的IPv6教学方法,希望能够给教师以参考和帮助。

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