基于双栈协议的IPV4向IPV6过渡方案设计与实现毕业论文

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1、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，Intern

2、et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

3、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。 如何实现IPv4到IPv6的平滑过渡IPv6在IPv4的基础上进行改进，它的一个重要的设计目标是与IPv4兼容，因为不可能要求立即将所有节点都演进到新的协议版本，如果没有一个过渡方案，再先进的协议也没有实用意义。 如何完成从IPv4到I

4、Pv6的转换，是IPv6发展需要解决的第一个问题。目前，IETF已经成立了专门的工作组，研究IPv4到IPv6的过渡问题和高效无缝互通问题，并且已提出了很多方案。为了实现IPv4到IPv6过渡的逐步演进、逐步部署、地址兼容、降低费用四个目标，IETF推荐了双协议栈、隧道技术以及NAT等演进方案。这些演进方案已经在欧洲、日本以及我国的商用或实验网络中得到论证和实践。这些演进方案需要进一步与中国具体的网络实践和运营实践相结合，需要在大规模的商用实践中论证、发展与完善。双协议栈技术 双协议栈技术是使IPv6节点与IPv4节点兼容的最直接方式，应用对象是主机、路由器等通信节点。支持双协议栈的IPv6节

5、点与IPv6节点互通时使用IPv6协议栈，与IPv4节点互通时借助于4over6使用IPv4协议栈。IPv6节点访问IPv4节点时，先向双栈服务器申请一个临时IPv4地址，同时从双栈服务器得到网关路由器的TEP（TunnelEndPoint）IPv6地址。IPv6节点在此基础上形成一个4over6的IP包，4over6包经过IPv6网传到网关路由器，网关路由器将其IPv6头去掉，将IPv4包通过IPv4网络送往IPv4节点。网关路由器要记住IPv6源地址与IPv4临时地址的对应关系，以便反方向将IPv4节点发来的IP包转发到IPv6节点。这种方式对IPv4和IPv6提供了完全的兼容，但由于需要

6、双路由基础设施，增加了网络的复杂度，依然无法解决IP地址耗尽的问题。 隧道技术 随着IPv6网络的发展，出现了许多局部的IPv6网络，但是这些IPv6网络需要通过IPv4骨干网络相连。将这些孤立的“IPv6岛”相互联通必须使用隧道技术。利用隧道技术，可以通过现有的运行IPv4协议的Internet骨干网络将局部的IPv6网络连接起来，因而是IPv4向IPv6过渡的初期最易于采用的技术。 路由器将IPv6的数据分组封装入IPv4，IPv4分组的源地址和目的地址分别是隧道入口和出口的IPv4地址。在隧道的出口处，再将IPv6分组取出转发给目的站点。隧道技术只要求在隧道的入口和出口处进行修改，对其他

7、部分没有要求，因而非常容易实现。但是隧道技术不能实现IPv4主机与IPv6主机的直接通信。 网络地址转换/协议转换技术 网络地址转换/协议转换技术通过与SIIT协议转换和传统的IPv4下的动态地址翻译以及适当的应用层网关相结合，实现了只安装了IPv6的主机和只安装了IPv4机器的大部分应用的相互通信，是一种纯IPv6节点和IPv4节点间的互通方式，所有包括地址、协议在内的转换工作都由网络设备来完成。支持NATPT的网关路由器应具有IPv4地址池，在从IPv6向IPv4域中转发包时使用。此外，网关路由器支持DNSALG，在IPv6节点访问IPv4节点时发挥作用。NATPT方式的优点是不需要进行I

8、Pv4、IPv6节点的升级改造；缺点是IPv4节点访问IPv6节点的实现方法比较复杂，网络设备进行协议转换、地址转换的处理开销较大，一般在其他互通方式无法使用的情况下使用。 上述技术在很大程度上依赖于从支持IPv4的互联网到支持IPv6的互联网的转换，我们期待IPv4和IPv6可在这一转换过程中互相兼容。目前，6to4机制便是较为流行的实现手段之一。6to4技术转换策略计划者考虑的关键问题是，当使用者对ISP所提供的基本IPv6传输协议还没有合理的选择时，如何激活IPv6路由域间的连通性。当缺少本地IPv6服务时，提供连通性的解决办法之一是将IPv6的分组封装到IPv4的分组中。6to4是一种

9、自动构造隧道的方式，它的好处在于只需要一个全球唯一的IPv4地址便可使得整个站点获得IPv6的连接。在IPv4NAT协议中加入对IPv6和6to4的支持，是一个很吸引人的过渡方案。 总之，从IPv4向IPv6的过渡是人们未来实现全球Internet不可跨越的步骤，它不是一朝一夕就可以办得到的。从IPv4向IPv6的转换是一个相当长的过渡时期，在此过渡期间需要IPv4与IPv6共存，并解决好互相兼容的问题，逐步实现平滑地演进，最终让所有的网络节点都运行IPv6，充分发挥IPv6在地址空间、性能和安全性等方面的优势。(end)1 IPv4向IPv6的过渡 1.1 过渡的必然性 随着Internet

10、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。通常，协议的过渡是很不容易的，从IPv4向IPv6的过渡也是如此。目前由于IPv4协议已经成功的使用了将近20年，基于IPv4的应用程序和设备已经相当成熟和具有相当的规模，不可能一夜之间完成所有升级变更。而另一方面，IPv6的应用程序和设备还不成熟完备，这样必然会出现许多孤立的IPv6网络。那么如何完成从IPv4向IPv6的过渡，是发展IPv6首要解决的问题。由此在相当长时间内，IPv6节点之间的通信还要依赖于原有IPv4网络的设施，同时IPv6节点也必不可少的要与IPv4节点通信，因此过渡是不可避免的，并且过渡3

11、必将是分布式的、渐进的进行。据专家的预测，过渡初期的 Internet将由少量运行 IPv6协议设备组成小的网络“孤岛”和大量运行 IPv4协议的设备组成的“海洋”组成。如图1所示： 图1：IPv4网络海洋中的IPv6孤岛 而随着时间的推移，IPv4的海洋将会逐渐变小，而IPv6的小岛不仅会越来越多，而且越来越大 ,并最终完全取代IPv4形成新的下一代Internet网络 1.2 过渡策略的主要原则 考虑到网络技术的飞速发展和现实世界的商业需求，在进行IPv4网络向IPv6网络过渡策略的设计中，如下方向性问题必须遵循，在“下一代协议建议规范”（RFC1752）中，明确定义了以下的过渡原则： 1

12、. 过渡方式应该是逐步的和渐进的，保护IPv4网络设备的投资，确保在一个相当长的历史阶段，IPv4网络设备可以在过渡时期中正常地独立使用。 2. IPv4网络世界和IPv6网络世界相互渗透，长期并存，这就要求IPv4和IPv6网络设备彼此可以互连互通，实现互操作。 3. IPv4网络世界向IPv6网络世界过渡过程中，IPv4向IPv6升级的费用应尽可能地低，过渡技术应尽可能地简单，以尽快地吸引广大用户主动的向IPv6过渡。由于IPv4协议和IPv6协议之间不具有相关性，因此IPv4和IPv6体系结构之间还需要构建相关的过渡机制来支持二者无缝地并存。 2 过渡方案设计与实现 2.1 IPv4/I

13、Pv6双协议栈代理服务器原理 借鉴传统的IPv4代理服务器原理，联想到在一台代理服务器上安装具有IPv4/IPv6双协议栈，那么代理服务器就可以作为IPv4客户端向IPv6服务器的“中转站”，从而实现两者间的间接通信。其具体实现原理如图2。 图2 IPv4应用程序通过代理访问IPv6服务器 2.2 IPv4/IPv6过度方案设计与实现 本方案立足于应用最为普遍的浏览器技术，而直接改写浏览器本身的代码是不现实的，因此我们采用一种比较直接的解决方案：在双协议栈主机的传输层中，借鉴传统IPv4的传输层代理机制对IPv4和IPv6协议进行“转换”，从而让仅支持IPv4的应用程序无需升级就能够“无缝”地

14、访问纯IPv6服务。这样我们只需对代理服务器编程，同时利用socket的独立于网络协议的特性，通过编写程序完成对socket套接字中某些参数的修改，让代理服务器调用系统的IPv6协议栈来通信，实现接入IPv6。实现上述设计思路的关键就是对编写修改完成对socket套接字中某些参数的修改并完成调用，下面是构造代理服务器过程相关代码提炼如下：/在给定Socket上创建一个代理线程。 clearcase/ target=_blank ccccccpublic HttpProxy(Socket s) socket=s; start(); public void writeLog(int c, bool

15、ean browser) throws IOException log.write(c);public void writeLog(byte bytes,int offset,int len, boolean browser) throws IOException for (int i=0;ilen;i+) writeLog(int)bytesoffset+i,browser);public String processHostName(String url, String host, int port, Socket sock) java.text.DateFormat cal=java.t

16、ext.DateFormat.getDateTimeInstance();System.out.println(cal.format(new java.util.Date() + - +url + + sock.getInetAddress()+);return host;/执行操作的线程public void run() Socket outbound=null; try socket.setSoTimeout(TIMEOUT);InputStream is=socket.getInputStream();OutputStream os=null;outbound.setSoTimeout(

17、TIMEOUT);os=outbound.getOutputStream();os.write(line.getBytes();os.write( );os.write(host0.getBytes();os.write( ); 和所有线程对象一样，HttpProxy类的主要工作在run方法内完成。run方法实现了一个简单的状态机，从Web浏览器每次一个读取字符，持续这个过程直至有足够的信息找出目标Web服务器。然后，run打开一个通向该Web服务器的Socket（如果有多个代理服务器被链接在一起，则run方法打开一个通向链里面下一个代理服务器的Socket）。打开Socket之后，run先把

18、部分的请求写入Socket，然后调用pipe方法。pipe方法直接在两个Socket之间以最快的速度执行读写操作。完成了代理服务器程序的设计后，要使得客户端能使用代理，还需要在客户端的浏览器进行相应的设置，即在浏览器中配置代理服务器，这样就完成了全部过程。 3 结论 Internet的发展趋势将证明IPv4必将会被IPv6所替代，但其过渡过程也一定会是一个漫长的、艰难的。因此，对过渡问题的研究不仅有利于完成过渡，而且还能保障Internet网络长期稳定运行。本设计不仅能够完成转换同时采用较低成本模式，形成一个解决方案，系统测试的结果表明所采取的技术是合理的，能够满足实际运行需要。参考文献1周玲，尹霞， 吴建平. 实现IPv4向IPv6过渡的隧道技术.计算机工程与应用，2002:1562Jim Bound, L aurent Toutain. Dual Stack transition mechanism(DSTM), October,19993R.Hinden . RFC2732: Format for Literal IPv6 Address in URLs , 2002-12