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基于雙棧協(xié)議的IPV4向IPV6過渡方案設(shè)計

時間：2007-07-06 10:08:00

關(guān)鍵字： IPv6 IPV4 BSP SOCKET

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[導(dǎo)讀]針對上述問題我們研究了一種過渡機(jī)制，并針對該過渡機(jī)制設(shè)計實(shí)現(xiàn)了瀏覽器模式的IPv4客戶機(jī)對 IPv6服務(wù)器的訪問。

摘要隨著Internet網(wǎng)絡(luò)在全球范圍內(nèi)的迅速擴(kuò)大，應(yīng)用日益增加，IP地址即將耗盡的矛盾更加突出，同時為解決IPv4的設(shè)計缺陷，國際互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組開發(fā)了新一代Internet協(xié)議-IPv6，但由于IPv4與IPv6之間存在著很大的差異，同時存在眾多基于IPv4協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用，因此，要用新的IPv6代替舊的IPv4必然存在一個過渡時期。針對上述問題我們研究了一種過渡機(jī)制，并針對該過渡機(jī)制設(shè)計實(shí)現(xiàn)了瀏覽器模式的IPv4客戶機(jī)對 IPv6服務(wù)器的訪問。

關(guān)鍵詞 IPv4 IPv6 過渡機(jī)制雙協(xié)議棧代理服務(wù) Java

前言

如今，Internet在全球范圍內(nèi)的普及應(yīng)用超過了歷史上的任何一項(xiàng)新技術(shù)所產(chǎn)生的影響和帶來的變化，實(shí)踐證明，IPv4不僅是健壯的、而且是易于實(shí)現(xiàn)的，并具有很好的互操作性。這些都充分肯定了IPv4協(xié)議（IPv4 protocol）初始設(shè)計的正確性。但是隨著Internet迅速發(fā)展，接入Internet的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和運(yùn)行在其上的應(yīng)用程序急劇增加，由此帶來了 IP地址的迅速耗盡與路由表膨脹等問題，對IP地址范圍的擴(kuò)大也迫在眉睫。針對IP地址的問題，IETF（Internet 工程任務(wù)組）提出了新一代網(wǎng)際互聯(lián)協(xié)議——IPv6協(xié)議（IPv6 protocol），它不但解決了IPv4的地址問題，并且改善了IP協(xié)議的性能^[1,2]。而在現(xiàn)階段中，由于Internet完全是建立在IPv4的體系結(jié)構(gòu)上，所有的應(yīng)用程序也是按照IPv4格式書寫的。因此如何由IPv4向IPv6過渡以及由此而產(chǎn)生的過渡機(jī)制成為了一個新的研究熱點(diǎn)。針對IPv4向IPv6的過渡，我們研究了用雙協(xié)議棧來過渡的方式，遵循IPv4中的代理服務(wù)機(jī)制，嘗試實(shí)現(xiàn)了用Firefox為瀏覽器通過雙協(xié)議棧的代理服務(wù)器訪問基于IPv6的網(wǎng)頁。

1 IPv4向IPv6的過渡

1.1 過渡的必然性

隨著Internet應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，發(fā)現(xiàn)IPv4有著很多不可克服的問題，必須通過新的協(xié)議來最終替代。通常，協(xié)議的過渡是很不容易的，從IPv4向 IPv6的過渡也是如此。目前由于IPv4協(xié)議已經(jīng)成功的使用了將近20年，基于IPv4的應(yīng)用程序和設(shè)備已經(jīng)相當(dāng)成熟和具有相當(dāng)?shù)囊?guī)模，不可能一夜之間完成所有升級變更。而另一方面，IPv6的應(yīng)用程序和設(shè)備還不成熟完備，這樣必然會出現(xiàn)許多孤立的IPv6網(wǎng)絡(luò)。那么如何完成從IPv4向IPv6的過渡，是發(fā)展IPv6首要解決的問題。由此在相當(dāng)長時間內(nèi)，IPv6節(jié)點(diǎn)之間的通信還要依賴于原有IPv4網(wǎng)絡(luò)的設(shè)施，同時IPv6節(jié)點(diǎn)也必不可少的要與 IPv4節(jié)點(diǎn)通信，因此過渡是不可避免的，并且過渡^[3]必將是分布式的、漸進(jìn)的進(jìn)行。據(jù)專家的預(yù)測，過渡初期的 Internet將由少量運(yùn)行 IPv6協(xié)議設(shè)備組成小的網(wǎng)絡(luò)“孤島”和大量運(yùn)行 IPv4協(xié)議的設(shè)備組成的“海洋”組成。如圖1所示：

圖1：IPv4網(wǎng)絡(luò)海洋中的IPv6孤島

而隨著時間的推移，IPv4的海洋將會逐漸變小，而IPv6的小島不僅會越來越多，而且越來越大 ,并最終完全取代IPv4形成新的下一代Internet網(wǎng)絡(luò)。

1.2 過渡策略的主要原則

考慮到網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展和現(xiàn)實(shí)世界的商業(yè)需求，在進(jìn)行IPv4網(wǎng)絡(luò)向IPv6網(wǎng)絡(luò)過渡策略的設(shè)計中，如下方向性問題必須遵循，在“下一代協(xié)議建議規(guī)范”（RFC1752）中，明確定義了以下的過渡原則：

1. 過渡方式應(yīng)該是逐步的和漸進(jìn)的，保護(hù)IPv4網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的投資，確保在一個相當(dāng)長的歷史階段，IPv4網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以在過渡時期中正常地獨(dú)立使用。

2. IPv4網(wǎng)絡(luò)世界和IPv6網(wǎng)絡(luò)世界相互滲透，長期并存，這就要求IPv4和IPv6網(wǎng)絡(luò)設(shè)備彼此可以互連互通，實(shí)現(xiàn)互操作。

3. IPv4網(wǎng)絡(luò)世界向IPv6網(wǎng)絡(luò)世界過渡過程中，IPv4向IPv6升級的費(fèi)用應(yīng)盡可能地低，過渡技術(shù)應(yīng)盡可能地簡單，以盡快地吸引廣大用戶主動的向IPv6過渡。

由于IPv4協(xié)議和IPv6協(xié)議之間不具有相關(guān)性，因此IPv4和IPv6體系結(jié)構(gòu)之間還需要構(gòu)建相關(guān)的過渡機(jī)制來支持二者無縫地并存。

2 過渡方案設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

2.1 IPv4/IPv6雙協(xié)議棧代理服務(wù)器原理

借鑒傳統(tǒng)的IPv4代理服務(wù)器原理，聯(lián)想到在一臺代理服務(wù)器上安裝具有IPv4/IPv6雙協(xié)議棧，那么代理服務(wù)器就可以作為IPv4客戶端向IPv6服務(wù)器的“中轉(zhuǎn)站”，從而實(shí)現(xiàn)兩者間的間接通信。其具體實(shí)現(xiàn)原理如圖2。

圖2 IPv4應(yīng)用程序通過代理訪問IPv6服務(wù)器

2.2 IPv4/IPv6過度方案設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

本方案立足于應(yīng)用最為普遍的瀏覽器技術(shù)，而直接改寫瀏覽器本身的代碼是不現(xiàn)實(shí)的，因此我們采用一種比較直接的解決方案：在雙協(xié)議棧主機(jī)的傳輸層中，借鑒傳統(tǒng)IPv4的傳輸層代理機(jī)制對IPv4和IPv6協(xié)議進(jìn)行“轉(zhuǎn)換”，從而讓僅支持IPv4的應(yīng)用程序無需升級就能夠“無縫”地訪問純IPv6服務(wù)。這樣我們只需對代理服務(wù)器編程，同時利用socket的獨(dú)立于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的特性，通過編寫程序完成對socket套接字中某些參數(shù)的修改，讓代理服務(wù)器調(diào)用系統(tǒng)的 IPv6協(xié)議棧來通信，實(shí)現(xiàn)接入IPv6。實(shí)現(xiàn)上述設(shè)計思路的關(guān)鍵就是對編寫修改完成對socket套接字中某些參數(shù)的修改并完成調(diào)用，下面是構(gòu)造代理服務(wù)器過程相關(guān)代碼提煉如下：

//在給定Socket上創(chuàng)建一個代理線程。

 public HttpProxy(Socket s) { socket=s; start(); }

    public void writeLog(int c, boolean browser) throws IOException {

        log.write(c);

    public void writeLog(byte[] bytes,int offset,

             int len, boolean browser) throws IOException {

        for (int i=0;i<len;i++) writeLog((int)bytes[offset+i],browser);

    public String processHostName(String url, String host, int port, Socket sock) {

        java.text.DateFormat cal=java.text.DateFormat.getDateTimeInstance();

        System.out.println(cal.format(new java.util.Date()) + " - " +

              url + " " + sock.getInetAddress()+"<BR>");

        return host;

//執(zhí)行操作的線程

public void run() {

         Socket outbound=null;

    try {

        socket.setSoTimeout(TIMEOUT);

        InputStream is=socket.getInputStream();

        OutputStream os=null;

……

                outbound.setSoTimeout(TIMEOUT);

                os=outbound.getOutputStream();

                os.write(line.getBytes());

                os.write(' ');

                os.write(host0.getBytes());

                os.write(' ');

                ……

……

和所有線程對象一樣，HttpProxy類的主要工作在run方法內(nèi)完成。run方法實(shí)現(xiàn)了一個簡單的狀態(tài)機(jī)，從Web瀏覽器每次一個讀取字符，持續(xù)這個過程直至有足夠的信息找出目標(biāo)Web服務(wù)器。然后，run打開一個通向該Web服務(wù)器的Socket（如果有多個代理服務(wù)器被鏈接在一起，則run方法打開一個通向鏈里面下一個代理服務(wù)器的Socket）。打開Socket之后，run先把部分的請求寫入Socket，然后調(diào)用pipe方法。pipe方法直接在兩個Socket之間以最快的速度執(zhí)行讀寫操作。完成了代理服務(wù)器程序的設(shè)計后，要使得客戶端能使用代理，還需要在客戶端的瀏覽器進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，即在瀏覽器中配置代理服務(wù)器，這樣就完成了全部過程。

3 結(jié)論

Internet的發(fā)展趨勢將證明IPv4必將會被IPv6所替代，但其過渡過程也一定會是一個漫長的、艱難的。因此，對過渡問題的研究不僅有利于完成過渡，而且還能保障Internet網(wǎng)絡(luò)長期穩(wěn)定運(yùn)行。本設(shè)計不僅能夠完成轉(zhuǎn)換同時采用較低成本模式，形成一個解決方案，系統(tǒng)測試的結(jié)果表明所采取的技術(shù)是合理的，能夠滿足實(shí)際運(yùn)行需要。

參考文獻(xiàn)

[1]周玲，尹霞，吳建平. 實(shí)現(xiàn)IPv4向IPv6過渡的隧道技術(shù).計算機(jī)工程與應(yīng)用，2002:156

[2]Jim Bound, L aurent Toutain. Dual Stack transition mechanism(DSTM) http://www.ietf.org/interner-drafts/draft-ietf-ngtrans-dstm-00.txt, October,1999

[3]R.Hinden . RFC2732: Format for Literal IPv6 Address in URL’s , 2002-12

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