IPv6與IPv4隧道技術(shù)的編程模擬

IPv6與IPv4隧道技術(shù)的編程模擬

摘要IPv6協(xié)議是因特網(wǎng)的新一代通信協(xié)議，如何實(shí)現(xiàn)從IPv4到IPv6的平滑過(guò)渡是IPv6發(fā)展目前急需解決的關(guān)鍵問(wèn)題。本文從實(shí)際情況出發(fā)，對(duì)隧道模式提供一種可行的模擬方案，為即將到來(lái)的網(wǎng)絡(luò)過(guò)渡[1]時(shí)期采用隧道模式提供一定的技術(shù)探索。

關(guān)鍵詞IPv6IPv4IPv4/IPv6雙棧隧道1引言

一旦IPv6投入應(yīng)用，看起來(lái)網(wǎng)絡(luò)中所有的主機(jī)都必須升級(jí)。但是，實(shí)際情況并非如此，研究向IPv6過(guò)渡的人士正在致力于IPv6的設(shè)計(jì)及IPv6所支持的協(xié)議和機(jī)制，以實(shí)現(xiàn)得體的漸進(jìn)的升級(jí)。如果能有條理地、明智地進(jìn)行現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)向IPv6的升級(jí)，升級(jí)的影響可能較小。在RFC1933（主機(jī)和路由器向IPv6過(guò)渡的機(jī)制）、RFC2185（向IPv6過(guò)渡的選路問(wèn)題）、RFC2071（網(wǎng)絡(luò)重新編號(hào)概觀：為何需要及需要什么）以及RFC2072（路由器重新編號(hào)指導(dǎo)）等文檔中都涉及有關(guān)向IPv6過(guò)渡的討論。

向IPv6過(guò)渡必定是漸進(jìn)的，預(yù)計(jì)IPv4和IPv6將長(zhǎng)期共存，目前大多數(shù)過(guò)渡策略都依靠隧道的實(shí)現(xiàn)方法，即至少在最初，將來(lái)自IPv6島的IPv6包封裝在IPv4包中，然后在廣泛分布的IPv4海洋中傳送。經(jīng)過(guò)過(guò)渡的早期階段，越來(lái)越多的IP網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備將支持IPv6。但即使在過(guò)渡的后期階段，IPv6封裝仍將提供跨越只支持IPv4的骨干網(wǎng)和其他堅(jiān)持使用IPv4的網(wǎng)絡(luò)的連接能力[2-3]。

本文在使用簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下實(shí)現(xiàn)隧道模式提供一種可行的模擬方案，為即將到來(lái)的網(wǎng)絡(luò)過(guò)渡時(shí)期采用隧道模式提供一定的技術(shù)探索。2技術(shù)基礎(chǔ)

（1）IPv6地址設(shè)置

IPv6地址長(zhǎng)度為128位。RFC2373中不僅解釋了這些地址的表現(xiàn)方式，同時(shí)還介紹了不同的地址類型及其結(jié)構(gòu)。IPv6地址有三類、單播、組播和泛播地址。單播和組播地址與IPv4的地址非常類似；但I(xiàn)Pv6中不再支持IPv4中的廣播地址，而增加了一個(gè)泛播地址。

一個(gè)完整的IPv6地址分為兩個(gè)部分：子網(wǎng)前綴和接口標(biāo)識(shí)符，因此人們期待一個(gè)IP節(jié)點(diǎn)地址可以按照類似CIDR地址的方式被表示為一個(gè)攜帶額外數(shù)值的地址，其中指出了地址中有多少位是掩碼。即，IPv6節(jié)點(diǎn)地址中指出了前綴長(zhǎng)度，該長(zhǎng)度與IPv6地址間以斜杠區(qū)分，例如：1030:0:0:0:C9B4:FF12:48AA:1A2B/60，這個(gè)地址中用于選路的前綴長(zhǎng)度為60位。

IPv6尋址模型與IPv4很相似。每個(gè)單播地址標(biāo)識(shí)一個(gè)單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)接口。IP地址被指定給網(wǎng)絡(luò)接口而不是節(jié)點(diǎn)，因此一個(gè)擁有多個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口的節(jié)點(diǎn)可以具備多個(gè)IPv6地址，其中任何一個(gè)IPv6地址都可以代表該節(jié)點(diǎn)。盡管一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口能與多個(gè)單播地址相關(guān)聯(lián)，但一個(gè)單播地址只能與一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口相關(guān)聯(lián)。每個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口必須至少具備一個(gè)單播地址。

（2）隧道機(jī)制

隧道技術(shù)是一種通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施在網(wǎng)絡(luò)之間傳遞數(shù)據(jù)的方式。使用隧道傳遞的數(shù)據(jù)可以是不同協(xié)議的數(shù)據(jù)幀或包，隧道協(xié)議將這些其它協(xié)議的數(shù)據(jù)幀或包重新封裝在新的包頭中發(fā)送，被封裝的數(shù)據(jù)包在隧道的兩個(gè)端點(diǎn)之間通過(guò)公共互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行路由，一旦到達(dá)網(wǎng)絡(luò)終點(diǎn)，數(shù)據(jù)將被解包并轉(zhuǎn)發(fā)到最終目的地。整個(gè)傳遞過(guò)程中，被封裝的數(shù)據(jù)包在公共互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)上傳遞時(shí)所經(jīng)過(guò)的邏輯路徑稱為隧道。

簡(jiǎn)言之，隧道技術(shù)是指包括數(shù)據(jù)封裝，傳輸和解包在內(nèi)的全過(guò)程。3模擬序列設(shè)計(jì)

由于IP地址被指定給網(wǎng)絡(luò)接口而不是節(jié)點(diǎn)，對(duì)于隧道機(jī)制的編程模擬可以使用通用接口的方式實(shí)現(xiàn)，即將隧道模擬為一個(gè)虛擬的接口，實(shí)際使用中綁定到實(shí)際的物理接口中，其接口屬性同普通的接口類似。該種方法比較靈活，能夠以一種形式實(shí)現(xiàn)不同方式的隧道[4]。

（1）確定隧道模式

各種類型的隧道[5]都可以表示為圖1所示的結(jié)構(gòu)，其中協(xié)議B作為協(xié)議A的虛擬下層協(xié)議，源包源節(jié)點(diǎn)和隧道入口節(jié)點(diǎn)可以重合，源包目的節(jié)點(diǎn)和隧道出口節(jié)點(diǎn)可以重合。由于圖1所示結(jié)構(gòu)的典型性，模擬的隧道結(jié)構(gòu)模式就在圖1的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)。（2）確定模擬方法

圖1所示結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜，因此要考慮用適當(dāng)?shù)哪M方法進(jìn)行簡(jiǎn)化。實(shí)際模擬中只模擬了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的一般隧道技術(shù)，包括隧道包的封裝和解封裝，對(duì)隧道包在傳輸過(guò)程中的各種處理技術(shù)不做模擬。同時(shí)加以一定擴(kuò)展，以一臺(tái)主機(jī)模擬多臺(tái)，這樣避免了模擬過(guò)程中的同步處理問(wèn)題，也簡(jiǎn)化了模擬系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。

（3）模擬程序序列設(shè)計(jì)IPv6隧道模擬過(guò)程的形式化描述如下：

[SimulateProcedure]//模擬隧道序列

Char*Echo_IPv6_Local()

//發(fā)送IPv6連接請(qǐng)求

Char*Reply_IPv6_Local()//回復(fù)IPv6連接請(qǐng)求

Char*Send_IPv6_Data()

//發(fā)送IPv6數(shù)據(jù)報(bào)文

IntIPv6_Over_IPv4()

//將IPv6數(shù)據(jù)包進(jìn)行IPv4封裝

IntIPv4_InTo_IPv6()

//從IPv4數(shù)據(jù)包中解封出IPv6數(shù)據(jù)包

Char*Accept_IPv6_Data()//接收IPv6數(shù)據(jù)報(bào)文

Char*Simu_Exit()//模擬結(jié)束

[/Procedure]

通過(guò)VC6編程實(shí)現(xiàn)的模擬序列正確的實(shí)現(xiàn)了以上模擬過(guò)程，在實(shí)驗(yàn)室（Windows2003雙棧主機(jī)＋純IPv4路由）環(huán)境下對(duì)隧道的數(shù)據(jù)封裝，傳輸和解包在內(nèi)的全過(guò)程進(jìn)行了模擬。4結(jié)束語(yǔ)

在IPv6成為主流協(xié)議之前，首先使用IPv6協(xié)議棧的網(wǎng)絡(luò)希望能與當(dāng)前仍被IPv4支撐著的Internet進(jìn)行正常通信，