IPv6與IPv4隧道技術的編程模擬

IPv6與IPv4隧道技術的編程模擬

摘要IPv6協(xié)議是因特網(wǎng)的新一代通信協(xié)議，如何實現(xiàn)從IPv4到IPv6的平滑過渡是IPv6發(fā)展目前急需解決的關鍵問題。本文從實際情況出發(fā)，對隧道模式提供一種可行的模擬方案，為即將到來的網(wǎng)絡過渡[1]時期采用隧道模式提供一定的技術探索。

關鍵詞IPv6IPv4IPv4/IPv6雙棧隧道1引言

一旦IPv6投入應用，看起來網(wǎng)絡中所有的主機都必須升級。但是，實際情況并非如此，研究向IPv6過渡的人士正在致力于IPv6的設計及IPv6所支持的協(xié)議和機制，以實現(xiàn)得體的漸進的升級。如果能有條理地、明智地進行現(xiàn)有網(wǎng)絡向IPv6的升級，升級的影響可能較小。在RFC1933（主機和路由器向IPv6過渡的機制）、RFC2185（向IPv6過渡的選路問題）、RFC2071（網(wǎng)絡重新編號概觀：為何需要及需要什么）以及RFC2072（路由器重新編號指導）等文檔中都涉及有關向IPv6過渡的討論。

向IPv6過渡必定是漸進的，預計IPv4和IPv6將長期共存，目前大多數(shù)過渡策略都依靠隧道的實現(xiàn)方法，即至少在最初，將來自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)過過渡的早期階段，越來越多的IP網(wǎng)絡和設備將支持IPv6。但即使在過渡的后期階段，IPv6封裝仍將提供跨越只支持IPv4的骨干網(wǎng)和其他堅持使用IPv4的網(wǎng)絡的連接能力[2-3]。

本文在使用簡單的實驗室環(huán)境下實現(xiàn)隧道模式提供一種可行的模擬方案，為即將到來的網(wǎng)絡過渡時期采用隧道模式提供一定的技術探索。2技術基礎

（1）IPv6地址設置

IPv6地址長度為128位。RFC2373中不僅解釋了這些地址的表現(xiàn)方式，同時還介紹了不同的地址類型及其結構。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IPv6中不再支持IPv4中的廣播地址，而增加了一個泛播地址。

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

IPv6尋址模型與IPv4很相似。每個單播地址標識一個單獨的網(wǎng)絡接口。IP地址被指定給網(wǎng)絡接口而不是節(jié)點，因此一個擁有多個網(wǎng)絡接口的節(jié)點可以具備多個IPv6地址，其中任何一個IPv6地址都可以代表該節(jié)點。盡管一個網(wǎng)絡接口能與多個單播地址相關聯(lián)，但一個單播地址只能與一個網(wǎng)絡接口相關聯(lián)。每個網(wǎng)絡接口必須至少具備一個單播地址。

（2）隧道機制

隧道技術是一種通過互聯(lián)網(wǎng)絡基礎設施在網(wǎng)絡之間傳遞數(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)包在隧道的兩個端點之間通過公共互聯(lián)網(wǎng)絡進行路由，一旦到達網(wǎng)絡終點，數(shù)據(jù)將被解包并轉發(fā)到最終目的地。整個傳遞過程中，被封裝的數(shù)據(jù)包在公共互聯(lián)網(wǎng)絡上傳遞時所經(jīng)過的邏輯路徑稱為隧道。

簡言之，隧道技術是指包括數(shù)據(jù)封裝，傳輸和解包在內的全過程。3模擬序列設計

由于IP地址被指定給網(wǎng)絡接口而不是節(jié)點，對于隧道機制的編程模擬可以使用通用接口的方式實現(xiàn)，即將隧道模擬為一個虛擬的接口，實際使用中綁定到實際的物理接口中，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所示的結構，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)點和隧道入口節(jié)點可以重合，源包目的節(jié)點和隧道出口節(jié)點可以重合。由于圖1所示結構的典型性，模擬的隧道結構模式就在圖1的基礎上設計。（2）確定模擬方法

圖1所示結構實現(xiàn)比較復雜，因此要考慮用適當?shù)哪M方法進行簡化。實際模擬中只模擬了網(wǎng)絡節(jié)點的一般隧道技術，包括隧道包的封裝和解封裝，對隧道包在傳輸過程中的各種處理技術不做模擬。同時加以一定擴展，以一臺主機模擬多臺，這樣避免了模擬過程中的同步處理問題，也簡化了模擬系統(tǒng)的實現(xiàn)。

（3）模擬程序序列設計IPv6隧道模擬過程的形式化描述如下：

[SimulateProcedure]//模擬隧道序列

Char*Echo_IPv6_Local()

//發(fā)送IPv6連接請求

Char*Reply_IPv6_Local()//回復IPv6連接請求

Char*Send_IPv6_Data()

//發(fā)送IPv6數(shù)據(jù)報文

IntIPv6_Over_IPv4()

//將IPv6數(shù)據(jù)包進行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)報文

Char*Simu_Exit()//模擬結束

[/Procedure]

通過VC6編程實現(xiàn)的模擬序列正確的實現(xiàn)了以上模擬過程，在實驗室（Windows2003雙棧主機＋純IPv4路由）環(huán)境下對隧道的數(shù)據(jù)封裝，傳輸和解包在內的全過程進行了模擬。4結束語

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