關于IPv6嵌入式網(wǎng)絡的使用與技術支持-基礎電子

精品文檔-下載后可編輯關于IPv6嵌入式網(wǎng)絡的使用與技術支持-基礎電子本文主要對引發(fā)IPv6嵌入式網(wǎng)絡的使用與IPv6嵌入式網(wǎng)絡地址、協(xié)議、特征、地址間的體系結構等概述作一介紹，并對用DSC80C400的軟硬技術開發(fā)IPv6嵌入式網(wǎng)絡作一分析。為何要使用IPv6嵌入式網(wǎng)絡使用IPv6是發(fā)展的必然當今，隨著Internet已經(jīng)廣泛地普及與發(fā)展，所帶來的嚴重問題是IP地址即將用盡，這是為什么?因為IP節(jié)點的可尋址空間越來越緊張。雖然232(大約40億)個IPv4地址(這是當前IP為Version4(版本4)-IPv4)還沒有完全分配(2022年的增長速度與以前的指數(shù)增長率相比略有下降，由于IPv4的地址分配方式，實際僅有大約1.6億個地址可供使用)，但是，預計在未來的幾年內(nèi)所有地址將被完全占用。下一代IP-IPv6——將地址空間擴展到了2128，遠遠超出了人們的想象，在我們居住星球(地球總面積約內(nèi)509，917，870平方公里)的每平方米就可提供6.67×1023個地址。這將保證未來的所有設備都可獲得自己的地址。那如何解決IP地址即將用盡的問題呢?為了從根本上解決IP地址即將用盡的問題，必須使用IPv6進行標準化，它是一個已經(jīng)開始利用的Internet協(xié)議。目前，人們使用的IPv4的地址為4octes(32位)。在IPv6中，這個地址已變?yōu)镮Pv4的4倍，即16octes(128位)。修改IP協(xié)議的工作是一項非常麻煩的工作，這是因為必須改變與Internet相連的主機和路由器的全部IP地址。例如像現(xiàn)在的狀態(tài)，因為Internet已經(jīng)廣泛地普及起來了，所以要替換所有的IP地址是非常困難的?；谏鲜隼碛?，使用IPv6不僅能夠解決IP地址枯竭的問題，而且，在應用上對IPv4感到不滿的牢騷也能夠一掃而光。另外，人們也正在進行IPv6和IPv4之間的互換和直接進行通信的工作。IPv6嵌入式網(wǎng)絡發(fā)展產(chǎn)生將帶來哪些福音擁有了足夠的地址就不再需要網(wǎng)絡地址轉換(NAT)和臨時性地址租賃或其它用于保存嚴格限量分配的IPv4地址的組裝機。盡管臺式機、服務器及其它傳統(tǒng)的網(wǎng)絡設備占有明顯優(yōu)勢，但預計不同領域的網(wǎng)絡設備將會有大幅度的增長——正如我們目前所了解的，大多數(shù)小型設備將會改變互聯(lián)網(wǎng)的命運。新潮網(wǎng)絡用戶總是集中在諸如GPRS(通用分組無伐線業(yè)務)、UMTS(通用雞移動通信糸統(tǒng))蜂窩電話或PDA的無線或移動設備，另外還包括一些嵌入式設備，如：監(jiān)視器、傳感器和智能節(jié)點，它們幾乎能夠嵌入到任何系統(tǒng)，從汽車到水表。IPv6不僅擴展了地址空間，它檢查IP使配置過程簡單化、自動化(嵌入式應用的另一需求)；它使IP更堅固、可擴展、可移動，增強了安全性和服務質量支持，簡化、加速了路由。困擾IPv4的嚴峻問題是：初分配IPv4地址的方式幾乎是隨機的，無法阻止路由表主干線的增長。IPv6要好一些，重建IP并逐步替代IPv4——將獲得許多優(yōu)點。雙IPv4／IPv6網(wǎng)絡堆棧支持混合環(huán)境，允許向IPv6的逐步過渡。亞洲是采納IPv6的區(qū)域之一，因為這個區(qū)域在初分配IPv4地址時變化不大。中國的互聯(lián)網(wǎng)用戶無論是相對數(shù)量、還是數(shù)量，都是預期增長快的國家。考慮到它的優(yōu)勢和幾個國家的政府管理層采納的計劃，IPv6正在變得更加重要。它在很長一段時間停留在原型階段，現(xiàn)在已成為大多數(shù)操作系統(tǒng)的一個標準部件，例如：MicrosoftWindowsXP，SunSlarisTM8/9等。值此本文要進一步介紹IPv6嵌入式網(wǎng)絡地址、協(xié)議、特征、地址問的體系結構等概述及運用駐留在DS80C400微控制器內(nèi)部的硅軟件包開發(fā)IPv6網(wǎng)絡技術支持作一分析。如果具備基本的網(wǎng)絡知識或對IPv4有一定的了解，那末對下述的IPv6網(wǎng)絡內(nèi)容就能有更好的理解。IPv6嵌入式網(wǎng)絡概述IPv6中IP地址及表示方法在IPv6中，IP地址的長度為128位，用這個長度可以表示38位十進制數(shù)(2128＝約3.40×1038)。這個數(shù)字已經(jīng)是天文數(shù)字了，我們可以想像它能夠連接無數(shù)臺的計算機。IPv6的IP地址如果與IPv4一樣，使用十進制數(shù)來書寫的話，則需要16個數(shù)字并排書寫。這樣的書寫方法是非常麻煩的。因此，IPv6利用了其他的表示方法。它采用的是把128位的IP地址每16位進行分隔，并且使用的是十六進制數(shù)，以冒號(：)來隔開的表示方法，在連續(xù)出現(xiàn)0的情況下，可以使用兩個冒號(：：)表示省略。但是，在IP地址的一個地方只允許一個0的省略表示方法，即允許兩個冒號(：：)連續(xù)出現(xiàn)。在IPv6中，雖然人們下了不少功夫，想辦法盡可能簡單地表示IP地址，但是，這也造成了IP地址的變長，為人們的記憶帶來了困難。用IPv6表示的IP地址省略的實例·用二進制的表示方法0001000010000000：0000000000000000：0000000000000000：0000000000000000：．0000000000001000：0000100000000000：0010000000001100：0100000101111010·用十六進制的表示方法1080：0：0：0：8：800：200C：417A·一1080：：8：800：200C：417A(省略時)值此需要說明的是，IPv6自動可配置功能的關鍵在于使用地址的方式，128位的IPv6地址劃分為64位前綴(網(wǎng)位或子網(wǎng))和64位主機位。前綴，也代表地址的范圍，可以由網(wǎng)絡供應商(通常，48個前綴位由ISP分配;16位用于區(qū)分各個站點)或路由器廣播分配，也可以放置在鏈接或網(wǎng)站上。在以太網(wǎng)中，主機位通常由設備的MAC(媒介存取控制)，地址(按照IEEEEUI-64格式)產(chǎn)生。這意味著IPv6節(jié)點一旦接通將配合一個有效的IP地址操作。為實現(xiàn)通信，節(jié)點需要申請或收聽路由器包括前綴以及前綴與EUI-64組合的廣播。與附加在IPv4的DHCP所不同的是：所有IPv6節(jié)點能夠自行配置，即使在沒有服務器的條件下。又再例，IPv6地址用十六進制數(shù)表示，16位為一組。例如：3ffe：aaaa：bbbb：CCCC：260：8ff：fe8d：6009，是一個范圍的地址。同一機器具有“鏈接-本地”地址fe80：：260：8ff：fe8d：6ee9，這里fe80：：／64是鏈接-本地地址的前綴，／64表示前綴的長度、：：是0的縮寫。環(huán)回主機(1Pv4中表示為1270．0．1)是簡單的：：1。站點本地地址有一個fec0：：／10前綴。由于IPv4中沒有可直接等效的站點本地地址，現(xiàn)在很少使用這些地址。從用戶的角度看，這些較長的地址通常隱藏在DNS(區(qū)域命名糸統(tǒng))名的背后，如WWW．Maxim-ic．com。為了提供IPv6地址，需要一個具有IPv6功能的DNS服務器?？砂凑辗独篒NAAAA3ffe：aaaa：bbbb：cccc：260：8ff：fe8d：6ee9在DNS上建立一個IPv6地址登錄替代用于IPv4的INA記錄，沒有根本性的新概念。由于IPv6地址的前綴預計變化比較頻繁，所以，強烈推薦使用DNS。網(wǎng)絡的重新編號比IPv4簡單的多，甚至能夠自動實現(xiàn)。IPv6有單播地址和組播地址。此外，還定義了一種新型的廠隨播地址目標類型。一個指向隨播IP的包被傳送給若干個主機中近或適合的主機。隨播有助于通過路由改善負載平衡(在Ipv4上，DNS負載平衡，例循環(huán)法被普遍采用，而不考慮路由問題)。協(xié)議盡管IPv6毫無更改地保留了UDP(用戶數(shù)括據(jù)報協(xié)定)和TCP的高層協(xié)議，IP包的報頭必須加以修改以符合更大的地址，需要對它進行清理、整齊地排列成64位，始終保持固定的長度以便路由；由于更高層協(xié)議已經(jīng)帶有包括IP報頭部分的校驗和，所以IP報頭的校驗和被取消。一個有趣的更改是利用相鄰發(fā)現(xiàn)協(xié)議(NDP)替代ARP(地址分辨率協(xié)定)，NDP是新型ICMPv6的一部分。不同于向整個區(qū)域廣播地址分辨要求的做法，IPv6規(guī)劃組播群體和IPv6地址的方式避免了這種廣播，并可確保節(jié)點(幾乎)只接收它們真正感興趣的信息。IPv6的特征IPv6具有如下的特征，其中一些功能在IPv4也提供了。但是，這并不是說，將IPv4的功能嵌入到操作系統(tǒng)中等，在實際安裝時都安裝了全部的功能。對于網(wǎng)絡管理員來講，不能利用的功能也存在，管理起來比較麻煩的、不能夠實現(xiàn)的功能也存在。在IPv6中，由于它提供了幾乎是全部必需的功能，所以，能夠減輕網(wǎng)絡管理員的負擔和勞動。通過不斷地努力，今后，人們可能會一點點地從IPv4向IPv6進行轉移。*IP地址的擴大和路由控制表的聚集將IP的結構改變?yōu)檫m用于Internet上的分層結構。并且，人們將適合于地址結構的IP地址有計劃地進行發(fā)布，并盡可能地不讓路由控制表變得太大。*提高了性能使得報頭的結構更加簡單，能夠減輕路由器的負擔。在路由器中不進行分段處理(利用路由MTU檢索，由發(fā)送端主機進行分段處理)?！け仨毦哂袠酥竞筒シ殴δ苣軌蜃詣拥胤峙銲P地址?！げ捎昧撕图用芄δ芊乐箓卧霫P地址，提高了安全功能，同時還提供了防止盜聽功能。IPv6中的IP地址的體系結構IPv6也有像IPv4一樣的分類，它用IP地址的開始的幾位來區(qū)別IP地址的種類。通常，在發(fā)送IP數(shù)據(jù)報的時候，如果開始的幾位為001，則表示使用的是全局IP地址。在Internet中，這個地址是的。在公司的內(nèi)部，該地址可以作為私有地址在局部地址中使用。在沒有路由器的計算機網(wǎng)絡中，當在Ethernet的同一段內(nèi)進行通信的時候，可以使用鏈接局部的地址。當然，在公司內(nèi)部和同一段內(nèi)的主機中，也可以使用全局地址進行通信。在IPv6問的一個NIC中，同時可以擁有上述問的兩個以上的IP地址，對于不同的應用，可以分別使用不同的IP地址。IPv6中的分段處理在IPv6中，為了減輕路由器的負擔，以實現(xiàn)高速的Internet，只在主機部分發(fā)送處進行分段處理，在路由器中不進行分段處理。因此，路由MTU(信息傳送單元)檢索在IPv6中是必須具有的功能。但是，在IPv6中，的MTU為1280octet(8位長字節(jié))。因此，即使實際不具備路由MTU檢索功能，在發(fā)送IP包的時候，以1280octet(8位長字節(jié))為單位進行分段處理之后，再發(fā)送即可。IPv6嵌入式網(wǎng)絡的技術支持DS80C400中的TCP／IP內(nèi)置的DS80C400固化軟件(ROM)包含了經(jīng)過現(xiàn)場驗證的、修訂版的DallasTCP／IP堆棧。硅軟件包還包括一個小的操作系統(tǒng)和所有開發(fā)小型C或匯編語言的TCP／IP網(wǎng)絡客戶端和服務器應用的使用功能，少只需128kB的外部存儲器。如果期望應用開發(fā)更容易和更快速或者希望擴充的Java功能，例如對象的序列化，也可以將DS80C400配合TINIJava運行環(huán)境使用。駐留C或匯編語言支持通過BSD(貝克萊軟件/標準分布)和工業(yè)標準的跨平臺套接字接口實現(xiàn)，如：socket()、bind()、listen()、accept()、connect()、send()等’。TINIJava環(huán)境完全遵從JDK(開發(fā)軟件包)1.1.8，并支持全部包；可以使用任何支持Java的編譯器。TINI執(zhí)行標準的Java程序和字節(jié)代碼。除了支持網(wǎng)絡應用外，DS80C400硅軟件包還可實現(xiàn)網(wǎng)絡引導功能，通過TFTP(普通文件件傳送協(xié)定)加載應用，支持IPv4的DHCP(動態(tài)主配置協(xié)定-是在TCP/IP網(wǎng)絡上使客戶機獲得IP地址等配置信息的協(xié)議)，甚至自配置IPv6上更簡單的TFTP(普通文件件傳送協(xié)定)。圖2分別描述了IPv4和IPv6上的DS80C400網(wǎng)絡引導。網(wǎng)絡引導裝入器可通過DS80C400的引腳或通過引導裝人器串口的用戶命令喚醒。DS80C400中的IPv6DS80C400硅軟件包支持加入網(wǎng)絡所需要(DS80C400固化軟件中的IPv6部分是在InternetNode，Inc的密切協(xié)作下開發(fā)完成的)的IPv6功能，符合“MinimumRequirementsofIPv6forLow-CostNetworkAppliances”草案?？紤]到嵌入式器件的資源緊縮，沒有寄希望于用嵌入式器件實現(xiàn)包括安全、移動IP和路由的所有IPv6功能。IPv6逐步被人們采納需要經(jīng)過幾年的時間，因此，DS80C400網(wǎng)絡堆棧集成了IPv4和IPv6雙堆棧。由于DS80C400支持兩種協(xié)議，它提供了在現(xiàn)存IPv4網(wǎng)絡上傳送IPv6的通道(6over4)。必要時它通過路由器傳送數(shù)據(jù)包，本身并不需要執(zhí)行協(xié)議間的轉換。例1是DS80C4加運行在TINI1.1Java環(huán)境下的范例，表示一個能夠處理IPv4和IPv6請求的、簡單的多徑網(wǎng)絡服務器的片段。從示例中看不到IPv6的特定代碼，因為它們根本就不存在。應用可以毫不費力地從IPv4端口轉向IPv46端口；僅需檢查輸入的IP地址，可能只需調用針對該目的提供的TINl1.1功能。TINl1.1Java環(huán)境添加了Java2SeEl.4Inet6Address類支持IPv6。不需要其它用戶可見的更改，其它所有更改均隱芷在現(xiàn)埸背后。例2是用C語言編寫的、僅靠DS80C400硅軟件包工作的一個網(wǎng)絡客戶的內(nèi)核。另外，除目標地址外沒有IPv6特定代碼。在DS80C400網(wǎng)絡堆棧實現(xiàn)過程中，所有網(wǎng)絡地址長度為128位。在內(nèi)部，IPv4地址靠右對齊，前96位置0。示例中分配了一個IPv6目標地址，TCP端口建立一個堆棧，然后與目標連接。例1：TINIJava網(wǎng)絡服務器／／ListentoinboundTCPconnectionsprivateclass1istenTCPThreadextendsThread{privateServerSocketserverSock；publicvoidrun(){while(running){try{／／CreatenewthreadforeachclientThreadclient=newclientTCPThread(serverSock．a(chǎn)ccept())；client．start()；)catch(Exceptione){})…privateclassclientTCPTHreadextendsTHread{privateSocketSock；privatelnputStreamiS；privateOutputstreamos；BufferedReaderbr；PublicclientTCPThread(Sockets)throwsIOException{Sock=S；is=s.getInputstream()；os=S．getoutputStream()；br=newBufferedReader(newlnputStre