CN102938795B - 通过隧道和地址转换实现IPv6地址访问IPv4资源的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在IPv6环境下通过VPN隧道及IVI(无状态的IPv4与IPv6的地址转换技术)访问IPv4资源的系统和方法。该系统包括IPv6客户端、VPN服务器、IVI服务器和路由器，其中，IPv6客户端配置有IPv6地址，未配置IPv4地址；VPN服务器与IPv6客户端通过隧道通信，与IVI服务器通过网线连接；IVI服务器与VPN服务器和路由器分别通过网线连接；路由器与IVI服务器通过网线连接，作为访问IPv4网络的入口路由器。本发明还公开一种通过VPN隧道及IVI访问IPv4资源的方法。通过本发明，能够使得在纯IPv6环境下任意点访问IPv4网络成为可能。
Description
技术领域
本发明涉及下一代互联网领域，更具体的，涉及一种通过隧道和地址转换实现纯IPv6地址访问IPv4资源的方法。
背景技术
现有的互联网主要是基于IPv4协议，这一协议成功的促成了互联网的迅速发展。但是，随着互联网用户的数量不断增加，以及对互联网应用的要求不断提高，IPv4的不足逐渐凸显出来。不断增长的对互联网地址资源的巨大需求与IPv4地址空间不足之间的矛盾越来越深，目前可用的IPv4地址已经枯竭。而采用长度为128字节IP地址的IPv6协议，则彻底解决了IPv4地址不足的难题，并且在地址容量、安全性、网络管理、移动性以及服务质量等方面有明显的改进，IPv6也成为下一代互联网络协议采用的核心标准之一。但是IPv6协议无法兼容目前的IPv4协议，也就是说无法从IPv4直接切换到IPv6，而是需要一个慢慢过渡的过程。
在很长的过渡期内，IPv6和IPv4必须共存，IPv6地址和IPv4地址也必须共存，同时还必须使新安装的IPv6系统能够向后兼容。这就是说IPv6系统能够接收和转发IPv4分组，并且能够为IPv4分组选择路由。
IPv4/IPv6过渡技术是用来在IPv4向IPv6演进的过渡期内，保证业务共存和互操作的。目前成熟的IPv4/IPv6过渡技术可以分成三类：
(1)双栈技术
通过节点对IPv4和IPv6双协议栈的支持来实现两种业务的共存。
(2)隧道技术
通过在IPv4网络中部署隧道，实现在IPv4网络上对IPv6业务的承载，保证业务的共存和过渡，已定义的隧道技术种类很多，主要包括手工配置隧道、兼容地址自动配置隧道、6over4、6to4、MPLS隧道、ISATAP、隧道代理等技术。
(3)IPv4/IPv6互操作技术
通过对数据包的转换实现在网络过渡期中IPv4节点和IPv6节点之间的相互访问。目前主要的技术包括SIIT、NAT-PT、BIS、BIA、IVI等。
其中，IVI(IVI的说法灵感来源于罗马字码，IV是四，VI是六，用于表示一种无状态的IPv4与IPv6的地址转换技术)是一个特定前缀和无状态地址映射的方案，这种地址映射和转换机制是通过一个连接IPv4和IPv6网络的IVI网关来实现的。它使用了NAT-PT中的SIIT(Stateless
IP/ICMPTranslation，无状态IP/ICMP翻译技术)技术，这种无状态转换是在IVI网关中实现的。它在IPv4到IPv6的映射和IPv6到IPv4的映射是无状态的，通过这种翻译技术，IPv6用户可以透明地访问IPv4网，IPv4用户可以有条件地访问IPv6网。
如上所述，IVI服务使用的是无状态地址转换，但是其有两个缺点，一是需要一个真实的公网IPv4地址用来转换，第二就是IVI技术只支持IPv6源地址为特定IPv6前缀下的IVI地址，而不是任意的IVI地址。这使得IVI的应用有很大的局限性。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的不足，本发明提出了一种在纯IPv6环境下，通过VPN隧道及IVI访问IPv4网络的系统和方法，本发明使得在纯IPv6环境下任意点访问IPv4网络成为可能。
根据本发明的一方面，提出一种利用IPv6地址访问IPv4资源的系统，该系统包括：IPv6客户端、VPN服务器、IVI服务器和路由器，其中：
所述IPv6客户端配置有IPv6地址，未配置IPv4地址；
所述VPN服务器与所述IPv6客户端通过隧道通信，与所述IVI服务器通过网线连接，所述VPN服务器用于将接收到的所述IPv6客户端发送的IPv6数据包转发给所述IVI服务器、将接收到的所述IVI服务器发送的IPv6数据包转发给所述IPv6客户端；
所述IVI服务器与所述VPN服务器和所述路由器分别通过网线连接，用于对所接收到的IPv4地址中的IVI4地址与IPv6地址中的IVI6地址进行互相转换；
所述路由器与所述IVI服务器通过网线连接，作为访问IPv4网络的入口路由器。
根据本发明的另一方面，提出一种利用IPv6地址访问IPv4资源的方法，该方法包括以下步骤：
步骤S1，为IVI服务器申请一个公网地址，并为IVI服务器指定一段私网地址；
步骤S2，为所述IVI服务器与IPv4网络之间的第一路由器配置路由信息以使所述IPv6客户端访问IPv4网络时返回的数据能够寻找到所述IVI服务器；
步骤S3，VPN服务器接收IPv6客户端发送的IPv6访问请求数据包，并将其转发给所述IVI服务器；
步骤S4，所述IVI服务器对所述IPv6访问请求数据包进行解包，并将从中提取出的源地址和目的地址通过IVI转换分别转换为相应的IVI4
源地址和IVI4目的地址；
步骤S5，将所述IVI4源地址和IVI4目的地址以及所述IPv6访问请求数据包中的数据按照IPv4的格式进行封包操作，得到IPv4访问请求数据包；
步骤S6，为所述IVI4目的地址选择向外发送的第一路由器，即为转换得到的IVI4目的地址指定一个网关地址；
步骤S7，为所述第一路由器配置路由信息；
步骤S8，将所述IPv4访问请求数据包通过所述第一路由器转发至IPv4网络；
步骤S9，所述IVI服务器通过所述第一路由器接收来自所述IPv4网络的响应于所述IPv4访问请求数据包的IPv4数据包，并对其进行解包操作；
步骤S10，所述IVI服务器从解包后的IPv4数据中提取出源地址和目的地址，并将提取到的源地址和目的地址通过IVI转换分别转换为相应的IVI6源地址和IVI6目的地址；
步骤S11，将转换得到的IVI6源地址和IVI6目的地址以及所述IPv4数据包中的数据按照IPv6的格式进行封包操作，得到IPv6数据包；
步骤S12，为所述IVI6目的地址选择向外发送的第二路由器，即为转换得到的IVI6目的地址指定一个网关地址；
步骤S13，为所述第二路由器配置路由信息；
步骤S14，将所述IPv6数据包通过所述第二路由器转发至所述IPv6客户端。
本发明在IPv6客户端和IVI服务器之间利用VPN软件建立一个虚拟隧道，并为隧道两端的虚拟网卡配置IVI6地址，这样客户端内与IVI相关的数据，都可以从这个虚拟通道经VPN服务器的转发到达IVI服务器。通过这个虚拟隧道，IVI的地址转换服务就脱离了客户端本地IPv6地址的限制，为任何可以连接VPN服务器的客户端提供IVI服务，这样就大大扩展了IVI服务的应用范围。
附图说明
图1为IVI4地址与IVI6地址映射关系示意图；
图2为IVI6地址的128位结构图；
图3为根据本发明一实施例的通过隧道和地址转换实现IPv6地址访问IPv4资源的系统结构图；
图4为根据本发明一实施例的通过隧道和地址转换实现IPv6地址访问IPv4资源的方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。根据本发明的实施例，能够实现在纯IPv6环境下任意地点访问IPv4网络。
IVI是一种基于SIIT的协议转换技术，可以解决IPv6网络与IPv4网络数据包的网络层翻译。IVI的主要思路是从全球IPv4地址空间(IPG4)中，取出一部分地址映射到全球IPv6地址空间(IPG6)中(如图1所示)。在IPG4中，每个运营商取出一部分IPv4地址，用来在IVI过渡转换中使用，被取出的这部分IPv4地址称为IVI4地址，这部分地址不能分配给实际的真实主机使用。随着过渡转换的进行，IVI4的范围逐渐被扩大，当所有的IPv4地址都不被真实主机使用时，过渡完成。
IVI的地址映射规则是在IPv6地址中插入IPv4地址，如图2所示，图2中，第0-31位为表示ISP的IPv6前缀，第32-39位设置为FF，表示这是一个IVI映射地址，第40-71位表示插入的全局IPv4空间(IVIG4)的地址格式，如IPv4/24映射为IPv6/64而IPv4/32映射为IPv6/72。
在以往的IVI应用中，IVI4地址均为可以直接访问internet的IPv4地址，也就是公网地址。这样做是为了解决IVI数据包返回时的路由问题。但是这样其实本质上并没有缓解IPv4资源的消耗问题。在本发明中，IVI4地址使用的是私网地址如192.168.1.0/24等，之后由IVI服务器使用SNAT(即源地址转换)方法将数据包原地址，即IVI4地址，修改为本机的公网地址。这样就可以使用私网地址完成IVI转换而不需要再消耗珍贵的公网地址了。
目前绝大部分的VPN软件都是基于IPv4网络的，在IP6环境下不可用。为了使VPN可以支持IPv6地址，需要为其打上一个IPv6补丁。如图3所示，本发明在IPv6客户端和IVI服务器之间利用VPN软件建立一个虚拟隧道，并为隧道两端的虚拟网卡配置IVI6地址，这样客户端内与IVI相关的数据，都可以从这个虚拟通道经VPN服务器的转发到达IVI服务器。通过这个虚拟隧道，IVI的地址转换服务就脱离了客户端本地IPv6地址的限制，为任何可以连接VPN服务器的客户端提供IVI服务，这使得IVI服务的应用范围大大扩展了。
根据本发明的一方面，提出一种通过隧道和地址转换实现IPv6地址访问IPv4资源的系统，如图3所示，该系统包括IPv6客户端、VPN服务器、IVI服务器和路由器。
其中，所述IPv6客户端只配置有IPv6地址，未配置IPv4地址；
所述VPN服务器与IPv6客户端通过隧道通信，与IVI服务器通过网线连接，所述VPN服务器用于接收所述IPv6客户端发送的IPv6数据包并将该IPv6数据包转发给所述IVI服务器、接收所述IVI服务器发送的IPv6数据包并将该IPv6数据包转发给所述IPv6客户端，所述VPN服务器同时作为访问IPv6网络的入口路由器；
所述隧道是通过现有技术中常用的隧道技术来建立的；
所述VPN服务器具有两个接口：eth0接口和eth1接口，其中，所述eth0接口连接所述IVI服务器，用于接收所述IVI服务器发送的IPv6数据包，eth1接口连接所述IPv6客户端，用于接收所述IPv6客户端发送的IPv6数据包；
所述IVI服务器与所述VPN服务器和所述路由器分别通过网线连接，用于对所接收到的IPv4地址中的IVI4地址与IPv6地址中的IVI6地址进行互相转换；
所述IVI服务器进一步包括网卡eth0和网卡eth1，所述网卡eth0用于接收并转发IPv4数据包，所述网卡eth1用于接收并转发IPv6数据包；
所述IVI服务器工作时，自动虚拟出两块网卡，一个是网卡IVI0，用于接收所述网卡eth0转发的IPv4数据包，并将所述IPv4数据包中的源地址和目的地址转换为IVI6地址；另一个是网卡IVI1，用于接收所述网卡eth1转发的IPv6数据包，并将IPv6数据包中源地址和目的地址中的IVI6地址转换为IPv4地址。
所述路由器与所述IVI服务器通过网线连接，作为访问IPv4网络的入口路由器。
根据本发明的另一方面，还提出一种基于所述系统的通过隧道和地址转换实现IPv6地址访问IPv4资源的方法，如图4所示，该方法包括以下步骤：
步骤S1，为IVI服务器申请一个公网地址，并为IVI服务器指定一段私网地址；
在现有IVI系统中，因为需要使用公网IPv4地址来作为IVI4地址，所以需要向IP管理部门申请可用的IPv4公网地址段，而在本发明中，不需要这么麻烦，只需要为IVI服务器申请一个公网地址即可，假设申请的公网地址为211.68.122.12，然后需要为IVI服务器指定一段私网地址，这里假设为IVI服务器指定的私网地址为172.16.0.0/24地址段，经过下文所述的IVI转换，可以得到该私网地址对应的IVI6地址为2001:da8:ffac:1000::/64。
另外，IVI服务器的数量可根据用户实际应用的需要来设定，如果需要设置两个以上的IVI服务器，则需要为每个IVI服务器申请公网地址，并指定一段私网地址。
步骤S2，为所述IVI服务器与IPv4网络之间的第一路由器配置路由信息以使所述IPv6客户端访问IPv4网络时返回的数据能够寻找到所述IVI服务器；
步骤S3，VPN服务器接收IPv6客户端发送的IPv6访问请求数据包，并将其转发给所述IVI服务器；
步骤S4，所述IVI服务器对所述IPv6访问请求数据包进行解包，并将从中提取出的源地址和目的地址通过IVI转换分别转换为相应的IVI4源地址和IVI4目的地址；
所述步骤S4进一步包括以下步骤：
步骤S4.1，对于每一IPv6地址，添加其到所述IVI服务器虚拟网卡IVI1的路由，即添加需要IVI服务器进行转换的IPv6地址和与其对应的虚拟网卡IVI1的虚拟网关地址，其中，所述IVI服务器为每一个需要进行转换的IPv6地址分配一个对应的虚拟网卡IVI1的虚拟网关地址；
步骤S4.2，将IPv6地址经过IVI转换得到IVI4地址；
所述步骤S4中的IVI转换，是指IVI服务器获取该源地址、目的地址的第40-71位数据，并将该数据分成四组，每组8位，以10进制来表示，此时得到的就是经过IVI转换后的IVI4地址。
假设IPv6地址中的IVI6地址为2001:da8:ff3a:c880::/58，经过IVI转换后得到的IVI4网段地址为58.200.128.0/18，事实上，他们是同一个地址，也就是说，IVI6地址2001:da8:ff3a:c880::/58从eth1网卡进入IVI服务器，经过IVI转换后从eth0网卡出去的地址就变成IVI4地址58.200.128.0/18。
步骤S5，将转换得到的IVI4源地址和IVI4目的地址以及所述IPv6访问请求数据包中的数据按照IPv4的格式进行封包操作，得到IPv4访问请求数据包；
步骤S6，为所述IVI4目的地址选择向外发送的第一路由器，即为转换得到的IVI4目的地址指定一个网关地址；
步骤S7，为所述第一路由器配置路由信息；
步骤S8，将所述IPv4访问请求数据包通过所述第一路由器转发至IPv4网络；
步骤S9，所述IVI服务器通过所述第一路由器接收来自IPv4网络的响应于所述IPv4访问请求数据包的IPv4数据包，并对其进行解包操作；
步骤S10，所述IVI服务器从解包后的IPv4数据中提取出源地址和目的地址，并将提取到的源地址和目的地址通过IVI转换分别转换为相应的IVI6源地址和IVI6目的地址；
所述步骤S10进一步包括以下步骤：
步骤S10.1，对于每一IPv4地址，添加其到所述IVI服务器虚拟网卡IVI0的路由，即添加需要IVI服务器进行转换的IPv4网段地址和与其对应的虚拟网卡IVI0的虚拟网关地址，其中，所述IVI服务器为每一个需要进行转换的IPv4网段地址分配一个对应的虚拟网卡IVI0的虚拟网关地址；
步骤S10.2，将IPv4网段地址经过IVI转换得到IVI6地址；
所述步骤S10中的IVI转换，是指IVI服务器将该源地址和目的地址转换为16进制形式，然后将其插入到一个新的IPv6地址的第40-71位，在该IPv6地址的第0-31位写入ISP前缀，第32-39位写入IVI标志位FF，第72-127位补零，这样就组成了一个全新的IVI6地址。
假设由IPv4网段地址58.200.128.0/18经过IVI转换后得到的IVI6地址为2001:da8:ff3a:c880::/58，事实上，他们是同一个地址，也就是说，IPv4网段地址58.200.128.0/18从eth0网卡进入IVI服务器，经过IVI转换后从eth1网卡出去的地址就变成IVI6地址2001:da8:ff3a:c880::/58。
在本发明的一实施例中，通过创建一个IVI核心配置(ivi-core)文件或者对已有的IVI核心配置文件进行修改来对所述IVI服务器进行各路由的配置。
步骤S11，将转换得到的IVI6源地址和IVI6目的地址以及所述IPv4数据包中的数据按照IPv6的格式进行封包操作，得到IPv6数据包；
步骤S12，为所述IVI6目的地址选择向外发送的第二路由器，即为转换得到的IVI6目的地址指定一个网关地址；
在本发明的一实施例中，为转换得到的IVI6目的地址指定的网关地址2001:250:aaa0:100:1::1是距离所述IVI服务器的eth1网卡最近的一台路由器的地址，比如图3中所示的VPN服务器。
步骤S13，为所述第二路由器配置路由信息；
如图3所示，需要在所述第二路由器上添加一条路由信息，使所述IPv6客户端访问IPv4网络时返回的数据能够寻找到所述IPv6客户端。步骤S14，将所述IPv6数据包通过所述第二路由器转发至所述IPv6客户端。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种利用IPv6地址访问IPv4资源的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤S1，为IVI服务器申请一个公网地址，并为IVI服务器指定一段私网地址；
步骤S2，为所述IVI服务器与IPv4网络之间的第一路由器配置路由信息以使IPv6客户端访问IPv4网络时返回的数据能够寻找到所述IVI服务器；
步骤S3，VPN服务器接收IPv6客户端发送的IPv6访问请求数据包，并将其转发给所述IVI服务器；
步骤S4，所述IVI服务器对所述IPv6访问请求数据包进行解包，并将从中提取出的源地址和目的地址通过IVI转换分别转换为相应的IVI4源地址和IVI4目的地址；
步骤S5，将所述IVI4源地址和IVI4目的地址以及所述IPv6访问请求数据包中的数据按照IPv4的格式进行封包操作，得到IPv4访问请求数据包；
步骤S6，为所述IVI4目的地址选择向外发送的第一路由器，即为转换得到的IVI4目的地址指定一个网关地址；
步骤S7，为所述第一路由器配置路由信息；
步骤S8，将所述IPv4访问请求数据包通过所述第一路由器转发至IPv4网络；
步骤S9，所述IVI服务器通过所述第一路由器接收来自所述IPv4网络的响应于所述IPv4访问请求数据包的IPv4数据包，并对其进行解包操作；
步骤S10，所述IVI服务器从解包后的IPv4数据中提取出源地址和目的地址，并将提取到的源地址和目的地址通过IVI转换分别转换为相应的IVI6源地址和IVI6目的地址；
步骤S11，将转换得到的IVI6源地址和IVI6目的地址以及所述IPv4数据包中的数据按照IPv6的格式进行封包操作，得到IPv6数据包；
步骤S12，为所述IVI6目的地址选择向外发送的第二路由器，即为转换得到的IVI6目的地址指定一个网关地址；
步骤S13，为所述第二路由器配置路由信息；
步骤S14，将所述IPv6数据包通过所述第二路由器转发至所述IPv6客户端。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S4进一步包括以下步骤：
步骤S4.1，对于每一IPv6地址，添加其到所述IVI服务器虚拟网卡IVI1的路由，即添加需要IVI服务器进行转换的IPv6地址和与其对应的虚拟网卡IVI1的虚拟网关地址，其中，所述IVI服务器为每一个需要进行转换的IPv6地址分配一个对应的虚拟网卡IVI1的虚拟网关地址；
步骤S4.2，将所述IPv6地址经过IVI转换得到IVI4地址，所述IVI转换为：所述IVI服务器获取从所述IPv6访问请求数据包中提取出的源地址和目的地址的第40-71位数据，将该数据分成四组，每组8位，并以10进制来表示，从而得到经过IVI转换后的IVI4地址。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S10进一步包括以下步骤：
步骤S10.1，对于每一IPv4地址，添加其到所述IVI服务器虚拟网卡IVI0的路由，即添加需要IVI服务器进行转换的IPv4网段地址和与其对应的虚拟网卡IVI0的虚拟网关地址，其中，所述IVI服务器为每一个需要进行转换的IPv4网段地址分配一个对应的虚拟网卡IVI0的虚拟网关地址；
步骤S10.2，将IPv4网段地址经过IVI转换得到IVI6地址，所述IVI转换为：所述IVI服务器将从IPv4数据中提取出的源地址和目的地址转换为16进制形式，然后将其插入到一个新的IPv6地址的第40-71位，在该IPv6地址的第0-31位写入ISP前缀，第32-39位写入IVI标志位FF，第72-127位补零，从而得到经过IVI转换后的IVI6地址。
4.一种实现如权利要求1所述方法的利用IPv6地址访问IPv4资源的系统，其特征在于，该系统包括：IPv6客户端、VPN服务器、IVI服务器和路由器，其中：
所述IPv6客户端配置有IPv6地址，未配置IPv4地址；
所述VPN服务器与所述IPv6客户端通过隧道通信，与所述IVI服务器通过网线连接，所述VPN服务器用于将接收到的所述IPv6客户端发送的IPv6数据包转发给所述IVI服务器、将接收到的所述IVI服务器发送的IPv6数据包转发给所述IPv6客户端；
所述IVI服务器与所述VPN服务器和所述路由器分别通过网线连接，用于对所接收到的IPv4地址中的IVI4地址与IPv6地址中的IVI6地址进行互相转换；
所述路由器与所述IVI服务器通过网线连接，作为访问IPv4网络的入口路由器。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述VPN服务器具有两个接口：eth0接口和eth1接口，其中，所述eth0接口连接所述IVI服务器，用于接收所述IVI服务器发送的IPv6数据包，所述eth1接口连接所述IPv6客户端，用于接收所述IPv6客户端发送的IPv6数据包。
6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述IVI服务器包括网卡eth0和网卡eth1，所述网卡eth0用于接收并转发IPv4数据包，所述网卡eth1用于接收并转发IPv6数据包。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述IVI服务器工作时，自动虚拟出两块网卡：网卡IVI0和IVI1，所述网卡IVI0用于接收所述网卡eth0转发的IPv4数据包，并将所述IPv4数据包中的源地址和目的地址转换为IVI6地址；所述网卡IVI1用于接收所述网卡eth1转发的IPv6数据包，并将IPv6数据包中源地址和目的地址中的IVI6地址转换为IPv4地址。
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