CN103825972B - 一种基于ICMPv6的IPv6隧道通信方法 - Google Patents

Abstract

发明是一种基于ICMPv6协议的IPv6隧道封装方法，包括隧道数据封装格式以及隧道通信交互方式，本发明提出的隧道技术可将任意数据报文封装进ICMPv6报文，通过IPv6网络进行传输，最典型的应用场景是将IPv4数据报文放置于ICMPv6报文内，即IPv4‑in‑ICMPv6隧道，这种IPv4‑in‑ICMPv6隧道可以适用于所有基于隧道技术的IPv6过渡技术方案，如Lightweight4over6、Public4over6、DS‑Lite、MAP‑E等。

Description

一种基于ICMPv6的IPv6隧道通信方法

技术领域

本发明属于互联网技术领域，特别涉及一种基于ICMPv6的IPv6隧道通信方法。

背景技术

随着互联网近些年来的快速发展，IPv4地址资源逐渐紧缺，互联网向IPv6过渡迫在眉睫。随着互联网由IPv4向IPv6过渡，互联网的格局将会变成以IPv6网络为主，多种网络共存。互联网过渡技术需要实现在IPv6网络中进行IPv4及其它协议的数据传输。

实现在IPv6网络中进行IPv4数据传输的方法主要有两种，分别是隧道技术以及翻译技术。隧道技术的核心思想是在IPv4数据报文的外侧封装IPv6报头，从而将IPv4报文转变为IPv6报文，已实现在IPv6网络中的传输。翻译技术的核心思想是将IPv4报文直接翻译成IPv6报文，从而在IPv6网络中传输。

目前，IETF已经针对隧道技术与翻译技术分别制定了多种IPv6过渡技术。其中，Lightweight4over6、Public4over6、DS-Lite、MAP-E等技术基于隧道技术，MAP-T、4RD等翻译技术。

所有基于隧道技术的IPv6过渡技术方案均依赖于IPv6隧道封装技术。目前，最基本的隧道封装技术是IP-in-IP封装，即在IP报文的外侧直接添加一个新的IP报头。具体而言，在IPv6中的IPv4-in-IPv6封装方法是在被传输的IPv4报文外侧封装一个IPv6头部，从而使得整个报文由IPv4报文变成IPv6报文。IPv4-in-IPv6封装方法需要引入新的IPv6协议号(41)，隧道报文有可能被防火墙识别、拦截，且封装方法过于简单，难以扩展。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于ICMPv6的IPv6隧道通信方法，改进了IPv4-in-IPv6隧道技术中存在的不足，并且可以扩展支持IPv4以外协议的隧道传输。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于ICMPv6的IPv6隧道通信方法，包括隧道数据封装以及隧道通信交互，其中：

所述隧道数据封装中，使用ICMPv6的ECHO REQUEST和ECHOREPLY两种报文作为通信载体，将需要实际传输的数据报文作为ICMPv6报文的负载，在ICMPv6报文头部以及数据负载之间添加控制信息，封装后报文的各部分描述如下：

（1）隧道封装后形成的实际报文是IPv6报文，报文的网络层头部是IPv6头，IPv6头的源地址是隧道封装设备自身的IPv6地址，目的地址是隧道对端设备的单播、任播地址，或组播地址，IPv6头部中的协议号是58，即ICMPv6；

（2）IPv6头部的下一层是ICMPv6头部，ICMPv6类型域是128（ECHOREQUEST）或129（ECHO REPLY），代码域是0，标识域使用的是随机生成数，序列号域的值为L，表示控制信息长度；

（3）ICMPv6的负载包含2部分内容，分别是长度为L的控制信息字段以及负载数据报文，控制信息字段是可选内容，格式由运营商控制；

（4）负载数据报文是由网络层头部（如IPv4头部、IPv6头部等）开始的完整数据报文，是实际需要传输的报文；

所述隧道通信交互包括点对点隧道场景以及星形隧道场景。

所述控制信息字段内容包括用户认证和/或加密密钥。

所述负载数据报文在默认情况下，采用明文传输的方式，直接将负载报文放置在隧道报文的ICMPv6负载字段。

所述点对点隧道场景独立部署，所述星形隧道场景与具体的IPv6过渡方案（如Lightweight4over6、Public4over6、DS-Lite、MAP-E等）结合部署。

在所述点对点隧道场景中，隧道的两端设备对等，每台设备提前配置对方设备的IPv6地址，使用这个IPv6地址作为隧道报文的唯一目的地，将所有隧道报文均发往同一目的设备。每个隧道端点设备的隧道报文中的ICMPv6类型字段可任意填写128（ECHO REQUEST）或129（ECHO REPLY）。出于一致性的考虑，推荐的配置方式是，每个隧道端点设备中，一端设备使用128（ECHO REQUEST），另一端设备使用129（ECHO REPLY）。

在星形隧道场景中，隧道的核心设备称为隧道汇聚点，用户侧设备称为隧道发起点，隧道发起点与一个隧道汇聚点设备通信，每个隧道汇聚点设备可以同时与多个隧道发起点设备通信。在星形隧道场景中，隧道发起点发出的隧道报文中的ICMPv6类型字段固定使用128（ECHO REQUEST），隧道汇聚点发出的隧道报文中的ICMPv6类型字段固定使用129（ECHO REPLY）。

本发明定义的ICMPv6隧道报文与普通ICMPv6ping报文格式完全一致。当隧道端点设备需要识别、区分正常ICMPv6报文与本发明定义的隧道报文时，应根据ICMPv6负载中的负载报文进行判断。运营商也可以选择附加控制信息的方式，根据控制信息字段进行区分。

本发明提出的隧道技术可将任意数据报文封装进ICMPv6报文，通过IPv6网络进行传输。最典型的应用场景是将IPv4数据报文放置于ICMPv6报文内，即IPv4-in-ICMPv6隧道。这种IPv4-in-ICMPv6隧道可以适用于所有基于隧道技术的IPv6过渡技术方案，如Lightweight4over6、Public4over6、DS-Lite、MAP-E等。

附图说明

图1是本发明隧道协议格式示意图。

图2是本发明点对点隧道场景示意图。

图3是本发明星形隧道场景示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。

本发明使用ICMPv6的ECHO REQUEST和ECHO REPLY两种报文作为通信载体，将需要实际传输的数据报文放置在ICMPv6报文的负载处。为了便于扩展，在ICMPv6头部以及数据负载之间添加了控制信息，控制信息的长度及内容灵活可变。

完整的隧道封装格式如图1所示。报文的各部分描述如下：

（1）隧道封装后形成的实际报文是IPv6报文，因此报文的网络层头部是IPv6头。IPv6头的源地址是隧道封装设备自身的IPv6地址，目的地址是隧道对端设备的单播、任播地址，或组播地址。IPv6头部中的协议号是58，即ICMPv6。

（2）IPv6头部的下一层是ICMPv6头部。ICMPv6类型域是128（ECHOREQUEST）或129（ECHO REPLY）。代码域是0。标识域使用的是随机生成数。序列号域的值为L，表示控制信息长度。

（3）ICMPv6的负载包含2部分内容，分别是长度为L的控制信息字段以及负载数据报文。控制信息字段是可选内容，格式由运营商控制，内容可以是用户认证、加密密钥等。

（4）负载数据报文是由网络层头部（如IPv4头部、IPv6头部等）开始的完整数据报文，是实际需要传输的报文。默认情况下，采用明文传输的方式，直接将负载报文放置在隧道报文的ICMPv6负载字段。需要加密时，运营商可采用任意加密方式对负载报文进行加密，并可利用控制信息字段。

1.点对点隧道场景

在图2所示的点对点隧道场景中，网络1和网络2均为IPv4单栈网络，假设存在2台隧道传输设备，其IPv6地址分别为2001::1和2001::2。2台隧道传输设备已经预先配置好ICMPv6隧道，并且配置了对端设备地址。

当处于网络1种的用户需要访问网络2中的某终端时，用户生成的IPv4报文先到达隧道传输设备1，为向隧道传输设备2发送数据报文，报文参数如下：

IPv6目的地址：2001::2(预先配置)

IPv6源地址：2001::1

IPv6协议号：58(ICMPv6)

ICMPv6类型：128(ECHO REQUEST)

ICMPv6代码：0

ICMPv6校验和：根据IMCPv6协议要求计算

ICMPv6标识：123(随机生成)

ICMPv6序列号：0(无控制信息)

ICMPv6负载：实际被传输的IPv4数据报文

当隧道传输设备2收到封装后的报文后，将进行解封装，从而得到原IPv4报文，并转发给相应的终端。

终端回复用户时，发出的IPv4报文会先到达隧道传输设备2，为向隧道传输设备1发送数据报文，报文参数如下：

IPv6目的地址：2001::1(预先配置)

IPv6源地址：2001::2

IPv6协议号：58(ICMPv6)

ICMPv6类型：129(ECHO REPLY)

ICMPv6代码：0

ICMPv6校验和：根据IMCPv6协议要求计算

ICMPv6标识：456(随机生成)

ICMPv6序列号：0(无控制信息)

ICMPv6负载：实际被传输的数据报文

当隧道传输设备2收到封装后的报文后，将进行解封装，从而得到原IPv4报文，并转发给相应的用户。

一次通信过程结束。

2.星形隧道场景

在图3所示的星形隧道场景中，网络1和网络2均为IPv4单栈网络，假设存在2台隧道发起点设备及1台隧道汇聚点设备。隧道汇聚点的IPv6地址是2001::1，2台隧道发起点设备的IPv6地址分别是2001::2和2001::3。各设备已预先配置好隧道。

当处于网络1中的用户需要访问网络2种的某终端时，用户生成的IPv4报文首先到达隧道发起点1，为向隧道汇聚点发送数据报文，报文参数如下：

IPv6目的地址：2001::1(预先配置)

IPv6源地址：2001::2

IPv6协议号：58(ICMPv6)

ICMPv6类型：128(ECHO REQUEST)

ICMPv6代码：0

ICMPv6校验和：根据IMCPv6协议要求计算

ICMPv6标识：789(随机生成)

ICMPv6序列号：0(无控制信息)

ICMPv6负载：实际被传输的数据报文

当隧道汇聚点设备收到封装后的报文后，将进行解封装，从而得到原IPv4报文，并转发给相应的终端。

终端回复用户时，发出的IPv4报文会先到达隧道汇聚点设备，为向隧道发起点设备1发送数据报文，报文参数如下：

IPv6目的地址：2001::2(查表得出)

IPv6源地址：2001::1

IPv6协议号：58(ICMPv6)

ICMPv6类型：129(ECHO REPLY)

ICMPv6代码：0

ICMPv6校验和：根据IMCPv6协议要求计算

ICMPv6标识：135(随机生成)

ICMPv6序列号：0(无控制信息)

ICMPv6负载：实际被传输的数据报文

当隧道发起点设备1收到封装后的报文后，将进行解封装，从而得到原IPv4报文，并转发给相应的用户。

当隧道发起点设备2向网络2中的终端发起访问时，将首先生成IPv4报文并将其封装到ICMPv6报文中，然后发送给隧道汇聚点。报文参数如下：

IPv6目的地址：2001::1(预先配置)

IPv6源地址：2001::2

IPv6协议号：58(ICMPv6)

ICMPv6类型：128(ECHO REQUEST)

ICMPv6代码：0

ICMPv6校验和：根据IMCPv6协议要求计算

ICMPv6标识：789(随机生成)

ICMPv6序列号：0(无控制信息)

ICMPv6负载：实际被传输的数据报文

隧道汇聚点收到ICMPv6报文后进行解封装得到元IPv4报文，并转发给相应终端。随后隧道汇聚点将终端回复的IPv4报文进行封装并发送给隧道发起点2，报文如下：

IPv6目的地址：2001::3(查表得出)

IPv6源地址：2001::1

IPv6协议号：58(ICMPv6)

ICMPv6类型：129(ECHO REPLY)

ICMPv6代码：0

ICMPv6校验和：根据IMCPv6协议要求计算

ICMPv6标识：135(随机生成)

ICMPv6序列号：0(无控制信息)

ICMPv6负载：实际被传输的数据报文

隧道汇聚点需要根据外部返回的数据报文，查表得出隧道对端的IPv6地址。查找算法有多种实现，取决于具体使用的IPv6过渡方案。例如在Lightweight4over6方案中，使用的是查找每用户级状态绑定表的方式，根据数据报文的目的IPv4地址及端口号，查找IPv6地址。

Claims (10)

1.一种基于ICMPv6的IPv6隧道通信方法，包括隧道数据封装以及隧道通信交互，其特征在于，

所述隧道数据封装中，使用ICMPv6的ECHO REQUEST和ECHOREPLY两种报文作为通信载体，将需要实际传输的数据报文作为ICMPv6报文的负载，在ICMPv6报文头部以及数据负载之间添加控制信息，封装后报文的各部分描述如下：

(1)隧道封装后形成的实际报文是IPv6报文，报文的网络层头部是IPv6头，IPv6头的源地址是隧道封装设备自身的IPv6地址，目的地址是隧道对端设备的单播、任播地址，或组播地址，IPv6头部中的协议号是58，即ICMPv6；

(2)IPv6头部的下一层是ICMPv6头部，ICMPv6类型域是128或129，代码域是0，标识域使用的是随机生成数，序列号域的值为L，表示控制信息长度；

(3)ICMPv6的负载包含2部分内容，分别是长度为L的控制信息字段以及负载数据报文，控制信息字段是可选内容，格式由运营商控制；

(4)负载数据报文是由网络层头部开始的完整数据报文，是实际需要传输的报文；

所述隧道通信交互包括点对点隧道场景以及星形隧道场景。

2.根据权利要求1所述的基于ICMPv6的IPv6隧道通信方法，其特征在于，所述控制信息字段内容包括用户认证和/或加密密钥。

3.根据权利要求1所述的基于ICMPv6的IPv6隧道通信方法，其特征在于，所述负载数据报文在默认情况下，采用明文传输的方式，直接将负载报文放置在隧道报文的ICMPv6负载字段。

4.根据权利要求1所述的基于ICMPv6的IPv6隧道通信方法，其特征在于，所述点对点隧道场景独立部署，所述星形隧道场景与具体的IPv6过渡方案结合部署。

5.根据权利要求1所述的基于ICMPv6的IPv6隧道通信方法，其特征在于，所述IPv6过渡方案包括Lightweight 4over6、Public 4over6、DS-Lite以及MAP-E。

6.根据权利要求1所述的基于ICMPv6的IPv6隧道通信方法，其特征在于，在所述点对点隧道场景中，隧道的两端设备对等，每台设备提前配置对方设备的IPv6地址，使用这个IPv6地址作为隧道报文的唯一目的地，将所有隧道报文均发往同一目的设备。

7.根据权利要求6所述的基于ICMPv6的IPv6隧道通信方法，其特征在于，每个隧道的两端设备的隧道报文中的ICMPv6类型字段可任意填写128或129。

8.根据权利要求6所述的基于ICMPv6的IPv6隧道通信方法，其特征在于，每个隧道的两端设备中，一端设备使用128，另一端设备使用129。

9.根据权利要求1所述的基于ICMPv6的IPv6隧道通信方法，其特征在于，在星形隧道场景中，隧道的核心设备称为隧道汇聚点，用户侧设备称为隧道发起点，隧道发起点与一个隧道汇聚点设备通信，每个隧道汇聚点设备可以同时与多个隧道发起点设备通信。

10.根据权利要求9所述的基于ICMPv6的IPv6隧道通信方法，其特征在于，在星形隧道场景中，隧道发起点发出的隧道报文中的ICMPv6类型字段固定使用128，隧道汇聚点发出的隧道报文中的ICMPv6类型字段固定使用129。