CN103856582B

CN103856582B - 一种IPv4互联网控制IPv6物联网的方法

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Publication number: CN103856582B
Application number: CN201410117692.8A
Authority: CN
Inventors: 包丛笑; 李星
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2014-03-26
Filing date: 2014-03-26
Publication date: 2017-05-24
Anticipated expiration: 2034-03-26
Also published as: CN103856582A

Abstract

本发明公开了一种IPv4互联网控制IPv6物联网的方法，IPv6物联网的传感器/控制器配置端口复用的IPv4可译地址，在IPv4互联网和IPv6网络之间设置无状态端口复用的IPv4/IPv6翻译网关，在IPv6物联网和IPv6网络之间根据需要设置连接这两个网络的隧道。采用这种方法，就能有效地使IPv4互联网发起访问控制IPv6物联网，具有适用各种应用、可扩展性，安全性好的特点。

Description

一种IPv4互联网控制IPv6物联网的方法

技术领域

本发明涉及计算机网络通信技术领域，特别涉及一种IPv4互联网控制IPv6物联网的方法。

背景技术

互联网已经成为全世界最重要的信息基础设施，但目前互联网广泛使用的第四版网络协议IPv4的地址寻址范围只有2³²，即43亿地址，目前已经分配完毕。为了解决IPv4地址不够用的问题，国际互联网工程组(Internet Engineering Task Force，简称IETF)设计了第六版网络协议IPv6，它的地址寻址范围有2¹²⁸，可以彻底解决IPv4地址不足的问题。

物联网是一种基于互联网让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。从物联网系统中的传感器终端，到接入层设备，到骨干传输网络，到智能应用服务器，再到各类客户端，IPv6带来的巨大的地址空间和端到端通信特性为物联网的发展创造了良好的网络通信条件和能力拓展。相比IPv4而言，IPv6具有海量的地址空间，能够保证物联网寻址的唯一性和对全网的开放性，因此IPv6代替IPv4更能够适应物联网网络传输控制的发展。

但是目前基于IPv6协议的物联网具有以下缺点：(1)IPv6网络还是与IPv4互联网不能互联互通的孤岛，无法保证随时随地可达；(2)大量的用户和服务器目前仍在使用IPv4协议，因此IPv6物联网推广的进度缓慢。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是如何提供一种方法能够实现IPv4互联网发起访问控制IPv6物联网，同时保证安全性。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供了一种IPv4互联网控制IPv6物联网的方法，包括：

S1、IPv4客户端发起对IPv6物联网中传感器的访问，发送第一类IPv4分组；

S2、对第一类IPv4分组进行翻译产生第一类IPv6分组；

S3、采用IPv6隧道技术进行封装和解封装跨越IPv6网络、IPv4网络；

S4、IPv6物联网中传感器接收解封装后的第一类IPv6分组，经过处理产生第二类IPv6分组并发送；

S5、再对第二类IPv6分组采用IPv6隧道技术进行封装和解封装跨越IPv6网络和IPv4网络；

S6、对解封装后的第二类IPv6分组进行翻译产生第二类IPv4分组，并返回给IPv4客户端。

进一步地，步骤S1之前还包括初始化过程，具体包括：

S01、在IPv4互联网和IPv6物联网之间设置共享IPv4公有地址的无状态IPv4/IPv6翻译器，并配置相应参数；

S02、在IPv4互联网和IPv6物联网之间设置第一IPv6/IPv4隧道端点设备和第二IPv6/IPv4隧道端点设备，并配置相应参数；

S03、对IPv6物联网中的传感器和控制器配置相应的IPv6地址，称为IPv4可译地址，并根据无状态IPv4/IPv6翻译器的参数配置相应的服务传输层端口。

进一步地，步骤S1发送的第一类IPv4分组包括与物联网中传感器和控制器所配置的IPv6地址相对应的IPv4地址和端口。

进一步地，步骤S3采用IPv6隧道技术进行封装和解封装具体包括：

采用第一IPv6隧道端点设备对接收的第一类IPv6分组进行封装处理，产生封装的第一类IPv4分组，采用第二IPv6隧道端点设备对封装的第一类IPv4分组进行解封装处理，得到解封装的第一类IPv6分组。

进一步地，步骤S5中对第二类IPv6分组采用IPv6隧道技术进行封装和解封装具体包括：

采用第二IPv6隧道端点设备对第二类IPv6分组进行封装处理，产生封装的第二类IPv4分组，采用第一IPv6隧道端点设备对封装的第二类IPv4分组进行解封装处理，得到解封装的第二类IPv6分组。

进一步地，步骤S2中对第一类IPv4分组进行翻译产生第一类IPv6分组以及S6对解封装的第二IPv6分组进行翻译产生第二类IPv4分组均是按照RFC6145标准进行翻译的。

进一步地，步骤S4和S5中的封装处理和解封装均是按照RFC2473标准进行的。

进一步地，所述IPv6隧道技术包括IPv6overIPv4隧道和IPv6overIPv6隧道。

进一步地，步骤S2或步骤S6中翻译的过程均是采用IPv4/IPv6翻译器进行的，且IPv4/IPv6翻译器与所述第一IPv6隧道端点设备或第一IPv6/IPv6隧道端点设备集成在同一个设备上或设置在两个设备上。

(三)有益效果

本发明实施例提供的一种IPv4互联网控制IPv6物联网的方法，IPv6物联网的传感器/控制器配置端口复用的IPv4可译地址，在IPv4互联网和IPv6网络之间设置无状态端口复用的IPv4/IPv6翻译网关，在IPv6物联网和IPv6网络之间根据需要设置连接这两个网络的隧道。采用这种方法，就能有效地使IPv4互联网发起访问控制IPv6物联网，具有适用各种应用、可扩展性，安全性好的特点。

附图说明

图1是本发明实施例中提供的一种IPv4互联网控制IPv6物联网的方法的步骤流程图；

图2是本发明实施例中初始化的步骤流程图；

图3是本发明实施例中IPv4互联网和IPv6物联网网路拓扑图；

图4是本发明实施例中IPv6地址格式示意图；

图5是本发明实施例中IPv4互联网发起访问控制IPv6物联网工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明实施例提供了一种IPv4互联网控制IPv6物联网的方法，步骤流程如图1所示，具体包括以下步骤：

步骤S1、IPv4客户端发起对IPv6物联网中传感器的访问，发送第一类IPv4分组。

步骤S2、对第一类IPv4分组进行翻译产生第一类IPv6分组。

步骤S3、采用IPv6隧道技术进行封装和解封装跨越IPv6网络、IPv4网络。

步骤S4、IPv6物联网中传感器接收解封装后的第一类IPv6分组，经过处理产生第二类IPv6分组并发送。

步骤S5、再对第二类IPv6分组采用IPv6隧道技术进行封装和解封装跨越IPv6网络和IPv4网络。

步骤S6、对解封装后的第二类IPv6分组进行翻译产生第二类IPv4分组，并返回给IPv4客户端。

进一步地，本实施例在步骤S1之前还包括初始化过程，主要是对IPv4互联网和IPv6物联网之间的构成以及参数进行配置，步骤流程如图2所示，具体包括：

S01、在IPv4互联网和IPv6物联网之间设置共享IPv4公有地址的无状态IPv4/IPv6翻译器，并配置相应参数。

S02、在IPv4互联网和IPv6物联网之间设置第一IPv6/IPv4隧道端点设备和第二IPv6/IPv4隧道端点设备，并配置相应参数。

S03、对IPv6物联网中的传感器和控制器配置相应的IPv6地址，称为IPv4可译地址，并根据无状态IPv4/IPv6翻译器的参数配置相应的服务传输层端口。其中传感器和控制器的地址均为可译地址。由于IPv4和IPv6的地址空间差距巨大，用IPv6表示IPv4是毫无问题的，可以通过无状态的映射方法，映射后的IPv6地址称为转换地址。用IPv4表示IPv6可以动态维护映射表，作有状态的地址映射，或在IPv6地址中选择一个子空间通过无状态的方法与IPv4地址映射，映射后的IPv6地址称为可译地址。

进一步地，步骤S1发送的第一类IPv4分组包括与物联网中传感器和控制器所配置的IPv6地址相对应的IPv4地址和端口。一般采用五元组的形式进行表示，例如IPv4五元组为(TCP，3.3.3.3#随机端口，121.194.168.1#2049)，表示采用TCP协议IPv地址为3.3.3.3的随机端口与IPv地址为121.194.168.1的第2049号端口之间进行通信，通信的源地址为3.3.3.3，源端口是随机的，目标地址为121.194.168.1，目标端口为2049。

进一步地，步骤S3的IPv6隧道技术可以使IPv4网络与IPv6网络相通，建立起IPv4互联网与IPv6孤岛之间的联系，采用IPv6隧道技术进行封装和解封装，具体包括：

进一步地，步骤S4中是传感器接收之后再发送第一IPv6分组的过程，但是在接收之后，发送之前还需要更改源地址和目标地址，具体包括：

将解封装的第一类IPv6分组的源地址作为第二类IPv6分组的目标地址，第一IPv6分组的源端口作为第二类IPv6分组的目标端口，解封装的第一IPv6分组的目标地址作为第二类IPv6分组的源地址，第一类IPv6分组的目标端口作为第二类IPv6分组的源端口。

基于上述，步骤S5是与步骤S3逆向的过程，即步骤S3是第一IPv6隧道端点设备将IPv6分组封装为IPv4分组，再由第二IPv6隧道端点设备将IPv4分组解封装为IPv6分组；而步骤S5是第二IPv6隧道端点设备将IPv6分组封装为IPv4分组，再由第一IPv6隧道端点设备将IPv4分组解封装为IPv6分组。

进一步地，步骤S2中对第一类IPv4分组进行翻译产生第一类IPv6分组以及S6对解封装的第二类IPv6分组进行翻译产生第二类IPv4分组均是按照RFC6145标准进行翻译的。

进一步地，步骤S3和S5中的封装处理和解封装均是按照RFC2473标准进行的。其中的RFC为Request For Comments的简称，几乎所有的互联网标准都有收录在RFC文件中。

进一步地，本实施例中IPv6隧道技术包括IPv6overIPv4隧道和IPv6overIPv6隧道。

一般情况下IPv6物联网中包括IPv6网络和物联网，物联网部分包括传感器和控制器，则步骤S02中只需要在IPv4互联网与IPv6网络之间设置第一IPv6/IPv4隧道端点设备，在IPv4互联网与物联网之间设置第二IPv6/IPv4隧道端点设备，并配置相应的参数。如果IPv6物联网中包括IPv6网络、IPv6互联网和物联网，则步骤S02中除了进行上述配置之外，还需要在物联网和IPv6互联网之前设置第一IPv6/IPv6隧道端点设备和第二IPv6/IPv6隧道端点设备，并配置相应的参数。

进一步地，步骤S2或步骤S6中翻译的过程均是采用IPv4/IPv6翻译器进行的，且IPv4/IPv6翻译器与第一IPv6隧道端点设备或第一IPv6/IPv6隧道端点设备集成在同一个设备上或设置在两个设备上。

IPv4互联网和IPv6物联网网路拓扑图如图3所示，纯IPv6网络和IPv4互联网之间设置无状态IPv4/IPv6翻译器和第一IPv6隧道端点设备(用IPv6隧道端点1表示)，在IPv4互联网和物联网的传感器、控制器之间设置第二IPv6隧道端点设备(用IPv6隧道端点2表示)。无状态IPv4/IPv6翻译器配置参数，其对应地址格式如图4所示。IPv4地址一般以4部分间点分的方法来表示，即4个数字用点分隔。IPv6地址的基本表达方式是X:X:X:X:X:X:X:X，其中X是一个4位十六进制整数(16位)。每一个数字包含4位，每个整数包含4个数字，每个地址包括8段，共计1 2 8位(4×4×8＝128)。将IPv4翻译为IPv6地址，就是在原来的IPv4地址之前补上IPv6前缀，之后补上端口标识PSID，之后再补0。

在本实施例中，IPv4地址池为121.194.168.0/30，地址中的前缀长度为30位，复用比为2048，IPv6前缀为2001:da8:bfff:100::/64，地址中的前缀长度为64位。根据映射关系，IPv4公有地址、端口标识PSID和对应IPv6地址的关系举例如表1所示，分配给不同的传感器和控制器。

物联网设备	IPv4地址	PSID/复用比	IPv6地址
				传感器1	121.194.168.1	0/2048	2001:da8:bfff:100:79c2:a801:0000:0
传感器2	121.194.168.1	1/2048	2001:da8:bfff:100:79c2:a801:0001:0
				传感器3	121.194.168.1	2/2048	2001:da8:bfff:100:79c2:a801:0002:0
控制器4	121.194.168.1	3/2048	2001:da8:bfff:100:79c2:a801:0003:0
				控制器5	121.194.168.1	4/2048	2001:da8:bfff:100:79c2:a801:0004:0
控制器6	121.194.168.1	5/2048	2001:da8:bfff:100:79c2:a801:0005:0
				控制器7	121.194.168.1	6/2048	2001:da8:bfff:100:79c2:a801:0006:0
控制器8	121.194.168.1	7/2048	2001:da8:bfff:100:79c2:a801:0007:0

表1

IPv6隧道端点1表示和IPv6隧道端点2的IPv4地址分别为1.1.1.1和2.2.2.2。IPv6隧道端点1把上表中的地址聚类2001:da8:bfff:100:79c2:a801:0000:0/109指向IPv6隧道端点2，IPv6隧道端点2把IPv6默认路由指向IPv6隧道端点1。

当IPv4客户端(IPv4地址为3.3.3.3)向传感器2发起通信时，其IPv4五元组为(TCP，3.3.3.3#随机端口，121.194.168.1#2049)，通过无状态IPv4/IPv6翻译器的翻译之后，得到的IPv6五元组为(TCP,2001:da8:bfff:100:0303:0303::#随机端口，2001:da8:bfff:100:79c2:a801:0001:0#2049)，通过IPv6隧道端点1封装后，其IPv4五元组为(IPv6，1.1.1.1，2.2.2.2)，通过IPv6隧道端点2解封装后，其IPv6五元组为(TCP，2001:da8:bfff:100:0303:0303::#随机端口，2001:da8:bfff:100:79c2:a801:0001:0#2049)，传感器1接收到此IPv6五元组，传感器1响应的IPv6五元组为(TCP，2001:da8:bfff:100:79c2:a801:0001:0#2049，2001:da8:bfff:100:0303:0303::#随机端口)，通过IPv6隧道端点2封装后，其IPv4五元组为(IPv6，2.2.2.2，1.1.1.1)，通过IPv6隧道端点2解封装后，相应的五元组为(TCP，2001:da8:bfff:100:79c2:a801:0001:0#2049，2001:da8:bfff:100:0303:0303::#随机端口)，通过无状态IPv4/IPv6翻译器，其IPv4五元组为(TCP，121.194.168.1#2049，3.3.3.3#随机端口),完成通信过程。

以上IPv4互联网发起访问控制IPv6物联网工作流程如图5所示。

综上所述，本实施例提供的方法使用无状态IPv4/IPv6翻译技术，地址和端口复用技术和IPv6隧道技术，能有效地使IPv4互联网发起访问控制IPv6物联网，具有适用各种应用、可扩展性，安全性好的特点。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims

1.一种IPv4互联网控制IPv6物联网的方法，其特征在于，包括：

S2、对第一类IPv4分组进行翻译产生第一类IPv6分组；

S3、采用IPv6隧道技术进行封装和解封装跨越IPv6网络和IPv4网络；

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1之前还包括初始化过程，具体包括：

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1发送的第一类IPv4分组包括与物联网中传感器和控制器所配置的IPv6地址相对应的IPv4地址和端口。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3采用IPv6隧道技术进行封装和解封装具体包括：

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S5中对第二类IPv6分组采用IPv6隧道技术进行封装和解封装具体包括：

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中对第一类IPv4分组进行翻译产生第一类IPv6分组以及步骤S6对解封装的第二类IPv6分组进行翻译产生第二类IPv4分组均是按照RFC6145标准进行翻译的。

7.如权利要求4或6所述的方法，其特征在于，步骤S3和S5中的封装处理和解封装均是按照RFC2473标准进行的。

8.如权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述IPv6隧道技术包括IPv6overIPv4隧道和IPv6overIPv6隧道。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤S2或步骤S6中翻译的过程均是采用IPv4/IPv6翻译器进行的，且IPv4/IPv6翻译器与第一IPv6隧道端点设备集成在同一个设备上或设置在两个设备上。