CN108769290A - 一种IPv6多地址生成与重复地址检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及到一种IPv6多地址生成与重复地址检测方法,采用新的IPv6地址,节点随机方式生成一次生成多个接口ID,进行重复地址检测时,将同时对多个新生成的接口ID进行检测,只有当所有的接口ID都是冲突,重复地址检测才是失败的,否则会从没有表明是冲突的接口ID中随机挑选一个使用。本发明的多地址生成与重复检测,可以使得检测不易被攻击,检测效率高,通信轨迹不受监听。
Description
技术领域
本发明涉及计算机技术领域,特别与一种IPv6多地址生成与重复地址检测方法有关。
背景技术
在Internet发展初期,由于没有考虑到计算机网络的普及速度以及对世界深远影响,作为Internet基石的IP协议中的IP地址长度被设计为32位,这导致所有的可用IP地址数量约为40亿,远远无法满足现代网络应用需要。鉴于32位的IP地址已被耗尽,IETF提出IPv6作为IP协议(目前使用的为IPv4)的升级版本,其地址长度为128位,几乎可以任意使用而无需担心被耗尽。
节点可以进行网络通信的前提条件是获取到了合法的IP地址。在IPv6环境中,节点获取IPv6地址的方法主要有两种:一种是通过动态主机配置协议(DHCP)获取;另一种是通过无状态地址自动配置(SLAAC)的方式获取。在DHCP配置方式中,由于节点的IPv6地址是由DHCP服务器从地址池中随机挑选的空闲地址,因此地址的唯一性检查由DHCP服务器来完成,且有一定的保障,但节点在得到DHCP服务器分配的IP地址后仍然需要进行重复地址检测(Duplicate Address Detection,DAD)。
在SLAAC方式中,节点需要自己生成IPv6地址,方法主要有两种:一种是节点根据网络路由器发送的路由信息中给出的网络前缀,利用EUI-64方法生成自己的IP地址;另一种方法为生成链路本地地址,节点通过使用IPv6本地路由前缀“fe80::”,然后结合自己的48比特链路层地址(MAC地址),利用EUI-64方法生成链路本地地址。
EUI-64是IEEE定义的一种64位扩展唯一标识符,其产生方法和接口的链路地址有关。在以太网中,IPv6地址中的接口ID(Interface Identifier,IID)是64位的,而MAC地址是48位的,EUI-64规定在MAC地址的中间位置插入十六进制整数“fffe”(二进制为1111111111111110),从而将48位的MAC地址扩展为64位的接口ID。为了确保从这个MAC地址得到的接口ID是唯一的,还要将U/L位(从高位开始的第7位)设置为“1”,最后得到的就作为EUI-64格式的接口ID,如表1所示。
表1
1MAC地址: | 0012:3400:ABCD |
2二进制格式: | 00000000 00010010 00110100 00000000 10101011 11001101 |
3插入FFFE: | 00000000 00010010 00110100 11111111 11111110 00000000 10101011 11001101 |
4设置U/L位: | 00000010 00010010 00110100 11111111 11111110 00000000 10101011 11001101 |
5EUI-64地址: | 0212:34FF:FE00:ABCD |
在IPv6中,根据协RFC4861规定,任何一个IPv6地址在使用前都要进行重复地址检测,目的是防止出现地址冲突(即两个或多个节点使用相同的IPv6地址)。而如果在重复地址检测过程中发现了地址冲突,节点有三种处理方法:
(1)不理会,继续使用;
(2)生成新的IPv6地址,并重新进行重复地址检测;
(3)停止使用;
大多数IPv6实现中都采用的第二种方法,因为第一种处理方法较为武断,没有从源头解决冲突。第三种方法则较为被动,会导致节点通信异常。所以,从目前采用的重复地址检测方式来看,存在以下三方面问题:
(1)检测过程易受攻击。由于节点即将使用的地址DAD检测过程中是公开,容易受到攻击,导致节点DAD失败。节点只能重新生成新的地址,重新执行DAD,一般情况下,节点会在3次DAD失败后不再进行地址配置,即地址配置失败,导致节点无法通信;
(2)隐私泄露。由于节点的IPv6地址是根据自己的MAC地址而生成,当节点在利用此地址进行通信时(无论是局域网内部通信,还是进行外网通信),监听者都可以根据节点的IPv6地址,结合EUI-64规则,推测出节点的物理MAC地址,从而对节点的通信轨迹进行监听。
(3)检测效率低。每次只生成一个地址,检测一个地址,地址配置效率过低。
因此,为了克服上面提到的问题,我们提出一种IPv6多地址生成与重复地址检测方法,本案由此产生。
发明内容
本发明的目的是提供一种IPv6多地址生成与重复地址检测方法,检测不易被攻击,检测效率高,通信轨迹不受监听。
为实现上述目的,本发明采用如下方案:
设置两种消息格式,包括表2所示的匹配值选项和表3所示的重复接口选项;
各字段描述:
Type:选项的类型,0为匹配值选项Match Option,用在NSMAGD消息中;1为重复接口选项IID Option,用在NAMAGD消息中;
Length:表示选项长度,以4字节为单位;
Count:当Type=0时,表示选项中包含的匹配值的个数;当Type=1时,表示选项中包含的接口ID个数;
Reserved:保留,使用全0填充;
Item:32位,用于NSMAGD消息中。在主机生成B-set后,对于B-set中的每个64位的接口ID,进行运算item=Left(IID,32),从而得到集合B-set’,即B-set’={item1,item2,…,itemn};节点进行重复地址检测时,将B-set’中的item放到NS消息选项中,见表2;
Interface ID:64位,用于NAMAGD消息中,在接收方在使用NAMAGD应答时,存储R-set中与item匹配的接口ID,见上面的表3。
其中IPv6地址128bit,包含Prefix64bit和IID64bit,IID64bit通过函数截取左侧32位为item32bit;
发送端地址生成与检测过程如下:
步骤一、对于给定的前缀Prefix,主机A随机生成n个64位接口ID(Interface ID,IID),n=2k,k=1,2,3,…,此处建议k值小于等于16,将这n个64位接口ID放到一起,构成备选地址集B-set;B-set={IID1,IID2,…IIDn};
步骤二、对于B-set集中的每个IID,主机A执行运算item=Lef t(IID,32),从而得到匹配集B-set’,将然后生成Match Option选项;
步骤三、以广播方式发送NSMAGD进行重复地址检测,并记录检测开始时间TS;
步骤四、等待并接收NAMAGD,在规定的时间内,如果收到NAMAGD,则进行步骤五;如果超过了规定时间,则进行步骤七;
步骤五、将NAMAGD中IID Option字段中的所有接口ID取出,生成应答地址集R-set;
步骤六、将R-set中的每个地址依次与B-set中的所有地址进行比较算法,如果相同则,则对B-set中的相同地址进行标记,设置repeat_flag字段,然后回到步骤四;
步骤七、将B-set中所有被标记为重复的地址去掉,用剩余地址生成可以用地址集合A-set,如果A-set不为空,则从A-set中随机挑选一个接口,设为IIDX,再结合网络前缀Prefix,生成地址Prefix||IIDX作为节点的新地址;如果A-set为空,则表明所有B-set中的接口都不可用,DAD失败;
接收端检测过程如下:
步骤一、接收NSMAGD;
步骤二、根据NS中的网络前缀信息Prefix,从本地地址池中提取出所有与Prefix匹配的128位地址,截取后64位,形成待检测地址集C-set;
步骤三、如果C-set不为空,则从NSMAGD的Match Option字段中提取出所有的item,形成匹配集B-set’,进行步骤四;否则丢弃该NS;
步骤四、将C-set的接口ID与B-set’中的条目进行匹配;匹配方法为,对于C-set中的每个接口ID,用IIDY表示,将其与B-set’中的匹配值,即item进行匹配,如果Left(IIDY,32)==item,则匹配成功,将IIDY加入应答地址集R-set;
步骤五、如果R-set不为空,发送NAMAGD进行应答;否则将NSMAGD丢弃。
本发明还可以进一步完善:
所述的发送端地址生成与检测过程步骤三中,其NSMAGD报文的Target字段是写入网络前缀Prefix。
所述的发送端地址生成与检测过程步骤四中,所述规定的时间为从TS起3秒钟内。
所述的发送端地址生成与检测过程步骤六中的比较算法如表4。
表4
本发明采用上述方案后,具有如下技术效果:
(1)节点一次不再只产生一个接口ID,而是生成多个接口ID;
(2)在进行接口ID生成时,不是采用EUI-64规则,而是采用随机方式生成;
(3)在进行重复地址检测时,将同时对多个新生成的接口ID进行检测;
(4)只有当所有的接口ID都是冲突,重复地址检测才是失败的,否则会从没有表明是冲突的接口ID中随机挑选一个使用。
附图说明
图1为本发明中IPv6地址、Prefix、IID和item之间的关系图;
图2为本发明发送端地址生成与检测过程流程图;
图3为本发明接收端检测过程流程图;
图4为本发明中实施例一的网络拓扑图。
具体实施方式
参见说明书附图,对本发明较佳实施例做进一步阐述。
本发明的方法为多地址生成与重复检测(Multiple Address Generation andduplicate Detection,简称为MAGD)。
一、MAGD消息格式
设置两种消息格式,如表2和表3所示:
各字段描述:
Type:选项的类型,0为匹配值选项Match Option,用在NSMAGD消息中;1为重复接口选项IID Option,用在NAMAGD消息中;
Length:表示选项长度,以4字节为单位;
Count:当Type=0时,表示选项中包含的匹配值的个数;当Type=1时,表示选项中包含的接口ID个数;
Reserved:保留,使用全0填充;
Item:32位,用于NSMAGD消息中。在主机生成B-set后,对于B-set中的每个64位的接口ID,进行运算item=Left(IID,32),从而得到集合B-set’,即B-set’={item1,item2,…,itemn};节点进行重复地址检测时,将B-set’中的item放到NS消息选项中,见表2;
Interface ID:64位,用于NAMAGD消息中,在接收方在使用NAMAGD应答时,存储R-set中与item匹配的接口ID,见表3。
其中128位的IPv6地址中包含64位Prefix和64位IID,64位IID通过函数Left(IID,32)截取左侧32位为item,其关系如图1所示。
二、发送端MAGD
结合图2,发送端地址生成与检测过程如下:
步骤一、对于给定的前缀Prefix,主机A随机生成n个64位接口ID(Interface ID,IID),n=2k,k=1,2,3,…,此处建议k值小于等于16,将这n个64位接口ID放到一起,构成备选地址集B-set;B-set={IID1,IID2,…IIDn};
步骤二、对于B-set集中的每个IID,主机A执行运算item=Lef t(IID,32),从而得到匹配集B-set’,将然后生成Match Option选项;
其中,函数Left(value,32)的功能是截取value左侧32位。
步骤三、以广播方式发送NSMAGD进行重复地址检测(NSMAGD报文的Target字段不再写入重复地址检测的目的地址,而是写入网络前缀Prefix),并记录检测开始时间TS;
步骤四、等待并接收NAMAGD,在规定的时间内(从TS起3秒钟内),如果收到NAMAGD,则进行步骤五;如果超过了规定时间,则进行步骤七;
步骤五、将NAMAGD中IID Option字段中的所有接口ID取出,生成应答地址集R-set;
步骤六、将R-set中的每个地址依次与B-set中的所有地址进行比较算法,比较算法采用表5所示表4所示,如果相同则,则对B-set中的相同地址进行标记,设置repeat_flag字段,然后回到步骤四;
表4
步骤七、将B-set中所有被标记为重复的地址去掉,用剩余地址生成可以用地址集合A-set,如果A-set不为空,则从A-set中随机挑选一个接口,设为IIDX,再结合网络前缀Prefix,生成地址Prefix||IIDX作为节点的新地址;如果A-set为空,则表明所有B-set中的接口都不可用,DAD失败。
三、接收端MAGD
结合图3,接收端检测过程如下:
步骤一、接收NSMAGD;
步骤二、根据NS中的网络前缀信息Prefix,从本地地址池中提取出所有与Prefix匹配的128位地址,截取后64位,形成待检测地址集C-set;
步骤三、如果C-set不为空,则从NSMAGD的Match Option字段中提取出所有的item,形成匹配集B-set’,进行步骤四;否则丢弃该NS;
步骤四、将C-set的接口ID与B-set’中的条目进行匹配;匹配方法为,对于C-set中的每个接口ID,用IIDY表示,将其与B-set’中的匹配值,即item进行匹配,如果Left(IIDY,32)==item,则匹配成功,将IIDY加入应答地址集R-set;
步骤五、如果R-set不为空,发送NAMAGD进行应答;否则将NSMAGD丢弃。
实施例一
网络拓扑图见图4,拓扑中包含一台交换机和三台主机:主机A、主机B和主机C,三台主机的基本信息见表5。
表5
MAGD过程演示
(1)现假设主机A要根据路由器公布的网络前缀2001:1::/64生成一个新的IPv6地址,假设主机A随机生成了4个接口ID,从而得到了B-set如下:
B-set
={′dbad01b7da61433e′,′7fc4191f7deb486a′,′95463600cd6c4e29′,000000000000001a}
(2)主机A根据B-set生成匹配集合B-set’:
B-set′={′dbad01b7′,′7fc4191f′,′95463600′,′00000000′}
然后以广播方式发送NSMAGD进行重复地址检测,NSMAGD见表6;
表6
(3)主机B和C都可以收到该NSMAGD。主机B收到NSMAGD后,根据报文的Target address字段提取出网络前缀为′2001:1::/64′,然后主机B检索自己的地址池,找出满足前缀为′2001:1::/64′的地址,由于主机B没有满足前缀′2001:1::/64′的地址,C-set为空,所以B丢弃该NSMAGD,不再进行进一步检测;
(4)主机C收到该NSMAGD后,根据提取出的报文前缀,发现地址池中的′2001:1::1:C′和′2001:1::1:A′满足该地址前缀,则形成C-set:
c-set={′000000000000001C′,′000000000000001A′}
由于C-set非空,所以主机C会根据NSMAGD的Match Option字段,提取出所有的item得到B-set’:
B-set′={′da61432o′,′7dob486a′,′cd6c4o29′,′00000000′}
(5)主机C将C-set中的条目与B-set’中的条目进行比对,发现:
即′00000000000001c′和′00000000000001a′满足条件匹配条件,则将其加入到R-set中,最终形成R-set={′0000000000000001c′,′000000000000001a′]。由于R-set非空,所以主机C会发送NAMAGD进行应答,NAMAGD详情见表7。
表7
(6)主机A在收到NAMAGD后,从NAMAGD的IID Option字段中提取出所有IID,形成R-set,然后将B-set与R-set中的接口ID进行比对,发现IID′00000000000001a′是重复的,并进行标记,然后从B-set中去掉重复的,形成A-set:
A-set={′dbad01b7da61432e′,′7fc4191f7deb486a′,′95463600cd6c4e29′}
由于A-set非空,所以A从A-set中随机选取一个IID,假设被选中的接口ID为′dbad01b7da61432e′,再结合前缀,最终得到可用的新地址′2001:1::dbad01b7da61432′。
以上是本发明优选实施方式,在本发明构思前提下所做出若干其他简单替换和改动,都应当视为属于本发明的保护范畴。
Claims (4)
1.一种IPv6多地址生成与重复地址检测方法,其特征在于:设置两种消息格式,包括表2所示的匹配值选项和表3所示的重复接口选项;
各字段描述:
Type:选项的类型,0为匹配值选项Match Option,用在NSMAGD消息中;1为重复接口选项IID Option,用在NAMAGD消息中;
Length:表示选项长度,以4字节为单位;
Count:当Type=0时,表示选项中包含的匹配值的个数;当Type=1时,表示选项中包含的接口ID个数;
Reserved:保留,使用全0填充;
Item:32位,用于NSMAGD消息中。在主机生成B-set后,对于B-set中的每个64位的接口ID,进行运算item=Left(IID,32),从而得到集合B-set’,即B-set’={item1,item2,…,itemn};节点进行重复地址检测时,将B-set’中的item放到NS消息选项中,见表2;
Interface ID:64位,用于NAMAGD消息中,在接收方在使用NAMAGD应答时,存储R-set中与item匹配的接口ID,见上面的表3。
其中IPv6地址128bit,包含Prefix64bit和IID64bit,IID64bit通过函数截取左侧32位为item32bit;
发送端地址生成与检测过程如下:
步骤一、对于给定的前缀Prefix,主机A随机生成n个64位接口ID(Interface ID,IID),n=2k,k=1,2,3,…,此处建议k值小于等于16,将这n个64位接口ID放到一起,构成备选地址集B-set;B-set={IID1,IID2,…IIDn};
步骤二、对于B-set集中的每个IID,主机A执行运算item=Lef t(IID,32),从而得到匹配集B-set’,将然后生成Match Option选项;
步骤三、以广播方式发送NSMAGD进行重复地址检测,并记录检测开始时间TS;
步骤四、等待并接收NAMAGD,在规定的时间内,如果收到NAMAGD,则进行步骤五;如果超过了规定时间,则进行步骤七;
步骤五、将NAMAGD中IID Option字段中的所有接口ID取出,生成应答地址集R-set;
步骤六、将R-set中的每个地址依次与B-set中的所有地址进行比较算法,如果相同则,则对B-set中的相同地址进行标记,设置repeat_flag字段,然后回到步骤四;
步骤七、将B-set中所有被标记为重复的地址去掉,用剩余地址生成可以用地址集合A-set,如果A-set不为空,则从A-set中随机挑选一个接口,设为IIDX,再结合网络前缀Prefix,生成地址Prefix||IIDX作为节点的新地址;如果A-set为空,则表明所有B-set中的接口都不可用,DAD失败;
接收端检测过程如下:
步骤一、接收NSMAGD;
步骤二、根据NS中的网络前缀信息Prefix,从本地地址池中提取出所有与Prefix匹配的128位地址,截取后64位,形成待检测地址集C-set;
步骤三、如果C-set不为空,则从NSMAGD的Match Option字段中提取出所有的item,形成匹配集B-set’,进行步骤四;否则丢弃该NS;
步骤四、将C-set的接口ID与B-set’中的条目进行匹配;匹配方法为,对于C-set中的每个接口ID,用IIDY表示,将其与B-set’中的匹配值,即item进行匹配,如果Left(IIDY,32)==item,则匹配成功,将IIDY加入应答地址集R-set;
步骤五、如果R-set不为空,发送NAMAGD进行应答;否则将NSMAGD丢弃。
2.如权利要求1所述的一种IPv6多地址生成与重复地址检测方法,其特征在于:所述的发送端地址生成与检测过程步骤三中,其NSMAGD报文的Target字段是写入网络前缀Prefix。
3.如权利要求1所述的一种IPv6多地址生成与重复地址检测方法,其特征在于:所述的发送端地址生成与检测过程步骤四中,所述规定的时间为从TS起3秒钟内。
4.如权利要求1所述的一种IPv6多地址生成与重复地址检测方法,其特征在于:所述的发送端地址生成与检测过程步骤六中的比较算法如表4。
表4
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