CN1741502A - 基于4over6的IPv6和IPv4网间互通的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于互联网的网间通信技术领域，其特征在于：该方法是实现IPv6/v4网间互通用的，它通过一个位于网络边界且具有4over6过渡机制的4over6扩展路由器，把IPv6主机地址设置成一个符合4over6地址映射关系的伪IPv6地址来实现IPv4/v6网络之间的路由选择功能，同时在该4over6扩展路由器上使用4over6分组映射翻译技术，通过分组映射处理实现IPv4/v6分组之间的透明语义传输功能，实现IPv4/v6网间的透明互通。本发明解决了已有的协议翻译机制需要保存双方状态信息而导致的单点故障和可扩展行差的问题，也不需要对IPv4端系统升级，并在会话过程中保持保存IPv6对端状态。
Description
技术领域
基于4over6的IPv6和IPv4网间互通的方法属于互联网技术领域。
背景技术
随着IPv6技术的快速发展并逐步成熟和广泛被采用，IPv6网络规模逐步扩大，然而大量互联网应用和服务仍然存在于IPv4网络中，将如此大量的应用和服务移植到IPv6上，绝不是短时期能够完成的工作，因此，IPv4和IPv6网络将长期共存，其IPv4/v6的过渡将具有长期性和复杂性。到目前为止，实现IPv6和IPv4网络之间互通的方法有RFC 2766中定义的NAT-PT、RFC2767中定义的协议栈中翻译(BIS)、RFC3089中定义的应用层网关(SOCKS64)、RFC3142中定义的TCP/UDP中继、RFC3338中定义的应用程序接口翻译(BIA)等几种。这些方法的一个共同的缺点是需要在进行协议翻译的路由器系统中维护连接双方的状态信息，并为每一个请求分配资源处理，因此都具有单点故障和可扩展性问题，不适合大规模的网络中使用。
随着IPv6网络不断发展，大规模的IPv6网络已经出现，需要与现有大规模的IPv4网络进行通信，这些机制由于存在可扩展性问题而不使用。基于过渡机制的IPv6网和IPv4网间互通的方法是最新提出的一种克服实现IPv6和IPv4网络之间互通的可扩展性问题而提出的方法，然而该方法需要对IPv4端系统升级，并在会话过程中由IPv4端系统保持IPv6通信对端的软状态，实现部署难度比较大。
4over6过渡机制是一种适用于IPv4网络间通过IPv6网络达到互连互通的方法，如图1所示，其中R2是标准的IPv6路由器。运行4over6过渡机制的双栈路由器称为4over6路由器，如图1中的R1、R3。4over6路由器将IPv4路由的目标网络地址进行4over6地址映射，即在IPv4地址或者前缀基础上增加特定IPv6地址前缀4over6prefix，构造一个特殊的IPv6地址或者前缀的方法，转变成伪IPv6目标网络地址前缀，并对IPv4路由中的其他信息做适当处理后转变成伪IPv6路由的过程称为4over6路由映射转换；R1路由器通过IPv6路由协议将这些伪IPv6路由在IPv6网络中传播。当IPv6网络中的其他4over6路由器R3接收到伪IPv6路由后，使用特定的IPv6路由地址前缀4over6prefix匹配识别这些伪IPv6路由，并将其还原为IPv4路由，这个过程称为4over6路由映射还原。R3将还原后的IPv4路由在IPv4网络通过IPv4路由协议上交互，最终使得IPv4路由能够穿越IPv6网络，同时在包括IPv6网络在内的整个网络上有效。基于上述路由机制，IPv4分组从源节点到目的节点的路径上，如果穿越IPv6网络，则路由器R1将对IPv4分组进行IPv6封装，封装后的IPv6分组传输到双栈路由器R3时解封装并还原，还原后的IPv4分组向目的IPv4网络发送，从而实现IPv4overIPv6的互连互通功能。
本发明提出的基于4ove6的IPv6网络和IPv4网络之间透明互通的方法，在4over6过渡机制的基础上，通过4over6分组协议翻译技术，结合对IPv6主机地址做特殊设置，可以实现在网络中间节点的无状态翻译分组，实现IPv4/v6网络之间的透明互通，从而解决传统IPv4/v6网络之间互通方法的可扩展性问题或者需要对IPv4端系统升级的问题。本发明提出的方法需要4over6过渡机制的支持。
发明内容
本发明的目的在于克服已有的IPv4网络和IPv6网络互通方法可扩展性差的问题或者需要对IPv4端系统升级的问题，提出一种新的IPv4和IPv6网络之间透明互通的技术方法。
本发明所提出的方法的特征在于：基于4over6的IPv6和IPv4网间互通的方法其特征在于，所述的方法通过一个具有4over6过渡机制且位于所述两个网络边界的4over6扩展路由器实现了所述IPv4和IPv6网间通信主机节点对端之间的互通，在所述4over6扩展路由器上设有分组映射模块，再依次按照以下步骤，便可实现所述的互通方法：
步骤1：设置IPv6节点的地址为伪IPv6地址，即IPv4地址经过4over6地址映射得到的IPv6地址，形如4over6prefix：IPv4Address1∷，同时，按照4over6路由机制，在IPv6网络中声明到该IPv6节点的伪地址的路由；
步骤2：IPv4主机通过域名服务系统获得通信对端IPv6节点的伪IPv6地址所对应的IPv4地址即IPv4Address1，并以此地址为目标地址发送PKT4分组；
步骤3：在IPv4路由的作用下，PKT4分组到达IPv4/v6网络边界的4over6扩展路由器；
步骤4：该4over6扩展路由器根据IPv4路由属性，按照下述步骤5对该PKT4分组进行分组映射处理；
步骤5：该4over6扩展路由器从所述IPv4分组头的相关字段中直接映射得到，对该分组执行4over6分组映射IPv6分组头的各个字段信息，再在得到的分组头加上原始IPv4的分组载荷构成映射分组PKT6，具体的映射方法如下：
从IPv4分组头中的Total Length计算得到Payload Length域；
从IPv4分组头中的Protocol域直接复制成Next Header域；
从IPv4分组头中的TTL域直接复制成Hop Limit域；
从IPv4分组头中的Source Address域经过4over6地址映射得到Source Address域；
从IPv4分组头中的Destination Address域经过4over6地址映射得到Destination Address域；
IPv6分组头中的Ver、Traffic Class、Flow Label域则根据设置产生；
关于分组处理的其他机制，如最大传输单元(MTU)、ICMP处理等与无状态IP/ICMP分组翻译协议机制相同；
步骤6：该4over6扩展路由器把所述的PKT6传输到IPv6网中，由于在步骤1中已在IPv6网络中声明了适当的路由，因此，按照标准IPv6网络路由送到所述IPv6节点；
步骤7：所述IPv6主机通过域名服务系统获得通信节点IPv4的IPv4地址所对应的伪IPv6地址，用4over6prefix：IPv4Address2∷表示，并以此地址为目标地址发送分组PACKET6；
步骤8：在IPv6路由的作用下，该PACKET6分组到达IPv4/v6网络边界的4over6扩展路由器；
步骤9：该4over6扩展路由器根据IPv6路由属性，按照下述步骤10对该PACKET6分组进行分组映射处理；；
步骤10：4over6扩展路由器从所述IPv6分组头中的相关字段中直接映射得到IPv4分组头的各个字段信息，再在映射得到的IPv4分组头加上原始IPv6的分组载荷构，就构成映射分组PACKET4，具体的映射方法如下：
从IPv6分组头中的Payload Length计算得到Total Length域；
从IPv6分组头中的Next Header域直接复制得到Protocol域；
从IPv6分组头中的Hop Limit域直接复制得到TTL域；
从IPv6分组头中的Source Address域经过4over6地址映射得到Source Address域；
从IPv6分组头中的Destination Address域经过4over6地址映射得到Destination Address域；
IPv4分组头中的Ver、IHL、TOS、Identification、flag、Fragment offset、Checksum域则根据设置产生；
关于分组处理的其他机制，如最大传输单元(MTU)、ICMP处理等与无状态IP/ICMP分组翻译协议机制相同；
步骤11：该4over6扩展路由器把步骤10中所述的PACKET4传输到IPv4网中，按照IPv4网络路由到达所述IPv4节点。
根据所述的基于4over6的IPv6和IPv4网间互通的方法，其特征在于：在所述接收到的IPv4分组中如果包含分片、选项之一在内的信息时则忽略所述的信息。
根据所述的基于4over6的IPv6和IPv4网间互通的方法，其特征在于：在所述接收到的IPv6分组中如果包含逐跳选项头、目标选项头、路由头之一在内的信息时则忽略所述的信息。
本发明所提出的基于4over6的IPv6网络和IPv4网络透明互通方法，解决了已有的协议翻译机制需要保存通信双方的状态信息而导致的单点故障和可扩展性差的问题，或者需要对IPv4端系统升级，并在会话过程中保持IPv6对端的状态，实现难度比较大的问题，提供一种新的IPv4网络与IPv6网络之间透明通信的技术方法，可以实现在网络中间节点无状态翻译分组。目前清华大学已经将该项发明成果运用在所研制的IPv6/IPv4双栈路由器中，在清华网络协议测试实验室研制的双协议栈路由器中被实现，是4over6过渡机制框架中的重要组成部分，已经在网络中进行实验性部署并即将投入使用。
附图说明
图1.4over6过渡机制示意图；
图2.基于4over6的IPv6网络和IPv4网络透明互通方法流程图
图3.基于4over6的IPv6网络和IPv4网络透明互通方法示例图；
图4.IPv6分组头和IPv4分组头映射示意图；
图5.基于4over6的IPv6网络和IPv4网络透明互通方法实现模块框图；
图6.基于4over6的IPv6网络和IPv4网络透明互通方法实测试试验拓扑图。
具体实施方式
图3为IPv6节点与IPv4节点之间通信方法的具体实施方法示例，假定图示的网络中部署了4over6机制。在4over6路由器上部署4over6模块来实现IPv6节点与IPv4节点之间透明通信方法。
在上述情况下，当IPv6节点，地址为4over6prefix：IPv4Address1∷，主动发起与IPv4节点IPv4Address2的通信时，首先使用DNS查询获得该IPv4节点的伪IPv6地址，4over6prefix：IPv4Address2∷，即该节点IPv4地址的4over6映射地址。由于4over6机制的作用，IPv6网络中已经存在IPv4网络的路由信息，因此，该分组将被路由到4over6路由器。在4over6路由器中的4over6分组映射模块根据路由属性中的属性信息判断是否是IPv4/v6节点之间的透明通信，若是则对该分组进行4over6分组映射处理，即4over6分组翻译采用类似无状态IP/ICMP分组翻译协议的分组处理方法，4over6分组翻译处理与该方法的关键区别在于IPv6封装分组头的各个字段信息是从IPv4分组头中的相关字段中直接映射得到，如源地址和目的地址是经过4over6地址映射得到的，并且不需要在路由器中维护关于地址映射表等软状态信息，如图4所示的4over6分组头映射。IPv6头部的相关字段直接从对应颜色的IPv4分组头部映射处理。IPv6头部的相关字段直接从对应的IPv4分组头部映射处理，在IPv4分组头中没有的信息，则按照特定的实现和已有的协议进行创建，细节如下：
●Payload Length从IPv4分组头中的Total Length计算得到；
●Next Header从IPv4分组头中的Protocol域直接拷贝；
●Hop Limit从IPv4分组头中的TTL域直接拷贝；
●Source Address是IPv4分组头中的Source Address域经过4over6地址映射得到；
●Destination Address是IPv4分组头中的Destination Address经过4over6地址映射得到；
●Ver、Traffic Class、Flow Label域则根据设置产生。
从IPv6分组映射到IPv4分组的过程类似，详细细节如下：
●Total Length从IPv6分组头中的Payload Length计算得到；
●Protocol从IPv6分组头中的Next Header域直接拷贝；
●TTL从IPv6分组头中的Hop Limit域直接拷贝；
●Source Address是IPv6分组头中的Source Address域经过4over6地址映射得到；
●Destination Address是IPv6分组头中的Destination Address经过4over6地址映射得到；
●Ver、IHL、TOS、Identifcation、flag、Fragment offset、Checksum域则根据设置产生。
其他的机制，如最大传输单元(MTU)、ICMP处理等与无状态IP/ICMP分组翻译协议机制相同，其详细分组翻译以及相关分组的处理参考RFC2765相关部分。
分组映射翻译完成后，将IPv6分组翻译成的IPv4分组发送到IPv4网络中，并根据IPv4网络路由规则，最终被送到IPv4主机IPv4Address2处理；将IPv4分组翻译成的IPv6分组发送到IPv6网络中，并根据IPv6网络路由规则，特别是4over6路由机制，最终被送到IPv6主机4over6prefix：IPv4Address1∷处理。
经过上述的过程，对IPv6主机4over6prefix：IPv4Address1∷来说，其通信的对端为一个IPv6地址为4over6prefix：IPv4Address2∷的IPv6主机，并无法区分对端是一个IPv4主机，还是一个恰好使用了该地址的IPv6主机。同样，对IPv4主机IPv4Address2来说，其通信的对端为一个IPv6地址为IPv4Address1的IPv4主机，并无法区分对端是一个IPv4主机，还是一个恰好使用了该地址的4over6地址映射的IPv6主机。这样，IPv4/v6节点之间通过4over6地址映射机制和本发明所描述的方法，可以实现透明通信。
使用本发明所述的方法的前提是：在IPv6网络中使用了本发明所描述的方法，则其对应的IPv4地址应当在IPv4网络中不存在。这是因为如果该地址对应的IPv4地址在IPv4网络中存在，则在4over6机制下，IPv6网络中已经存在了该地址的路由，使得IPv4/v6之间透明的通信可能失败。
本方案已经在网络协议测试实验室研制的双协议栈路由器上被实现，图5是所述的本发明在双协议栈路由器上的一种实现方式的功能模块框图。图中，4over6路由模块、4over6分组处理模块和4over6操作维护管理(OAM)模块共同实现4over6过渡机制，其余部分是双协议栈路由器路由协议模块。4over6分组映射翻译是本发明所述的基于4over6的IPv6和IPv4网间互通的方法的核心部分，是4over6分组处理模块部分的重要组成部分，通过4over6分组处理中的4over6分组映射翻译结合适当的4over6路由机制，IPv4/v6网络之间通过本发明所述的方法，可以实现透明的互通。
本发明试验测试系统的部署拓扑结构图如图6所示，图中的R是一个标准的IPv6路由器，是一个IPv6子网的出口网关路由器，R1和R2是实现了标准的4over6机制和本发明所述方法的4over6扩展路由器。按照图示所标注的设置方式，IPv6主机(Host)设置地址为2001：1：ffdd：dd97∷/60下的任意地址，并在IPv6网络中声明该路由，其余4over6路由机制如图所示。此时，无论IPv4主机处在什么地方，典型的如图所示的IPv4主机1和主机2，都可以通过4over6机制扩展本发明所述的方法，实现IPv4网络中的主机与IPv6网络中的主机之间的透明互通访问。
通过上述的阐述可见，本发明能够实现基于4over6的IPv6网络与IPv4网络之间透明互通，达到了预期目的。
Claims (3)
1.基于4over6的IPv6和IPv4网间互通的方法其特征在于，所述的方法通过一个具有4over6过渡机制且位于所述两个网络边界的4over6扩展路由器实现了所述IPv4和IPv6网间通信主机节点对端之间的互通，在所述4over6扩展路由器上设有分组映射模块，再依次按照以下步骤，便可实现所述的互通方法：
步骤1：设置IPv6节点的地址为伪IPv6地址，即IPv4地址经过4over6地址映射得到的IPv6地址，形如4over6prefix：IPv4Address1∷，同时，按照4over6路由机制，在IPv6网络中声明到该IPv6节点的伪地址的路由；
步骤2：IPv4主机通过域名服务系统获得通信对端IPv6节点的伪IPv6地址所对应的IPv4地址即IPv4Address1，并以此地址为目标地址发送PKT4分组；
步骤3：在IPv4路由的作用下，PKT4分组到达IPv4/v6网络边界的4over6扩展路由器；
步骤4：该4over6扩展路由器根据IPv4路由属性，按照下述步骤5对该PKT4分组进行分组映射处理；
步骤5：该4over6扩展路由器从所述IPv4分组头的相关字段中直接映射得到，对该分组执行4over6分组映射IPv6分组头的各个字段信息，再在得到的分组头加上原始IPv4的分组载荷构成映射分组PKT6，具体的映射方法如下：
从IPv4分组头中的Total Length计算得到Payload Length域；
从IPv4分组头中的Protocol域直接复制成Next Header域；
从IPv4分组头中的TTL域直接复制成Hop Limit域；
从IPv4分组头中的Source Address域经过4over6地址映射得到Source Address域；
从IPv4分组头中的Destination Address域经过4over6地址映射得到Destination Address域；
IPv6分组头中的Ver、Traffic Class、Flow Label域则根据设置产生；
其他包括最大传输单元、互联网控制消息协议处理在内的分组处理机制与无状态IP/ICMP分组翻译协议机制相同；
步骤6：该4over6扩展路由器把所述的PKT6传输到IPv6网中，由于在步骤1中已在IPv6网络中声明了适当的路由，因此，按照标准IPv6网络路由送到所述IPv6节点；
步骤7：所述IPv6主机通过域名服务系统获得通信节点IPv4的IPv4地址所对应的伪IPv6地址，用4over6prefix：IPv4Address2∷表示，并以此地址为目标地址发送分组PACKET6；
步骤8：在IPv6路由的作用下，该PACKET6分组到达IPv4/v6网络边界的4over6扩展路由器；
步骤9：该4over6扩展路由器根据IPv6路由属性，按照下述步骤10对该PACKET6分组进行分组映射处理；；
步骤10：4over6扩展路由器从所述IPv6分组头中的相关字段中直接映射得到IPv4分组头的各个字段信息，再在映射得到的IPv4分组头加上原始IPv6的分组载荷构，就构成映射分组PACKET4，具体的映射方法如下：
从IPv6分组头中的Payload Length计算得到Total Length域；
从IPv6分组头中的Next Header域直接复制得到Protocol域；
从IPv6分组头中的Hop Limit域直接复制得到TTL域；
从IPv6分组头中的Source Address域经过4over6地址映射得到Source Address域；
从IPv6分组头中的Destination Address域经过4over6地址映射得到Destination Address域；
IPv4分组头中的Ver、IHL、TOS、Identification、flag、Fragment offset、Checksum域则根据设置产生；
其他包括最大传输单元、互联网控制消息协议处理在内的分组处理机制与无状态IP/ICMP分组翻译协议机制相同；
步骤11：该4over6扩展路由器把步骤10中所述的PACKET4传输到IPv4网中，按照IPv4网络路由到达所述IPv4节点。
2.根据权利要求1所述的基于4over6的IPv6和IPv4网间互通的方法，其特征在于：在所述接收到的IPv4分组中如果包含分片、选项之一在内的信息时则忽略所述的信息。
3.根据权利要求1所述的基于4over6的IPv6和IPv4网间互通的方法，其特征在于：在所述接收到的IPv6分组中如果包含逐跳选项头、目标选项头、路由头之一在内的信息时则忽略所述的信息。
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