IPv4到IPv6协议转换技术的研究

作     者：李晓玲 

作者单位：中国地质大学（武汉） 

学位级别：硕士

导师姓名：吕国斌

授予年度：2007年

学科分类：0810[工学-信息与通信工程] 12[管理学] 1201[管理学-管理科学与工程(可授管理学、工学学位)] 08[工学] 081001[工学-通信与信息系统] 081201[工学-计算机系统结构] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

主      题：协议转换 IPv6协议 IPv4协议 ICMP 网关 下一代互联网 

摘      要：随着Internet的迅猛发展，网络上丰富的资源产生着巨大的吸引力，接入Interaet、访问Internet已经成为当今信息业最为迫切的需求，但是这受到IP地址的许多限制，IPv4网络的不可克服的缺陷已经显现。网络地址的快速枯竭，路由表的膨胀，移动性支持不够，以及网络安全、服务质量(QoS)等方面存在的问题都表明用新的网络协议IPv6取代IPv4具有不可逆转性。然而，从IPv4网络向IPv6网络的过渡不可能一蹴而就，它是一个长期渐进的过程。在IPv4和IPv6的长期共存阶段，必须保证IPv4和IPv6的互连互通。\n 在IPv4向IPv6过渡初期，Internet由运行IPv4的庞大网络和运行IPv6的零星小网络组成，随着时间的推移，会形成越来越多的IPv6小网络，并逐渐形成IPv6的庞大网络，与此同时，IPv4的庞大网络逐渐退化为一些IPv4的零星小网络，并最终消失，形成最终的纯IPv6网络。在过渡期间，IPv4和IPv6的不完全兼容性对平稳过渡的影响将会很突出，因此，研究从IPv4向IPv6的过渡问题将变得十分重要。\n 由于IPv4向IPv6过渡的重要性，IETF下一代互联网过渡工作组(NGTrans)已经提出了一些过渡策略和技术，概括起来可分为3类：(1)同时支持两种协议的双协议栈技术；(2)封装IP数据包的隧道技术：(3)协议转换技术。前两种需要主机做相应的修改，第三种实际上是一种网关技术，最大的优点是不需要改动通信主机就能实现纯IPv4与纯IPv6主机之间的“透明通信。\n 协议转换技术首先要截获网络数据包，进行网络地址转换，将IPv4和IPv6包头转换，然后再进行协议转换。\n 在截获网络数据包时，由于在WINDOWS中访问数据链路层信息必须基于NDIS层，所以我们选用NDIS中间层驱动程序Passthru例程来作为截包工具。\n 截获数据包后，首先进行网络地址转换。网络地址转换有三种主要方式：静态地址转换、动态地址转换和端口地址转换，端口地址转换可以使多个内部节点共享一个全局IP地址，而使用源和目的的TCP/UDP的端口号来区分NAT表中的转换条目及内部地址，这样就更节省了地址空间。本文采用端口地址转换方式来进行IPv4到IPv6网络地址转换。\n 网络地址转换后，进行协议转换，协议转换的主要功能是把原IP包的IP头取出来，按照相关的语义进行转换，并生成另一种IP头，然后用新的IP头替换原来的IP头。而为了保证通信双方的正常通信，必须能使双方相互理解网络控制信息，所以也需要进行ICMP数据包的转换。\n 本文以IPv4和IPv6现状为背景，深入学习IPv4向IPv6的过渡方法，研究网络数据包的截获技术，借鉴了国内外先进技术，并在此基础上，实现了一个简单的协议转换技术。该协议转换技术基本实现了IPv4和IPv6主机互相通信，本文在性能和功能方面对该协议转换技术进行了分析。论文主要结构如下：\n 第一章“绪论，讨论了选题的背景和意义；阐述了IPv4向IPv6过渡技术在国内外的发展现状；最后给出了论文的研究内容和组织结构。\n 第二章“IPv6技术及相关网络协议，详细介绍了IPv6技术；通过具体的分析，比较了IPv4/IPv6报头以及ICMPv4/ICMPv6协议之间的区别；介绍了相关的网络协议：传输层协议、应用层协议。\n 第三章“IPv4/IPv6过渡技术，本章介绍了三种IPv4向IPv6过渡的技术，首先介绍了双协议栈技术和隧道技术，然后具体介绍了协议转换技术，包括网络层转换、传输层转换以及应用层转换。\n 第四章“协议转换设计理论，分析了数据的拦截与过滤技术；介绍了网络地址转换以及协议转换技术中的NAT与传统NAT的区别；详细分析了协议转换技术，包括IP报头转换和ICMP协议的转换。\n 第五章“系统设计与实现，首先介绍了系统目标与设计原则以及系统开发平台与工具的选择；然后阐述了系统的模型架构、设计方案以及数据结构的定义；最后给出了系统的关键代码以及测试结果。\n 第六章“总结与展望，对论文进行总结，并指出要开展的后续工作，以及系统存在的不足以及需要改进的地方，最后对协议转换技术的发展趋势进行了展望。