【正文】 1 附錄： 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )外文資料翻譯 院 (系 )： 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院 專 業(yè) ： 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 班 級(jí) ： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 外文出處 : ScienceDirect 附 件： ； ； 1 Journal of Network and Computer Applications 31 (200 8) 66–72 .else 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)由 IPv4過渡到 IPv6隧道 的配置方案 Tushar M. Raste , . Kulkarni Department of Computer Science and Engineering, Walchand College of Engineering,Sangli, India Received 14 January 2020。 received in revised form 28 June 2020。 accepted 28 June 2020 摘要 : 在現(xiàn)有的 IPv4 互聯(lián)網(wǎng)中配置 IPv6 網(wǎng)絡(luò)時(shí)， IPv4 到 IPv6 的過渡就成為一個(gè)必然的過程，在過渡期間兩種協(xié)議將會(huì)在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)共存。以滿足多方面的 不同協(xié)議的需求，有許多種解決過渡問題的技術(shù)，隧道技術(shù)就是其中之一。隧道技術(shù)提供了一種以現(xiàn)有 IPv4 路由體系來傳遞 IPv6 數(shù)據(jù)的方法：將 IPv6 包作為無結(jié)構(gòu)意義的數(shù)據(jù)，封裝在 IPv4 包中，被 IPv4 網(wǎng)絡(luò)傳輸。在本文里，我們將提出一種將 IPv6 包封裝在 IPv4 包中的方案。當(dāng)大部分網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換成只涉及最小 IPv4 路由的 IPv6 網(wǎng)絡(luò)時(shí)，此方案將會(huì)很有用處。 此種技術(shù)結(jié)合上雙協(xié)議棧，便可實(shí)現(xiàn) IPv4與 IPv6網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的互通以及與其他 IPv4應(yīng)用程序的相互作用，而無需修改和再編譯，以及 NAT，也不要任何代理與網(wǎng)關(guān)設(shè) 置。 關(guān)鍵字： 網(wǎng)絡(luò)， Ipv4， Ipv6 Corresponding author. Tel.:+ 912332301327。 fax: +912332300831. Email addresses: (. Raste), (. Kulkarn i). 10848045/$ see front matter r 2020 Published by Elsevier Ltd. doi: 2 1. 引言 在純 IPv6 網(wǎng)絡(luò)（ Dunn， 2020）中，最初的 IPv6 配置（ Davies,2020）需要緊密成對(duì)使用 IPv4 地址來支持 IPv4 與 IPV6 之間的網(wǎng)絡(luò)互連。其節(jié)點(diǎn)仍然需要與 IPv4 節(jié)點(diǎn)通信，但 IPv4 節(jié)點(diǎn)沒有雙 IP 層來支持 IPv4 與IPv6。這種機(jī)制基于 IPv4 到 IPv6 隧道的使用 (Wang et al.,2020)，以便在純 IPv6 網(wǎng)絡(luò)中支撐 IPv4 的通信。由于 IPv4 全局可用的路由地址空間正成為稀缺資源，人們認(rèn)為用戶應(yīng)在其一部分網(wǎng)絡(luò)中配置 IPv6 協(xié)議，以減少對(duì) IPv4 協(xié)議的需求和依賴性。在這種前提下，輔助支持本地 IPv4 的同時(shí)，在很大程度上也增加了 IPv6 復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)管理（ IP 地址計(jì)劃，路由基礎(chǔ)設(shè)施）。因此在這種情況下建議用戶只配置 IPv6 網(wǎng) 絡(luò)。 當(dāng)在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中配置隧道技術(shù)時(shí)，節(jié)點(diǎn)同時(shí)具有分配的 IPv4 和 IPv6地址。當(dāng)一個(gè) IPv4 應(yīng)用程序需要在一個(gè) IPv6 節(jié)點(diǎn)或另一個(gè)純 IPv4 節(jié)點(diǎn)上與另一個(gè) IPv4 應(yīng)用程序建立通信時(shí)，隧道技術(shù)會(huì)被配置。這允許 IPv6 節(jié)點(diǎn)與純 IPv4 節(jié)點(diǎn)通訊，或者純 IPv4 應(yīng)用程序在 IPv6 節(jié)點(diǎn)上不用修改而運(yùn)行。這樣在一個(gè) IPv6 域中， IPv4 包被隱藏于 IPv6 包中 (Bound et al., 2020)。這樣在網(wǎng)絡(luò)中就只需要管理 IPv6 路由計(jì)劃，即簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)管理。 2. IPv4 棧的配置 只要能在本地 的 IPv6 通訊，就不需要隧道技術(shù)機(jī)制的支持。主機(jī)能通過不同的方法檢測(cè)到是否需要隧道技術(shù)：當(dāng)在 IPv4 的目標(biāo)地址查詢到 DNS分解器時(shí)；當(dāng)一個(gè)應(yīng)用程序打開一個(gè) IPv4 套接字時(shí)；或者當(dāng)一個(gè) IPv4 包被發(fā)送到內(nèi)核并且沒有界面準(zhǔn)備轉(zhuǎn)發(fā)那個(gè)包 (Bound et al., 2020)時(shí)。在需要發(fā)送第一個(gè) IPv4 包時(shí)，客戶端會(huì)獲得一個(gè) TEP 的 IPv6 地址 (Affifi and Tountain,1999)，此信息將用來配置 4到 6 的界面。 隧道設(shè)定中重要的一步是為隧道創(chuàng)建一個(gè)虛擬的界面以及在 IPv4 節(jié)點(diǎn)的路由選擇表中 創(chuàng)建一個(gè)路由輸入。這使得 IPv4 應(yīng)用程序能夠?qū)?IPv4 包轉(zhuǎn)入到隧道代碼中。網(wǎng)濾器鉤可用來探測(cè)是否需要在節(jié)點(diǎn)上安裝這樣一個(gè)隧道。 3. 網(wǎng)濾器鉤 創(chuàng)建虛擬界面的需要可由網(wǎng)濾器鉤來探測(cè) (Netfilter homopage。 Chakeres)?？赏ㄟ^識(shí)別許多激發(fā)路由活動(dòng)的事件的操作來使用網(wǎng)濾器。網(wǎng)濾器由在 Linux協(xié)議棧中的不同點(diǎn)上的許多鉤子構(gòu)成。它允許用戶定義的內(nèi) 3 圖 1. 網(wǎng)濾器鉤 . 核模塊將回收函數(shù)注冊(cè)到這些鉤子上。一個(gè)數(shù)據(jù)包橫越鉤子時(shí)，數(shù)據(jù)包會(huì)通過內(nèi)核模塊中用戶自定義的回收方法。 網(wǎng)濾器結(jié)構(gòu)中定義有五個(gè)鉤子，見圖 1。在圖的頂端有兩個(gè)鉤子，NF_IP_LOCAL_IN 和 NF_IP_LOCAL_OUT。這些鉤子的對(duì)象是所有來往于局部過程的數(shù)據(jù)包。在圖的底端有兩個(gè)鉤子， NF_IP_PRE_ROUTING NF_IP_ POST_ROUTING。它們的對(duì)象是來往于網(wǎng)絡(luò)上其他主機(jī)的所有數(shù)據(jù)包。還有一個(gè)鉤子是用于當(dāng)前主機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)包， NF_IP_FORWARD。假設(shè)一個(gè)本地進(jìn)程為一個(gè)遠(yuǎn)程進(jìn)程創(chuàng)建一個(gè)數(shù)據(jù)包，作為一個(gè)數(shù)據(jù)包如何橫越這些鉤子的例子：首先，數(shù)據(jù)包橫越 NF_IP_LOCAL_OUT鉤子。下一步，執(zhí)行一個(gè)路由選擇判斷看數(shù)據(jù)包是否駛往本地主機(jī)或網(wǎng)絡(luò)中的另一個(gè)主機(jī)。數(shù)據(jù)包會(huì)被發(fā)現(xiàn)是為一個(gè)遠(yuǎn)程主機(jī)安排的， 并通過 NF_IP_POST_ROUTING鉤子被傳遞到一個(gè)網(wǎng)絡(luò)界面上。注冊(cè)的回收函數(shù)返回下面五個(gè)值中的一個(gè) :NF_ACCEPT(接受數(shù)據(jù)包并繼續(xù)數(shù)據(jù)鏈 )， NF_DROP (丟棄數(shù)據(jù)包 ), NF_QUEUE(將數(shù)據(jù)包排隊(duì)到用戶空間中 )或者 NF_STOLEN (從網(wǎng)絡(luò)中竊得的數(shù)據(jù)包 )。 從內(nèi)核角度來說，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)界面是一個(gè)軟件對(duì)象，它可以處理外流的數(shù)據(jù)包，而實(shí)際的傳輸 機(jī)制隱藏于界面驅(qū)動(dòng)中。即使大多數(shù)界面被關(guān)聯(lián)到物理設(shè)備（或?qū)τ诨丨h(huán)界面，關(guān)聯(lián)到純軟件的數(shù)據(jù)循環(huán)），設(shè)計(jì)出依賴于其他界面來執(zhí)行實(shí)際數(shù)據(jù)包傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)界面驅(qū)動(dòng)是有可能的。 “虛擬”界面的想法有助于對(duì)特殊目的的數(shù)據(jù)包處理，同時(shí)避免黑客 4 入侵內(nèi)核網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)。這個(gè)想法可用于將數(shù)據(jù)包配置到另一個(gè)協(xié)議中。因此，創(chuàng)建一個(gè)隧道暗指在內(nèi)核中創(chuàng)建一個(gè)虛擬界面，并將封裝信息保留在專用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。 5. 設(shè)計(jì) 提出的設(shè)計(jì)方案是使用 NF_IP_LOCAL_OUT 鉤子來探測(cè)是否需要隧道。當(dāng)一個(gè)本地進(jìn)程生成的 IPv4 數(shù)據(jù) 包通過這個(gè)鉤子，針對(duì)此鉤子定義的回收函數(shù)將有以下任務(wù)： 1. 決定目的地 IPv6 地址。 2. 若目的地為 IPv6 主機(jī)，則為遠(yuǎn)程主機(jī)創(chuàng)建一個(gè)隧道。 3. 若目的地在純 IPv4 網(wǎng)絡(luò)中則為邊界路由器創(chuàng)建一個(gè)隧道。邊界路由器存在于 IPv6 和 IPv4 域的邊界處。 4. 創(chuàng)建合適的路由選擇表輸入。 這樣，回收函數(shù)有了一個(gè)外部分解器的任務(wù) (Tsuchiya et al., 2020)，即解析一個(gè) IPv4 地址，也就是說進(jìn)入一個(gè) IPv6 地址的 A 記錄，即 AAAA 記錄。為此，它會(huì)生成一個(gè)對(duì) DNS 服務(wù)器的 DNS 查詢。再一次，隧道的創(chuàng)建可在內(nèi)核空 間中進(jìn)行。注冊(cè)的函數(shù)將執(zhí)行創(chuàng)建虛擬界面的任務(wù)并和新創(chuàng)建的設(shè)備一起配置隧道數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。隧道參數(shù)可存儲(chǔ)于界面的私有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。 一旦設(shè)備被創(chuàng)建出來，那么一個(gè)目的地路由就可與之關(guān)聯(lián)，如此一來，數(shù)據(jù)包就能被轉(zhuǎn)向這個(gè)界面了。傳輸函數(shù)就能利用儲(chǔ)存在隧道私有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的信息，有組織地封裝這些數(shù)據(jù)包（圖 2）。接下來回收函數(shù)就能返回 NF_ACCEPT 的一個(gè)判斷以便數(shù)據(jù)包返回網(wǎng)絡(luò)棧中。接著由內(nèi)核作出路由判斷。 一個(gè) IPv6 域中的用戶空間守護(hù)程序被配置用于傳達(dá)在 IPv4 目的地建立隧道的需求，或者是邊界路由器的目的地 在 IPv4 域中。 一種新的被稱為 IPIP（值 4）的協(xié)議被注冊(cè)用于接收那些隧道數(shù)據(jù)包。注冊(cè)程序涉及到一些用于處理這些隧道數(shù)據(jù)包及生成錯(cuò)誤信息（ ICMP 信息）的特定函數(shù)。接收函數(shù)移除 IPv6 頭信息并且模擬另一個(gè)接收程序，此時(shí)一個(gè) IPv4 數(shù)據(jù)包被接收，虛擬界面的一些參數(shù)被調(diào)整以便 IPv4 數(shù)據(jù)包的接收可通過虛擬設(shè)備來模擬。 5 Time (ms) 圖 2. 數(shù)據(jù)包的接收 . 延遲時(shí)間 在性能評(píng)估中，隧道式機(jī)制傳輸平均延遲時(shí)間 (Tsuchiya et al., 2020。 Raicu and Zeadally,2020)第一。平均延遲時(shí)間是指把時(shí)間作為一個(gè)封包通過網(wǎng)路連接從發(fā)送者傳輸?shù)浇邮苷摺y(cè)試的執(zhí)行是通過 Ping 4 3 IPv4 Tunneled Latency 2 1 0 64 128 256 數(shù)據(jù)包大小 512 768 圖 . 6 Throughput (kbps) 2500 Throughput 2020 IPv4 Tunneled 1500 1000 500 0 64 128 256 512 768 數(shù)據(jù)包 (字節(jié) ) 圖 4. 吞吐量分析 . 程序運(yùn)行在可靠的 ICMP 網(wǎng)絡(luò)層上， ping 程序的功能是發(fā)送回應(yīng)請(qǐng)求包來控制指定節(jié)點(diǎn)和檢查回應(yīng)訊息，并以此來判定特殊節(jié)點(diǎn)是否存活。 延遲的測(cè)量是從客戶端向服務(wù)器發(fā)送 64， 128， 258， 512 及 768 字節(jié)的數(shù)據(jù)包，服務(wù)器一旦收到數(shù)據(jù)包即立刻回送給客戶端。整個(gè)過程將重復(fù)進(jìn)行，周期循環(huán) 1000 次。 圖 3 顯示： IPv4 包與隧道包延遲的比較，數(shù)據(jù)包的大小由 64 字節(jié)到 768 字節(jié)的不同。隨著數(shù)據(jù)包字節(jié)的改變，總值呈現(xiàn)出 由 7%到 30%的變化。總值出現(xiàn)于隧道包封裝與 DE 封裝的所需時(shí)間。 吞吐量