基于NAT-PT的IPv6過渡技術(shù)的研究.pdf

1、由于IPv4的地址資源在2012年左右將要耗盡，以及現(xiàn)有的基于IPv4的網(wǎng)絡(luò)對流媒體、安全性等的支持不夠，所以IETF很早就制定了下一代網(wǎng)絡(luò)協(xié)議IPv6。IPv6吸收了IPv4的優(yōu)點并在此基礎(chǔ)上對其進行了改進，能夠給用戶提供更好的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，所以IPv6取代IPv4是必然趨勢。但是目前的IT基礎(chǔ)設(shè)施都是基于IPv4的，所以IPv4過渡到IPv6需要一個很長的階段。在此期間，IPv4將與IPv6共存，這就要求IPv4網(wǎng)絡(luò)與IPv6網(wǎng)絡(luò)能夠進

2、行透明的通信。
　　 NAT-PT既執(zhí)行地址翻譯，又進行協(xié)議翻譯，其中NAT對IPv4地址和IPv6地址進行翻譯，PT按照語義等價的原則對IPv4報文和IPv6報文進行相互翻譯。另外，NAT-PT與相應(yīng)的ALG結(jié)合使用，例如DNS-ALG和FTP-ALG，使得IPv4應(yīng)用程序和IPv6應(yīng)用程序之間可以通信。使用NAT-PT作為過渡機制的一個優(yōu)點是，現(xiàn)有主機無需任何改變，因為NAT-PT的配置都是在NAT-PT網(wǎng)關(guān)上進行的。通過使

3、用NAT-PT，無需對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)進行任何改變就能使IPv6網(wǎng)絡(luò)主機與現(xiàn)有的IPv4網(wǎng)絡(luò)主機通信。
　　 本文首先介紹IPv6協(xié)議的新特點，并與IPv4協(xié)議進行比較，對IPv4向IPv6過渡的過渡原則作了深入的分析。對隧道、雙棧、翻譯等幾種常用的過渡技術(shù)進行探討，并對NAT-PT的原理和通信過程進行了詳細(xì)研究。在此基礎(chǔ)上提出基于NAT-PT技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)過渡解決方案，給出了NAT-PT的網(wǎng)關(guān)設(shè)計方案，實現(xiàn)功能包括地址翻譯、協(xié)議翻譯和部分

4、ALG，并且通過實驗對NAT-PT進行了驗證。論文在地址轉(zhuǎn)換部分的研究過程中，利用哈希表和Patricia樹相結(jié)合的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，改進了原有地址映射表的存儲結(jié)構(gòu)，提高了算法的查找效率，改善了系統(tǒng)地址轉(zhuǎn)換性能。
　　 本文主要工作包括以下幾個方面：
　　 1.深入分析比較了雙棧、隧道、翻譯三種典型的過渡技術(shù)的原理和適用場合，對他們的優(yōu)缺點進行了對比。
　　 2.深入研究SIIT和NAT-PT技術(shù)的原理和通信過程。SII

5、T對IP/ICMP報文進行協(xié)議翻譯，能夠?qū)崿F(xiàn)IPv4網(wǎng)絡(luò)節(jié)點與IPv6網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間的通信，但是由于它是無狀態(tài)的，SIIT無法對IPv4地址進行復(fù)用，所以地址池的大小限制了IPv6節(jié)點的數(shù)量。NAT-PT把SIIT協(xié)議轉(zhuǎn)換技術(shù)與IPv4網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換技術(shù)(NAT)相結(jié)合，它利用了SIIT技術(shù)的工作機制，同時又利用了傳統(tǒng)的IPv4下的NAT技術(shù)來動態(tài)地給訪問IPv4節(jié)點的IPv6節(jié)點分配IPv4地址，很好地解決了SIIT技術(shù)中全局IPv

6、4地址池規(guī)模有限的問題，可以大規(guī)模應(yīng)用。
　　 3.設(shè)計了一種基于Patricia樹并輔之以Hash表的高速網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下地址映射記錄的快速搜索算法，加快了地址映射項的搜索過程，提高了NAT-PT的性能。
　　 4.設(shè)計了IPv4與IPv6兩種協(xié)議族之間的轉(zhuǎn)換算法，包括IPv4與IPv6的相互轉(zhuǎn)換、ICMPv4與ICMPv6的相互轉(zhuǎn)換，在UDP和TCP的檢驗和調(diào)整部分設(shè)計了一種新的檢驗和更新算法。在IP分片情況下，使IPv4

7、與IPv6協(xié)議之間更好的對應(yīng)轉(zhuǎn)換。使ICMPv4與ICMPv6協(xié)議各種類型報文之間具有更好的對應(yīng)關(guān)系。
　　 5.設(shè)計并實現(xiàn)一種基于Linux平臺的NAT-PT轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)，包括地址翻譯、協(xié)議翻譯和DNS-ALG三個部分。通過實驗結(jié)果表明NAT-PT網(wǎng)關(guān)具有較好的性能。
　　 NAT-PT網(wǎng)關(guān)可以解決IPv4與IPv6網(wǎng)絡(luò)共存階段中IPv4主機與IPv6主機互通的問題，改進的NAT-PT網(wǎng)關(guān)更適合應(yīng)用于像學(xué)校和企業(yè)等中大規(guī)模