面向NAT用戶的IPv6隧道技術(shù)研究.pdf

1、IPv4由于地址不足等固有缺陷，越來越不能滿足網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的需要。新的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議IPv6在繼承IPv4優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上解決了IPv4存在的問題。在廣泛力量的推動(dòng)下，IPv6即將取代IPv4已是不爭(zhēng)的事實(shí)。但從IPv4到IPv6的過渡不可能一蹴而就，它需要一個(gè)漸進(jìn)的過程。在根當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間里，兩者將相互共存。研究如何實(shí)現(xiàn)從IPv4到IPv6的平滑過渡，對(duì)加快整個(gè)過渡進(jìn)程、推動(dòng)IPv6的部署和運(yùn)營(yíng)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。 NAT是用來解決地址不

2、足或保護(hù)內(nèi)網(wǎng)的一種有效技術(shù)，在企業(yè)、學(xué)校、政府部門等機(jī)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中被廣泛地采用。特別是在我國(guó)，由于IP地址嚴(yán)重短缺，NAT的應(yīng)用非常普遍。因此，過渡時(shí)期實(shí)現(xiàn)NAT用戶和IPv6網(wǎng)絡(luò)的互連，顯得格外的重要。隧道是一種主流的過渡技術(shù)，然而，現(xiàn)有的隧道機(jī)制或者不支持NAT用戶，或者支持卻并不十分有效。本論文圍繞隧道技術(shù)存在的這些問題進(jìn)行了深入研究。論文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下： 1.提出了一種新的面向NAT用戶的IPv6隧道技術(shù)，稱之

3、為Silkroad。目前已有的隧道機(jī)制中，只有微軟公司提出的Feredo協(xié)議在一定程度上支持NAT。然而，Teredo實(shí)際上不能為NAT用戶提供雙向的端到端IPv6連接，不支持對(duì)稱類型的NAT，并且存在安全隱患。Silkroad采用客戶端-服務(wù)器模式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，利用隧道服務(wù)器的有狀態(tài)特性，解決了Teredo存在的問題。Silkroad可以為所有類型的NAT用戶提供雙向的端到端IPv6連接，同時(shí)具有更高的安全性，是過渡時(shí)期一種簡(jiǎn)捷有效的I

4、Pv6接入方法。 2.針對(duì)客戶端．服務(wù)器隧道模式下NAT用戶之間的通信存在三角路由的問題，提出了一種自適應(yīng)通信優(yōu)化方法。該方法根據(jù)用戶之間的會(huì)話長(zhǎng)度來確定優(yōu)化策略。如果會(huì)話長(zhǎng)度大于預(yù)先定義的一個(gè)閾值，用戶選擇通信優(yōu)化，在正式通信之前啟動(dòng)交互過程來獲得對(duì)方的隧道參數(shù)，然后直接建立隧道進(jìn)行通信；不然，用戶之間通過隧道服務(wù)器來完成通信。建立時(shí)間開銷模型用于數(shù)值分析，分析結(jié)果表明該方法可以盡可能的減少NAT用戶之間的通信開銷，使不同類型

5、的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用都能獲得較好的服務(wù)質(zhì)量。 3.多服務(wù)器結(jié)構(gòu)的隧道接入系統(tǒng)中，需要對(duì)用戶的接入請(qǐng)求進(jìn)行調(diào)度，以實(shí)現(xiàn)服務(wù)器負(fù)載均衡。論文在分析隧道服務(wù)器特征的基礎(chǔ)上，提出了一種加權(quán)最少隧道調(diào)度算法。該算法以隧道數(shù)目作為負(fù)載指示，將新的用戶接入請(qǐng)求分配到單位(容量)隧道數(shù)目最少的服務(wù)器上，并采用報(bào)警機(jī)制來解決因隧道數(shù)目不能完全反映實(shí)際負(fù)載所引起的問題。仿真實(shí)驗(yàn)表明，該算法比典型的通用調(diào)度算法如輪叫調(diào)度、隨機(jī)調(diào)度、加權(quán)輪叫調(diào)度、最低利用率調(diào)度

6、等具有更好的性能，更有效地提高了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定程度。 4．隧道對(duì)數(shù)據(jù)包的封裝減小了有效數(shù)據(jù)載荷的比重，降低了鏈路傳輸效率。通過壓縮數(shù)據(jù)包頭部可以提高鏈路傳輸效率。但是，現(xiàn)有的壓縮算法基于差分編碼方式，在丟包率高的無線鏈路上可能反而會(huì)降低傳輸效率。論文提出了一種新的IPv6頭部壓縮算法SBHC。SBHC利用IPv6頭部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、變化字段少的特點(diǎn)對(duì)其重新進(jìn)行編碼，用2個(gè)字節(jié)的新頭部替換40個(gè)字節(jié)的lPv6頭部。通過在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中的測(cè)試

7、表明，SBHC魯棒性高，不受數(shù)據(jù)丟包的影響，在無線環(huán)境中也能明顯提高鏈路傳輸效率。 5．實(shí)現(xiàn)了Silkroad隧道接入系統(tǒng)，其中客戶端軟件有基于Red Hat8.0、Windows 2000、Familiar Linux 7.1以及Symbian 7.0等操作系統(tǒng)的多個(gè)實(shí)現(xiàn)版本。論文在詳細(xì)分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出將隧道功能和其他功能分離、隧道作為一個(gè)獨(dú)立模塊在內(nèi)核空間實(shí)現(xiàn)的方案，提高了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。建立演示環(huán)境和模擬應(yīng)用環(huán)境