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)絡發(fā)展的需要。新的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議IPv6在繼承IPv4優(yōu)點的基礎(chǔ)上解決了IPv4存在的問題。在廣泛力量的推動下，IPv6即將取代IPv4已是不爭的事實。但從IPv4到IPv6的過渡不可能一蹴而就，它需要一個漸進的過程。在根當長的時間里，兩者將相互共存。研究如何實現(xiàn)從IPv4到IPv6的平滑過渡，對加快整個過渡進程、推動IPv6的部署和運營具有十分重要的現(xiàn)實意義。 NAT是用來解決地址不

2、足或保護內(nèi)網(wǎng)的一種有效技術(shù)，在企業(yè)、學校、政府部門等機構(gòu)的網(wǎng)絡建設中被廣泛地采用。特別是在我國，由于IP地址嚴重短缺，NAT的應用非常普遍。因此，過渡時期實現(xiàn)NAT用戶和IPv6網(wǎng)絡的互連，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)存在的這些問題進行了深入研究。論文的主要工作和創(chuàng)新點如下： 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實際上不能為NAT用戶提供雙向的端到端IPv6連接，不支持對稱類型的NAT，并且存在安全隱患。Silkroad采用客戶端-服務器模式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，利用隧道服務器的有狀態(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，同時具有更高的安全性，是過渡時期一種簡捷有效的I

4、Pv6接入方法。 2.針對客戶端．服務器隧道模式下NAT用戶之間的通信存在三角路由的問題，提出了一種自適應通信優(yōu)化方法。該方法根據(jù)用戶之間的會話長度來確定優(yōu)化策略。如果會話長度大于預先定義的一個閾值，用戶選擇通信優(yōu)化，在正式通信之前啟動交互過程來獲得對方的隧道參數(shù)，然后直接建立隧道進行通信；不然，用戶之間通過隧道服務器來完成通信。建立時間開銷模型用于數(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)絡應用都能獲得較好的服務質(zhì)量。 3.多服務器結(jié)構(gòu)的隧道接入系統(tǒng)中，需要對用戶的接入請求進行調(diào)度，以實現(xiàn)服務器負載均衡。論文在分析隧道服務器特征的基礎(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)目作為負載指示，將新的用戶接入請求分配到單位(容量)隧道數(shù)目最少的服務器上，并采用報警機制來解決因隧道數(shù)目不能完全反映實際負載所引起的問題。仿真實驗表明，該算法比典型的通用調(diào)度算法如輪叫調(diào)度、隨機調(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)運行的穩(wěn)定程度。 4．隧道對數(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)簡單、變化字段少的特點對其重新進行編碼，用2個字節(jié)的新頭部替換40個字節(jié)的lPv6頭部。通過在實際網(wǎng)絡中的測試

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)的多個實現(xiàn)版本。論文在詳細分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出將隧道功能和其他功能分離、隧道作為一個獨立模塊在內(nèi)核空間實現(xiàn)的方案，提高了系統(tǒng)的可擴展性。建立演示環(huán)境和模擬應用環(huán)境