Linux环境下的IPv4/IPv6翻译网关研究

摘要

当前计算机技术的飞速发展带动了人们对网络通信的巨大需求, IPv4协议随之暴露出其很多的缺陷,越来越不能满足Internet用户提出的各种服务需求。 IPv6是 IETF 制定的新一代网际协议，以取代目前地址日渐短缺的 IPv4 协议。尽管 IPv6 能够解决地址匮乏的问题，但是从 IPv4 过渡到 IPv6 还需要很长一段时间，在此期间，所有新增的 IPv6 网络都需要与现存的 IPv4 网络进行通信，如何实现两者之间的通信进而达到IPv4向IPv6平滑过渡的目的，是现今研究的热点。 由于目前已经存在了一些IPv4到IPv6的过渡机制，因此本文首先介绍了几种常见的过渡机制，并对这几种机制适用的范围、优势及缺点进行了分析与比较。引出了本课题所采用的NAT-PT过渡机制。该机制既要执行地址翻译，还要进行协议翻译，其中 NAT 对 IPv4 地址和IPv6 地址进行相互翻译，PT 按照语义等价的原则对 IPv4 报文和 IPv6 报文进行相互翻译。NAT-PT与相应的ALG 结合使用(例如 DNS_ALG 和 FTP_ALG 等)，使得 IPv4 和 IPv6 应用程序之间可以通信。使用 NAT-PT 作为过渡机制的一个主要优点是：现有主机无需任何改变，因为NAT-PT 的配置都是在 NAT-PT 网关上进行。 由于Linux操作系统具有源代码开放、支持IPv6、内核模块加载功能等诸多优势，有利于本课题的研究和设计，因此作者在仔细分析学习了NAT-PT 的技术原理和Linux操作系统的相关知识之后，提出了在Linux环境下NAT-PT翻译网关的设计研究方案。 本课题着力于对 NAT-PT翻译网关基本功能的研究和实验，主要包含了数据包捕获与生成、地址翻译、协议翻译和DNS-ALG四个功能模块，在研究中，对基于 SIIT 的协议翻译算法中的疏漏进行了完善。这四个功能模块互相调用，针对不同的数据包进行相应的操作：数据包捕获与生成采用Libpcap和Libnet函数库进行设计；地址翻译模块重点对IPv4地址池结构、IPv4/IPv6映射表及与协议翻译模块的接口进行设计；协议翻译模块主要包括IPv4/IPv6 报文的翻译、ICMPv4/ICMPv6 报文的翻译以及对上层协议报文头部的修改；DNS-ALG模块则围绕着DNS数据包的转换进行研究。最后在构建的实验环境下对这些功能模块进行了相关测试，并对实验结果及原理进行了分析和论证。本课题完成了IPv4与IPv6之间互通的设计与研究，并结合实验取得了较满意的效果，对于IPv4向IPv6的平滑过渡作了有益的尝试。