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双协议栈

在一台设备上同时启用IPv4协议栈和IPv6协议栈

双协议栈技术就是指在一台设备上同时启用IPv4协议栈和IPv6协议栈。这样的话，这台设备既能和IPv4网络通信，又能和IPv6网络通信。如果这台设备是一个路由器，那么这台路由器的不同接口上，分别配置了IPv4地址和IPv6地址，并很可能分别连接了IPv4网络和IPv6网络。如果这台设备是一个计算机，那么它将同时拥有IPv4地址和IPv6地址，并具备同时处理这两个协议地址的功能。

双协议栈 ( Dual Stack) 采用该技术的节点上同时运行IPv4和IPv6两套协议栈。这是使IPv6节点保持与纯IPv4节点兼容最直接的方式，针对的对象是通信端节点（包括主机、路由器）。这种方式对IPv4和IPv6提供了完全的兼容，但是对于IP地址耗尽的问题却没有任何帮助。由于需要双路由基础设施，这种方式反而增加了网络的复杂度。
一、双协议栈的工作方式
双协议栈是指在单个节点同时支持IPv4和IPv6两种协议栈。由于IPv6和IPv4是功能相近的网络层协议, 两者都基于相同的物理平台, 而且加载于其上的传输层协议TCP和UDP也基本没有区别, 因此, 支持双协议栈的节点既能与支持IPv4协议的节点通信, 又能与支持IPv6协议的节点通信。可以相信, 网络中主要服务商在网络全部升级到IPv6协议之前必将支持双协议栈的运行。
1 . 接收数据包
双栈节点与其它类型的多栈节点的工作方式相同。链路层接收到数据段, 拆开并检查包头。如果IPv4/IPv6头中的第一个字段, 即IP包的版本号是4, 该数据包就由IPv4栈来处理; 如果版本号是6, 则由IPv6栈处理; 如果建立了自动隧道机制, 则采用相应的技术将数据包重新整合为IPv6数据包, 由IPv6栈来处理。
2 . 发送数据包
由于双栈主机同时支持IPv4和IPv6两种协议, 所以当其在网络中通信的时候需要根据情况确定使用其中的一种协议栈进行通信, 这就需要制定双协议栈的工作方式。在网络通信过程中, 目的地址是作为路由选择的主要参数, 因而根据应用程序所使用的目的地址的协议类型对双协议栈的工作方式做出如下约定:
( 1) 若应用程序使用的目的地址为IPv4地址, 则使用IPv4协议;
假设节点A与节点B通信, A为双栈节点, 节点B支持IPv4协议( 目的地址为IPv4地址) 。则双栈节点A工作方式:
使用IPv4协议与节点B通信。
完备性证明: 节点A有两种选择, 使用IPv4协议或者IPv6协议与主机B通信。根据给定条件, A, B节点均支持
IPv4协议, 所以选择IPv4协议可以保证通信正常进行, 故约定是充分的。如果使用IPv6协议进行通信, 因为不能确定B是否为双栈节点( 给定条件仅是目的地址为IPv4地址) , 所以当B节点不支持IPv6协议时不能保证通信正常进行, 故约定是必要的。至此可以认为约定( 1) 是完备的。
( 2) 若目的地址为IPv6地址, 且为本地在线网络, 则使用IPv6协议。
( 3) 若应用程序使用的目的地址为IPv4兼容的IPv6地址, 并且非本地在线网络, 则使用IPv4协议, 此时的IPv6将
封装在IPv4中。IPv4兼容的IPv6地址, 是IPv6协议规范中提供的特殊地址。这类地址高阶96位均为0, 低价32位包含IPv4地址。IPv4兼容地址被节点用于通过IPv4路由器以隧道方式传送IPv6包,这些节点既理解IPv4又理解IPv6。能够自动将IPv6包以隧道方式在IPv4网络中传送的IPv4/IPv6双栈节点将使用这些地址。根据IPv6协议地址规范以及( 3) 假定的条件, 可以确定目的节点B同样是一个双栈节点, 而结合IPv4/IPv6过渡时期网络的基本状况, 节点A与节点B的通信将跨越IPv4网络,所以使用IPv4协议是可行的。当然, 也可以使用IPv6协议进行通信, 但在过渡初期, ( 3) 的约定将优于使用IPv6协议通信。
( 4) 若应用程序使用的目的地址是非IPv4兼容的IPv6地址, 非本地在线网络, 则使用IPv6协议。类似约定( 2) , 使用IPv6协议能够保证通信正常进行,而如果是跨越纯IPv4网络的通信, 将采用隧道等机制实现通信; 而如果通过本地网络, 则无须隧道机制即可完成通信。
( 5) 若应用程序使用域名作为目标地址, 则先从域名服务器得到相应的IPv4/IPv6地址, 然后根据地址情况进行相应的处理。
以上( 1) 至( 5) 是双协议栈的工作方式, 随着IPv6网络规模的不断扩大, 这些工作方式必将做相应的修改和补充，这将取决于过渡的进程与IPv6网络的不断演进。
二、基于双协议栈的应用服务
1 . 基于双协议栈的域名服务域名系统( 简称: DNS) 的主要功能是通过域名和IP地址之间的相互对应关系, 来精确定位网络资源, 即根据域名查询IP地址, 反之亦然。DNS是Internet的基础架构, 众多的网络服务都是建立在DNS体系基础之上的。因此, DNS的重要性不言而喻。
IPv4地址正向解析的资源记录是“A”记录。IPv6地址解析目前有两种资源记录, 即“AAAA” 和“A6” 记录。“A6”记录支持一些“AAAA”所不具备的新特性, 如地址聚合, 地址更改( Renumber) 等。
在DNS服务器中同时存在“A” 记录和“AAAA” ( 或“A6”) 记录。由于节点既可以处理IPv4协议, 也可以处理IPv6协议, 因此无需DNS ALG等转换设备。无论DNS服务器回答“A”记录还是“AAAA”记录, 都可以进行通信。
2 . 基于双协议栈的BBS服务
BBS是互联网上交流的平台, 在网络服务中起着重要的作用, 随着IPv4向IPv6的平滑过渡, 创建基于双协议栈的
BBS服务系统就显得很有必要。根据“ 基本的支持IPv6的socket ( 套接字) 接口扩展”, 修改相关部分代码, 就可实现兼容IPv6和IPv4的BBS系统。
( 1) IPv6套接口地址结构
在〈sys/socket.h〉中定义了IPv6的地址族———AF_INET6和协议族———PF_INET6, 或者将新的sockaddr_in6数据结构同原来的sockaddr_in数据结构区分开, 后者将在创建socket时使用。
( 2) IPv6的几种特殊地址在构造支持IPv6的BBS系统时, 要用到以下两种IPv6的特殊地址。①IPv4地址映射的IPv6地址。②IPv6通配地址。
( 3) 如何使程序兼容IPv4/IPv6大部分现有的网络应用程序是为IPv4编写的, 从上述原理可看出, 除了一些同IPv4的特性紧密相关的程序( 如使用多播、IP选项或原始套接口的程序) , 大部分IPv4应用程序若要转换成兼容IPv4/IPv6应用程序并不是很困难的。基于这种思想, 根据Socket API对IPv4和IPv6兼容所做的支持, 对现有的BBS系统( 基于IPv4的应用程序系统) 进行一系列的修改, 构造一个支持IPv6的BBS系统。采取以下主要步骤:
①构造一个双协议栈( Dual Stack) BBS服务器, 分别赋予IPv4和IPv6地址, 使得其上运行的BBS服务既能处理使用IPv4的客户, 又能处理使用IPv6的客户。
②对原来的IPv4套接字地址部分进行修改, 创建基于IPv6 套接字。
③将IPv6套接字绑定到IPv6通配地址和23号监听端口。
④采用兼容IPv4/IPv6的地址转换函数代替只支持IPv4的地址转换函数。
⑤修改程序中有关IP地址显示格式的代码, 以足够长度
支持IPv6地址的显示。
3 . IPv6校园网过渡方案
在过渡过程中, IPv6网段作为孤岛接入IPv4网络, 为实现IPv6网段之间以及IPv4、IPv6网段之间的互通, 必须综合各种过渡技术, 优化网络结构, 在保证网络安全可靠运行以及逐步过渡、节约投资的前提下, 设计过渡方案。根据以上基本原则以及网络运行状况, 对于校园网络的初期过渡方案
规划如下:
( 1) 跨IPv4网络的IPv6间通信采用隧道技术实现;
( 2) 基于IPv4的服务器逐步升级为双协议栈节点服务器;
( 3) IPv4/IPv6客户端互通则可以采用NAT- PT技术实现;
( 4) 本地IPv6网段联出口路由器接入上级IPv6网络。
在开展IPv6应用的初期, 应该尽量保证原有网络系统安全、稳定运行, 所以对于新增的IPv6网段, 应该以独立链路接入上级IPv6网络。选择双协议栈路由器作为IPv6网段的接入节点, 以保证新建IPv6网段能同时使用本地网络服务。
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