IPv4/IPv6地址协议转换实现研究

论文摘要

随着Internet的快速发展，Internet用户的数量越来越多。但随着用户数量的增加，IPv4协议中的网络地址数量已经不能够Internet发展的需求了。下一代网络协议IPv6将IP地址的长度由32比特扩展到128比特，可以彻底地解决IP地址匮乏的问题。并且，IPv6还简化了报文格式，对安全性、移动性、服务质量等进行了加强。但是目前绝大多数的Internet上应用都是基于IPv4，从IPv4向IPv6的过渡需要一个相当长的过程。在过渡期间，必须要解决好IPv4与IPv6之间通信的问题。网络地址转换-协议转换（NAT-PT）在IPv4和IPv6网络的边界处设立转换服务器，通过对两子网之间通信的数据包做地址和协议转换，可以使两种不同的主机在各自网络内部的都不做任何改变的情况下实现相互通信。本论文的工作主要可以分为两个方面，地址转换算法的分析和硬件电路的实现。在地址转换中，为了节省IPv4的地址采用了地址端口转换技术。在地址端口转换的实现中，需要将经过转换器的每个连接在两个域中的地址映射情况纪录在一张以Hash形式组织的地址映射表中，地址端口转换效率高低取决于Hash值的冲突率。通过对NLANR提供的数据包首部的分析，得出网络连接中客户地址、服务器地址、客户端口、服务器端口各比特随机特性；根据这些分析的结果，对异或移位算法进行了改进。通过对数据包的分析，建立一个数据包的激励模型产生数据包激励，将改进后的算法与IPSX、CRC16、BOB、异或移位算法进行比较。通过比较表明，不论是Hash值冲突率还是Hash函数计算的复杂度，改进后的算法都要优于其他算法。根据改进后的算法组织地址映射表，并分析了连接结束的判定、新纪录的快速插入、地址端口的回收利用等问题，实现协议转换的硬件电路。对于协议转换，通过分析IP、ICMP等协议转换的处理方式，设计架构，划分并定义子模块功能和相互关系，实现硬件协议转换电路。最后给出一些地址协议转换的测试的案例和结果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 IPv6的优势
• 1.2 IPv4向IPv6过渡
• 1.2.1 隧道技术
• 1.2.2 双协议栈
• 1.2.3 NAT-PT
• 1.3 论文结构
• 第2章 地址协议转换原理
• 2.1 地址转换
• 2.1.1 地址转换类型
• 2.1.2 地址端口转换的原理
• 2.2 IP首部转换
• 2.3 ICMP转换
• 2.4 TCP/UDP修改
• 2.5 FTP报文转换
• 2.6 DNS报文转换
• 第3章 地址协议转换的实现
• 3.1 总体框架
• 3.2 映射表查找算法分析
• 3.2.1 查找方式比较
• 3.2.2 现有IP流Hash算法
• 3.2.3 元组随机测度分析
• 3.2.4 改进算法
• 3.3 地址转换的实现
• 3.3.1 IPv4的地址池
• 3.3.2 地址映射表
• 3.3.3 映射表地址池
• 3.3.4 映射表管理模块
• 3.3.5 超时检查模块
• 3.4 协议转换实现
• 3.4.1 解析模块
• 3.4.2 IP首部转换模块
• 3.4.3 ICMP查询报文转换模块
• 3.4.4 ICMP差错报文转换模块
• 3.4.5 UDP报文转换模块
• 3.4.6 TCP报文转换模块
• 3.4.7 DNS-ALG模块
• 3.4.8 FTP-ALG模块
• 第4章 测试与分析
• 4.1 IP流Hash的算法评测
• 4.1.1 激励模型
• 4.1.2 算法比较
• 4.2 功能测试
• 第5章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献