面向NAT用户的IPv6隧道技术研究

论文摘要

IPv4由于地址不足等固有缺陷,越来越不能满足网络发展的需要。新的互联网协议IPv6在继承IPv4优点的基础上解决了IPv4存在的问题。在广泛力量的推动下,IPv6即将取代IPv4已是不争的事实。但从IPv4到IPv6的过渡不可能一蹴而就,它需要一个渐进的过程。在相当长的时间里,两者将相互共存。研究如何实现从IPv4到IPv6的平滑过渡,对加快整个过渡进程、推动IPv6的部署和运营具有十分重要的现实意义。NAT是用来解决地址不足或保护内网的一种有效技术,在企业、学校、政府部门等机构的网络建设中被广泛地采用。特别是在我国,由于IP地址严重短缺,NAT的应用非常普遍。因此,过渡时期实现NAT用户和IPv6网络的互连,显得格外的重要。隧道是一种主流的过渡技术,然而,现有的隧道机制或者不支持NAT用户,或者支持却并不十分有效。本论文围绕隧道技术存在的这些问题进行了深入研究。论文的主要工作和创新点如下:1.提出了一种新的面向NAT用户的IPv6隧道技术,称之为Silkroad。目前已有的隧道机制中,只有微软公司提出的Teredo协议在一定程度上支持NAT。然而,Teredo实际上不能为NAT用户提供双向的端到端IPv6连接,不支持对称类型的NAT,并且存在安全隐患。Silkroad采用客户端-服务器模式的系统结构,利用隧道服务器的有状态特性,解决了Teredo存在的问题。Silkroad可以为所有类型的NAT用户提供双向的端到端IPv6连接,同时具有更高的安全性,是过渡时期一种简捷有效的IPv6接入方法。2.针对客户端-服务器隧道模式下NAT用户之间的通信存在三角路由的问题,提出了一种自适应通信优化方法。该方法根据用户之间的会话长度来确定优化策略。如果会话长度大于预先定义的一个阈值,用户选择通信优化,在正式通信之前启动交互过程来获得对方的隧道参数,然后直接建立隧道进行通信;不然,用户之间通过隧道服务器来完成通信。建立时间开销模型用于数值分析,分析结果表明该方法可以尽可能的减少NAT用户之间的通信开销,使不同类型的网络应用都能获得较好的服务质量。3.多服务器结构的隧道接入系统中,需要对用户的接入请求进行调度,以实现服务器负载均衡。论文在分析隧道服务器特征的基础上,提出了一

论文目录

• 摘要
• 第一章 引言
• 1.1 研究的动机和意义
• 1.1.1 研究动机
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 研究内容
• 1.2.1 穿透NAT
• 1.2.2 隧道服务器负载均衡
• 1.2.3 提高隧道传输效率
• 1.3 本文贡献
• 1.4 论文结构
• 第二章 背景知识与研究现状
• 2.1 IPv6 简介
• 2.1.1 IPv6 的诞生背景
• 2.1.2 IPv6 的主要特征
• 2.1.3 IPv6 现状及发展趋势
• 2.2 过渡技术概述
• 2.2.1 双协议栈
• 2.2.2 协议翻译
• 2.2.3 隧道
• 2.2.4 应用前景分析
• 2.3 IPv6-in-IPv4 隧道
• 2.3.1 6to4 隧道
• 2.3.2 ISATAP隧道
• 2.3.3 6over4 隧道
• 2.3.4 隧道代理
• 2.3.5 兼容地址自动隧道
• 2.4 NAT及其对IPv6-in-IPv4 隧道的影响
• 2.4.1 NAT工作流程
• 2.4.2 NAT类型
• 2.4.3 NAT对IPv6-in-IPv4 隧道的影响
• 2.5 Teredo协议
• 2.5.1 Teredo体系结构
• 2.5.2 Teredo地址
• 2.5.3 Teredo路由
• 2.5.4 Teredo通信过程
• 2.6 Teredo协议的不足
• 2.7 小结
• 第三章 Silkroad协议
• 3.1 介绍
• 3.2 Teredo问题的解决思路
• 3.2.1 客户端-服务器模式
• 3.2.2 服务器的有状态特性
• 3.3 协议设计
• 3.3.1 术语定义
• 3.3.2 网络模型
• 3.3.3 Silkroad报文格式
• 3.3.4 客户端地址配置和身份认证
• 3.3.5 服务器状态信息维护
• 3.3.6 数据传输过程
• 3.4 安全性分析
• 3.4.1 中间人攻击
• 3.4.2 拒绝服务攻击
• 3.5 Silkroad的特点和不足
• 3.6 小结
• 第四章 Silkroad通信优化
• 4.1 介绍
• 4.2 通信优化方法
• 4.2.1 基本原理
• 4.2.2 通信优化对NAT类型的要求
• 4.2.3 交互过程
• 4.2.4 获取NAT类型
• 4.2.5 相同链路上的客户端通信
• 4.3 自适应通信优化方法
• 4.3.1 通信优化的代价
• 4.3.2 自适应优化原理
• 4.4 建模和评估
• 4.4.1 时间开销模型
• 4.4.2 数值分析
• 4.5 小结
• 第五章 隧道服务器负载均衡
• 5.1 介绍
• 5.2 服务器负载均衡技术概况
• 5.2.1 调度器的选择
• 5.2.2 调度算法
• 5.3 Silkroad负载均衡方案
• 5.3.1 导航器调度程序
• 5.3.2 隧道服务器负载指示
• 5.3.3 加权最少隧道调度
• 5.4 调度算法性能评估
• 5.4.1 仿真实验参数
• 5.4.2 评估方法
• 5.4.3 仿真结果
• 5.5 小结
• 第六章 一种鲁棒的IPv6 头部压缩方法
• 6.1 介绍
• 6.1.1 采用头部压缩机制的必要性
• 6.1.2 采用头部压缩机制的可行性
• 6.2 已有压缩方法及不足
• 6.2.1 头部压缩基本概念
• 6.2.2 差分编码压缩原理
• 6.2.3 性能分析
• 6.3 SBHC压缩方法
• 6.3.1 SBHC压缩原理
• 6.3.2 可行性分析
• 6.3.3 压缩端/解压缩端行为描述
• 6.3.4 映射表管理
• 6.4 SBHC实现和性能评估
• 6.4.1 在Linux平台上的实现
• 6.4.2 SBHC和VJ的性能比较
• 6.5 小结
• 第七章 Silkroad实现
• 7.1 介绍
• 7.2 系统实现框架
• 7.2.1 隧道实现方式
• 7.2.2 总体结构
• 7.3 隧道的实现
• 7.3.1 数据结构
• 7.3.2 设备初始化
• 7.3.3 数据包发送
• 7.3.4 数据包接收
• 7.3.5 出错处理
• 7.3.6 I/O控制
• 7.4 应用程序的实现
• 7.4.1 接口标识符的生成
• 7.4.2 身份认证
• 7.4.3 数据库操作
• 7.5 性能测试
• 7.5.1 测试内容和测试方法
• 7.5.2 测试结果
• 7.6 系统演示
• 7.7 小结
• 第八章 结论和下一步工作
• 8.1 总结
• 8.2 下一步工作
• 参考文献
• 致谢
• 作者简历