IPv6

题目：IPv6下WinSock网络编程的研究和实现郭静盈2008年1月9内容提要研究意义海内外的研究现状及分析IPv6相对于IPv4WinSock的改变IPv6下Daytime协议的研究与实现IPV4的现状目前的全球因特网所采用的协议族是TCP/IP协议族。IP是TCP/IP协议族中的网络层协议，是TCP/IP协议族的核心协议。目前IP协议的版本号是4(简称为IPv4)。IPV4技术，核心技术属于美国。它的最大问题是网络地址资源有限，从理论上讲，IPv4中规定IP地址长度为32，即有2^32-1个地址，有43亿个，其中北美占有3/4，约30亿个，而人口最多的亚洲只有不到4亿个，中国只有3千多万个，只相当于美国麻省理工学院的数量。近年来，随着Internet呈指数级的飞速发展，网民数量越来越多，导致IP地址变得越来越珍稀，IPv4地址空间几近耗竭。另外，随着Internet主干网路由器维护大型路由表能力的增强，地址配置趋向于更简单化的要求，IP层安全需求的增长，更好的实时QoS支持等需求，IPv4也越来越不能满足这些要求了。IPv4的不足地址空间问题。路由选择问题。Qos问题。地址分配不便，网络管理变得越来越复杂问题。安全性问题。移动支持问题。二、IPv6的出现为了解决上述问题，Internet工程任务组（IETF）开发了IPv6，即第六版网间协议。这一新版本，也曾被称为下一代IP。IPv6采用了长度为128位的IP地址，其网络地址可以达到2的128次方个，彻底解决了IPv4地址不足的难题。IPv6的地址格式与IPv4不同。目前的IPV4地址表现形式采用的是点分十进制形式。IPv6地址的基本表达方式是X:X:X:X:X:X:X:X，由8个地址节组成，其中每个地址节X是一个4位十六进制整数，每个整数包含4个数字，每一个数字包含4个地址位，所以每个地址节X共包含16个地址位，8个地址节X组成，所以共计128位(4×4×8=128)。例如，下面是一些合法的IPv6地址：CDCD:901A:2222:5498:8475:1111:3900:20201030:0:0:0:C9B4:FF12:48AA:1A2B2000:0:0:0:0:0:0:1IPv6地址用冒号分隔字(每个字用4位十六进制数表示)法表示,特殊情况下,还有用符号“::”简化连续0法表示和与IPv4混合法表示形式。例如:2008:0:0:0:0:88:0:0:417A、2008::88:0:0:417A、2008::FF:211.70.251.169等都是IPv6地址的合法表示。注意:每个地址中只能出现一次“::”符号,故又称一次简化表示法。IPV6不同和改进地址空间数据报头的格式对Qos(服务质量)的支持安全性特征邻居发现和即插即用对移动的支持三、IPv6特性新包头格式更大的地址空间高效的层次寻址及路由结构全状态和无状态地址配置内置安全设施更好的QoS支持用于邻节点交互的新协议可扩展性四、IPv6的应用1.3G业务2.个人智能终端3.家庭网络4.在线游戏向IPv6的过渡技术双栈模式隧道技术IPv6封装在IPv4内IPv6报头传输层报头数据IPv6报头传输层报头数据IPv4报头五、IPv4向IPv6的过渡尽管IPv6比IPv4具有明显的先进性，但是IETF认识到，要想在短时间内将Internet和各个企业网络中的所有系统全部从IPv4升级到IPv6是不可能的，换言之，IPv6与IPv4系统在Internet中长期共存是不可避免的现实。为此，做为IPv6研究工作的一个部分，IETF制定了推动IPv4向IPv6过渡的方案，其中包括三个机制：1、兼容IPv4的IPv6地址2、双IP协议栈3、基于IPv4隧道的IPv6。六、IPv6的前景据预测，到2005年中国的互联网用户将达到2亿人，在数量上将达到世界第一位。就算全部互联网用户不都是永远在线，IP地址的不足在三四年后也将被耗尽。IPv4地址枯竭后，才进行IPv6地址的分配和IPv6的网络构建是来不及的,应该在IPv4地址枯竭前逐步引进IPv6，经过IPv6与IPv4的共存时代，最终全面过渡到IPv6。美国拥有全世界约70％的IP地址（大约每人10个IP地址），他们几乎感觉不到地址空间少带来的压力，因此，在IPv6推出之后的几年中，他们对新标准的态度不是很积极。但是最近美国人对IPv6的态度发生了一些细微的变化,美国国防部也在积极测试IPv6，并宣布替换现有的IPv4网络。在欧洲，由于IPv4地址相对匮乏，政府和各大公司对IPv6的态度都比较积极。同时由于欧洲在IPv4的网络经济中落后于美国，而欧洲移动通信事业相对发达，他们希望在移动通信领域中掌握先机，并通过3G的部署来实现他们在未来的网络经济中与美国并驾齐驱的愿望。为了抓住这一发展的契机，欧洲的各大厂商和运营商都对IPv6寄予了厚望并竭尽全力对它进行推广和研究，如诺基亚、爱立信、英国电信等公司一直都是IPv6研究方向的主要引导者。亚太的地址空间更加匮乏，包括中国在内的很多国家对IPv6保有积极的态度。所以无论从地址耗尽的角度考虑还是从全球发展的角度考虑，IPv6在中国具备很大的发展空间。可以说，IPv6已经成为数据通信产业一个璀璨的技术亮点。SOCKET开发(1)建立的SOCKET类型不同：对于IPv4创建SOCKET套接字调用为socket(AF_INET，SOCK_XX，0)；对于IPv6调用为SOCKET(AF_INET6，SOCK_XX，0)；这里的ＸＸ指TCP或UDP等。(2)网络API函数中的地址结构不同：对于IPv4的sockaddr_in，socketaddr_in.sin_family=AF_INET，sockaddr_in.sin_port=port。socketaddr_in.sin_addr为32位地址；对于IPv6的sockaddr6_in，socketaddr6_in.sin_family=AF_INET，sockaddr6_in.sin_port=port。Socketaddr6_in.sin_addr为128位地址。1IPv4和IPv6编程接口的区别Ipv4Sockets与IPv6Sockets编程接口的差异根据RFC2553和RFC3494，编程接口的差异主要体现在地址结构、地址转换函数、域名解析函数等方面。2.1IPV6中新增加的常量为了支持IPv6,需要定义一个新的地址族名,以正确地识别和解析IPv6的地址结构。同样,还需要定义一个新的协议族名(与地址族名具有相同的值),这样就可以使用合适的协议来创建一个套接字。新定义的IPv6地址族名和协议族名常量为:AF_INET6和PF_INET61.1网络地址结构不同套接字(socket)定义了一个协议专用的数据结构,这一数据结构用于保存一个套接字地址的各个组成部分。对于IPv协议,此结构为sockaddr_in。IPv4地址用一个32位整数来表示,应用程序通过sockaddr_in结构来指定IPv4地址和端口信息.sockaddr_in结构的定义:structsockaddr_in{shortsin_family;/*IP地址族,必须设为AF_INET*/unsignedshortsin_port;/*通信端口*/structin_addrsin_addr;/*以网络字节排序的4字节IPv4地址*/charsin_zero[8];/*填充项*/};IPv6和IPv4的最显著的区别是IPv6的地址是128位的,其大小是IPv4地址的4倍.指定IPv6地址和端口信息时使用sockaddr_in6结构:structsockaddr_in6{shortsin6_family;/*IP地址族,必须为AF_INET6*/u_shortsin6_port;/*端口号,和IPv4中意义相同*/u_longsin6_flowinfo;/*标记连接通信量*/structin6_addrsin6_addr;/*IPv6地址的16字节结构*/u_longsin6_scope_id;/*地址所在的接口索引(范围ID)*/}编程接口中主要的IPv6地址解析函数解析函数功能getipnodebyname()由名字获取IP地址structhostent*getipnodebyaddr()由IP地址获取名字getaddrinfo()解析获取全部地址信息getnameinfo()解析获取全部名字信息2.3.1编程接口中的IPv6地址结构#definePF_INET6AF_INET6structin6_addr{u_int8_ts6_addr[16];//128位的IPv6网络地址,网络字节顺序}structsockaddr_in6{u_charsin6_len;//地址长度u_charsin6_family;//地址域,Windows系统中仅为AF_INET6u_int16_tsin6_port;//端口号u_int32_tsin6_flowinfo;//地址流信息structin6_addrsin6_addr;//128位的IPv6网络地址u_int32_tsin6_scope_id;//地址接口识别号}2.2地址转换函数的差异IPv4通过下列函数完成文本表示的十进制点分地址和32bits的网络字节序地址之间的相互转换:intinet_aton(constchar*strptr,structin_addr*ad-drptr);in_addr_tinet_addr(constchar*strptr);char*inet_ntoa(structin_addrinaddr);IPv6通过下列函数完成文本表示的IPv6地址和128bits的网络字节序地址之间的相互转换：intinet_pton(intfamily,constchar*strptr,void*ad-drptr)；constchar*inet_ntop(intfamily,constvoid*addrp-tr,char*strptr,size_tlen)在作程序移植或编制基于IPv6的程序时，函数inet_aton()或inet_addr()需要用函数inet_pton()来替换；函数inet_ntoa()需要用函数来inet_ntop()替换。2.3域名解析函数的差异IPv4通过下列函数完成主机名或域名到IPv4地址的解析:structhostent*gethostbyname(constchar*host-name)；其中入口参数hostname为主机名或域名，函数返回的结果存放在structhostent中。IPv6特有的独立于协议之上的函数有两个：getad-drinfo()（由名字获得IP地址）和getnameinfo(（)由IP地址获得名字），使用他们几乎可以得到所有有关主机的信息。getaddrinfo()的函数原型为：intgetaddrinfo(constchar*hostname,constchar*service,conststructaddition*hints,structaddrinfo**res)其中hostname可以是主机名地址或实际Ipv4或者IPv6地址，service可以是服务器名或十进制端口号，hints相当于一个过滤器，只有符合hints机构的内容才会返回到res指针中，当hints为空时，函数假定ai_flag,、ai_socktype和ai_protocol的值为零,ai_familly1.2创建socket时传入的参数不同IPv4调用socket函数创建套接字时,传入的参数是AF_INET.SOCKETs=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP);/*TCP协议为例*/.IPv6创建套接字时,传入的参数是AF_INET6.SOCKETs=socket(AF_INET6,SOCK_STREAM,IPPRO