[发明专利]基于分布式哈希表DHT实现IPv4和IPv6互通的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于分布式哈希表DHT实现IPv4和IPv6互通的系统和方法，用于解决从IPv4向IPv6平滑过渡的问题，属于互联网中实现IPv4和IPv6互通的技术领域。

背景技术

现在，IPv4地址的32位空间已经越来越感到资源枯竭，未来很快就会面临IPv4地址资源用尽的问题，IPv6的128位地址空间能够很好地解决IPv4地址用尽问题，同时IPv6还能带来许多良好特性，诸如安全性，移动性和服务质量管理等。但是，由于IPv4和IPv6地址长度及包头结构的不同，两者数据包不能直接通信。例如，图1所示的网络拓扑中，图中下方的浅色与无色云图分别表示IPv4网络与IPv6网络，中间的深色云图表示IPv4和IPv6双栈网络，并分别用路由器、电脑两种图标表示网关节点GN和主机节点HN。其中，主机节点a和其他各个节点c、e、f、j的直接通信就会遇到很多问题。

为了实现从IPv4到IPv6的互通，科研人员已经提出了一系列的过渡机制，包括双栈，隧道，翻译器等方法。

双栈机制是其中的主机、路由器或交换机都要支持IPv4和IPv6两个协议栈，以便用IPv6协议栈与IPv6节点通信，在与IPv4节点通信时再切换到IPv4协议栈。由于双栈机制需要所有节点同时支持双栈协议，每个节点都要同时分配IPv4和IPv6两个地址，显然，它不能很好地解决IPv4地址枯竭问题。

隧道机制是将IPv6数据包封装到IPv4数据包中(反之亦然)，基于隧道终端节点TEP(tunnel end point)路由信息。隧道机制提供了从中间网络的一个边缘到另一个边缘的传输服务。然而，传统隧道机制的最大约束是不能实现IPv4网络到IPv6网络的直连互通(例如图1中的主机节点a到e)。另外，由于存储TEP路由信息的中继网关很可能成为通信瓶颈，因此有些隧道机制缺乏可扩展性与规模性。

RFC2765提到的无状态的IP和ICMP转换算法SIIT(Stateless IP和ICMPTranslation Algorithm)是对IP和ICMP报文进行协议转换，使用特定的地址空间完成IPv4与IPv6两种地址的转换。SIIT不记录流的状态，且在SIIT网络中，IPv6地址都要配置IPv4的翻译地址。因无法复用地址，地址池的空间也限制了IPv6节点数量。

网络地址翻译和协议翻译NAT-PT(Network Address Translation-Protocol Translation)是通过修改协议报头来转换网络地址，实现IPv4和IPv6节点互通；利用SIIT技术的工作机制和传统IPv4的NAT技术，为访问IPv4节点的IPv6节点动态分配IPv4地址，解决了SIIT技术中的IPv4全局地址池的规模受限问题；再利用应用层网关实现纯IPv6网主机和纯IPv4网主机的大部分应用的交互通信。但是，NAT-PT技术对网关性能要求很高，不适合部署于大规模IPv6网络，而且因其协议自身存在不少缺陷，会带来很多的部署问题和安全漏洞。

清华大学李星教授提出的用IVI技术对SIIP和NAT-PT技术进行改进。IVI转换模式分为两种：无状态的一对一转换和有状态的一对N转换。前者是通过一段特殊的IPv6地址与IPv4地址进行唯一映射，可以同时支持IPv4和IPv6发起的通信。后者也能实现IPv4地址的利用和IPv6对IPv4地址的单向互通。但是，随着用户规模的扩大和网络带宽的不断扩容，IVI系统可能成为性能瓶颈。另外，对于一些需要特殊协议的应用(如FTP等)，仍然需要采用结合应用层网关的方式加以解决，这也会增加IVI网关的负担。

总之，尽管现在已经提出许多可用的IPv4和IPv6互通的传输机制，但是，迄今为止，还没有一个单独的解决方案得到大规模部署和应用。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于分布式哈希表DHT实现IPv4和IPv6互通的系统和方法，从而在最小化地更改IPv4和IPv6协议基础上，解决现有IPv4和IPv6混合网络中的节点互联互通问题。本发明消除了原有IPv4和IPv6网络两种节点的地址差异，两种不同的主机依据计算出来的、符合设定规则的IP地址序列完成数据通信。因采用DHT技术，本发明具有良好的可扩展性和规模性。