IPv4/IPv6安全网关的应用与分析

1 引言

　　IPv6取代IPv4已经成为公认的事实，然而这将是一个长期的、渐进的过程。IPv6的部署大致要经历一个过程。初始阶段，在IPv4的网络海洋中，会出现若干局部零散的IPv6孤岛，为了保持通信，这些孤岛通过跨越IPv4的隧道彼此连接。随着IPv6规模的应用，原来的孤岛逐渐聚合成为了骨干的IPv6 Internet网络，形成于IPv4骨干网并存的局面。在IPv6骨干上可以引入了大量的新业务，同时可以充分发挥IPv6的优势。为了实现IPv6和IPv4网络资源的互访，还需要转换服务器以实现IPv6和IPv4的互通。最后，IPv4骨干网逐步萎缩成局部的孤岛，通过隧道连接，IPv6占据主导地位，具备全球范围的连通性。

　　IPv6提供很多过渡技术来实现这个渐进过程。这些过渡技术主要围绕着解决两类问题：IPv6孤岛互通技术--实现IPv6网络和IPv6网络的互通;IPv6和IPv4互通技术--实现两个不同网络之间互相访问资源。因此我们提出研制IPv4/IPv6互联网关，通过协议地址翻译的机制来解决IPv4和IPv6的互联互通问题，实现IPv4向IPv6的平滑过渡。该设备可应用在城域网、校园网、企业网和其他专用网络上，实现各级子网对现有IPv6/IPv4资源的安全访问。图1-1为IPv4/IPv6网关的典型应用场景。图1-2为IPv4/IPv6网关组网的连接情况。

　　图1-1 IPv4/IPv6安全网关的典型应用场景

　　图1-2 IPv4/IPv6安全网关组网

2 IPv4/IPv6安全网关原理

　　IPv4/IPv6安全网关主要由四部分构成，分别为机械结构部分、路由器电器部分、一次电源和通风散热系统。机械部分包括主机箱和配线架，主机箱可以外购或者按照机械尺寸定制，配线架采用19英寸机箱的标准配线架;一次电源和电源厂家协商定制;通风散热系统由两组风扇组成，负责网关主机框和电源的散热;路由器电器将采用主控板、交换板、电源冗余设计等模块实现模块化结构设计，具有平滑的可升级能力。IPv4/IPv6安全网关的体系结构如图1-3所示。

　　图1-3 IPv4/IPv6网关体系结构

　　安全网关主要包括支撑子系统，路由协议处理子系统(主要是BGP4+代理)，IPv4/IPv6互连网关核心功能处理子系统、IP转发子系统(分布式结构)，操作管理子系统等等。图1-4给出了在该体系结构下，IP分组流动的示意图。

n 操作与管理子系统

　　操作与管理子系统(OAM子系统)是整个IPv4/IPv6互连网关的控制核心。它需要实现对整个IPv4/IPv6互连网关系统的控制和管理。操作与管理子系统的主要功能包括：提供多种用户操作界面，包括控制台、虚拟终端和SNMP网络管理;实现被管理模块之间的信息交互;提供分布式支持;实现错误检测和错误恢复功能;提供一套完善的运行时调试接口。

　　n IP转发子系统

　　转发子系统实现IPv4/IPv6互连网关系统中路由器的基本功能-IP分组的转发。该子系统实现IPv6、ICMPv6和Neighbor Discovery三个主要协议以及IPv4协议栈中的相应协议，并能够同时支持单处理器平台和分布式多处理器平台的IP分组转发。

　　n 路由协议处理子系统

　　路由协议处理子系统主要实现IPv4/IPv6互连网关上的BGP4+的代理，4to6过渡协议需要支持IPv4路由表向IPv6传播，并从IPv6网络中学习IPv4路由表。该部分主要实现4to6过渡协议中的路由处理机制，包括组播路由的支持。

　　n 支撑子系统

　　支撑子系统是整个IPv4/IPv6互连网关系统上层应用实体的服务提供者。从协议角度看，它为BGP4+代理以及网管协议SNMP提供服务;从系统角度来看，它是操作和管理系统的一种手段。支撑子系统将实现它的三个组成部分的协议规范要求，实现了端到端的数据传输，并且提供了一种远程登录访问的手段。

　　n IPv4/IPv6安全网关核心功能处理子系统

　　安全网关核心功能处理主要是实现IPv4/IPv6网络过渡机制和过渡技术，目前包括协议翻译转换技术、隧道技术、4to6过渡技术以及应用层网关技术。安全网关3个主要的部分：报文翻译，DNS应用层网关，FTP应用层网关。

l 报文翻译

　　报文翻译部分是NAT_PT的最基础部分。它负责进行IPv4和IPv6报文之间的翻译。具体的实现主要针对TCP、UDP和ICMP三种不同类型的报文进行翻译。由于TCP自己的特性，在地址映射的时间上，还有TCP建立连接的时候，对动态地址池的操作都和UDP、ICMP有所区别。

　　l DNS应用层网关

　　DNS应用层网关部分是为了支持DNS的IPv6扩展功能的。它主要对针对目的端口/源端口=53的DNS_UDP报文进行翻译的。DNS应用层网关的主要功能是支持外部的IPv4主机对IPv6域内服务器的访问。这样，当外部的DNSv4的查询报文通过路由器的时候，将被翻译后送到IPv6域内的IPv6 DNS服务器。同样IPv6域内的IPv6 DNS服务器的DNSv6回复报文，也将被翻译后返回给原IPv4主机。

l FTP应用