IPv6地址以及IPv6DNS的研究

2019-11-04 10:30:38

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供稿：網友

　　隨著信息技術的不斷進步，互聯網在我國得到了迅速的發展。據調查，我國上網人數突破5千萬，達到世界第二。互聯網上的計算機之間的通信采用ip技術，現在的IP版本是IPv4。但是，隨著互聯網絡規模的迅速擴大，IPv4逐漸暴露出了一些缺陷。為了更好的適應互聯網的發展，國際網絡標準組織提出了新的IP版本IPv6，它彌補了IPv4的缺陷，是將取而代之的新技術。
　　
　　IPv6協議具有很多優點。首先，它提供了巨大的地址空間，這實際上是推廣IPv6的最大動力。其次，IPv6的地址結構和地址分配采用嚴格的層次結構，以便于進行地址聚合，從而大大減小了路由器中路由表的規模。再次，IPv6協議支持網絡節點的地址自動配置，可以實現即插即用功能。而且， IPv6協議對主機移動性有較好的支持，適合于越來越多的互聯網移動應用。另外，IPv6協議在安全性、對多媒體流的支持性等方面都具有超過IPv4的優勢。
　　
　　互聯網上的應用很多，但大都離不開域名系統(DNS)的支持，域名系統的主要作用是用來進行域名與IP地址的轉換，即域名解析，比如瀏覽網站、 Email、FTP等都需要先進行域名解析。IPv6網絡中的DNS非常重要，一些IPv6的新特性和DNS的支持密不可分。下面從IPv6 DNS的體系結構、IPv6的地址解析、IPv6地址自動配置和即插即用、IPv4到IPv6的過渡等幾方面對IPv6 DNS進行介紹。
　　
　　(1)IPv6域名系統的體系結構
　　IPv6網絡中的DNS與IPv4的DNS在體系結構上是一致的，都采用樹型結構的域名空間。IPv4協議與IPv6協議的不同并不意味著需要單獨兩套IPv4 DNS體系和IPv6 DNS體系，相反的是，DNS的體系和域名空間必須是一致的，即，IPv4和IPv6共同擁有統一的域名空間。在IPv4到IPv6的過渡階段，域名可以同時對應于多個IPv4和IPv6的地址。以后隨著IPv6網絡的普及，IPv6地址將逐漸取代IPv4地址。
　　
　　(2)DNS對IPv6地址層次性的支持
　　IPv6可聚合全局單播地址是在全局范圍內使用的地址，必須進行層次劃分及地址聚合。IPv6全局單播地址的分配方式如下：頂級地址聚合機構 TLA(即大的ISP或地址治理機構)獲得大塊地址，負責給次級地址聚合機構NLA(中小規模ISP)分配地址，NLA給站點級地址聚合機構SLA(子網)和網絡用戶分配地址。IPv6地址的層次性在DNS中通過地址鏈技術可以得到很好的支持。下面從DNS正向地址解析和反向地址解析兩方面進行分析。
　　
　　a. 正向解析
　　
　　IPv4的地址正向解析的資源記錄是“A”記錄。IPv6地址的正向解析目前有兩種資源記錄，即，“AAAA”和“A6”記錄。其中， “AAAA”較早提出<4>，它是對“A”記錄的簡單擴展，由于IP地址由32位擴展到128位，擴大了4倍，所以資源記錄由“A”擴大成4 個“A”。“AAAA”用來表示域名和IPv6地址的對應關系，并不支持地址的層次性。
　　
　　“A6”在RFC2874<5>中提出，它是把一個IPv6地址與多個“A6”記錄建立聯系，每個“A6”記錄都只包含了IPv6地址的一部分，結合后拼裝成一個完整的IPv6地址。“A6”記錄支持一些“AAAA”所不具備的新特性，如地址聚合，地址更改(Renumber)等。
　　
　　首先，“A6”記錄方式根據TLA、NLA和SLA的分配層次把128位的IPv6的地址分解成為若干級的地址前綴和地址后綴，構成了一個地址鏈。每個地址前綴和地址后綴都是地址鏈上的一環，一個完整的地址鏈就組成一個IPv6地址。這種思想符合IPv6地址的層次結構，從而支持地址聚合。
　　
　　其次，用戶在改變ISP時，要隨ISP改變而改變其擁有的IPv6地址。假如手工修改用戶子網中所有在DNS中注冊的地址，是一件非常繁瑣的事情。而在用“A6”記錄表示的地址鏈中，只要改變地址前綴對應的ISP名字即可，可以大大減少DNS中資源記錄的修改。并且在地址分配層次中越靠近底層，所需要改動的越少。
　　
　　b. 反向解析
　　
　　IPv6反向解析的記錄和IPv4一樣，是“PTR”，但地址表示形式有兩種。一種是用 “.”分隔的半字節16進制數字格式(Nibble Format)，低位地址在前，高位地址在后，域后綴是“IP6.INT.”。另一種是二進制串(Bit-string)格式，以“/<”開頭， 16進制地址(無分隔符，高位在前，低位在后)居中，地址后加“>”，域后綴是“IP6.ARPA.”。半字節16進制數字格式與“AAAA”對應，是對IPv4的簡單擴展。二進制串格式與“A6”記錄對應，地址也象“A6”一樣，可以分成多級地址鏈表示，每一級的授權用“DNAME”記錄。和 “A6”一樣，二進制串格式也支持地址層次特性。
　　
　　總之，以地址鏈形式表示的IPv6地址體現了地址的層次性，支持地址聚合和地址更改。但是，由于一次完整的地址解析分成多個步驟進行，需要按照地址的分配層次關系到不同的DNS服務器進行查詢。所有的查詢都成功才能得到完整的解析結果。這勢必會延長解析時間，出錯的機會也增加。因此，需要進一步改進DNS地址鏈功能，提高域名解析的速度才能為用戶提供理想的服務。
　　
　　(3)IPv6中的即插即用與DNS
　　IPv6協議支持地址自動配置，這是一種即插即用的機制，在沒有任何人工干預的情況下，IPv6網絡接口可以獲得鏈路局部地址、站點局部地址和全局地址等，并且可以防止地址重復。IPv6支持無狀態地址自動配置和有狀態地址自動配置兩種方式。
　　
　　IPv6節點通過地址自動配置得到IPv6地址和網關地址。但是，地址自動配置中不包括DNS服務器的自動配置。如何自動發現提供解析服務的DNS服務器也是一個需要解決的問題。正在研究的DNS服務器的自動發現的解決方法可以分為無狀態和有狀態兩類。
　　
　　在無狀態的方式下，需要為子網內部的DNS服務器配置站點范圍內的任播地址。要進行自動配置的節點以該任播地址為目的地址發送服務器發現請求，詢問DNS服務器地址、域名和搜索路徑等DNS信息。這個請求到達距離最近的DNS服務器，服務器根據請求，回答DNS服務器單播地址、域名和搜索路徑等 DNS信息。節點根據服務器的應答配置本機DNS信息，以后的DNS請求就直接用單播地址發送給DNS服務器。
　　
　　另外，也可以不用站點范圍內的任播地址，而采用站點范圍內的多播地址或鏈路多播地址等。還可以一直用站點范圍內的任播地址作為DNS服務器的地址，所有的DNS解析請求都發送給這個任播地址。距離最近的DNS服務器負責解析這個請求，得到解析結果后把結果返回請求節點，而不像上述做法是把DNS 服務器單播地址、域名和搜索路徑等DNS信息告訴節點。從網絡擴展性，安全性，實用性等多方面綜合考慮，第一種采用站點范圍內的任播地址作為DNS服務器地址的方式相對較好。
　　
　　在有狀態的DNS服務器發現方式下，是通過類似DHCP這樣的服務器把DNS服務器地址、域名和搜索路徑等DNS信息告訴節點。當然，這樣做需要額外的服務器。
　　
　　(4)IPv6過渡階段與DNS
　　在IPv4到IPv6的過渡過程中，作為Internet基礎架構的DNS服務也要支持這種網絡協議的升級和轉換。IPv4和IPv6的DNS記錄格式等方面有所不同，為了實現IPv4網絡和IPv6網絡之間的DNS查詢和響應，可以采用應用層網關DNS-ALG結合NAT－PT的方法，在 IPv4和IPv6網絡之間起到一個翻譯的作用。例如，IPv4的地址域名映射使用“A”記錄，而IPv6使用“AAAA”或“A6”記錄。那么， IPv4的節點發送到IPv6網絡的DNS查詢請求是“A”記錄，DNS-ALG就把“A”改寫成“AAAA”，并發送給IPv6網絡中的DNS服務器。當服務器的回答到達DNS-ALG時，DNS-ALG修改回答，把“AAAA”改為“A”，把IPv6地址改成DNS-ALG地址池中的IPv4轉換地址，把這個IPv4轉換地址和IPv6地址之間的映射關系通知NAT－PT，并把這個IPv4轉換地址作為解析結果返回IPv4主機。IPv4主機就以這個IPv4轉換地址作為目的地址與實際的IPv6主機通過NAT－PT通信。
　　
　　中國科學院和CNNIC一直致力于互聯網絡前沿性和基礎性的研究，非常重視IPv6域名系統的研究，并設立專項課題對此進行研究。CNNIC承擔了中國科學院知識創新工程重點項目“IPv6網絡要害技術研究與城域示范系統”的子項目“基于IPv6 DNS服務器研究”以及863重大項目“新一代互聯網技術綜合實驗環境”的子項目“IPv6域名系統研究”。CNNIC和科學院網絡中心共同建立了 IPv6試驗網，并已經成為全球最大的IPv6試驗網絡6Bone的骨干網絡節點和頂級地址分配機構pTLA，以及APNIC的商用地址分配機構 sTLA。在此基礎上，經過研究和試驗，已經建立起了試驗性的IPv6域名系統，可以向全球范圍內的IPv6網絡用戶提供域名解析服務。同時，實現了 IPv6 下DNS的多語種域名，加入了國際性的IPv6DNS測試床。還研究了動態更新，DNSSec，負載均衡，分布式服務器系統等。這些都將為我國今后的互聯網發展提供有力的支持。

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