关于IPv6嵌入式网络的使用与技术支持
出处：h1968123 发布于：2007-12-28 13:38:05
本文主要对引发IPv6嵌入式网络的使用与IPv6嵌入式网络地址、协议、特征、地址间的体系结构等概述作一介绍，并对用DSC80C400的软硬技术开发IPv6嵌入式网络作一分析。
为何要使用IPv6嵌入式网络
使用IPv6是发展的必然
当今，随着Internet已经广泛地普及与发展，所带来的严重问题是IP地址即将用尽，这是为什么?
因为IP节点的可寻址空间越来越紧张。虽然232 (大约40亿)个IPv4地址(这是当前IP为Version4(版本4)-IPv4)还没有完全分配(2001年的增长速度与以前的指数增长率相比略有下降，由于IPv4的地址分配方式，实际仅有大约1.6亿个地址可供使用)，但是，预计在未来的几年内所有地址将被完全占用。下一代IP-IPv6——将地址空间扩展到了2128，远远超出了人们的想象，在我们居住星球(地球总面积约内509，917，870平方公里)的每平方米就可提供6.67 ×1023个地址。这将保证未来的所有设备都可获得自己的地址。那如何解决IP地址即将用尽的问题呢?
为了从根本上解决IP地址即将用尽的问题，必须使用IPv6进行标准化，它是一个已经开始利用的Internet协议。目前，人们使用的IPv4的地址为4 octes(32位)。在IPv6中，这个地址已变为IPv4的4倍，即16 octes(128位)。
修改IP协议的工作是一项非常麻烦的工作，这是因为必须改变与Internet相连的主机和路由器的全部IP地址。例如像现在的状态，因为Internet已经广泛地普及起来了，所以要替换所有的IP地址是非常困难的。
基于上述理由，使用IPv6不仅能够解决IP地址枯竭的问题，而且，在应用上对IPv4感到不满的牢骚也能够一扫而光。另外，人们也正在进行IPv6和IPv4之间的互换和直接进行通信的工作。
IPv6嵌入式网络发展产生将带来哪些福音
拥有了足够的地址就不再需要网络地址转换(NAT) 和临时性地址租赁或其它用于保存严格限量分配的IPv4地址的组装机。尽管台式机、服务器及其它传统的网络设备占有明显优势，但预计不同领域的网络设备将会有大幅度的增长——正如我们目前所了解的，大多数小型设备将会改变互联网的命运。新潮网络用户总是集中在诸如GPRS(通用分组无伐线业务)、UMTS(通用鸡移动通信糸统)蜂窝电话或PDA的无线或移动设备，另外还包括一些嵌入式设备，如：监视器、传感器和智能节点，它们几乎能够嵌入到任何系统，从汽车到水表。
IPv6不仅扩展了地址空间，它检查IP使配置过程简单化、自动化(嵌入式应用的另一需求)；它使IP更坚固、可扩展、可移动，增强了安全性和服务质量支持，简化、加速了路由。困扰IPv4的严峻问题是：初分配IPv4地址的方式几乎是随机的，无法阻止路由表主干线的增长。IPv6要好一些，重建IP并逐步替代IPv4——将获得许多优点。双IPv4／IPv6网络堆栈支持混合环境，允许向IPv6的逐步过渡。
亚洲是采纳IPv6的区域之一，因为这个区域在初分配IPv4地址时变化不大。中国的互联网用户无论是相对数量、还是数量，都是预期增长快的国家。考虑到它的优势和几个国家的政府管理层采纳的计划，IPv6正在变得更加重要。它在很长一段时间停留在原型阶段，现在已成为大多数操作系统的一个标准部件，例如：Microsoft WindowsXP，Sun SlarisTM 8/9等。
值此本文要進一步介绍IPv6嵌入式网络地址、协议、特征、地址问的体系结构等概述及运用驻留在DS80C400微控制器内部的硅软件包开发IPv6网络技术支持作一分析。如果具备基本的网络知识或对IPv4有一定的了解，那末对下述的IPv6网络内容就能有更好的理解。
IPv6嵌入式网络概述
IPv6中IP地址及表示方法
在IPv6中，IP地址的长度为128位，用这个长度可以表示38位十进制数(2128＝约3.40×1038)。这个数字已经是天文数字了，我们可以想像它能够连接无数台的计算机。
IPv6的IP地址如果与IPv4一样，使用十进制数来书写的话，则需要16个数字并排书写。这样的书写方法是非常麻烦的。因此，IPv6利用了其他的表示方法。它采用的是把128
位的IP地址每16位进行分隔，并且使用的是十六进制数，以冒号(：)来隔开的表示方法，在连续出现0的情况下，可以使用两个冒号(：：)表示省略。但是，在IP地址的一个地方只允许一个0的省略表示方法，即允许两个冒号(：：)连续出现。在IPv6中，虽然人们下了不少功夫，想办法尽可能简单地表示IP地址，但是，这也造成了IP地址的变长，为人们的记忆带来了困难。
用IPv6表示的IP地址省略的实例
·用二进制的表示方法
0001000010000000：0000000000000000：0000000000000000：
0000000000000000： ．
0000000000001000：0000100000000000：0010000000001100：
0100000101111010
·用十六进制的表示方法
1080：0：0：0：8：800：200C：417A ·
一1080：：8：800：200C：417A(省略时)
值此需要说明的是， IPv6自动可配置功能的关键在于使用地址的方式，128位的IPv6地址划分为64位前缀(网位或子网)和64位主机位。前缀，也代表地址的范围，可以由网络供应商(通常，48个前缀位由ISP分配;16位用于区分各个站点)或路由器广播分配，也可以放置在链接或网站上。在以太网中，主机位通常由设备的MAC(媒介存取控制)，地址(按照IEEE EUI-64格式)产生。这意味着IPv6节点一旦接通将配合一个有效的IP地址操作。为实现通信，节点需要申请或收听路由器包括前缀以及前缀与EUI-64组合的广播。与附加在IPv4的DHCP所不同的是：所有IPv6节点能够自行配置，即使在没有服务器的条件下。
又再例，IPv6地址用十六进制数表示，16位为一组。例如：3ffe：aaaa：bbbb：CCCC：260：8ff：fe8d：6009，是一个范围的地址。
同一机器具有“链接-本地”地址fe80：：260：8ff：fe8d：6ee9，这里fe80：：／64是链接-本地地址的前缀，／64表示前缀的长度、：：是0的缩写。环回主机(1Pv4中表示为1270．0．1)是简单的：：1。站点本地地址有一个fec0：：／10前缀。由于IPv4中没有可直接等效的站点本地地址，现在很少使用这些地址。
从用户的角度看，这些较长的地址通常隐藏在DNS(区域命名糸统)名的背后，如WWW．Maxim-ic．com。为了提供IPv6地址，需要一个具有IPv6功能的DNS服务器。可按照范例：IN AAAA 3ffe：aaaa：bbbb：cccc：260：8ff：fe8d：6ee9在DNS上建立一个IPv6地址登录替代用于IPv4的IN A记录，没有根本性的新概念。由于IPv6地址的前缀预计变化比较频繁，所以，强烈推荐使用DNS。网络的重新编号比IPv4简单的多，甚至能够自动实现。
IPv6有单播地址和组播地址。此外，还定义了一种新型的厂随播地址目标类型。一个指向随播IP的包被传送给若干个主机中近或适合的主机。随播有助于通过路由改善负载平衡(在Ipv4上，DNS负载平衡，例循环法被普遍采用，而不考虑路由问题)。
协议
尽管IPv6毫无更改地保留了UDP(用户数括据报协定)和TCP的高层协议，IP包的报头必须加以修改以符合更大的地址，需要对它进行清理、整齐地排列成64位，始终保持固定的长度以便路由；由于更高层协议已经带有包括IP报头部分的校验和，所以IP报头的校验和被取消。
一个有趣的更改是利用相邻发现协议(NDP)替代ARP(地址分辨率协定)，NDP是新型ICMPv6的一部分。不同于向整个区域广播地址分辨要求的做法，IPv6规划组播群体和IPv6地址的方式避免了这种广播，并可确保节点(几乎)只接收它们真正感兴趣的信息。
IPv6的特征
IPv6具有如下的特征，其中一些功能在IPv4也提供了。但是，这并不是说，将IPv4的功能嵌入到操作系统中等，在实际安装时都安装了全部的功能。对于网络管理员来讲，不能利用的功能也存在，管理起来比较麻烦的、不能够实现的功能也存在。在IPv6中，由于它提供了几乎是全部必需的功能，所以，能够减轻网络管理员的负担和劳动。
通过不断地努力，今后，人们可能会一点点地从IPv4向IPv6进行转移。
*IP地址的扩大和路由控制表的聚集
将IP的结构改变为适用于Internet上的分层结构。并且，人们将适合于地址结构的IP地址有计划地进行发布，并尽可能地不让路由控制表变得太大。
*提高了性能
使得报头的结构更加简单，能够减轻路由器的负担。在路由器中不进行分段处理(利用路由MTU检索，由发送端主机进行分段处理)。
·必须具有标志和播放功能
能够自动地分配IP地址。
·采用了和加密功能
防止伪造IP地址，提高了安全功能，同时还提供了防止盗听功能。
IPv6中的IP地址的体系结构
IPv6也有像IPv4一样的分类，它用IP地址的开始的几位来区别IP地址的种类。通常，在发送IP数据报的时候，如果开始的几位为001，则表示使用的是全局IP地址。在Internet中，这个地址是的。在公司的内部，该地址可以作为私有地址在局部地址中使用。
在没有路由器的计算机网络中，当在Ethernet的同一段内进行通信的时候，可以使用链接局部的地址。当然，在公司内部和同一段内的主机中，也可以使用全局地址进行通信。
在IPv6问的一个NIC中，同时可以拥有上述问的两个以上的IP地址，对于不同的应用，可以分别使用不同的IP地址。
IPv6中的分段处理
在IPv6中，为了减轻路由器的负担，以实现高速的Internet，只在主机部分发送处进行分段处理，在路由器中不进行分段处理。因此，路由MTU(信息传送单元)检索在IPv6中是必须具有的功能。但是，在IPv6中，的MTU为1280 octet(8位长字节)。因此，即使实际不具备路由MTU检索功能，在发送IP包的时候，以1280 octet(8位长字节)为单位进行分段处理之后，再发送即可。
IPv6嵌入式网络的技术支持
DS80C400中的TCP／IP
内置的DS80C400固化软件(ROM)包含了经过现场验证的、修订版的DallasTCP／IP堆栈。硅软件包还包括一个小的操作系统和所有开发小型C或汇编语言的TCP／IP网络客户端和服务器应用的使用功能，少只需128kB的外部存储器。如果期望应用开发更容易和更快速或者希望扩充的Java功能，例如对象的序列化，也可以将DS80C400配合TINIJava运行环境使用。
驻留C或汇编语言支持通过BSD(贝克莱软件/标准分布)和工业标准的跨平台套接字接口实现，如：socket()、bind()、listen()、accept()、connect()、send()等’。
TINI Java环境完全遵从JDK(开发软件包) 1.1.8，并支持全部java.net包；可以使用任何支持Java的编译器。TINI执行标准的Java程序和字节代码。
除了支持网络应用外，DS80C400硅软件包还可实现网络引导功能，通过TFTP(普通文件件传送协定)加载应用，支持IPv4的DHCP(动态主配置协定-是在TCP/IP网络上使客户机获得IP地址等配置信息的协议)，甚至自配置IPv6上更简单的TFTP(普通文件件传送协定)。图2分别描述了IPv4和IPv6上的DS80C400网络引导。网络引导装入器可通过DS80C400的引脚或通过引导装人器串口的用户命令唤醒。
DS80C400中的IPv6
DS80C400硅软件包支持加入网络所需要(DS80C400固化软件中的IPv6部分是在InternetNode，Inc的密切协作下开发完成的)的IPv6功能，符合“Minimum Requirements of IPv6 for Low-Cost Network Appliances”草案。考虑到嵌入式器件的资源紧缩，没有寄希望于用嵌入式器件实现包括安全、移动IP和路由的所有IPv6功能。
IPv6逐步被人们采纳需要经过几年的时间，因此，DS80C400网络堆栈集成了IPv4和IPv6双堆栈。由于DS80C400支持两种协议，它提供了在现存IPv4网络上传送IPv6的通道(6over4)。必要时它通过路由器传送数据包，本身并不需要执行协议间的转换。
例1是DS80C4加运行在TINI 1.1 Java环境下的范例，表示一个能够处理IPv4和IPv6请求的、简单的多径网络服务器的片段。从示例中看不到IPv6的特定代码，因为它们根本就不存在。应用可以毫不费力地从IPv4端口转向IPv4&6端口；仅需检查输入的IP地址，可能只需调用针对该目的提供的TINl 1.1功能。TINl 1.1Java环境添加了Java2SeEl.4Inet6Address类支持IPv6。不需要其它用户可见的更改，其它所有更改均隐芷在现埸背后。
例2是用C语言编写的、仅靠DS80C400硅软件包工作的一个网络客户的内核。另外，除目标地址外没有IPv6特定代码。在DS80C400网络堆栈实现过程中，所有网络地址长度为128位。在内部，IPv4地址靠右对齐，前96位置0。示例中分配了一个IPv6目标地址，TCP端口建立一个堆栈，然后与目标连接。
例1：TINI Java网络服务器
／／Listen to inbound TCP connections
private class 1istenTCPThread extends Thread
{
private ServerSocket serverSock；
public void run()
{
while (running) {
try{
／／Create new thread for each client
Thread client=new clientTCPThread(serverSock．accept())；
client．start()；
)
catch (Exception e) {}
)
…
private class clientTCPTHread extends THread
{
private Socket Sock；
private lnputStream iS；private Outputstream os；
BufferedReader br；
Public clientTCPThread(Socket s) throws IOException
{
Sock=S；
is=s.getInputstream()；os=S．getoutputStream()；
br=new BufferedReader(new lnputStreamReader(is))；
)
public void run()
{
／／Loop while Socket is open
try {
while (running) {
os．write(parseCommand(br．readLine()．getBytes()， 0))；
}
)
例2：C网络客户
{
Struct Sockaddr target；
unsigned int S；
／*Fillsockaddr with valid IPv6 target address and port*／
target．Sin addr[0] =0x3f；
target．Sin addr[1] =Oxfe；
…
target．Sin addr[15] =0xe9；
target．Sin_ port=34000；
／*open socket and Connect to target address*／
s=socket(0， SOCKET_TYPE_STREAM， 0)；
result = Connect(S， &target， SiZeof(Struct sockaddr))；
．．． ／* Send／receive data here *／
closesocket(S)；
)
总结
作为IP协议的评估和调整，IPv6显得越来越重要，尤其是对于一个成功的网络型嵌入式器件更是至关重要。IPv6提供了几乎没有限制的IP地址数量、自动配置和通用的流线型IP协议。
DS80C400使得编写支持IPv4和IPv6网络的应用更简单。IPv6为所有新的应用提供了引人注目的优势。
关键词：嵌入式
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