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可演进的Locator/ID分离网络体系结构

作　者: 张海涛
导　师: 李星
学　校: 清华大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: Locator/ID分离网络体系结构可演进无状态协议翻译
分类号: TP393.02
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 3次
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内容摘要

当前互联网中所广泛使用的IP地址面临着双重语义的问题，它被同时用做了主机位置标识符（Locator）以及主机身份标识符（ID），这带来了很大的路由可扩展性问题。针对此问题，研究者们提出了Locator/ID分离的解决方案，也即将网络体系结构中的网络层分为位置层和身份层。与此同时，当前互联网还面临着IPv4地址枯竭以及IPv4/IPv6过渡的问题。本文提出了一种可演进的Locator/ID分离网络体系结构ELISIA，希望该结构在解决这些问题的基础上，允许主机上的IPv4和IPv6应用程序同时访问网络，并能够以极小的代价在当前的网络基础设施上进行增量部署。在具体设计时，本文先对已有的Locator/ID分离方案进行了回顾，分析了各个方案的优点和缺点。在此基础上，参照已经较成熟的IVI技术和NAT技术，本文设计了基于协议翻译的Locator/ID分离网络体系结构ELISIA。在ELISIA网络体系结构中，使用复用的IPv4地址或由其转化而来的IPv6地址作为主机身份标识符，使用复用的IPv4地址或者内嵌ID的IPv6地址作为主机位置标识符，Locator和ID之间的映射是通过协议翻译实现的。不同于已有的Locator/ID分离技术，ELISIA方案没有对TCP/IP网络体系的分层结构做任何修改。基于实践中广泛使用的DNS映射系统，本文还设计了配套的Locator/ID映射参数查询系统。本文给出了ELISIA网络体系结构下的基本通信场景，并给出了移动场景和多宿场景下的通信方案；设计了基于此网络体系结构的过渡部署方案，并在理论上证明，通过该网络体系结构的应用，当前IPv4/IPv6分离的互联网最终可以进入到Locator/ID分离的纯IPv6互联网。最后，本文还实现了综合基于Linux操作系统和Windows操作系统的原型。利用该原型系统，本文进行了一系列实验，证实了ELISIA网络体系结构作为Locator/ID分离技术以及过渡的网络体系结构的有效性。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第1章引言  9-17
  1.1 背景  9-11
  1.2 Locator/ID 分离的基本思想  11-12
  1.3 Locator/ID 分离技术的研究现状  12-15
    1.3.1 非 IP 地址作为主机 ID——MILSA  13
    1.3.2 算法生成类 IP 地址作为主机 ID——HIP  13-14
    1.3.3 指定 IP 地址作为主机 ID——LISP  14-15
  1.4 本文的研究内容和创新点  15-17
    1.4.1 本文的研究内容  15
    1.4.2 本文创新点  15-16
    1.4.3 本文结构安排  16-17
第2章 NAT 及 IVI 技术简介  17-31
  2.1 网络地址翻译技术 NAT 概述  17-23
    2.1.1 技术背景：IPv4 地址枯竭  17-18
    2.1.2 NAT 的工作原理  18-22
      2.1.2.1 基本 NAT（basic NAT）  19-21
      2.1.2.2 端口地址转换 NAT（NAPT）  21-22
    2.1.3 NAT 的功能  22-23
  2.2 无状态翻译技术 IVI 概述  23-31
    2.2.1 技术背景：IPv4/IPv6 过渡  23-25
    2.2.2 IVI 的翻译机制  25-29
      2.2.2.1 地址翻译  25-26
      2.2.2.2 报文翻译  26-29
    2.2.3 IVI 的工作原理  29-31
第3章可演进的 Locator/ID 分离网络体系结构（ELISIA）  31-37
  3.1 设计思想  31-32
  3.2 基本模型  32-36
    3.2.1 整体网络结构  32-33
    3.2.2 核心路由网络结构  33-34
    3.2.3 Locator/ID 映射  34-35
    3.2.4 网络分层结构  35-36
  3.3 基本通信流程  36-37
第4章 ELISIA 的 ID、Locator 及映射系统设计  37-56
  4.1 ID 设计  37-44
    4.1.1 无状态 IPv4 地址复用算法  37-40
    4.1.2 IDv4 的选取  40
    4.1.3 IDv61 的选取  40-42
    4.1.4 将 IDv4 翻译为 IDv61  42-44
    4.1.5 IDv62 的选取  44
  4.2 Locator 设计  44-47
  4.3 Locator/ID 映射系统设计  47-56
    4.3.1 Locator/ID 翻译设备  47
    4.3.2 Locator/ID 翻译规则  47-49
      4.3.2.1 将 ID 翻译为 Locator  48-49
      4.3.2.2 将 Locator 翻译为 ID  49
      4.3.2.3 Locatorv4 和 Locatorv6 之间的翻译  49
    4.3.3 Locator/ID 映射参数的存储  49-56
      4.3.3.1 Locator/ID 映射参数的本地缓存  50-52
      4.3.3.2 基于 DNS 系统的 Locator/ID 映射参数查询系统  52-56
第5章 ELISIA 的系统原型实现  56-67
  5.1 数据包翻译系统  56-62
    5.1.1 参数管理功能  57-58
    5.1.2 报文处理功能  58-59
    5.1.3 Locator/ID 映射功能  59-60
    5.1.4 端口映射功能  60-62
  5.2 Locator/ID 映射系统  62-67
第6章通信场景及过渡部署方案  67-77
  6.1 基本的通信场景  67-69
  6.2 对移动场景的支持  69-70
    6.2.1 通信之前主机移动  70
    6.2.2 通信之中主机移动  70
  6.3 对多宿场景的支持  70-71
    6.3.1 主机多宿（host multihoming）  70
    6.3.2 区域多宿（zone multihoming）  70-71
  6.4 过渡部署方案  71-77
    6.4.1 阶段一：IPv4/IPv6 分离的互联网  71-72
    6.4.2 阶段二：部署核心翻译器，IPv4/IPv6 网络互通  72-73
    6.4.3 阶段三：部分引入 ELISIA 网络体系结构  73-75
    6.4.4 阶段四：完全采用 ELISIA 网络体系结构  75
    6.4.5 阶段五：过渡到纯 IPv6 网络  75-77
第7章功能测试及性能测试  77-92
  7.1 实验环境配置  77-79
  7.2 功能测试  79-88
    7.2.1 验证端口限制功能  79-82
    7.2.2 验证基本连通功能  82-84
    7.2.3 验证 Locator/ID 映射参数查询系统功能  84-86
    7.2.4 验证对主机移动的支持  86-88
  7.3 性能测试  88-92
    7.3.1 Locator/ID 映射对通信性能的影响  88-90
    7.3.2 本地参数缓存时间对通信性能的影响  90-92
第8章结论  92-94
  8.1 研究总结  92-93
  8.2 下一步工作  93-94
参考文献  94-96
致谢  96-98
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  98

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