基于网络处理器的IPv6协议栈的探讨

( 杭州师范大学钱江学院 浙江杭州 310012)
摘 要: 目前, 虽然I Pv4 协议仍是互联网的主要协议, 但其在实际应用过程中暴露出越来越多的缺点, 主要表现在地址空间不足、可移动
性不好、服务质量差和安全性低等方面。而I P v 6 协议作为下一代互联网的核心协议能很好解决上述问题, 因此其研究和实现成为了网络
研究人员关注的重点。
关键词:IPv6 网路处理器
中图分类号: T P 3 9 3
协议栈
文献标识码: A 文章编号:1674-098X(2010)03(a)-0036-01
1 课题背景
1.1 IPv6的优越性
( 1) 简化的报头格式 。IPv4 报头中的一
些字段被取消或是变成可选项 , 尽管 I Pv6
的地址长度是 IPv4的四倍 ,但是 IPv6的基本
报头只是 I Pv4 报头长度的两倍 。取消了对
报头中可选项长度的严格限制 ,增加了灵
活性 。(2) 简单的管理 。通过实现一系列的自
动发现和自动配置功能 ,简化网络节点的
管理和维护 ,更好地支持网站重编号和移
动计算 。(3)安全性 。在制定 IPv6技术规范的
同时 , 产生了 I PSec(I P Secur i t y) , 用于提供
IP层的安全性 。(4)可移动性 。IPv6 协议设计
的若干技术有利于移动计算的实现 ,包括 :
信宿选项头 ( dest i nat i on opt i ons header )、
路由选项头 (rout i ng header)、自动配置 、安
全机制以及泛播 ( Anycast )技术。
议字段类似 ,下一报头字段可以用来指出
高层是 TCP 还是 UDP, 但它也可以用来指
明 IPv6 扩展头的存在。
跳极限 : 长度为 8 位 。每当一个节点对
报文进行一次转发之后 ,这个字段就会被
减 1。如果该字段达到 0,这个报文就将被丢
弃。
源地址 :长度为 128位 ,指出了 I Pv6报文
的发送方地址。
目的地址 :长度为 128位 ,指出了 I Pv6报
文的接收方地址 。这个地址可以是一个单
播 、组播或任意播地址 。如果使用了选路扩
展头 ,其目的地址可以是其中某一个中间
节点的地址而不必是最终地址。
2.2 路由协议
因为 I Pv6 的地址有 128 位 , 所以 IPv4 中
的路由协议已不再适用 。在 I Pv6 协议中主
要提出了以下三种路由协议。
BGP4是一种外部网关协议 ,用于多个
自治域之间 。它既不是基于纯粹的链路状
态算法 ,也不是基于纯粹的距离向量算法。
它的主要功能是与其它自治域交换网络可
达信息 。各个自治域可以运行不同的内部
网关协议 。BGP4更新信息包括网络号和自
治域路径 , 其中 , 自治域路径包括到达某个
特定网络须经过的自治域串 。更新信息能
将相似路由合并为一条路由 ,且信息通过
TCP传送出去 , 以保证传输的可靠性。
OSPFv6是一种内部网关协议 , 它是基
于层次概念的 。层次的根是 AS( Aut onomous
Syst em, 自治系统 ), 它分为区域 , 每个区域
包括一组互连网络 。在同一区域内的路由
叫做区域内 (i nt ra-area) 路由 ,在不同区域内
的 路 由 叫 做 区 域 间 ( i n t e r - a r e a ) 路 由 。
OSPFv6适用于大型网络 ,它直接工作在 I P
层 ,并且 OSPFv6协议在报头的下一个报头
域定义值为 89 。
RIPng 是距离向量路由协议 ,它也是一
种内部网关协议 。RIPng是一个基于 UDP的
协议 。每个运行 RIPng的路由器都有一个路
由进程在 UDP 的 521 端口 ( RI Png 端口 ) 上发
送和接收数据包 ,且与其它路由器的 RIPng
进程进行的所有通信都被发送到此端口。
3 IPv6基本协议模块
3.1 IPv6报文输入过程
路由器输入报文处理过程主要包括报
文报头处理 、路由查表 、流量控制 、缓存和
队列调度等 。报头处理单元主要完成 I P 报
文报头字段的处理 ,包括跳数字段处理 、错
误检查 、扩展报头识别和报文分类等 。不能
直接转发的 I Pv6报文被放入一个单独的队
列 , 由系统处理机做相应的处理 ; 对于需要
转发的 I Pv6 报文 , 根据系统配置 ,提取 cl ass
和 f l owi dent i f i er 域 ,映射成报文优先级 。同 时 ,
生成路由查找模块和隧道模块需要的 数
据结构 ,交路由查找模块或隧道模块进 行
路由查找。
3.2 IPv6报文转发过程
报文转发流程图如图 1。
2 IPv6技术概述
2.1 IPv6报文头结构
版本 : 长度为 4 位 , 对于 I Pv6, 该字段必
须为 6。
业务流量类别 : 长度为 8 位 , 指明为该
报文提供了某 种“ 区分服务 ”。该字段的定
义独立于 I Pv6, 该字段的默认值是全 O 。
流标签 : 长度为 20 位 , 用于标识属于同
一业务流的报文 。一个节点可同时作为多
个业务流的发送源 :流标签和源节点地址
唯一标识了一个业务流。
净荷长度 :长度为 16 位 , 其中包括报文
净荷的字节长度 ,即 IPv6 报头后的报文中
包含的字节数 。这意味着在计算净荷长度
时包含了 IPv6扩展头的长度。
下一报头 :这个字段指出了 IPv6时及头
后所跟的头字段中的协议类型 。与 IPv6 协
4 IPv6高效性分析
系统之所以能实现高效转发 ,这同合
理的表项组织与高效的查找算法是密不可
分的 ,我们可以从软件查找算法和硬件查
找算法两个方面进行分析。
软件实现的路由算法大多都使用硬件
辅助的路由查找方法 ,在硬件查找方法中
我们采用了 TSE的硬件搜索算法 。我们把
DT 和 PSCB 存 放 在 硬 件 S R A M 中 , 虽 然
DRAM容量很大 ,但是其访存速度却很低 ,
一次大约访存需要 50 ～ 70ns。而 SRAM的速
度很高 ,一次访存大约仅需要 10~20ns, 又随
着 SRAM的发展 ,其容量也越来越大 。基于
以上这些特点使 SRAM可以用来实现基于
硬件快速路由查表 。其基本 思想是 :设计好
路由表结构 ,尽量使得一次访存能够命中
BMP; 并使用硬件流水线技术以达到以访
存速度查找路由表的目标 。这样 ,SRAM中
存储更多的路由表项以较少最长前缀匹配
查找路由表的复杂性。
参考文献
[1] 李波等译 . 第 3 代无线通信网络 [ M] . 人
民邮电出版社 , 2003 年 .
[ 2] 胡捍英 , 杨峰义 . 第三代移动通信系统
[ M] . 人民邮电出版社 , 2001 年 .