IPv6网络拓扑发现方法研究

摘? 要 随着网络应用的蓬勃发展，网络规模的迅速扩大，基于IPv4协议的Internet网络逐渐显示出地址空间匮乏、没有提供质量服务等弊端，IETF从1991年开始着手研究下一代IP网络协议——IPv6协议。网络拓扑管理一直是IP网络管理的一个基本功能，主要实现网络拓扑自动发现、更新和配置信息管理。由于IPv6网络庞大地节点数量以及IPv6协议对各类协议的重新定义，适用于IPv4网络的拓扑发现技术和方法不能很好的适应IPv6网络环境。因此，大规模网络环境下，特别是IPv6和IPv4混合网络环境下的拓扑自动发现和管理成为网络管理功能面临的现实问题，同时也成为本文研究的核心内容。 本文首先介绍了拓扑管理在网络管理中的作用，以及在IPv4网络环境中拓扑发现的方法，然后通过分析IPv6相对于IPv4协议产生的变化和IPv6的相关概念、技术、应用，提出IPv6网络拓扑自动发现需要解决的问题。本文针对这些问题进行了分析和研究，并给出相应的设计方案和实现方法。在此基础上，本文设计并实现了IPv6网络拓扑自动发现原型系统。 本文主要的工作和取得的成果包括： 1)??????? 提出基于多播地址的本地链路拓扑信息发现方法，能够自动发现本地链路内的所有路由器和主机节点，并提出本地链路内节点的全局地址、MAC地址、设备名称等配置信息的获取方法和双栈节点的识别方法。 2)??????? 提出骨干网络的拓扑发现方法，能够自动发现骨干网中路由器之间的连接关系和设备基本信息，另外提出了骨干网络双栈节点的识别方法。 3)??????? 提出基于生命周期的拓扑更新方法，能够定期对IPv6网络拓扑发现结果进行更新，保证拓扑发现结果能够始终与实际网络拓扑相符。 综合以上方法和技术，设计并实现了IPv6网络拓扑发现原型系统，在实验室和IPv6骨干网中进行实际运行测试，分析验证了本系统的正确性和有效性，结果满足IPv6网络拓扑自动发现的实际需求。 关键词：IPv6，网络管理，拓扑发现，拓扑更新，层次化拓扑管理 研究目标和研究内容 本文的研究目标是针对IPv6网络给网络拓扑发现所带来的新问题，研究IPv6网络以及IPv4、IPv6混合网络的拓扑发现方法和技术，以及网络拓扑结构的实时更新方法，在此基础上，设计并实现IPv6网络拓扑发现系统。具体的研究内容如下： 1)??????? IPv6网络拓扑发现系统的整体层次结构，以及基本发现方法和发现技术问题的划分。 2)??????? 研究通过多播方式发现IPv6子网内的节点及其相关的配置信息。多播地址中有一类是标识子网内所有主机或所有路由器的地址[8]，向这样的多播地址发出请求包，子网内的所有主机或所有路由器都会响应，并返回相应的信息包，接收并分析这些信息包就可以发现子网内的所有设备及其相关的配置信息。 3)??????? 实现IPv6本地链路地址到全局地址的解析。由于IPv6网络中每个网络接口同时具有其自身的本地链路地址和全局地址，有的信息包(如经过请求得到的邻居宣告[11])中使用的是本地链路地址，而有的信息包(如Traceroute6)中使用的是全局地址，为了获取一致的信息包文来源或者目的地地址信息，就需要将网络接口的本地链路地址和全局地址相互关联在一起，实现相互解析。 4)??????? IPv6 Internet骨干网络路由的获取。获取路由信息，发现IPv6骨干网络的路由连接关系，获取IPv6 Internet的当前骨干网络拓扑数据。本课题将研究通过Traceroute6和相关报文来获取IPv6网络路由的方法。 5)??????? Tunnel的发现方法。IPv4向IPv6的迁移过程将持续很长一段时间，在这段时间内Internet将是IPv4、 IPv6混合网络，而Tunnel技术是目前IPv6在混合网络中存在的主要应用方法。发现和识别混合网络中的Tunnel结构将最大程度的反映目前IPv6、IPv4网络混合下的实际网络连接状况。本课题将研究混合网络中判断Tunnel存在的方法、以及如何判断Tunnel的入口和出口的方法。 6)??????? 双栈节点的发现与识别。在IPv4、IPv6混合网中，有很多节点是双栈的，即IP层同时支持IPv4和IPv6两种协议(如图1.1所示)的节点，这些节点目前大量存在于IPv4/IPv6网络的边缘节点中。本课题将针对这种情况研究双栈节点协议栈IP信息的获取和节点判定方法。