陳 剛

(核工業(yè)北京化工冶金研究院，北京 101149)

全球互聯網采用是TCP/IP協議，最初IP協議的版本號是4,規(guī)定的IP地址長度為32位。從2012年開始，全球IPv4地址池基本枯竭；但以移動互聯網、云計算、物聯網及大數據為首的新興信息技術迭代快速發(fā)展，對IP地址資源需求出現幾何式增長。IPv4地址資源出現嚴重短缺，阻礙了網絡強國的發(fā)展進程。IPv4協議的新版本IPv6不僅能解決網絡IP地址資源問題，也能支持多種設備接入互聯網。筆者以某網站為例，對IPv4升級到IPv6關鍵技術進行研究。

1某網站現狀分析

某網站使用阿里云主機，WINDOWS 2008 R2操作系統(tǒng)，網站運行環(huán)境是APACHE服務與MYSQL數據庫，腳本語言采用PHP5編譯。網站基于IPv4協議規(guī)劃和開發(fā)，直接放在IPv6網絡環(huán)境中無法訪問。短期內，從IPv4環(huán)境轉向IPv6環(huán)境，一方面需要對網絡軟硬件升級改造，基于IPv6重新編譯構建、測試、上線[1]；另一方面IPv6協議與IPv4協議不兼容，導致國內IPv6網絡環(huán)境還未形成，IPv6網站應用匱乏，訪問IPv6客戶端尚待完善。綜上所述，目前直接停掉IPv4網絡環(huán)境而選擇啟用IPv6網絡訪問環(huán)境，風險不可控，可能會因網站中斷影響科研生產，造成不必要的損失。因此，需及時對某網站進行IPv6升級改造技術應用研究。

2某網站IPv6升級關鍵技術

某網站IPv6升級主要使用IPv4/IPv6雙協議棧技術，可實現在網絡節(jié)點上同時運行IPv4和IPv6兩種協議，能夠同時處理IPv4和IPv6數據包，實現該網站同時支持IPv6和IPv4訪問[2]。IPv4協議棧與IPv4/IPv6雙協議棧示意見圖1。

圖1 IPv4協議棧與IPv4/IPv6雙協議棧示意

實現IPv4協議棧與IPv4/IPv6雙協議棧技術，首先需要對網絡層進行改造；網絡層改造包括IPv4轉向IPv6網絡升級規(guī)劃、IPv6帶寬接入、獲取IPv6地址及需要制定內部IPv6地址DHCP或指定IPv6地址。其次需要對設備層進行改造，包括網絡任意節(jié)點設備均需要提供對IPv6的支持，并通過命令行或WEB圖形管理方式開啟IPv4/IPv6雙協議棧。另外還需要對網站應用系統(tǒng)進行改造，主要包括網站承載的操作系統(tǒng)平臺、網站運行環(huán)境套件、網站管理系統(tǒng)和數據庫等，改造后確定能夠支持運行IPv4/IPv6雙協議棧。最后就是對網站代碼進行改造，網站域名進行IPv6地址解析，主要是對網站中不能運行IPv6協議棧部分代碼進行修改。

3某網站IPv6升級技術應用

某網站IPv6升級改造使用的是阿里的云服務器。目前全球阿里云服務器軟硬件網絡環(huán)境已經支持IPv4/IPv6雙協議棧，網站位于阿里云的華北1區(qū)，因此，不牽涉到網絡軟硬件升級；但需要進行IPv4/IPv6雙協議棧技術部署，且需要對網站中不能運行IPv6協議棧部分代碼進行修改，保障網站在IPv4/IPv6雙協議棧網絡環(huán)境中正常運行。

3.1 網站IPv4/IPv6雙協議棧技術網絡環(huán)境部署

某網站在阿里云服務器已創(chuàng)建實例SP1，但SP1原生只支持IPv4單協議棧，還需要修改實例SP1以增加IPv6協議棧的原生支持?，F階段阿里云只有華北5區(qū)專有網絡環(huán)境及云服務器支持IPv4/IPv6雙協議棧技術。首先需要對現在的實例SP1進行數據遷移，在華北5區(qū)創(chuàng)建專有網絡實例SP2后，可以直接使用云快照，將數據由華北S1區(qū)在線遷移到華北5區(qū)，快照遷移時間不超過1 min，在創(chuàng)建專有網絡實例中一定要分配IPv6網段，創(chuàng)建專有網絡實例SP2見圖2。

圖2 創(chuàng)建專有網絡實例SP2

創(chuàng)建SP2實例遷移完數據后，需要在云環(huán)境下創(chuàng)建配置虛擬交換機網段。為了在以后跨網段使用時易于符合混合云后期規(guī)劃，網段配置IP地址策略不能夠太大，見圖3。

在分別創(chuàng)建了實例SP2與虛擬交換機后進行綁定，這個時候的實例SP2僅具備IPv6內網訪問權限，公網還不能訪問，見圖4。在此基礎上，還需要自定義實例數據供IPv6訪問，在自定義實例數據框中寫入IPv6自動配置腳本代碼，見圖5。

圖3 創(chuàng)建配置虛擬交換機網段

圖4 實例SP2與虛擬交換機綁定

圖5 自定義實例數據

某網站使用的平臺系統(tǒng)是WINDOWS，自定義實例數據代碼如下：

#powershell

$install_dir="C: Windows system32"

$install_path ="$install_dir ecs-utils-IPv6.exe"

if(-not (Test-Path-Path $install_path)){

# download the tool

$tool_url =

'http://ecs-image-utils.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/IPv6/win/64/ecs-utils-IPv6.exe'

Invoke-WebRequest-uri $tool_url-OutFile $install_path

Unblock-File $install_path

}

# run the tool

Start-Process-FilePath "$install_path"-ArgumentList "--noenterkey"-NoNewWindow

在完成自定義實例數據代碼后，登陸阿里云服務器可以看到實例SP2已經支持IPv6，開通IPv6網關服務，就可以在公網訪問該服務器IPv6地址了[3]。目前的安全組協議授權訪問類型都是針對IPv4(圖6)，還需要進一步配置IPv6網絡協議安全組，添加安全組規(guī)則，開放IPv6協議的80端口(80端口是網站應用訪問端口)，授權對象::/0近似于IPv4的0.0.0.0/0，也就是開放全部IP訪問，見圖7。

圖6 安全組協議授權訪問IPv4類型示意

圖7 添加IPv6安全組訪問授權規(guī)則示意

3.2 修改網站部分代碼

修改某網站部分代碼首先需要修改運行環(huán)境監(jiān)聽代碼。該網站運行環(huán)境為APACHE，所以需要將監(jiān)聽代碼由原listen 80改成listen [::]:80；代碼釋意為同時監(jiān)聽IPv4和IPv6協議棧。

該網站使用的是PHP編譯語言及MYSQL數據庫。在網站代碼中，PHP沒有直接提供函數實現 IPv6地址的轉換；但可以修改代碼中涉及IP地址訪問部分，IPv6地址轉換為整數，整數轉換為IPv6地址，并開啟PHP.INI文件php_gmp.dll模塊，實現PHP支持對IPv6協議棧的訪問[4]。IPv6地址轉換為整數及整數轉換為IPv6地址詳細代碼如下：

/**

* IPv6地址轉換為整數

*@param $IPv6

*@return string

*/

function ip2long6($IPv6)

{

$ip_n=inet_pton($IPv6);

$bits=15; //16 x 8 bit=128bit

$IPv6long='';

while ($bits>=0) {

$bin=sprintf("%08b",(ord($ip_n[$bits])));

$IPv6long=$bin.$IPv6long;

$bits--;

}

return gmp_strval(gmp_init($IPv6long,2),10);

}

/**

*整數轉換為IPV6地址

*@param $IPv6long

*@return string

*/

function long2ip6($IPv6long)

{

$bin=gmp_strval(gmp_init($IPv6long,10),2);

if (strlen($bin)<128) {

$pad=128-strlen($bin);

for ($i=1; $i <=$pad; $i++) {

$bin="0".$bin;

}

}

$bits=0;

$IPv6='';

while ($bits<=7) {

$bin_part=substr($bin,($bits * 16),16);

$IPv6.=dechex(bindec($bin_part)).":";

$bits++;

}

//compress

return inet_ntop(inet_pton(substr($IPv6,0,-1)));

}

數據庫MYSQL提供了2個函數對IPv6地址支持，即INET6_ATON和INET6_NTOA，這2個函數方法需要MYSQL5.6以上版本支持。

最后就是網站域名解析，需要解析到分配的IPv6地址，解析完成后，網址即可在IPv6環(huán)境下訪問。

4結語

通過分析某網站IPv4單棧下網絡運行環(huán)境現狀與存在的問題，結合單位實際情況，提出了網站升級到IPv6改造方案和關鍵技術。經過升級改造后，成功啟用了IPv6技術的應用，滿足了企業(yè)網站IP資源擴張增長的需求，在科研生產中發(fā)揮了積極作用。