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IPv4/IPv6安全网关的应用与分析




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关键字:IPv4/IPv6安全网

      EVOC network security products in the IPv4/IPv6 gateway applications

      WUFeng

      (EVOC  INTELLIGENT  TECHNOLOGY  CO., LTD, SHENZHEN, 518057,P.R.China)

      Abstract: to nalyse the application of IPv4/IPv6 security gateway in this paper; to describe the EVOC network security products in the IPv4/IPv6 gateway applications.

      Key words: IPv4; IPv6; security gateway

      1 引言

      IPv6取代IPv4已经成为公认的事实,然而这将是一个长期的、渐进的过程。IPv6的部署大致要经历一个过程。初始阶段,在IPv4的网络海洋中,会出现若干局部零散的IPv6孤岛,为了保持通信,这些孤岛通过跨越IPv4的隧道彼此连接。随着IPv6规模的应用,原来的孤岛逐渐聚合成为了骨干的IPv6 Internet网络,形成于IPv4骨干网并存的局面。在IPv6骨干上可以引入了大量的新业务,同时可以充分发挥IPv6的优势。为了实现IPv6和IPv4网络资源的互访,还需要转换服务器以实现IPv6和IPv4的互通。最后,IPv4骨干网逐步萎缩成局部的孤岛,通过隧道连接,IPv6占据主导地位,具备全球范围的连通性。
  
      IPv6提供很多过渡技术来实现这个渐进过程。这些过渡技术主要围绕着解决两类问题:IPv6孤岛互通技术——实现IPv6网络和IPv6网络的互通;IPv6和IPv4互通技术——实现两个不同网络之间互相访问资源。因此我们提出研制IPv4/IPv6互联网关,通过协议地址翻译的机制来解决IPv4和IPv6的互联互通问题,实现IPv4向IPv6的平滑过渡。该设备可应用在城域网、校园网、企业网和其他专用网络上,实现各级子网对现有IPv6/IPv4资源的安全访问。图1-1为IPv4/IPv6网关的典型应用场景。图1-2为IPv4/IPv6网关组网的连接情况。

  
      图1-1  IPv4/IPv6安全网关的典型应用场景

  
      图1-2 IPv4/IPv6安全网关组网

      2 IPv4/IPv6安全网关原理

      IPv4/IPv6安全网关主要由四部分构成,分别为机械结构部分、路由器电器部分、一次电源和通风散热系统。机械部分包括主机箱和配线架,主机箱可以外购或者按照机械尺寸定制,配线架采用19英寸机箱的标准配线架;一次电源和电源厂家协商定制;通风散热系统由两组风扇组成,负责网关主机框和电源的散热;路由器电器将采用主控板、交换板、电源冗余设计等模块实现模块化结构设计,具有平滑的可升级能力。IPv4/IPv6安全网关的体系结构如图1-3所示。

                                           
      图1-3 IPv4/IPv6网关体系结构

      安全网关主要包括支撑子系统,路由协议处理子系统(主要是BGP4+代理),IPv4/IPv6互连网关核心功能处理子系统、IP转发子系统(分布式结构),操作管理子系统等等。图1-4给出了在该体系结构下,IP分组流动的示意图。

  
      图1-4  IP分组处理流程示意图

      操作与管理子系统

      操作与管理子系统(OAM子系统)是整个IPv4/IPv6互连网关的控制核心。它需要实现对整个IPv4/IPv6互连网关系统的控制和管理。操作与管理子系统的主要功能包括:提供多种用户操作界面,包括控制台、虚拟终端和SNMP网络管理;实现被管理模块之间的信息交互;提供分布式支持;实现错误检测和错误恢复功能;提供一套完善的运行时调试接口。

      IP转发子系统

      转发子系统实现IPv4/IPv6互连网关系统中路由器的基本功能—IP分组的转发。该子系统实现IPv6、ICMPv6和Neighbor Discovery三个主要协议以及IPv4协议栈中的相应协议,并能够同时支持单处理器平台和分布式多处理器平台的IP分组转发。

      路由协议处理子系统

      路由协议处理子系统主要实现IPv4/IPv6互连网关上的BGP4+的代理,4to6过渡协议需要支持IPv4路由表向IPv6传播,并从IPv6网络中学习IPv4路由表。该部分主要实现4to6过渡协议中的路由处理机制,包括组播路由的支持。

      支撑子系统

      支撑子系统是整个IPv4/IPv6互连网关系统上层应用实体的服务提供者。从协议角度看,它为BGP4+代理以及网管协议SNMP提供服务;从系统角度来看,它是操作和管理系统的一种手段。支撑子系统将实现它的三个组成部分的协议规范要求,实现了端到端的数据传输,并且提供了一种远程登录访问的手段。

      IPv4/IPv6安全网关核心功能处理子系统

      安全网关核心功能处理主要是实现IPv4/IPv6网络过渡机制和过渡技术,目前包括协议翻译转换技术、隧道技术、4to6过渡技术以及应用层网关技术。安全网关3个主要的部分:报文翻译,DNS应用层网关,FTP应用层网关。

  
      图1-5  NAT_PT的总体结构图

      报文翻译

      报文翻译部分是NAT_PT的最基础部分。它负责进行IPv4和IPv6报文之间的翻译。具体的实现主要针对TCP、UDP和ICMP三种不同类型的报文进行翻译。由于TCP自己的特性,在地址映射的时间上,还有TCP建立连接的时候,对动态地址池的操作都和UDP、ICMP有所区别。

      DNS应用层网关

      DNS应用层网关部分是为了支持DNS的IPv6扩展功能的。它主要对针对目的端口/源端口=53的DNS_UDP报文进行翻译的。DNS应用层网关的主要功能是支持外部的IPv4主机对IPv6域内服务器的访问。这样,当外部的DNSv4的查询报文通过路由器的时候,将被翻译后送到IPv6域内的IPv6 DNS服务器。同样IPv6域内的IPv6 DNS服务器的DNSv6回复报文,也将被翻译后返回给原IPv4主机。

      FTP应用层网关

      由于FTP的IPv6扩展功能和现有的IPv4FTP命令不相同,不完全兼容,所以需要对FTP的命令作翻译。同时的由于TCP报文的负荷长度有所变动,所以还需要对一个FTP的连接的所有TCP数据报的顺序号进行修正。FTP应用层网关部分主要对针对目的端口/源端口=21的FTP_TCP报文进行翻译。

      3 IPv4/IPv6安全网关解决方案

      根据IPv4/IPv6安全网关的原理和市场需求,从性能,可扩展性以及高可靠性的角度出发,推荐采用研祥(EVOC)的网络系统平台NPC-8205作为解决方案的硬件平台,在此可靠的平台上实现IPv4/IPv6安全网关。

      NPC-8205是一款基于Intlel新一代服务器JasperForest平台的高端网络应用系统产品。采取的服务器平台,北桥集成在CPU里面,大大提高了CPU对内存和外设的访问速度。全模块化的网络设计,可灵活选择光电组合,并在千兆,万兆之间灵活切换。主板支持两颗CPU,支持12个DIMM内存槽,6个SATA接口。支持CF卡,板载PCI扩展槽和两个PCI-E扩展槽。整机支持三个全模块的网络扩展,支持两个2.5寸抽拉硬盘位,支持液晶屏显示,板载2千兆电口,1个串口,2个USB,前面板可扩展两个PCI –E设备,支持冗余电源。

      采用JASPER FOREAST平台具有以下优点:

      (1)支持超线程:第三代超线程技术。

      (2)支持虚拟化设备输入/输出 (VT-d):在之前以虚拟化CPU为主的基础上增加设备输入/输出的虚拟化,能有效提高虚拟机的性能和效率。

      (3)内核加速模式(Turbo Mode):内核运行动态加速。可以根据需要开启、关闭以及加速单个内核的运行。这样动态的调整可以提高系统和CPU整体的能效比率。

      (4)Cache的设计:采用三级全内含式Cache设计,L1的设计和Core 微架构一样;L2采用超低延迟的设计,每个内核256KB;L3采用共享式设计,被片上所有内核共享。

      (5) 集成了内存控制器(IMC):从芯片组上移到CPU片上,支持多通道DDR3内存,内存读取的延迟大幅度减少,内存带宽大幅提升,最多可达三倍。

      (6)QPI:“快速通道互联”,取代前端总线(FSB)的一种点到点连接技术,20位宽的QPI连接其带宽可达惊人的每秒25.6GB,远非FSB可比。QPI最初能够发放异彩的是支持多个处理器的服务器平台,QPI可以用于多处理器之间的互联。

      自由切换的光电口模块设计

      不打开箱盖,直接在前面板操作,就可以在光口模块和电口模块间任意更换。可以灵活的搭配出光口不同数量。电口不同数量。光口模块和电口模块混合同时使用。

  
      (应用原理图)

      4.结束语

      综上可见,研祥(EVOC)的网络系统平台NPC-8205作为实现IPv4/IPv6安全网关解决方案的硬件平台,解决了IPv4/IPv6安全网关对对计算性能,存储性能,可靠性能,扩展性能的需求,是一个比较优秀的解决方案。

      参考文献:

      冯登国. 计算机通信网络安全(M).北京:清华大学出版社,2001.2

      www.intel.com. 英特尔嵌入式与通信产品资源,技术和解决方案

      Christopher Y.Metz.IP Switching Protocols and Architeetures. 北京:机械工业出版社,1999.11
 

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