兼容ＩＰｖ４與ＩＰｖ６　的Ｗｉｎｓｏｃｋ網(wǎng)絡(luò)編程研究

摘 要：在分析IPv4和IPv6編程接口基礎(chǔ)上，給出了一組兼容IPv4與IPv6的Winsock網(wǎng)絡(luò)編程規(guī)則， 并敘述IPv6在WindowsXP系統(tǒng)下的安裝和配置過程， 最后給出了一個可同時應(yīng)用于IPv4和IPv6的實現(xiàn)Daytime協(xié)議的程序，此程序今后可以方便地進行其他應(yīng)用協(xié)議及軟件的移植，以適應(yīng)IPv6的快速發(fā)展。

關(guān)鍵詞：IPv6；Winsock；TCP；API；Daytime協(xié)議；網(wǎng)絡(luò)編程

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1004－373X(2009)04－105－03

Research of Winsock Network Programming Compatible with IPv4&IPv6;

GUO Jingying

(Institute of Information and Control Engineering,Xi′an University of Architecture and Technology,Xi′an,710055,China)

Abstract：This article analyses the differences between IPv4 APIs and IPv6 APIs.On this basis,a set of Winsock programming rules with the IP version－compatible are given.Then it introduces how to install and configure IPv6 in Windows XP OS.Finally it gives a program to achieve Daytime protocol with the IP version－compatible.This process can transplant other application agreements and softwares easily in future to accommodate the rapid development of IPv6.

Keywords：IPv6;Winsock;TCP;API;Daytime protocol;network programming

0 引 言

隨著通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是近年來，IPv4協(xié)議面臨著一些難以解決的問題，如地址短缺、缺乏服務(wù)質(zhì)量控制QoS和安全性差等。為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，IETF(Internet Engineer Task Force) 組織提出了為適應(yīng)未來對于網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)量和質(zhì)量需求而設(shè)計的下一代互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議IPv6。IPv6繼承了IPv4的優(yōu)點,并根據(jù)IPv4多年來運行的經(jīng)驗進行了大幅度的修改和功能擴充,其擴展性、路由、安全性、配置和可靠性都有明顯改進。

1 IPv6相對于IPv4 WinSock的改變

1.1 IPv6中新增加的常量

為了支持IPv6,需要定義一個新的地址族名，以便正確地識別和解析IPv6的地址結(jié)構(gòu)。同樣，還需要定義一個新的協(xié)議簇名(與地址族名具有相同的值)，這樣就可以使用合適的協(xié)議創(chuàng)建一個套接字。新定義的IPv6地址簇名和協(xié)議簇名常量為： AF_ INET6和PF_ INET6。

1.2 IPV6中新增加的地址結(jié)構(gòu)

IPv6的地址結(jié)構(gòu)通過struct in6_addr和struct sockaddr_in6定義，結(jié)構(gòu)定義分別如下：

struct in6_addr {

u_chars6_addr［16］;//IPv6地址

};

struct sockaddr_in6

{

u_char sin6_len; //地址長度

u_char sin6_family; // IP地址族,必須為AF_INET6

u_short sin6_port;//端口號,和IPv4中意義相同

u_long sin6_flowinfo; //標記連接通信量

struct in6_addr sin6_addr;//128位的IPv6網(wǎng)絡(luò)地址

u_long sin6_scope_id;//地址接口識別號

};

1.3 IPV6中新增加的域名解析函數(shù)

IPv6引入了名為getaddrinfo()和getnameinfo()的新的API。這兩個API是與協(xié)議無關(guān)的，且既可用于IPv4，也可用于IPv6的名稱解析。getaddrinfo()函數(shù)的返回值是addrinfo的結(jié)構(gòu)指針。

addrinfo結(jié)構(gòu)如下所示：

struct addrinfo {

int ai_flags;//地址信息標志

int ai_family; //地址簇,對于IPv6地址必須是AF_INET6

int ai_socktype; //sodket類型,字節(jié)流用SOCK－STREAM,數(shù)據(jù)報用SOCK－DGRAM

int ai_protocol;//TCP協(xié)議用IPPROTO－TCP，UDP協(xié)議用IPPROTO－UDP

size-t ai_addrlen; //ai－addr地址長度

char *ai_canonname;//規(guī)范名

struct sockaddr *ai_addr; //地址

struct addrinfo *ai_next;//指向下一個結(jié)構(gòu)信息指針

};

getaddrinfo()函數(shù)原型如下：

getaddrinfo(

IN const char FAR *nodename, //主機名地址或者是IP地址

IN const char FAR *servname,//服務(wù)名或十進制端口號

IN const struct addrinfo FAR *hints,// 指向addrinfo結(jié)構(gòu)的指針

Out struct addrinfo FAR *FAR *res

);

getaddrinfo()函數(shù)可以把主機名或服務(wù)名轉(zhuǎn)換成一組socket地址。 hints相當于一個過濾器,只有符合hints結(jié)構(gòu)的內(nèi)容才會返回到res指針中。執(zhí)行成功后，參數(shù)res以鏈表的形式返回解析出來的地址，可以將這些地址直接傳遞給bind(),connect(),sendto()等函數(shù)。

地址到名稱的轉(zhuǎn)換可以通過另一個新的套接字函數(shù)getnameinfo()進行。getnameinfo()函數(shù)的功能與getaddrinfo()函數(shù)相反,該函數(shù)接受已經(jīng)初始化的套接字結(jié)構(gòu),并返回與地址及端口信息對應(yīng)的主機和服務(wù).

2 兼容IPv4與IPv6的WinSock網(wǎng)絡(luò)編程規(guī)則

2.1 使用sockaddr_storage結(jié)構(gòu)

sockaddr_storage結(jié)構(gòu)是新的套接字結(jié)構(gòu)，它與協(xié)議無關(guān)，并擁有充分的地址空間容納IPv4或者IPv6地址信息，且可以很方便地轉(zhuǎn)換成sockaddr_in結(jié)構(gòu)和sockaddr_in6結(jié)構(gòu)。同時，這個結(jié)構(gòu)還具有針對64位對齊問題的填充項，使用這個結(jié)構(gòu)可以很容易地寫出與地址協(xié)議簇無關(guān)和跨平臺的程序代碼，因此編寫兼容IPv4與IPv6的網(wǎng)絡(luò)程序時要使用這個結(jié)構(gòu)表示網(wǎng)絡(luò)地址。

sockaddr_storage結(jié)構(gòu)定義如下:

struct sockaddr_storage{

u_char ss_len;

u_char ss_family;

u_char padding［128-2］;

};

2.2 使用新的名稱解析函數(shù)getaddrinfo()和getnameinfo()

這兩個函數(shù)是隨IPv6引進的新的名稱解析函數(shù)，與地址協(xié)議簇無關(guān)，隱藏了名字到地址轉(zhuǎn)換和地址到名字轉(zhuǎn)換的大量細節(jié),既能夠處理IPv6地址,也能處理IPv4地址。它們也替代性地實現(xiàn)了下列函數(shù)接口的功能：gethostbyname()，gethostbyaddr()，inet_ntoa()，inet_aton()，getservbyname()，getservbyport()。可以在簡化程序的同時實現(xiàn)與地址協(xié)議簇無關(guān)的編程，還可以提高程序的可移植性。

3 IPv4與IPv6雙協(xié)議試驗平臺的搭建

由于大部分用戶的操作系統(tǒng)都是Windows XP，所以在此僅介紹Windows XP下IPv6的安裝與配置。

Windows XP操作系統(tǒng)內(nèi)置了IPv6協(xié)議棧，提供了一組命令行方式的IPv6檢測配置工具。在XP下安裝IPv6協(xié)議后，對原IPv4協(xié)議的使用不產(chǎn)生任何影響，整個網(wǎng)絡(luò)上各終端設(shè)備能夠在一個物理網(wǎng)絡(luò)上共享IPv4和IPv6協(xié)議，并支持2種協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸,即:所謂的雙棧(DualStack)共享。

安裝IPv6協(xié)議和配置地址及默認網(wǎng)關(guān)的過程如下：

D:\＞ipv6 install

Installing….

Succeeded.

D:\＞netsh

netsh＞interface ipv6 add address "本地連接" 2008::a:20

確定

netsh＞interface ipv6 add route::/0 "本地連接" 2008::a:20 publish=yes

確定

netsh＞quit

D:\＞

在安裝和配置完成后,可使用ping6和tracert6命令檢測網(wǎng)絡(luò)連通和路由狀態(tài)。

4 VC環(huán)境下Daytime協(xié)議的實現(xiàn)

根據(jù)以上所述，下面開發(fā)一個可同時應(yīng)用于IPv4和IPv6的實現(xiàn)Daytime協(xié)議的程序。該程序基于C/S結(jié)構(gòu)，客戶端使用TCP協(xié)議連接到服務(wù)器端，向服務(wù)器發(fā)送請求；服務(wù)器收到請求后，將當前的時間發(fā)回客戶端。

4.1 服務(wù)器端程序設(shè)計

服務(wù)器端首先啟動，通過調(diào)用socket()建立一個Socket，然后調(diào)用bind()將該Socket和本地網(wǎng)絡(luò)地址聯(lián)系在一起,再調(diào)用listen()使Socket做好偵聽的準備，并規(guī)定請求隊列的長度，之后就調(diào)用accept()接收連接。連接建立后，服務(wù)器端創(chuàng)建一個通信用的Socket， 把當前時間發(fā)回給客戶端。最后，在數(shù)據(jù)傳送結(jié)束后，調(diào)用close()關(guān)閉Socket。

服務(wù)器端設(shè)計過程如下：

（1） 創(chuàng)建服務(wù)器端套接字

memset (&hints;,0,sizeof (hints));

hints.ai_family = PF_UNSPEC; //兼容IPv4與IPv6協(xié)議

hints.ai_socktype = SOCK_STREAM; //指定用字節(jié)流

hints.ai_protocol = IPPROTO_TCP; //指定用TCP協(xié)議

hints.ai_flags = AI_NUMERICHOST; //IP用數(shù)字表示

rc = getaddrinfo (NULL，"5001",&hints;，&res;); //解析本機地址

s_send= socket (res-＞ai_family,res-＞ai_socktype,res-＞ai_protocol); //創(chuàng)建用于連接的Socket

（2） 綁定本機監(jiān)聽端口

rc=bind(s_send，res-＞ai_addr，res-＞ai_addrlen);

（3） 監(jiān)聽并接收連接

listen(s_send，5);//創(chuàng)建連接隊列,開始監(jiān)聽

new_fd=accept(s_send，(struct sockaddr*)&sin;，&sin;_len);//接受一個連接

（4） 處理連接，發(fā)回一個當前時間給客戶端

while (1) {

time(&now;);

pts = ctime(&now;);

send(new_fd,pts,strlen(pts),0);

closesocket(new_fd);

}

（5） 關(guān)閉套接字

close(s-send );

4.2 客戶端程序設(shè)計

客戶端創(chuàng)建一個Socket，并調(diào)用connect()和服務(wù)器建立連接。連接建立后，客戶端等待服務(wù)器返回的當前時間。最后，待數(shù)據(jù)傳送結(jié)束后，調(diào)用close()關(guān)閉Socket。

客戶端設(shè)計過程如下。

（1）創(chuàng)建客戶端套接字

memset (&hints;,0,sizeof (hints));

hints.ai_family = PF_UNSPEC; //兼容IPv4與IPv6協(xié)議

hints.ai_socktype=SOCK_STREAM;//指定用字節(jié)流

hints.ai_protocol = IPPROTO_TCP; //指定用TCP協(xié)議

hints.ai_flags = AI_NUMERICHOST; //IP用數(shù)字表示

rc = getaddrinfo (NULL,“5001”,&hints;,&res;); //解析本機地址

s_send= socket (res-＞ai_family,res-＞ai_socktype,res-＞ai_protocol); //創(chuàng)建用于連接的socket

（2） 連接服務(wù)器

connect(s_send，res-＞ai_addr，res-＞ai_addrlen);

（3） 接收當前時間

cc = recv(s_send,buf,LINELEN,0);

（4） 關(guān)閉套接字

close (s-send);

5 程序運行后的結(jié)果

當服務(wù)器運行后，可同時在IPv4和IPv6地址監(jiān)聽，客戶端向服務(wù)器發(fā)送請求，服務(wù)器接到請求后，向客戶端返回一個當前時間。此實驗達到了預(yù)期效果。

服務(wù)器端運行結(jié)果如圖1所示。

6 結(jié) 語

雖然IPv6網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)開始實驗性部署，但是IPv4網(wǎng)絡(luò)向IPv6網(wǎng)絡(luò)的過渡和互通仍有一定難度，IPv4和IPv6網(wǎng)絡(luò)還需共存一段時間，因此開發(fā)能夠同時支持IPv4和IPv6的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序會變得越來越重要。

在此編寫了一個能夠同時支持IPv4和IPv6協(xié)議的程序，此程序可以方便地進行今后其他應(yīng)用協(xié)議及軟件的移植，需在服務(wù)器端設(shè)計過程（4）及客戶端設(shè)計過程（3）中根據(jù)其具體協(xié)議及軟件進行相應(yīng)改變。

參 考 文 獻

［1］RFC2292.Advanced Sockets API for IPv6［S］.1998.

［2］RFC3493.Basic Socket Interface Extensions for IPv6［S］.2003.

［3］COMER.TCP/IP網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)(卷3)［M］.張衛(wèi),王能,譯.北京:清華大學出版社,2000.

［4］Stevens W R.TCP/IP詳解(卷3)［M］.胡谷雨,譯.北京:機械工業(yè)出版社,2000.

［5］馬仝芬,付曉玲.IPv4與 IPv6兼容網(wǎng)絡(luò)編程模式［J］.北方工業(yè)大學學報,2005(3):25－29.

［6］劉利強,吳永英,王勇智.IPv6下Socket網(wǎng)絡(luò)編程的研究與實現(xiàn)［J］.計算機技術(shù)與發(fā)展,2006,16(6):201－203,206.

［7］朱坤華,朱國超.基于IPv6的網(wǎng)絡(luò)編程實例剖析［J］.移動計算,2006(2):257－259.

［8］袁德明.用IPv6編程接口實現(xiàn)有連接通信的方法［J］.計算機時代,2007(9):23－24,27.

作者簡介 郭靜盈 女，1983年出生，河南漯河人，碩士。主要研究方向為基于IPv6的Winsock網(wǎng)絡(luò)編程。