面向IPv6的校園移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)*

李賀武，吳雙橋，范云濤

（1.清華大學(xué)信息化技術(shù)中心無(wú)線與移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究室 北京100084；2.清華信息科學(xué)與技術(shù)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（籌）北京100084）

1 引言

以iPhone為代表的智能終端的出現(xiàn)，使得移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入飛躍式發(fā)展的時(shí)代[1,2]。各類移動(dòng)終端的應(yīng)用越來(lái)越普及，終端和移動(dòng)應(yīng)用數(shù)量呈爆炸式增長(zhǎng)，直接導(dǎo)致移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)對(duì)IP地址的需求激增。據(jù)工業(yè)和信息化部2012年所做的調(diào)研，未來(lái)5年，我國(guó)IP地址需求總量可能高達(dá)345億個(gè)，在當(dāng)前IPv4地址已經(jīng)分配完畢的情況下，IPv6商用的現(xiàn)實(shí)價(jià)值和戰(zhàn)略意義更加明顯，盡早面向IPv6研發(fā)和遷移移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用已經(jīng)成為相關(guān)行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)[3～5]。

IPv6移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的研發(fā)與部署與IPv6基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、移動(dòng)終端對(duì)IPv6的支持程度密不可分。然而存在多種原因?qū)е庐?dāng)前IPv6接入環(huán)境復(fù)雜多變，且移動(dòng)終端操作系統(tǒng)對(duì)IPv6的支持情況也存在巨大差異，使得IPv6移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用面臨諸多挑戰(zhàn)。在國(guó)家“下一代互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)試商用及產(chǎn)業(yè)化專項(xiàng)”的支持下，我國(guó)已有百所高校完成了IPv6的升級(jí)改造工作并實(shí)現(xiàn)了IPv6的普遍接入能力，IPv6用戶規(guī)模已經(jīng)達(dá)到200萬(wàn)人。因此，針對(duì)高校采用IPv6技術(shù)研發(fā)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，具有重要的示范作用。

2 IPv6接入環(huán)境與終端支持現(xiàn)狀

2.1 校園IPv6接入環(huán)境

對(duì)于新建網(wǎng)絡(luò)，采用IPv6/IPv4雙棧技術(shù)是校園提供IPv6接入服務(wù)的首選方案。但對(duì)于在現(xiàn)有IPv4網(wǎng)絡(luò)上提供IPv6接入的服務(wù)，則有許多不同的過(guò)渡方案。由于IPv4與IPv6本質(zhì)上的互不兼容性，為實(shí)現(xiàn)兩者的互聯(lián)互通，必須使用IPv4/IPv6過(guò)渡技術(shù)。針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，已經(jīng)向國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)工作組（IETF）提出了為數(shù)眾多的過(guò)渡技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)或者草案。過(guò)渡技術(shù)本身可分為隧道技術(shù)和翻譯技術(shù)，兩者因其實(shí)現(xiàn)方法不同，又可以細(xì)分為不同的子類，見(jiàn)表1，其中包括清華大學(xué)提出的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)4over6過(guò)渡技術(shù)[6]以 及IVI翻 譯 技 術(shù)[7]。

2.2 移動(dòng)終端對(duì)IPv6的支持現(xiàn)狀

接入網(wǎng)的IPv6環(huán)境紛繁復(fù)雜，移動(dòng)終端對(duì)IPv6的支持情況更是如此。多數(shù)移動(dòng)終端操作系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)并未對(duì)IPv6給予足夠的重視，因此對(duì)IPv6的支持能力相對(duì)不完善，對(duì)移動(dòng)終端對(duì)IPv6的支持情況詳細(xì)分析如下。

目前主流的移動(dòng)終端操作系統(tǒng)對(duì)IPv6的支持情況[8]見(jiàn)表2。需要注意的是，表2中的IPv6支持僅指Wi-Fi側(cè)的IPv6支持，主流的移動(dòng)終端尚未在2G/3G鏈路支持IPv6。

具體而言，Android系統(tǒng)的Linux內(nèi)核采用的是2.6以后的版本，其TCP/IP協(xié)議棧本身已經(jīng)包含IPv6，較低版本的Android系統(tǒng)并沒(méi)有編譯IPv6模塊[9]，因此并不支持IPv6。Android 2.2以后的版本在Wi-Fi側(cè)支持IPv6，但有很多不完善之處：首先，Android系統(tǒng)不支持DHCPv6，只能通過(guò)RA方式獲得IPv6地址；其次，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在IPv6單棧的Wi-Fi環(huán)境下，Android終端獲得IPv6地址后不久，會(huì)自動(dòng)斷開(kāi)Wi-Fi連接。相對(duì)于Android系統(tǒng)，iOS對(duì)IPv6的支持能力相對(duì)好一些。iOS從4.1版本開(kāi)始全面支持IPv6，其中從4.0版本開(kāi)始支持無(wú)狀態(tài)的DHCPv6，從4.3.1版本開(kāi)始支持有狀態(tài)的DHCPv6。

表1 IPv4/IPv6過(guò)渡技術(shù)分類

表2 主流終端操作系統(tǒng)對(duì)IPv6的支持情況

圖1 IPv6環(huán)境探測(cè)

3 針對(duì)IPv6 At Tsinghua平臺(tái)的關(guān)鍵設(shè)計(jì)

對(duì)終端及網(wǎng)絡(luò)的IPv6環(huán)境進(jìn)行有效的探測(cè)，已經(jīng)成為移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)上層應(yīng)用有效使用IPv6資源的關(guān)鍵。盡管當(dāng)前已存在若干IPv6環(huán)境探測(cè)工具，如iOS平臺(tái)上的IPv6 ToolKit，Android平臺(tái)的IPv6 Detector、IPv6 and More、IPv6Config等，但這些應(yīng)用難以集成到其他應(yīng)用平臺(tái)上，且部分應(yīng)用存在著安全性、兼容性等諸多問(wèn)題。

為此，研發(fā)了一個(gè)IPv6環(huán)境探測(cè)的平臺(tái)工具，如圖1所示。該工具的主要功能包括：探測(cè)終端本身是否支持IPv6、探測(cè)接入網(wǎng)的IPv6環(huán)境、呈現(xiàn)當(dāng)前的IPv6地址等。

所采用的關(guān)鍵技術(shù)具體介紹如下。

（1）探測(cè)終端本身是否支持IPv6

在iOS平臺(tái)下，由于iOS平臺(tái)對(duì)IPv6的支持有著明確的分界點(diǎn)——從iOS 4.0開(kāi)始支持IPv6[8]，所以可以通過(guò)讀取版本號(hào)判斷終端對(duì)IPv6的支持程度；在Android平臺(tái)下，Linux系統(tǒng)中判斷系統(tǒng)是否支持IPv6的方法為：判斷/proc/net/if_inet6文件是否存在。

（2）探測(cè)接入網(wǎng)的IPv6環(huán)境

通過(guò)對(duì)IPv6地址特點(diǎn)的分析得到。

（3）呈現(xiàn)當(dāng)前的IPv6地址

在iOS平臺(tái)下，IPv6的地址是通過(guò)獲取網(wǎng)絡(luò)接口對(duì)應(yīng)的套接字地址得到的[10]，Android平臺(tái)獲取IPv6地址的方式有所不同。盡管Android系統(tǒng)提供了獲取IPv6地址的API，但該API在4.0以下版本中返回的地址為空；通過(guò)系統(tǒng)命令（如“ifconfig”、“ip addr”）可以獲取IPv6地址，但有些終端廠商會(huì)將此類系統(tǒng)命令裁剪掉。事實(shí)上，Linux系統(tǒng)會(huì)將IPv6地址寫(xiě)入/proc/net/if_inet6文件中，通過(guò)讀取該文件即可獲得當(dāng)前的IPv6地址。

4 At Tsinghua平臺(tái)的主要功能

4.1 接入網(wǎng)Wi-Fi認(rèn)證

清華大學(xué)校園網(wǎng)接入認(rèn)證按照流量階梯計(jì)費(fèi)，為鼓勵(lì)大家向IPv6技術(shù)過(guò)渡，對(duì)用戶產(chǎn)生的IPv6流量不計(jì)費(fèi)。“Wi-Fi認(rèn)證”提供了無(wú)線校園網(wǎng)的接入認(rèn)證功能，輸入一次用戶名、密碼之后，即可享用一鍵登錄，連接速度快，且可穩(wěn)定地維護(hù)聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)。提供的功能包括關(guān)閉Wi-Fi校園網(wǎng)自動(dòng)下線、帶外認(rèn)證其他地址以及連接管理等。清華大學(xué)校園網(wǎng)Wi-Fi認(rèn)證界面如圖2所示。

圖2 Wi-Fi認(rèn)證界面

4.2 教室資源推薦系統(tǒng)

教室資源推薦系統(tǒng)基于校園環(huán)境和大規(guī)模Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)，面向在校師生提供教室和網(wǎng)絡(luò)資源的推薦服務(wù)。應(yīng)用主要依據(jù)Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)所提供的用戶關(guān)聯(lián)信息、網(wǎng)絡(luò)使用信息，結(jié)合Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)（access point）的位置信息，幫助用戶定位空閑資源。業(yè)務(wù)系統(tǒng)采用C/S架構(gòu)，服務(wù)器后臺(tái)采用IPv4/IPv6雙棧部署。在終端支持IPv6的情況下，將優(yōu)先通過(guò)IPv6網(wǎng)絡(luò)使用系統(tǒng)服務(wù)。教室資源推薦系統(tǒng)的使用界面如圖3所示。

圖3 教室資源推薦系統(tǒng)的使用界面

圖4 教學(xué)信息系統(tǒng)“一站訪問(wèn)”界面

從圖3中可以看出，用戶不僅可以看到各個(gè)教學(xué)區(qū)域、圖書(shū)館人數(shù)的估計(jì)值，還可以通過(guò)人數(shù)變化曲線觀察各個(gè)教室的閑忙趨勢(shì)。選定教室去向后，還可以通過(guò)課表查詢并定位可以利用的教室，從而可以較好地解決學(xué)生用戶找自習(xí)教室的問(wèn)題。

4.3 教學(xué)信息系統(tǒng)

學(xué)校的教學(xué)信息系統(tǒng)經(jīng)過(guò)多年的沿革與發(fā)展，形成了多套信息系統(tǒng)并存的現(xiàn)狀。“一站訪問(wèn)”將多套信息系統(tǒng)整合在一起，一次登錄即可訪問(wèn)多個(gè)信息門(mén)戶。對(duì)于登錄信息，用戶可沿用Wi-Fi認(rèn)證的信息，也可重新輸入登錄信息，設(shè)置之后的每次使用無(wú)需再輸入用戶名和密碼，可以一鍵登錄訪問(wèn)移動(dòng)Info、信息門(mén)戶、網(wǎng)絡(luò)學(xué)堂和圖書(shū)館資源，訪問(wèn)界面如圖4所示。

4.4 平臺(tái)應(yīng)用情況

校園移動(dòng)應(yīng)用平臺(tái)At Tsinghua（http://mobileapp.tsinghua.edu.cn/）在2012年3月正式發(fā)布Android版本，同年10月推出iOS版本，截至目前的下載用戶數(shù)已經(jīng)過(guò)萬(wàn)，極大地促進(jìn)了IPv6在校園用戶中的應(yīng)用。

5 結(jié)束語(yǔ)

面向IPv6設(shè)計(jì)和研發(fā)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用已經(jīng)成為相關(guān)行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。本文對(duì)當(dāng)前的IPv6接入網(wǎng)絡(luò)環(huán)境以及移動(dòng)終端對(duì)IPv6的支持情況進(jìn)行了分析和小結(jié)，并結(jié)合所研發(fā)的IPv6校園移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用平臺(tái)（At Tsinghua），重點(diǎn)介紹了針對(duì)IPv6環(huán)境探測(cè)技術(shù)以及平臺(tái)的主要應(yīng)用，為探索將移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用與IPv6技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步有機(jī)融合提供參考借鑒。

1 Liu Y,Li H X.Mobile internet diffusion in China:an empirical study.Industrial Management&Data Systems,2010(3):309～324

2 Eric H.Comparative development of the mobile internet in China and Japan.The 9th Chinese Internet Research Conference(CIRC 2011),Washington D C,2011

3 Andersen F-U,Caviglione L.Survey of IPv6 functional interoperability for mobile internet.Proceedings of 2nd International Conference on Mobile Technology,Applications and Systems,Seattle,WA,USA,2005

4 Vaughan-Nichols S J.Mobile IPv6 and the future of wireless internet access.Computer 2003,36(2):18～20

5 Kernen A,Arkko J,Krishnan S,et al.Towards an IPv6 world in mobile networks.Ericsson Review,2011

6 Wu J,Cui Y,Li X,et al.4over6 Transit Solution Using IP Encapsulation and MP-BGP Extensions.IETF RFC5747,2010

7 Bao C,Huitema C,Bagnulo M,et al.IPv6 Addressing of IPv4/IPv6 Translators.IETF,RFC 6052,2010

8 http://en.wikipedia.org/wiki/Comparison_of_IPv6_support_in_operating_systems

9 董智明,張志榮,張長(zhǎng)學(xué)等.智能終端主流平臺(tái)——Android的IPv6分析.移動(dòng)通信，2011,35(1):80～84

10 http://stackoverflow.com/questions/7072989/iphone-ipad-how-to-getmy-ip-address-programmatically