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(guò)程， 最后給出了一個(gè)可同時(shí)應(yīng)用于IPv4和IPv6的實(shí)現(xiàn)Daytime協(xié)議的程序，此程序今后可以方便地進(jìn)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(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(lái)，IPv4協(xié)議面臨著一些難以解決的問(wèn)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(duì)這一挑戰(zhàn)，IETF(Internet Engineer Task Force) 組織提出了為適應(yīng)未來(lái)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)量和質(zhì)量需求而設(shè)計(jì)的下一代互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議IPv6。IPv6繼承了IPv4的優(yōu)點(diǎn),并根據(jù)IPv4多年來(lái)運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了大幅度的修改和功能擴(kuò)充,其擴(kuò)展性、路由、安全性、配置和可靠性都有明顯改進(jìn)。

1 IPv6相對(duì)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(gè)新的地址族名，以便正確地識(shí)別和解析IPv6的地址結(jié)構(gòu)。同樣，還需要定義一個(gè)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(gè)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(guò)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(zhǎng)度

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

u_short sin6_port;//端口號(hào),和IPv4中意義相同

u_long sin6_flowinfo; //標(biāo)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(shí)別號(hào)

};

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(gè)API是與協(xié)議無(wú)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(biāo)志

int ai_family; //地址簇,對(duì)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(bào)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(zhǎng)度

char *ai_canonname;//規(guī)范名

struct sockaddr *ai_addr; //地址

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

};

getaddrinfo()函數(shù)原型如下：

getaddrinfo(

IN const char FAR *nodename, //主機(jī)名地址或者是IP地址

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

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(jī)名或服務(wù)名轉(zhuǎn)換成一組socket地址。 hints相當(dāng)于一個(gè)過(guò)濾器,只有符合hints結(jié)構(gòu)的內(nèi)容才會(huì)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(lái)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(guò)另一個(gè)新的套接字函數(shù)getnameinfo()進(jìn)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(duì)應(yīng)的主機(jī)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(wú)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(shí)，這個(gè)結(jié)構(gòu)還具有針對(duì)64位對(duì)齊問(wèn)題的填充項(xiàng)，使用這個(gè)結(jié)構(gòu)可以很容易地寫出與地址協(xié)議簇?zé)o關(guān)和跨平臺(tái)的程序代碼，因此編寫兼容IPv4與IPv6的網(wǎng)絡(luò)程序時(shí)要使用這個(gè)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(gè)函數(shù)是隨IPv6引進(jìn)的新的名稱解析函數(shù)，與地址協(xié)議簇?zé)o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(xì)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(shí)現(xiàn)了下列函數(shù)接口的功能：gethostbyname()，gethostbyaddr()，inet_ntoa()，inet_aton()，getservbyname()，getservbyport()?？梢栽诤?jiǎn)化程序的同時(shí)實(shí)現(xiàn)與地址協(xié)議簇?zé)o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(yàn)平臺(tái)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(cè)配置工具。在XP下安裝IPv6協(xié)議后，對(duì)原IPv4協(xié)議的使用不產(chǎn)生任何影響，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)上各終端設(shè)備能夠在一個(gè)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(rèn)網(wǎng)關(guān)的過(guò)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(cè)網(wǎng)絡(luò)連通和路由狀態(tài)。

4 VC環(huán)境下Daytime協(xié)議的實(shí)現(xiàn)

根據(jù)以上所述，下面開發(fā)一個(gè)可同時(shí)應(yīng)用于IPv4和IPv6的實(shí)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(qǐng)求；服務(wù)器收到請(qǐng)求后，將當(dāng)前的時(shí)間發(fā)回客戶端。

4.1 服務(wù)器端程序設(shè)計(jì)

服務(wù)器端首先啟動(dòng)，通過(guò)調(diào)用socket()建立一個(gè)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(zhǔn)備，并規(guī)定請(qǐng)求隊(duì)列的長(zhǎng)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(gè)通信用的Socket， 把當(dāng)前時(shí)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(jì)過(guò)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(jī)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(jī)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(duì)列,開始監(jiān)聽

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

（4） 處理連接，發(fā)回一個(gè)當(dāng)前時(shí)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(jì)

客戶端創(chuàng)建一個(gè)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(dāng)前時(shí)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(jì)過(guò)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(jī)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(dāng)前時(shí)間

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

（4） 關(guān)閉套接字

close (s-send);

5 程序運(yùn)行后的結(jié)果

當(dāng)服務(wù)器運(yùn)行后，可同時(shí)在IPv4和IPv6地址監(jiān)聽，客戶端向服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求，服務(wù)器接到請(qǐng)求后，向客戶端返回一個(gè)當(dāng)前時(shí)間。此實(shí)驗(yàn)達(dá)到了預(yù)期效果。

服務(wù)器端運(yùn)行結(jié)果如圖1所示。

6 結(jié) 語(yǔ)

雖然IPv6網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)開始實(shí)驗(yàn)性部署，但是IPv4網(wǎng)絡(luò)向IPv6網(wǎng)絡(luò)的過(guò)渡和互通仍有一定難度，IPv4和IPv6網(wǎng)絡(luò)還需共存一段時(shí)間，因此開發(fā)能夠同時(shí)支持IPv4和IPv6的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序會(huì)變得越來(lái)越重要。

在此編寫了一個(gè)能夠同時(shí)支持IPv4和IPv6協(xié)議的程序，此程序可以方便地進(jìn)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(jì)過(guò)程（4）及客戶端設(shè)計(jì)過(guò)程（3）中根據(jù)其具體協(xié)議及軟件進(jìn)行相應(yīng)改變。

參 考 文 獻(xiàn)

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

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［4］Stevens W R.TCP/IP詳解(卷3)［M］.胡谷雨,譯.北京:機(jī)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(xué)學(xué)報(bào),2005(3):25－29.

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

［7］朱坤華,朱國(guó)超.基于IPv6的網(wǎng)絡(luò)編程實(shí)例剖析［J］.移動(dòng)計(jì)算,2006(2):257－259.

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作者簡(jiǎn)介 郭靜盈 女，1983年出生，河南漯河人，碩士。主要研究方向?yàn)榛贗Pv6的Winsock網(wǎng)絡(luò)編程。