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已經(jīng)成為公認的事實，然而這將是一個長期的,、漸進的過程,。IPv6的部署大致要經(jīng)歷一個過程。初始階段,，在IPv4的網(wǎng)絡(luò)海洋中,，會出現(xiàn)若干局部零散的IPv6孤島，為了保持通信,，這些孤島通過跨越IPv4的隧道彼此連接,。隨著IPv6規(guī)模的應(yīng)用，原來的孤島逐漸聚合成為了骨干的IPv6 Internet網(wǎng)絡(luò),，形成于IPv4骨干網(wǎng)并存的局面,。在IPv6骨干上可以引入了大量的新業(yè)務(wù)，同時可以充分發(fā)揮IPv6的優(yōu)勢,。為了實現(xiàn)IPv6和IPv4網(wǎng)絡(luò)資源的互訪,，還需要轉(zhuǎn)換服務(wù)器以實現(xiàn)IPv6和IPv4的互通。最后,，IPv4骨干網(wǎng)逐步萎縮成局部的孤島,，通過隧道連接，IPv6占據(jù)主導地位,，具備全球范圍的連通性,。
　　
      IPv6提供很多過渡技術(shù)來實現(xiàn)這個漸進過程。這些過渡技術(shù)主要圍繞著解決兩類問題：IPv6孤島互通技術(shù)——實現(xiàn)IPv6網(wǎng)絡(luò)和IPv6網(wǎng)絡(luò)的互通,；IPv6和IPv4互通技術(shù)——實現(xiàn)兩個不同網(wǎng)絡(luò)之間互相訪問資源,。因此我們提出研制IPv4/IPv6互聯(lián)網(wǎng)關(guān)，通過協(xié)議地址翻譯的機制來解決IPv4和IPv6的互聯(lián)互通問題,，實現(xiàn)IPv4向IPv6的平滑過渡,。該設(shè)備可應(yīng)用在城域網(wǎng)、校園網(wǎng),、企業(yè)網(wǎng)和其他專用網(wǎng)絡(luò)上,，實現(xiàn)各級子網(wǎng)對現(xiàn)有IPv6/IPv4資源的安全訪問。圖1-1為IPv4/IPv6網(wǎng)關(guān)的典型應(yīng)用場景,。圖1-2為IPv4/IPv6網(wǎng)關(guān)組網(wǎng)的連接情況,。

  
      圖1-1  IPv4/IPv6安全網(wǎng)關(guān)的典型應(yīng)用場景

  
      圖1-2 IPv4/IPv6安全網(wǎng)關(guān)組網(wǎng)

      2 IPv4/IPv6安全網(wǎng)關(guān)原理

      IPv4/IPv6安全網(wǎng)關(guān)主要由四部分構(gòu)成，分別為機械結(jié)構(gòu)部分,、路由器電器部分,、一次電源和通風散熱系統(tǒng)。機械部分包括主機箱和配線架，主機箱可以外購或者按照機械尺寸定制,，配線架采用19英寸機箱的標準配線架,；一次電源和電源廠家協(xié)商定制；通風散熱系統(tǒng)由兩組風扇組成,，負責網(wǎng)關(guān)主機框和電源的散熱,；路由器電器將采用主控板、交換板,、電源冗余設(shè)計等模塊實現(xiàn)模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計,，具有平滑的可升級能力。IPv4/IPv6安全網(wǎng)關(guān)的體系結(jié)構(gòu)如圖1-3所示,。

                                           
      圖1-3 IPv4/IPv6網(wǎng)關(guān)體系結(jié)構(gòu)

      安全網(wǎng)關(guān)主要包括支撐子系統(tǒng),，路由協(xié)議處理子系統(tǒng)（主要是BGP4+代理），IPv4/IPv6互連網(wǎng)關(guān)核心功能處理子系統(tǒng),、IP轉(zhuǎn)發(fā)子系統(tǒng)（分布式結(jié)構(gòu)），操作管理子系統(tǒng)等等,。圖1-4給出了在該體系結(jié)構(gòu)下,，IP分組流動的示意圖。

  
      圖1-4  IP分組處理流程示意圖

      操作與管理子系統(tǒng)

      操作與管理子系統(tǒng)（OAM子系統(tǒng)）是整個IPv4/IPv6互連網(wǎng)關(guān)的控制核心,。它需要實現(xiàn)對整個IPv4/IPv6互連網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的控制和管理,。操作與管理子系統(tǒng)的主要功能包括：提供多種用戶操作界面，包括控制臺,、虛擬終端和SNMP網(wǎng)絡(luò)管理,；實現(xiàn)被管理模塊之間的信息交互；提供分布式支持,；實現(xiàn)錯誤檢測和錯誤恢復功能,；提供一套完善的運行時調(diào)試接口。

      IP轉(zhuǎn)發(fā)子系統(tǒng)

      轉(zhuǎn)發(fā)子系統(tǒng)實現(xiàn)IPv4/IPv6互連網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)中路由器的基本功能—IP分組的轉(zhuǎn)發(fā),。該子系統(tǒng)實現(xiàn)IPv6,、ICMPv6和Neighbor Discovery三個主要協(xié)議以及IPv4協(xié)議棧中的相應(yīng)協(xié)議，并能夠同時支持單處理器平臺和分布式多處理器平臺的IP分組轉(zhuǎn)發(fā),。

      路由協(xié)議處理子系統(tǒng)

      路由協(xié)議處理子系統(tǒng)主要實現(xiàn)IPv4/IPv6互連網(wǎng)關(guān)上的BGP4+的代理,，4to6過渡協(xié)議需要支持IPv4路由表向IPv6傳播，并從IPv6網(wǎng)絡(luò)中學習IPv4路由表,。該部分主要實現(xiàn)4to6過渡協(xié)議中的路由處理機制,，包括組播路由的支持。

      支撐子系統(tǒng)

      支撐子系統(tǒng)是整個IPv4/IPv6互連網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)上層應(yīng)用實體的服務(wù)提供者,。從協(xié)議角度看,，它為BGP4+代理以及網(wǎng)管協(xié)議SNMP提供服務(wù)；從系統(tǒng)角度來看，它是操作和管理系統(tǒng)的一種手段,。支撐子系統(tǒng)將實現(xiàn)它的三個組成部分的協(xié)議規(guī)范要求,，實現(xiàn)了端到端的數(shù)據(jù)傳輸，并且提供了一種遠程登錄訪問的手段,。

      IPv4/IPv6安全網(wǎng)關(guān)核心功能處理子系統(tǒng)

      安全網(wǎng)關(guān)核心功能處理主要是實現(xiàn)IPv4/IPv6網(wǎng)絡(luò)過渡機制和過渡技術(shù),，目前包括協(xié)議翻譯轉(zhuǎn)換技術(shù)、隧道技術(shù),、4to6過渡技術(shù)以及應(yīng)用層網(wǎng)關(guān)技術(shù),。安全網(wǎng)關(guān)3個主要的部分：報文翻譯，DNS應(yīng)用層網(wǎng)關(guān),，F(xiàn)TP應(yīng)用層網(wǎng)關(guān),。

  
      圖1-5  NAT_PT的總體結(jié)構(gòu)圖

      報文翻譯

      報文翻譯部分是NAT_PT的最基礎(chǔ)部分。它負責進行IPv4和IPv6報文之間的翻譯,。具體的實現(xiàn)主要針對TCP,、UDP和ICMP三種不同類型的報文進行翻譯。由于TCP自己的特性,，在地址映射的時間上,，還有TCP建立連接的時候，對動態(tài)地址池的操作都和UDP,、ICMP有所區(qū)別,。

      DNS應(yīng)用層網(wǎng)關(guān)

      DNS應(yīng)用層網(wǎng)關(guān)部分是為了支持DNS的IPv6擴展功能的。它主要對針對目的端口/源端口=53的DNS_UDP報文進行翻譯的,。DNS應(yīng)用層網(wǎng)關(guān)的主要功能是支持外部的IPv4主機對IPv6域內(nèi)服務(wù)器的訪問,。這樣，當外部的DNSv4的查詢報文通過路由器的時候,，將被翻譯后送到IPv6域內(nèi)的IPv6 DNS服務(wù)器,。同樣IPv6域內(nèi)的IPv6 DNS服務(wù)器的DNSv6回復報文，也將被翻譯后返回給原IPv4主機,。

      FTP應(yīng)用層網(wǎng)關(guān)

      由于FTP的IPv6擴展功能和現(xiàn)有的IPv4FTP命令不相同,，不完全兼容，所以需要對FTP的命令作翻譯,。同時的由于TCP報文的負荷長度有所變動,，所以還需要對一個FTP的連接的所有TCP數(shù)據(jù)報的順序號進行修正。FTP應(yīng)用層網(wǎng)關(guān)部分主要對針對目的端口/源端口=21的FTP_TCP報文進行翻譯,。

      3 IPv4/IPv6安全網(wǎng)關(guān)解決方案

      根據(jù)IPv4/IPv6安全網(wǎng)關(guān)的原理和市場需求,，從性能，可擴展性以及高可靠性的角度出發(fā),，推薦采用研祥（EVOC）的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)平臺NPC-8205作為解決方案的硬件平臺,，在此可靠的平臺上實現(xiàn)IPv4/IPv6安全網(wǎng)關(guān),。

      NPC-8205是一款基于Intlel新一代服務(wù)器JasperForest平臺的高端網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)產(chǎn)品。采取的服務(wù)器平臺,，北橋集成在CPU里面,，大大提高了CPU對內(nèi)存和外設(shè)的訪問速度。全模塊化的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計,，可靈活選擇光電組合,，并在千兆，萬兆之間靈活切換,。主板支持兩顆CPU,，支持12個DIMM內(nèi)存槽，6個SATA接口,。支持CF卡,，板載PCI擴展槽和兩個PCI-E擴展槽。整機支持三個全模塊的網(wǎng)絡(luò)擴展,，支持兩個2.5寸抽拉硬盤位,，支持液晶屏顯示，板載2千兆電口,，1個串口,，2個USB，前面板可擴展兩個PCI –E設(shè)備,，支持冗余電源。

      采用JASPER FOREAST平臺具有以下優(yōu)點：

      （1）支持超線程：第三代超線程技術(shù),。

      （2）支持虛擬化設(shè)備輸入/輸出 (VT-d)：在之前以虛擬化CPU為主的基礎(chǔ)上增加設(shè)備輸入/輸出的虛擬化,，能有效提高虛擬機的性能和效率。

      （3）內(nèi)核加速模式(Turbo Mode)：內(nèi)核運行動態(tài)加速,?？梢愿鶕?jù)需要開啟、關(guān)閉以及加速單個內(nèi)核的運行,。這樣動態(tài)的調(diào)整可以提高系統(tǒng)和CPU整體的能效比率,。

      （4）Cache的設(shè)計：采用三級全內(nèi)含式Cache設(shè)計，L1的設(shè)計和Core 微架構(gòu)一樣,；L2采用超低延遲的設(shè)計,，每個內(nèi)核256KB；L3采用共享式設(shè)計,，被片上所有內(nèi)核共享,。

      （5） 集成了內(nèi)存控制器(IMC)：從芯片組上移到CPU片上，支持多通道DDR3內(nèi)存,，內(nèi)存讀取的延遲大幅度減少,，內(nèi)存帶寬大幅提升,，最多可達三倍。

      （6）QPI：“快速通道互聯(lián)”,，取代前端總線(FSB)的一種點到點連接技術(shù),，20位寬的QPI連接其帶寬可達驚人的每秒25.6GB，遠非FSB可比,。QPI最初能夠發(fā)放異彩的是支持多個處理器的服務(wù)器平臺,，QPI可以用于多處理器之間的互聯(lián)。

      自由切換的光電口模塊設(shè)計

      不打開箱蓋,，直接在前面板操作,，就可以在光口模塊和電口模塊間任意更換?？梢造`活的搭配出光口不同數(shù)量,。電口不同數(shù)量。光口模塊和電口模塊混合同時使用,。

  
      （應(yīng)用原理圖）

      4.結(jié)束語

      綜上可見,，研祥（EVOC）的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)平臺NPC-8205作為實現(xiàn)IPv4/IPv6安全網(wǎng)關(guān)解決方案的硬件平臺，解決了IPv4/IPv6安全網(wǎng)關(guān)對對計算性能,，存儲性能,，可靠性能，擴展性能的需求,，是一個比較優(yōu)秀的解決方案,。

      參考文獻：

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      www.intel.com. 英特爾嵌入式與通信產(chǎn)品資源,，技術(shù)和解決方案

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