兼容IPv4與IPv6的Winsock網絡編程研究

0 引 言
    隨著通信技術和網絡技術的飛速發(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、缺乏服務質量控制Qos和安全性差等。為了應對這一挑戰(zhàn)，IETF(Internet Engineer Task Force)組織提出了為適應未來對于網絡基礎設施數(shù)量和質量需求而設計的下一代互聯(lián)網協(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。

l 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的地址結構。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中新增加的地址結構
    IPv6的地址結構通過struct in6_addr和structockaddr_in6定義，結構定義分別如下：

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的結構指針。

   
    getaddrinfo()函數(shù)可以把主機名或服務名轉換成一組socket地址。hints相當于一個過濾器，只有符合hints結構的內容才會返回到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)。
    地址到名稱的轉換可以通過另一個新的套接字函數(shù)getnamein{o()進行。getnameinfo()函數(shù)的功能與getaddrinfo()函數(shù)相反，該函數(shù)接受已經初始化的套接字結構，并返回與地址及端口信息對應的主機和服務．

2 兼容IPv4與IPv6的WinSock網絡編程規(guī)則
2．1 使用sockaddr_storage結構
    sockaddr_storage結構是新的套接字結構，它與協(xié)議無關，并擁有充分的地址空間容納IPv4或者IPv6地址信息，且可以很方便地轉換成sockaddr_in結構和sockaddr_in6結構。同時，這個結構還具有針對64位對齊問題的填充項，使用這個結構可以很容易地寫出與地址協(xié)議簇無關和跨平臺的程序代碼，因此編寫兼容IPv4與IPv6的網絡程序時要使用這個結構表示網絡地址。
   
2．2 使用新的名稱解析函數(shù)getaddrinfo()和getnam-einfo()
    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，隱藏了名字到地址轉換和地址到名字轉換的大量細節(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)議的使用不產生任何影響，整個網絡上各終端設備能夠在一個物理網絡上共享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關的過程如下：

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)一個可同時應用于IPv4和IPv6的實現(xiàn)Daytime協(xié)議的程序。該程序基于c／s結構，客戶端使用TCP協(xié)議連接到服務器端，向服務器發(fā)送請求；服務器收到請求后，將當前的時間發(fā)回客戶端。
4．1 服務器端程序設計
    服務器端首先啟動，通過調用socket()建立一個Socket，然后調用bind()將該Socket和本地網絡地址聯(lián)系在一起，再調用listen()使Socket做好偵聽的準備，并規(guī)定請求隊列的長度，之后就調用accept()接收連接。連接建立后，服務器端創(chuàng)建一個通信用的’Sock-et，把當前時間發(fā)回給客戶端。最后，在數(shù)據(jù)傳送結束后，調用close()關閉Socket。
    服務器端設計過程如下：
    (1)創(chuàng)建服務器端套接字

    (3)監(jiān)聽并接收連接

4．2 客戶端程序設計
    客戶端創(chuàng)建一個Socket，并調用connect()和服務器建立連接。連接建立后，客戶端等待服務器返回的當前時間。最后，待數(shù)據(jù)傳送結束后，調用close()關閉Socket。
    客戶端設計過程如下。
    (1)創(chuàng)建客戶端套接字

5 程序運行后的結果
    當服務器運行后，可同時在IPv4和IPv6地址監(jiān)聽，客戶端向服務器發(fā)送請求，服務器接到請求后，向客戶端返回一個當前時間。此實驗達到了預期效果。
    服務器端運行結果如圖1所示。

6 結 語
    雖然IPv6網絡已經開始實驗性部署，但是IPv4網絡向IPv6網絡的過渡和互通仍有一定難度，IPv4和IPv6網絡還需共存一段時間，因此開發(fā)能夠同時支持IPv4和IPv6的網絡應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用協(xié)議及軟件的移植，需在服務器端設計過程(4)及客戶端設計過程(3)中根據(jù)其具體協(xié)議及軟件進行相應改變。