摘 要：分析了IPv4和IPv6兩種家電局域網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和信息家電的控制模式，研究了Web服務(wù)中實(shí)現(xiàn)IPv4/IPv6兼容的方法，提出了一種實(shí)現(xiàn)信息家電遠(yuǎn)程控制中IPv4/IPv6兼容的具體實(shí)現(xiàn)方案。 關(guān)鍵詞：IPv4/IPv6; 家電控制; 網(wǎng)絡(luò) 0　引言 　　隨著現(xiàn)代信息技術(shù)和家電控制技術(shù)的融合與發(fā)展，現(xiàn)代家庭也將加入“信息化、自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化”的行列，“通過(guò)Internet遠(yuǎn)程訪問(wèn)由家用電器組成的局域網(wǎng)”已成為未來(lái)家庭的一個(gè)重要標(biāo)志，通過(guò)Web瀏覽器實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制家電運(yùn)行和查看家電運(yùn)行狀態(tài)的功能也是家電控制發(fā)展的一個(gè)方向。但是，現(xiàn)在使用的IPv4，無(wú)論從計(jì)算機(jī)本身的發(fā)展，還是從Internet的規(guī)模和網(wǎng)絡(luò)傳輸速率、服務(wù)質(zhì)量（Qos）、傳輸安全性等方面來(lái)看，都已經(jīng)很不適用了，其主要的問(wèn)題是：一、32bit的IP地址很快就要耗盡，PDA、無(wú)線設(shè)備、3G移動(dòng)電話等新技術(shù)的應(yīng)用，使IP地址短缺的矛盾更加激化，甚至汽車(chē)、冰箱都需要一個(gè)全球單播地址連到Internet中去，IPv4的地址空間滿足不了這些需求;二、網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量（Qos）和安全性難以滿足用戶(hù)不斷增長(zhǎng)的需求。 　　IPv6是在1999年完成IETF要求的協(xié)議審定和測(cè)試的下一代Internet協(xié)議，它保留了IPv4許多賴(lài)以成功的特點(diǎn)，同時(shí)具備以下新特性：一、全新的報(bào)文結(jié)構(gòu)，報(bào)文頭包括固定頭部和擴(kuò)展頭部，使路由器在處理協(xié)議頭時(shí)效率更高。二、巨大的地址空間，128bit的IP地址能使世界上每一個(gè)人擁有5.7×1028個(gè)IPv6地址，并且地址配置更加簡(jiǎn)化。三、對(duì)Qos更好的支持，IPv6的包頭中有流標(biāo)簽字段，使路由器可以不打開(kāi)傳送的內(nèi)層數(shù)據(jù)包就可以識(shí)別流。四、安全性好，另外，IPv6還支持IPSec，具有鄰居發(fā)現(xiàn)協(xié)議等。 　　在網(wǎng)絡(luò)今后的一段發(fā)展時(shí)間中，IPv4將逐步被IPv6所取代，但構(gòu)建在IPv4或IPv6技術(shù)基礎(chǔ)之上的信息家電仍將共存。在信息家電的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)IPv4/IPv6的無(wú)縫過(guò)渡和兼容也將是一個(gè)熱門(mén)研究課題。由于在信息家電的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)中一般都有一個(gè)信息家電控制中心進(jìn)行家電局域網(wǎng)的組織和管理功能，而且是通過(guò)客戶(hù)端Web瀏覽器遠(yuǎn)程控制家電的運(yùn)行和查看家電運(yùn)行的狀態(tài)。本文在此基礎(chǔ)上，分析了IPv4/IPv6協(xié)議棧對(duì)域名解析地址格式處理方法的基礎(chǔ)上，提出并實(shí)現(xiàn)了一種通過(guò)合并信息家電控制中心，并增加雙協(xié)議棧和代理等功能實(shí)現(xiàn)信息家電遠(yuǎn)程控制的IPv4/IPv6兼容的方法。 1 信息家電遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的中用IPv4協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)與IPV6進(jìn)程的通信方法 　　1.1 信息家電遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) [align=center] 圖1信息家電遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖[/align] 　　圖1是信息家電遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，其中上半部分分別是IPv4信息家電遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和IPv6信息家電遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，下半部分是兩者兼容系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。在IPv4和IPv6信息家電遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)中信息家電通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)組成家電局域網(wǎng)，并接入Internet，而“家電控制中心”具有中心控制地位。 　　在IPv4的家電局域網(wǎng)中，“家電控制中心”實(shí)質(zhì)上是一個(gè)應(yīng)用網(wǎng)關(guān)，其功能是組織家電局域網(wǎng)、進(jìn)行數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換、管理用戶(hù)和家電等，實(shí)現(xiàn)信息家電通過(guò)一個(gè)公有IP地址接入Internet，并配置有WWW服務(wù)器、Sendmail服務(wù)器、防火墻等。其中，WWW服務(wù)器中有訪問(wèn)各個(gè)家電的Web頁(yè)，可以使用戶(hù)通過(guò)Web瀏覽器遠(yuǎn)程訪問(wèn)應(yīng)用網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)對(duì)家電的遠(yuǎn)程監(jiān)控。 　　在IPv6的家電局域網(wǎng)中，“家電控制中心”與網(wǎng)絡(luò)家電具有同等的地位，其功能是對(duì)家電局域網(wǎng)的用戶(hù)和網(wǎng)絡(luò)家電的地址進(jìn)行管理，同時(shí)對(duì)家電的電源開(kāi)啟進(jìn)行管理，也可以將它看成是一個(gè)具有網(wǎng)管功能的網(wǎng)絡(luò)家電。結(jié)合IPv6協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)家電的特點(diǎn)，考慮到嵌入式系統(tǒng)的功能不斷增強(qiáng)，處理能力和存儲(chǔ)容量也有了很大的提高，同時(shí)，也為了使家庭網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)使用信息家電的更方便和更實(shí)用，在信息家電的嵌入式控制系統(tǒng)中直接配置WWW服務(wù)器、Sendmail服務(wù)器、防火墻等網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。其中，WWW服務(wù)器中包含有家電自身管理和控制的Web頁(yè)，使用戶(hù)可以通過(guò)Web瀏覽器實(shí)現(xiàn)對(duì)家電的遠(yuǎn)程監(jiān)控，并能隨時(shí)與廠家互動(dòng)。 　　在兩種信息家電都有的兼容系統(tǒng)中，“家電控制中心”具有IPv4家電局域網(wǎng)和IPv6家電局域網(wǎng)“家電控制中心”的雙重功能，并具有IPv4/IPv6雙協(xié)議棧和IPv4/IPv6地址識(shí)別功能，能根據(jù)用戶(hù)訪問(wèn)的目的IP地址自動(dòng)調(diào)用IPv4或IPv6的協(xié)議棧和信息家電控制系統(tǒng)。在此家電局域網(wǎng)中，IPv4、IPv6的信息家電與“家電控制中心”的關(guān)系和獨(dú)立的IPv4、IPv6家電局域網(wǎng)中的關(guān)系是一致的，單獨(dú)來(lái)看，沒(méi)有改變?cè)瓉?lái)IPv4、IPv6家電局域網(wǎng)的結(jié)構(gòu)。 　　1.2 IPv4協(xié)議棧與IPV6的Web服務(wù)器通信的原理和方法 　　IPv4的Web瀏覽器無(wú)法訪問(wèn)基于IPv6的網(wǎng)頁(yè)是因?yàn)镮Pv4應(yīng)用程序都使用struct sockaddr_in結(jié)構(gòu)體存儲(chǔ)服務(wù)器的IPv4地址（32位），在調(diào)用connect函數(shù)或者sendto函數(shù)的時(shí)候，如果指定了一個(gè)IPv6地址，而結(jié)構(gòu)體中in_addr僅僅有4個(gè)字節(jié)，無(wú)法容納IPv6的128位地址，所以不可能通過(guò)客戶(hù)端IPv4協(xié)議棧與IPv6服務(wù)進(jìn)程通信。如果在IPv4的Web瀏覽器中設(shè)置代理端口，相當(dāng)于在瀏覽器和Internet之間增加了一層轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，代理一方面成為了瀏覽器發(fā)出請(qǐng)求的“服務(wù)器”端，另一方面又作為客戶(hù)端向遠(yuǎn)端的服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)請(qǐng)求，既代理服務(wù)器一方面要接受來(lái)自瀏覽器的TCP連接請(qǐng)求，另一方面又必須能夠向Web服務(wù)器發(fā)出TCP連接請(qǐng)求。 　　雖然IPv4的Web瀏覽器無(wú)法訪問(wèn)基于IPv6的網(wǎng)頁(yè)，但是瀏覽器在使用socket函數(shù)建立本地套接口時(shí)，都使用AF_INET參數(shù)指定使用本地IPv4協(xié)議棧，如果在具有IPv4/IPv6雙協(xié)議棧的主機(jī)上，使用socket函數(shù)建立本地接口的時(shí)，能夠使用AF_INET6標(biāo)志指定使用IPV6協(xié)議棧，則通過(guò)這個(gè)協(xié)議棧就可以實(shí)現(xiàn)與IPV6服務(wù)進(jìn)程的通信。一旦connect函數(shù)建立連接后，網(wǎng)絡(luò)通信都簡(jiǎn)化成了文件的讀寫(xiě)操作，此時(shí)與具體的協(xié)議棧和IP地址都沒(méi)有關(guān)系。但是現(xiàn)在使用的客戶(hù)端基本上都是IPv4的單協(xié)議棧，而且改寫(xiě)瀏覽器本身的代碼是不現(xiàn)實(shí)的。 　　這樣，可以在“家電控制中心”增加一項(xiàng)“IPv4/IPv6雙協(xié)議棧的代理服務(wù)”功能，瀏覽器通過(guò)代理端口的設(shè)置，將請(qǐng)求交給“家電控制中心”處理，通過(guò)編程處理讓“家電控制中心”根據(jù)客戶(hù)端請(qǐng)求的目的地址的不同調(diào)用系統(tǒng)的IPv4或IPV6協(xié)議棧，分別實(shí)現(xiàn)客戶(hù)端與IPv4或IPV6進(jìn)程的通信。 2 信息家電遠(yuǎn)程控制中IPv4/IPv6兼容的實(shí)現(xiàn) 　　2.1 信息家電控制中心中代理功能的設(shè)置和瀏覽器的選擇 　　在基于IPv4技術(shù)的家電遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)中，一般家電用戶(hù)可以直接輸入“家電控制中心”的IP地址，直接訪問(wèn)到信息家電及其控制/狀態(tài)頁(yè)面。但在基于IPv6的信息家電中，每個(gè)家電都可具有自己的一個(gè)或多個(gè)IP地址，當(dāng)然也可以具有域名。這樣，在考慮信息家電遠(yuǎn)程控制IPv4/IPv6兼容問(wèn)題時(shí)，不但要考慮用戶(hù)的URL請(qǐng)求直接是IP地址，還要考慮用戶(hù)對(duì)信息家電應(yīng)用的域名。因此，在“家電控制中心”中首先要添加IPv4/IPv6雙協(xié)議棧，并使之成為Web代理服務(wù)器，同時(shí)也要具有請(qǐng)求域名解析的功能，最后，判斷地址的格式，根據(jù)不同協(xié)議地址調(diào)用對(duì)應(yīng)的協(xié)議棧。 　　網(wǎng)絡(luò)中客戶(hù)端Web瀏覽器的代理端口設(shè)置為“家電控制中心”的對(duì)應(yīng)端口，瀏覽器將URL中輸入的內(nèi)容交給“家電控制中心”處理，經(jīng)過(guò)域名解析，如果是IPv4地址，則“家電控制中心”的代理不進(jìn)行處理，按照原來(lái)的模式發(fā)送請(qǐng)求;如果是IPv6的地址，則“家電控制中心”的代理將請(qǐng)求交給IPv6處理模塊，調(diào)用系統(tǒng)的IPV6協(xié)議棧，實(shí)現(xiàn)與IPV6的通信。圖2是“家電控制中心”對(duì)IPv4客戶(hù)端的URL處理流程圖。 [align=center] 圖2 家電控制中心對(duì)URL的處理流程圖[/align] 　　2.2 瀏覽器的選擇和多URL同時(shí)請(qǐng)求的解決方案 　　在客戶(hù)端選擇使用Netscape瀏覽器，因?yàn)樵谕ㄟ^(guò)手動(dòng)設(shè)置代理聯(lián)入Internet 的時(shí)，IE要對(duì)其URL中輸入的內(nèi)容進(jìn)行語(yǔ)法檢查，而Netscape則完全不作任何檢查，把從域名解析到數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的任務(wù)都交給“家電控制中心”，這樣無(wú)論在URL中輸入的是域名還是IPv4或IPv6地址，Netscape都會(huì)不加任何檢查地送入“家電控制中心”，所以，客戶(hù)端Web服務(wù)的接入和瀏覽工具選擇Netscape。 　　由于“家電控制中心”要對(duì)一個(gè)瀏覽器的多個(gè)請(qǐng)求或者多個(gè)瀏覽器的多個(gè)請(qǐng)求同時(shí)作出反應(yīng)，在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，使用“家電控制中心”的daemon偵聽(tīng)端口，使“家電控制中心”遇到請(qǐng)求就產(chǎn)生子進(jìn)程進(jìn)行處理，即通過(guò)socket函數(shù)創(chuàng)建監(jiān)聽(tīng)套接字listenfd，并調(diào)用bind和listen函數(shù)將其變成一個(gè)監(jiān)聽(tīng)套接口，使系統(tǒng)內(nèi)核接收來(lái)自客戶(hù)的連接請(qǐng)求。“家電控制中心”調(diào)用accept函數(shù)等待客戶(hù)端的連接。當(dāng)客戶(hù)端Web瀏覽器發(fā)起的TCP連接請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)到“家電控制中心”處理時(shí)，TCP使用三次握手建立連接，當(dāng)握手完畢時(shí)，accept函數(shù)返回，其返回值是一個(gè)稱(chēng)為已連接描述字（connetcted descrIPtor）的新描述字connfd。“家電控制中心”用fork函數(shù)為這個(gè)描述字開(kāi)啟一個(gè)子進(jìn)程，并用此子進(jìn)程處理連接和通信，同時(shí)父進(jìn)程仍保持監(jiān)聽(tīng)狀態(tài)。 　　另外，在實(shí)現(xiàn)“家電控制中心”的IPv4/IPv6雙協(xié)議棧代理功能時(shí)，在處理監(jiān)聽(tīng)套接口的同時(shí)，又要處理已連接套接口，還要處理多個(gè)描述字，在解決這個(gè)問(wèn)題時(shí)用到了I/O復(fù)用技術(shù)。在I/O復(fù)用中，系統(tǒng)阻塞于select 調(diào)用，等待數(shù)據(jù)報(bào)套接口可讀，當(dāng)select返回套接口可讀時(shí)，系統(tǒng)調(diào)用readline函數(shù)將數(shù)據(jù)報(bào)讀到緩沖區(qū)中。在連接建立和傳輸過(guò)程中，“家電控制中心”為每一幅圖片和每一個(gè)文本文件建立一個(gè)描述字，因此，在select的參數(shù)設(shè)置中要保證每一個(gè)描述字都是可讀取的。 3 測(cè)試和結(jié)論 　　在測(cè)試環(huán)境中，家電局域網(wǎng)由“家電控制中心”、基于IPv4的信息家電和基于IPv6的信息家電。“家電控制中心”除具有用戶(hù)管理、家電管理、信息格式轉(zhuǎn)換等模塊外，具有IPv4/IPv6雙協(xié)議棧、Web代理服務(wù)、域名解析、IPv4/IPv6地址識(shí)別等功能。基于IPv4的信息家電和基于IPv6的信息家電都具有Web服務(wù)的功能，并有對(duì)應(yīng)的控制/狀態(tài)頁(yè)面?？蛻?hù)端計(jì)算機(jī)是IPv4協(xié)議棧，Web瀏覽器使用Netscape，并將代理設(shè)置為“家電控制中心”。由于使用Netscape作為Web瀏覽器，操作系統(tǒng)均選用了Linux。在測(cè)試中，通過(guò)客戶(hù)端實(shí)現(xiàn)了對(duì)兩類(lèi)家電的訪問(wèn)和控制。 　　本文作者創(chuàng)新點(diǎn)是利用信息家電局域網(wǎng)中的“家電控制中心”，在不改變家電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的情況下，針對(duì)信息家電遠(yuǎn)程控制提出并實(shí)現(xiàn)了IPv4/IPv6兼容的一種方法，使基于IPv4的信息家電和基于IPv6的信息家電通過(guò)具有IPv4/IPv6雙協(xié)議棧、域名解析、地址的識(shí)別和不同協(xié)議棧調(diào)用等功能的“家電控制中心”融合在了同一個(gè)局域網(wǎng)中，從而方便了用戶(hù)的使用和廠家的開(kāi)發(fā)及維護(hù)。 參考文獻(xiàn)： 　　[1]　Douglas E.Comer. 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