CN102724233A - 信息家电系统中用IPv4协议栈实现与IPv6进程的通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种信息家电远程控制系统中用IPv4协议栈实现与IPv6进程的通信方法，由于在信息家电的远程控制系统中一般都有一个信息家电控制中心进行家电局域网的组织和治理功能，而且是通过客户端Web浏览器远程控制家电的运行和查看家电运行的状态，因此，本发明在分析了IPv4/IPv6协议栈对域名解析地址格式处理方法的基础上，提出并实现了一种通过合并信息家电控制中心，并增加双协议栈和代理等功能实现信息家电远程控制的IPv4/IPv6兼容的方法。本发明有效地解决了IPv4将逐步被IPv6所取代的背景下，在信息家电的远程控制系统中，实现IPv4/IPv6的无缝过渡和兼容的难题，推动了信息家电远程控制的发展。

Description

信息家电系统中用IPv4协议栈实现与IPv6进程的通信方法

技术领域

本发明涉及一种信息家电远程控制系统中用IPv4协议栈实现与IPv6进程的通信方法。

背景技术

随着信息和通讯技术的不断发展和应用的逐渐推广，家庭正在向数字化、信息化、智能化的方向发展，不断满足着人们对于娱乐、信息、舒适、便捷、自由的追求。信息家电远程控制正是适应这一趋势的产物。信息家电的主要特点是数字化、智能化和网络化。信息家电包括机顶盒、WEB游戏机、WEB电视，还有掌上电脑、手持PC、可穿戴PC等所有能通过网络系统交互信息的消费类电子产品，其产品种类在未来将只为我们的想象力所束缚。另外，将数字网络技术植入电冰箱、洗也机、微波炉等传统的家电也成为当前信息家电技术重要的发展方向。例如，智能化的、联网的冰箱，可以根据冰箱内储藏物品的消耗情况，自动通过电子邮件超市发出订单，然后超市就会把需要的物品送上门来。

信息家电技术将通信技术、计算机技术和消费电子技术集成在家用电器上，并在此基础上建立起家庭网络化环境。其实质就是：从现有的移动通信设备及传统个人电脑中剥离出一些常用的功能，再与数字技术和网络技术紧密结合，使之以一种更趋于简单精巧的分解形式渗入到诸多的实体中，从而将计算机与家电设备完美地融为一体。其中，“通过Internet远程访问由家用电器组成的局域网”已成为未来家庭的一个重要标志，通过Web浏览器实现远程控制家电运行和查看家电运行状态的功能也是家电控制发展的一个方向。

但是，当前使用的IPv4协议已经远远不能满足信息家电技术的发展，无论从计算机本身的发展，还是从Internet的规模和网络传输速率、服务质量(Qos)、传输安全性等方面来看都有其极大的局限性：(1)32bit的IP地址很快就要耗尽，PDA、无线设备、3G移动电话等新技术的应用，使IP地址短缺的矛盾更加激化，甚至汽车、冰箱都需要一个全球单播地址连到Internet中，IPv4的地址空间满足不了这些需求；(2)网络的服务质量(Qos)和安全性难以满足用户不断增长的需求。

IPv6是“Internet Protocol Version 6”的缩写，它是IETF设计的用于替代现行版本IP协议IPv4的下一代IP协议。相较于IPv4，IPv6具有诸多的优势：(1)地址充足：IPv6产生的初衷主要是针对IPv4地址短缺问题，即从IPv4的32bit地址，扩展到了IPv6的128bit地址，充分解决了地址匮乏问题。同时IPv6地址是有范围的，包括链路本地地址、站点本地地址和任意传播地址，这也进一步增加了地址应用的扩展性。(2)结构简化：通过简化固定的基本报头、采用64比特边界定位、取消IP头的校验和域等措施，以提高网络设备对IP报文的处理效率。(3)扩展灵活：引入灵活的扩展报头，按照不同协议要求增加扩展头种类，按照处理顺序合理安排扩展头的顺序，其中网络设备需要处理的扩展头在报文头的前部，而需要宿端处理的扩展头在报文头的尾部。(4)层次区划：IPv6极大的地址空间使层次性的地址规划成为可能，同时国际标准中已经规定了各个类型地址的层次结构，这样既便于路由的快速查找，也有利于路由聚合，缩减IPv6路由表大小，降低网络地址规划的难度。(5)即插即用：IPv6引入自动配置以及重配置技术，对于IP地址等信息实现自动增删更新配置，提高IPv6的易管理性。(6)贴身安全：IPv6集成了IPSec，用于网络层的认证与加密，为用户提供端到端安全，使用起来比IPv4简单、方便，可以在迁移到IPv6时同步发展IPSec。(7)QoS考虑：新增流标记域，为源宿端快速处理实时业务提供可能，有利于低性能的业务终端支持IPv6的语音、视频等应用。(8)移动便捷：MobileIPv6增强了移动终端的移动特性、安全特性、路由特性，降低了网络部署的难度和投资，为用户提供了永久在线的服务。

可以说，IPv6的上述特点充分迎合了未来网络向IP融合统一的发展方向，并提升了IP网络的可运营可管理性。用IPv6技术来构建家电网络和实现家电的远程控制，可以克服很多IPv4的局限性。因为对IPv6而言，可提供的安全水平取决于特定网络和用户的要求，而不会受到技术限制，可以提供多种层次的安全水平来满足不同用户的需要，另外IPv6可以为网络中的每一台家电分配一个或几个全球惟一的IP地址，使得在访问家电网络时可以建立端到端的通信，并可使用IPSec协议进行安全的通信；IPv6协议还具有非常强大的自动配置能力，使得在家庭网络中增添支持网络功能的家电设备时几乎不需要做任何配置，家电设备可以自动完成自身的IP地址等信息的配置，这使得用户可以很轻松地在其家庭网络中引人新的家电设备；最后，对家电系统的维护和升级等工作都可以由各生产厂家自行处理，即方便了用户的使用，也方便了厂家的在线维护和管理。因此，使用IPv6的地址及数据传输技术实现家电网络的数据传输和远程控制是家电远程控制系统的未来发展方向。

IPv4的Web浏览器无法访问基于IPv6的网页是因为IPv4应用程序都使用structsockaddr_in结构体存储服务器的IPv4地址(32位)，在调用connect函数或者sendto函数的时候，如果指定了一个IPv6地址，而结构体中in_addr仅仅有4个字节，无法容纳IPv6的128位地址，所以不可能通过客户端IPv4协议栈与IPv6服务进程通信。如果在IPv4的Web浏览器中设置代理端口，相当于在浏览器和Internet之间增加了一层转发机制，代理一方面成为了浏览器发出请求的“服务器”端，另一方面又作为客户端向远端的服务器转发请求，即代理服务器一方面要接受来自浏览器的TCP连接请求，另一方面又必须能够向Web服务器发出TCP连接请求。

虽然IPv4的Web浏览器无法访问基于IPv6的网页，但是浏览器在使用socket函数建立本地套接口时，都使用AF_INET参数指定使用本地IPv4协议栈，如果在具有IPv4/IPv6双协议栈的主机上，使用socket函数建立本地接口的时，能够使用AF_INET6标志指定使用IPV6协议栈，则通过这个协议栈就可以实现与IPV6服务进程的通信。一旦connect函数建立连接后，网络通信都简化成了文件的读写操作，此时与具体的协议栈和IP地址都没有关系。但是现在使用的客户端基本上都是IPv4的单协议栈，而且改写浏览器本身的代码是不现实的。

这样，可以在“家电控制中心”增加一项“IPv4/IPv6双协议栈的代理服务”功能来实现通信的目标。家电控制中心包括内设控制软件的网络控制服务器和与之相连的多路网络通讯控制卡并经双绞线与各网络家电连接，实现对多台网络家电的集中控制。浏览器通过代理端口的设置，将请求交给“家电控制中心”处理，通过编程处理让“家电控制中心”根据客户端请求的目的地址的不同调用系统的IPv4或IPv6协议栈，分别实现客户端与IPv4或IPv6进程的通信。

发明内容

本发明的目的是提供一种信息家电远程控制系统中用IPv4协议栈实现与IPv6进程的通信方法，由于在信息家电的远程控制系统中一般都有一个信息家电控制中心进行家电局域网的组织和治理功能，而且是通过客户端Web浏览器远程控制家电的运行和查看家电运行的状态，因此，本发明在“家电控制中心”增加一项“IPv4/IPv6双协议栈的代理服务”功能，浏览器通过代理端口的设置，将请求交给“家电控制中心”处理，通过编程处理让“家电控制中心”根据客户端请求的目的地址的不同调用系统的IPv4或IPv6协议栈，分别实现客户端与IPv4或IPv6进程的通信。

本发明采用的技术方案如下：

一种信息家电系统中用IPv4协议栈实现与IPv6进程的通信方法，包括以下步骤：

1)在信息家电的嵌入式控制系统中配置网络服务，在该系统中添加IPv4/IPv6双协议栈；

2)将网络中客户端Web浏览器的代理端口设置为家电控制中心的对应端口；

3)通信时，浏览器将URL中输入的内容交给家电控制中心处理，家电控制中心经过域名解析，如果是IPv4地址，则家电控制中心的代理不进行处理，直接向Web服务器发送连接请求；如果是IPv6的地址，则家电控制中心的代理将请求交给IPv6处理模块，调用系统的IPv6协议栈，实现与IPv6的通信。

进一步地：

所配置的网络服务包括：WWW服务器、Sendmail服务器、防火墙。

所述WWW服务器中包含有家电自身管理和控制的Web页，使用户可以通过Web浏览器实现对家电的远程监控。

更进一步地：

所述步骤3)中家电控制中心的代理的详细步骤为：

3.1)家电控制中心接收URL请求，进行域名解析；

3.2)若是IPv4地址，则家电控制中心的代理直接向Web服务器发送连接请求，转步骤3.4)，否则继续步骤3.3)；

3.3)若是Ipv6地址，则调用IPv6协议栈，与Web服务器建立TCP6连接，继续3.4)，否则返回出错信息；

3.4)建立通信，并在Web服务器和客户端之间转发数据。

在进行步骤3.1)的域名解析后，还要判断解析结果是否为IP地址，若是则继续步骤3.2)，否则进行如下处理步骤：判断是否为域名；若是，则解析域名，返回IP地址，转步骤3.2)，否则返回出错信息。

在家电控制中心对一个浏览器的多个请求或者多个浏览器的多个请求同时作出反应时，使用家电控制中心的daemon侦听端口，使家电控制中心遇到请求就产生子进程进行处理，即通过socket函数创建监听套接字listenfd，并调用bind和listen函数将其变成一个监听套接口，使系统内核接收来自客户的连接请求，家电控制中心调用accept函数等待客户端的连接，当客户端Web浏览器发起的TCP连接请求转发到家电控制中心处理时，TCP使用三次握手建立连接，当握手完毕时，accept函数返回，其返回值是一个称为已连接描述字的新描述字connfd，家电控制中心用fork函数为这个描述字开启一个子进程，并用此子进程处理连接和通信，同时父进程仍保持监听状态。

在实现家电控制中心的IPv4/IPv6双协议栈代理功能时，使用I/O复用技术，在I/O复用中，系统阻塞于select调用，等待数据报套接口可读，当select返回套接口可读时，系统调用readline函数将数据报读到缓冲区中，在连接建立和传输过程中，家电控制中心为每一幅图片和每一个文本文件建立一个描述字。

本发明在信息家电的嵌入式控制系统中配置网络服务，在该系统中添加IPv4/IPv6双协议栈；将网络中客户端Web浏览器的代理端口设置为家电控制中心的对应端口。通信时，浏览器将URL中输入的内容交给家电控制中心处理，家电控制中心经过域名解析，如果是IPv4地址，则家电控制中心的代理不进行处理，直接向Web服务器发送连接请求；如果是IPv6的地址，则家电控制中心的代理将请求交给IPv6处理模块，调用系统的IPv6协议栈，实现与IPv6的通信。

本发明实现了信息家电远程控制系统中IPv4协议栈与IPv6进程之间的通信，优势在于利用信息家电局域网中的“家电控制中心”，在不改变家电网络结构的情况下，针对信息家电远程控制提出并实现了IPv4/IPv6兼容的一种方法，使基于IPv4的信息家电和基于IPv6的信息家电通过具有IPv4/IPv6双协议栈、域名解析、地址的识别和不同协议栈调用等功能的“家电控制中心”融合在了同一个局域网中，通过客户端实现了对两类家电的访问和控制，从而方便了用户的使用和厂家的开发及维护。

附图说明

图1是信息家电远程控制系统的结构示意图；

图2是家电控制中心对URL的处理流程图。

具体实施方式

本发明涉及一种信息家电远程控制系统中用IPv4协议栈实现与IPv6进程的通信方法，包括以下步骤：

1)在信息家电的嵌入式控制系统中配置网络服务，在该系统中添加IPv4/IPv6双协议栈；

2)将网络中客户端Web浏览器的代理端口设置为家电控制中心的对应端口；

3)通信时，浏览器将URL中输入的内容交给家电控制中心处理，家电控制中心经过域名解析，如果是IPv4地址，则家电控制中心的代理不进行处理，直接向Web服务器发送连接请求；如果是IPv6的地址，则家电控制中心的代理将请求交给IPv6处理模块，调用系统的IPv6协议栈，实现与IPv6的通信。

所配置的网络服务包括：WWW服务器、Sendmail服务器、防火墙。

所述WWW服务器中包含有家电自身管理和控制的Web页，使用户可以通过Web浏览器实现对家电的远程监控。

在传统的网络下，IPv4的Web浏览器无法访问基于IPv6的网页是因为IPv4应用程序都使用struct sockaddr_in结构体存储服务器的IPv4地址(32位)，在调用connect函数或者sendto函数的时候，如果指定了一个IPv6地址，而结构体中in_addr仅仅有4个字节，无法容纳IPv6的128位地址，所以不可能通过客户端IPv4协议栈与IPv6服务进程通信。因此，可以在“家电控制中心”增加一项“IPv4/IPv6双协议栈的代理服务”功能，浏览器通过代理端口的设置，将请求交给“家电控制中心”处理，通过编程处理让“家电控制中心”根据客户端请求的目的地址的不同调用系统的IPv4或IPv6协议栈，分别实现客户端与IPv4或IPv6进程的通信。

图1是信息家电远程控制系统的结构示意图，其中上半部分分别是IPv4信息家电远程控制系统的结构和IPv6信息家电远程控制系统的结构，下半部分是两者兼容系统的结构。在IPv4和IPv6信息家电远程控制系统中信息家电通过无线网络接入点组成家电局域网，并接入Internet，而“家电控制中心”具有中心控制地位。

在IPv4的家电局域网中，“家电控制中心”实质上是一个应用网关，其功能是组织家电局域网、进行数据格式的转换、管理用户和家电等，实现信息家电通过一个公有IP地址接入Internet，并配置有WWW服务器、Sendmail服务器、防火墙等。其中，WWW服务器中有访问各个家电的Web页，可以使用户通过Web浏览器远程访问应用网关，实现对家电的远程监控。

在IPv6的家电局域网中，“家电控制中心”与网络家电具有同等的地位，其功能是对家电局域网的用户和网络家电的地址进行管理，同时对家电的电源开启进行管理，也可以将它看成是一个具有网管功能的网络家电。结合IPv6协议和网络家电的特点，考虑到嵌入式系统的功能不断增强，处理能力和存储容量也有了很大的提高，同时，也为了使家庭网络用户使用信息家电的更方便和更实用，在信息家电的嵌入式控制系统中直接配置WWW服务器、Sendmail服务器、防火墙等网络服务。其中，WWW服务器中包含有家电自身管理和控制的Web页，使用户可以通过Web浏览器实现对家电的远程监控，并能随时与厂家互动。

在两种信息家电都有的兼容系统中，“家电控制中心”具有IPv4家电局域网和IPv6家电局域网“家电控制中心”的双重功能，并具有IPv4/IPv6双协议栈和IPv4/IPv6地址识别功能，能根据用户访问的目的IP地址自动调用IPv4或IPv6的协议栈和信息家电控制系统。在此家电局域网中，IPv4、IPv6的信息家电与“家电控制中心”的关系和独立的IPv4、IPv6家电局域网中的关系是一致的，单独来看，没有改变原来IPv4、IPv6家电局域网的结构。

1、信息家电控制中心中代理功能的设置和浏览器的选择

在基于IPv4技术的家电远程控制系统中，一般家电用户可以直接输入“家电控制中心”的IP地址，直接访问到信息家电及其控制/状态页面。但在基于IPv6的信息家电中，每个家电都可具有自己的一个或多个IP地址，当然也可以具有域名。这样，在考虑信息家电远程控制IPv4/IPv6兼容问题时，不但要考虑用户的URL请求直接是IP地址，还要考虑用户对信息家电应用的域名。因此，在“家电控制中心”中首先要添加IPv4/IPv6双协议栈，并使之成为Web代理服务器，同时也要具有请求域名解析的功能，最后，判断地址的格式，根据不同协议地址调用对应的协议栈。

将网络中客户端Web浏览器的代理端口设置为“家电控制中心”的对应端口后，浏览器将URL中输入的内容交给“家电控制中心”处理。

如图2所示，所述步骤3)中家电控制中心的代理的详细步骤为：

3.1)家电控制中心接收URL请求，进行域名解析；

3.2)若是IPv4地址，则家电控制中心的代理直接向Web服务器发送连接请求，转步骤3.4)，否则继续步骤3.3)；

3.3)若是Ipv6地址，则调用IPv6协议栈，与Web服务器建立TCP6连接，继续3.4)，否则返回出错信息；

3.4)建立通信，并在Web服务器和客户端之间转发数据。

其中，在进行步骤3.1)的域名解析后，还要判断解析结果是否为IP地址，若是则继续步骤3.2)，否则进行如下处理步骤：判断是否为域名；若是，则解析域名，返回IP地址，转步骤3.2)，否则返回出错信息。

2、浏览器的选择和多URL同时请求的解决方案

在客户端选择使用Netscape浏览器，因为在通过手动设置代理联入Internet的时，IE要对其URL中输入的内容进行语法检查，而Netscape则完全不作任何检查，把从域名解析到数据转发的任务都交给“家电控制中心”，这样无论在URL中输入的是域名还是IPv4或IPv6地址，Netscape都会不加任何检查地送入“家电控制中心”，所以，客户端Web服务的接入和浏览工具选择Netscape浏览器。

由于“家电控制中心”要对一个浏览器的多个请求或者多个浏览器的多个请求同时作出反应，因此在家电控制中心对一个浏览器的多个请求或者多个浏览器的多个请求同时作出反应时，使用“家电控制中心”的daemon侦听端口，使“家电控制中心”遇到请求就产生子进程进行处理，即通过socket函数创建监听套接字listenfd，并调用bind和listen函数将其变成一个监听套接口，使系统内核接收来自客户的连接请求。“家电控制中心”调用accept函数等待客户端的连接。当客户端Web浏览器发起的TCP连接请求转发到“家电控制中心”处理时，TCP使用三次握手建立连接，当握手完毕时，accept函数返回，其返回值是一个称为已连接描述字(connetcted descrIPtor)的新描述字connfd。“家电控制中心”用fork函数为这个描述字开启一个子进程，并用此子进程处理连接和通信，同时父进程仍保持监听状态。

另外，在实现“家电控制中心”的IPv4/IPv6双协议栈代理功能时，在处理监听套接口的同时，又要处理已连接套接口，还要处理多个描述字，在解决这个问题时用到了I/O复用技术。在I/O复用中，系统阻塞于select调用，等待数据报套接口可读，当select返回套接口可读时，系统调用readline函数将数据报读到缓冲区中。在连接建立和传输过程中，“家电控制中心”为每一幅图片和每一个文本文件建立一个描述字，因此，在select的参数设置中要保证每一个描述字都是可读取的。

Claims (7)

1.一种信息家电系统中用IPv4协议栈实现与IPv6进程的通信方法，其特征在于包括以下步骤：

1)在信息家电的嵌入式控制系统中配置网络服务，在该系统中添加IPv4/IPv6双协议栈；

2)将网络中客户端Web浏览器的代理端口设置为家电控制中心的对应端口；

3)通信时，浏览器将URL中输入的内容交给家电控制中心处理，家电控制中心经过域名解析，如果是IPv4地址，则家电控制中心的代理不进行处理，直接向Web服务器发送连接请求；如果是IPv6的地址，则家电控制中心的代理将请求交给IPv6处理模块，调用系统的IPv6协议栈，实现与IPv6的通信。

2.如权利要求1所述的通信方法，其特征在于：

所配置的网络服务包括：WWW服务器、Sendmail服务器、防火墙。

3.如权利要求2所述的通信方法，其特征在于：

所述WWW服务器中包含有家电自身管理和控制的Web页，使用户可以通过Web浏览器实现对家电的远程监控。

4.如权利要求1所述的通信方法，其特征在于：

所述步骤3)中家电控制中心的代理的详细步骤为：

3.1)家电控制中心接收URL请求，进行域名解析；

3.2)若是IPv4地址，则家电控制中心的代理直接向Web服务器发送连接请求，转步骤3.4)，否则继续步骤3.3)；

3.3)若是Ipv6地址，则调用IPv6协议栈，与Web服务器建立TCP6连接，继续3.4)，否则返回出错信息；

3.4)建立通信，并在Web服务器和客户端之间转发数据。

5.如权利要求4所述的通信方法，其特征在于：

在进行步骤3.1)的域名解析后，还要判断解析结果是否为IP地址，若是则继续步骤3.2)，否则进行如下处理步骤：

判断是否为域名；

若是，则解析域名，返回IP地址，转步骤3.2)，否则返回出错信息。

6.如权利要求1所述的通信方法，其特征在于：

在家电控制中心对一个浏览器的多个请求或者多个浏览器的多个请求同时作出反应时，使用家电控制中心的daemon侦听端口，使家电控制中心遇到请求就产生子进程进行处理，即通过socket函数创建监听套接字listenfd，并调用bind和listen函数将其变成一个监听套接口，使系统内核接收来自客户的连接请求，家电控制中心调用accept函数等待客户端的连接，当客户端Web浏览器发起的TCP连接请求转发到家电控制中心处理时，TCP使用三次握手建立连接，当握手完毕时，accept函数返回，其返回值是一个称为已连接描述字的新描述字connfd，家电控制中心用fork函数为这个描述字开启一个子进程，并用此子进程处理连接和通信，同时父进程仍保持监听状态。

7.如权利要求1所述的通信方法，其特征在于：

在实现家电控制中心的IPv4/IPv6双协议栈代理功能时，使用I/O复用技术，在I/O复用中，系统阻塞于select调用，等待数据报套接口可读，当select返回套接口可读时，系统调用readline函数将数据报读到缓冲区中，在连接建立和传输过程中，家电控制中心为每一幅图片和每一个文本文件建立一个描述字。