毕业设计论文IPv6环境下FTP系统的设计与实现含源程序代码.docx
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毕业设计论文IPv6环境下FTP系统的设计与实现含源程序代码
毕业设计（论文）
IPv6环境下FTP系统的设计与实现
毕业设计（论文）中文摘要
IPv6环境下FTP系统的设计与实现
摘要
IPv4是目前广泛使用的互联网IP技术，IPv6则是下一代的IP协议，注入了许多新的内容。
随着互联网技术的不断发展，IP协议将慢慢从IPv4过渡到IPv6。
文件传输协议是互联网上广泛使用的在远程计算机系统和本地计算机系统之间传输文件的标准。
因此，本次毕业设计研究在IPv6环境下FTP系统的设计与实现。
本设计首先阐述了IPv6的发展状况，然后介绍了IPv6协议在各流行操作系统下的安装与配置，最后按照RFC959－《标准文件传输协议》和RFC2428－《FTP对IPv6和NAT的扩展》的要求，采用支持IPv6Socket编程的JDK5.0，实现了绝大部分的FTP传输命令，包括一个服务端与一个客户端程序，经测试，均可工作于IPv4与IPv6环境。
关键字：
IPv6FTPC/SJDK5.0
毕业设计（论文）外文摘要
TheDesignandImplementofFTPSystemBaseonIPv6Environment
Abstract:
WhileIPv4iswidelyusedtechniqueatpresentintheinternet,IPv6isthenextgenerationInternetProtocolthatbringsmanynewcontents.Alongwiththedevelopmentofinternettechnique,transitionfromIPv4toIPv6isnecessarythoughmaybeslowly.FileTransferProtocoliswidelyusedininternetandisthestandardoftransferfilebetweenremotecomputersystemandlocalcomputersystem.Consequently,IinvestigatethedesignandimplementofftpsysteminIPv6environment.
ThispaperfirstexpoundsthedevelopmentofIPv6,thenintroducesIPv6'sinstallationandconfigurationonpopularoperationsystems,finallyaccordingtoRFC595-andRFC2428-,withJDK5.0whichsupportsIPv6socketprogramming,implementsamajorityofFTPcommands.Thisdesignpresentsaserversiteandaclientsite,whichcanworkonIPv4andIPv6environment.
Keywords:
IPv6;FTP;C/S;JDK5.0
1引言
1.1课题的研究背景与意义
1.1.1课题的研究背景
现有的互联网主要是基于IPv4协议的。
这一协议的成功促成了互联网的迅速发展。
但是，随着互联网用户数量不断增长以及对互联网应用的要求不断提高，IPv4的不足逐渐凸现出来。
其中最尖锐的问题就是不断增长的对互联网资源的巨大需求与IPv4地址空间不足的先兆，另外，由于IPv4地址方案不能很好地支持地址汇聚，现有的互联网正面临路由表不断膨胀的压力；同时，对服务质量、移动性和安全性等方面的需求都迫切要求开发新一代IP协议。
为了彻底解决互联网的地址危机，IETF早在20世纪90年代中期就提出了拥有128位地址的IPv6互联网协议，并在1998年进行了进一步的标准化工作。
除了对地址空间的扩展以外，还对IPv6地址的结构重新做了定义，采用了与IPv4中使用的CIDR类似的方法分配地址。
IPv6还提供了自动配置以及对移动性和安全性的更好支持等新的特性。
目前，IPv6的主要协议都已经成熟并形成了RFC文本，其作为IPv4的唯一取代者的地位已经得到了世界的一致认可，与传统的IPv4相比有以下的优势:
采用128位地址长度、扩大了地址空间、提高了网络的整体吞吐量、服务质量得到很大改善、安全性有了更好的保证、支持即插即用和移动性、更好地实现了多播功能。
在国际上，对IPv6的各项研究和实现已经展开。
法国INRIA、日本KAME、美国NRL等研究机构，IBM、SunMicrosystems、Trumpet、Hitachi等公司，分别研制开发了不同平台上的IPv6系统软件和应用软件；Cisco、Bay等路由器厂商已经开发出了面向IPv6网络的路由器产品。
1996年，一个以研究IPv6为目标的虚拟实验网络，国际IPv6试验床6Bone建立，欧洲、美洲、亚洲的许多国家和组织都已经加入了6BONE。
1998年底，面向实用的全球性IPv6研究和教育网（6REN）开始启动。
这期间以STARTAP为依托的6TAP（IPv6TransitAccessPoint）得以实施，建立了以ATM交换机为中心的IPv6洲际网络。
中国对IPv6的研究始于1998年；2000年，天地互连信息技术有限公司建立了中国第一个面向商用的IPv6试验床，并加入了6BONE；2002年信息产业部“下一代IP电信试验网（6Tnet）”项目启动；2003年6Tnet启动IPv6城域网建设；2004年中国第一个下一代互联网主干网——CERNET2试验网在京宣布开通。
用户联网的首要目的就是实现信息共享，文件传输是信息共享非常重要的一个内容之一。
我们知道Internet是一个非常复杂的计算机环境，有PC，有工作站，有MAC，有大型机，而这些计算机可能运行不同的操作系统，有运行Unix的服务器，也有运行Dos、Windows的PC机和运行MacOS的苹果机等等，而各种操作系统之间的文件交流问题，需要建立一个统一的文件传输协议，这就是所谓的FTP。
基于不同的操作系统有不同的FTP应用程序，而所有这些应用程序都遵守同一种协议，这样用户就可以把自己的文件传送给别人，或者从其它的用户环境中获得文件。
1.1.2课题的研究意义
未来的网络将会是全IP网络，全IP能无缝集成各种接入方式，将宽带、移动因特网和现有的无线系统都集成到IP层中，通过一种网络基础设施提供所有通信服务，并为运营商带来许多好处，如节省成本、增强网络的可扩展性和灵活性、提高网络运作效率、创造新的收入机会等等。
要实现全IP网络，采用移动IPv6是最基本的要求。
在电信网方面，越来越多的人认为未来的电信网络是基于IP技术的网络。
IP电信网和传统的电信网络存在很大的不同，其力图将自由的IP网络变成有序的、可管理的、有QoS保障的，以提供增值业务为主的网络。
在组建IP电信网时，IPv6是首选的技术之一。
除此之外，在线游戏，网络家电，智能终端的不断发展也会是IPv6应用的一个有力的推动因素。
中国在IPv4的发展中处于后进的状态，在国际上发言权不多，导致在IP地址的供需上严重失衡，在下一代互联网IPv6地址的申请形势却依然堪忧，继IPv4之后再次远远落后于各发达国家。
不言而喻，中国应该是全球最需要IP地址的国家之一。
同时，中国作为一个互联网和移动通信大国，势必要在下一代互联网标准和资源分配中力争更大的发言权。
IPv6作为核心基本技术，将带动大量相关技术和服务的发展，提升中国信息通信产业的整体实力，为中国的信息产业带来新的发展机遇。
目前，FTP仍是互联网上最流行的文件传输方式。
作为一个Internet用户，可通过FTP在任何两台Internet主机之间拷贝文件。
FTP主要用于下载公共文件，例如共享软件、各公司技术支持文件等。
Internet上有成千上万台匿名FTP主机，这些主机上存放着数不清的文件，供用户免费拷贝。
匿名FTP使用户有机会存取到世界上最大的信息库，这个信息库是日积月累起来的，并且还在不断增长，永不关闭，涉及到几乎所有主题。
因此，无论在IPv4还是IPv6环境下，FTP都是必不可少的。
1.2问题定义及内容简介
1.2.1问题定义
文件传输协议是Internet上使用非常广泛的一种通讯协议，它是为Internet用户进行文件传输（包括文件的上传和下载）而制定的。
与大多数Internet服务一样，FTP也是一个客户机/服务器系统。
要想实现FTP文件传输，必须在相连的两端都装有支持FTP协议的软件，装在客户电脑上的叫FTP客户端软件，装在另一端服务器上的叫做FTP服务器端软件。
用户通过支持FTP协议的客户机程序，连接到在远程主机上的FTP服务器程序。
用户通过客户机程序向服务器程序发出命令，服务器程序执行用户所发出的命令，并将执行的结果返回到客户机。
本系统包括服务端与客户端程序，要求在IPv6环境下，能实现基本的FTP操作，如连接操作、目录操作、发送操作、获取操作等等。
1.2.2问题的内容简介
FTP的主要操作都是基于各种命令基础之上的。
常用的命令有：
设置传输模式，它包括ASCII（文本）和BINARY二进制模式;
目录操作，改变或显示远程计算机的当前目录（cd、dir/ls命令）;
连接操作，open命令用于建立同远程计算机的连接；close命令用于关闭连接;
发送操作，put命令用于传送文件到远程计算机；
获取操作，get命令用于接收一个文件。
根据FTP的工作原理，服务器在主函数中建立一个服务器套接字端口，等待客户端请求，一旦客户端请求被接受，服务器程序就建立一个服务器分线程，处理客户端的命令。
如果客户端需要和服务器端进行文件的传输，则建立一个新的套接字连接来完成文件的操作。
服务器还负责维护用户ID、口令及权限的添加、删除、更改操作，并且允许匿名用户（anonymous）的登陆与下载。
客户端主要实现与服务端的连接请求、下载和上传功能。
1.3课题调研与可行性分析
1.3.1课题调研
由于FTP协议的广泛应用，现有的FTP应用程序各式各样，归根结底，都是为方便用户。
服务器端除了提供基本的FTP命令，还包括对用户数据的操作以及在安全、性能、构架难易度上等方面的考虑，客户端则提供友好，方便使用的界面。
经过充分的调研，仔细阅读了RFC959标准文件传输协议，本着做好系统需求分析工作，认识到完成本系统需做到以下几个方面：
（1）在IPv4与IPv6环境下提供FTP的无缝操作
（2）应尽量按照标准协议实现，无论是服务端还是客户端程序都能单独使用
（3）最好能实现在各个系统平台的使用，即可移植性好
（4）服务器不仅提供FTP命令，而且负责用户数据的操作
（5）客户端要有整洁友好、方便使用的界面
因为并没有实际的客户需求，加之FTP的广泛使用，分析工作是在参考较为流行的应用程序、尽量方便用户使用原则基础上建立起来的。
1.3.2可行性分析
可行性研究的目的，就是用最小的代价在尽可能短的时间内确定问题是否能够解决。
要达到这个目的，必须分析几种主要的可能解法的利弊，从而判断原定的系统规模和目标是否现实，系统完成后所能带来的效益是否大到值得投资开发这个系统的程度。
因此，可行性研究实质上是要进行一次大大压缩简化了的系统分析和设计的过程，也就是在较高层次上以较抽象的方式进行的系统分析和设计的过程。
系统的可行性分析主要包括经济上的可行性，技术上的可行性，操作上的可行性和法律上的可行性。
本系统的可行性分析如下：
（1）技术可行性
《Ipv6环境下FTP系统的设计与实现》是基于C/S开发模式，已经有很成熟的开发技术，本着跨平台、可移植性好的的原则，采用Java标准版本J2SE为开发环境，系统环境为WindowXPProfessional，该系统内建了对IPv6协议栈的支持，jdk5.0（也即1.5）版本提供了在各个系统平台上对IPv6的支持。
数据库服务器选用SQLServer数据库，它能够处理大量数据，同时保持数据的完整性并提供许多高级管理功能，它的灵活性、安全性和易用性也为数据库编程提供了良好的条件，并且需要的话可以很方便地过渡到其他数据库服务器上。
因此，系统的软件开发平台已成熟可行。
在硬件方面，更新的速度越来越快，容量越来越大，可靠性越来越高，价格也越来越低，并且越来越多的网络设备如路由器等都加进了IPv6协议栈。
因此，硬件平台也完全能满足此系统的需要。
（2）经济可行性
本设计对于系统需求比较低，加上具有成熟的软硬件环境，因此在软硬件的支出上十分有限，并且目标系统并非十分复杂，开发周期较短，人员经济支出有限。
更何况，无论在互联网本身，还是在移动通信，甚至家电行业等等诸多领域，都或多或少地把IPv6认定为核心技术，IPv6的发展已是大势所趋，无论现在或者将来，都需要基于IPv6应用程序的出现。
当系统开发完实际运行后，在未来比较长的一段时间内将会得到运用，这带来的经济回报将远超过支出，最重要的一点是该软件的开发可以给我们对系统的开发有个全面的认识，使我们将来能够与社会接轨。
从经济角度来看，此方案完全可行，可以说成本较低，效益高。
（3）法律可行性
此设计仅为个人研究，暂不涉及商业利益，在法律上并未侵害他人权利，无须承担任何法律责任，所以在法律方面开发此系统是完全可行的。
1.4论文各章内容介绍
第一章是引言,主要对本次毕业设计所开发的系统进行问题的定义,通过问题的定义明白需要做些什么,并且对开发内容简单的介绍一下;同时在引言内对课题的研究背景与研究意义进行分析,在开发系统之前对现有系统的调研以及开发本系统的可行性分析还有对论文各章内容的介绍。
第二章为系统需求分析，首先介绍了IPv6的发展状况，接着阐述了IPv6在各个操作系统的安装与配置，同时介绍了基于C/S模型的网络开发和Javasocket编程对IPv6的支持。
第三章详细介绍了RFC959－FTP传输协议，重点理解FTP的两种传输模式与两种工作模式，分析FTP的命令与格式。
第四章介绍RFC2428－FTP对IPv6和NAT的扩展，说明在非IPv4上传送信息的方法，我们熟悉的两个FTP命令PORT和PASV通过扩展后，分别称它们为EPRT和EPSV，熟悉这两个命令的格式与实现。
第五章是在对前面协议理解的基础上，FTP服务器的实现过程。
第六章利用第三方FTP客户端库，实现了FTP客户端。
第七章是用户手册，对系统功能及运行环境进行介绍。
第八章为系统评价，阐述了系统的特色与存在的不足，并提出改进方案。
2系统需求分析
2.1IPv6发展现状
随着互联网的迅速发展，IPv4定义的有限地址空间将被耗尽，地址空间的不足必将妨碍互联网的进一步发展。
为了扩大地址空间，拟通过IPv6重新定义地址空间。
IPv4采用32位地址长度，只有大约43亿个地址，估计在不久的将来将被分配完毕，而IPv6采用128位地址长度，几乎可以不受限制地提供地址。
在IPv6的设计过程中除了一劳永逸地解决了地址短缺问题以外，还考虑了在IPv4中解决不好的其它问题，主要有端到端IP连接、服务质量（QoS）、安全性、多播、移动性、即插即用等。
IPv6的128位地址长度形成了一个巨大的地址空间。
在可预见的很长时期内，它能够为所有可以想象出的网络设备提供一个全球唯一的地址。
IPv6能为主机接口提供不同类型的地址配置：
全球地址（globally）、全球单播地址（unicast）、区域地址（on-site）、链路本地地址（linklocaladdress）、地区本地地址（sitelocaladdress）、广播地址（Broadcast）、多播群地址（multicastgroupaddress）、任播地址（anycastaddress）、移动地址（mobility）、家乡地址（homeaddress）、转交地址（care-ofaddress）。
特性
IPv6
IPv4
地址空间
足够大
理论上是40亿，实际要少得多
移动IP
内置安全性；能够满足全球移动终端的需要
能够满足有限量的移动终端的需要
安全性
采用标准的安全方法，能够应用于全球企业网访问，例如虚拟专网
有几种方法可选，但每种都由于地址空间有限而无法适应网络规模的发展
网络的自动配置
IPv6标准的一部分
没有综合性的标准解决办法
表2-1IPv6与IPv4协议的特性比较
（1）自动配置
IPv6的另一个基本特性是它支持无状态和有状态两种地址自动配置的方式。
无状态地址自动配置方式是获得地址的关键。
在这种方式下，需要配置地址的节点使用一种邻居发现机制获得一个局部连接地址。
一旦得到这个地址之后，它使用另一种即插即用的机制，在没有任何人工干预的情况下，获得一个全球唯一的路由地址。
有状态配置机制，如DHCP（动态主机配置协议），需要一个额外的服务器，因此也需要很多额外的操作和维护。
（2）服务质量
服务质量（QoS）包含几个方面的内容。
从协议的角度看，IPv6的优点体现在能提供不同水平的服务。
这主要由于IPv6报头中新增加了字段“业务级别”和“流标记”。
有了它们，在传输过程中，中间的各节点就可以识别和分开处理任何IP地址流。
尽管对这个流标记的准确应用还没有制定出有关标准，但将来它会用于基于服务级别的新计费系统。
在其它方面，IPv6也有助于改进服务质量。
这主要表现在支持“时时在线”连接，防止服务中断以及提高网络性能方面。
从另外角度来看，更好的网络和服务质量提高了客户的期望值和满意度，使我们和客户的关系更上一层楼。
（3）移动性
移动IPv6（MIPv6）在新功能和新服务方面可提供更大的灵活性。
每个移动设备设有一个固定的家乡地址（homeaddress），这个地址与设备当前接入互联网的位置无关。
当设备在家乡以外的地方使用时，通过一个转交地址（care-ofaddress）来提供移动节点当前的位置信息。
移动设备每次改变位置，都要将它的转交地址告诉给家乡地址和它所对应的通信节点。
在家乡以外的地方，移动设备传送数据包时，通常在IPv6报头中将转交地址作为源地址。
移动节点在家乡以外的地方发送数据包时，使用一个家乡地址目标选项。
目的是通过这个选项把移动节点的家乡地址告诉给包的接收者。
由于在该数据包里包含家乡地址的选项，接收方通信节点在处理这个包时就可以用这个家乡地址替换包内的转交地址。
因此发送给移动节点的IPv6包就透明地选路到该节点的转交地址处。
对通信节点和转交地址之间的路由进行优化就使网络的利用率更高。
基于移动IPv6协议集成的IP层移动功能具有很重要的优点。
尤其是在移动终端数量持续增加的今天，这些优点更加突出。
尽管IPv4中也存在一个类似的移动协议，但二者之间存在着本质的区别：
移动IPv4协议不适用于数量庞大的移动终端。
移动IP需要为每个设备提供一个全球唯一的IP地址。
IPv4没有足够的地址空间可以为在公共互联网上运行的每个移动终端分配一个这样的地址。
从另外的角度讲，移动IPv6能够通过简单的扩展，满足大规模移动用户的需求。
这样，它就能在全球范围内解决有关网络和访问技术之间的移动性问题。
为了全球范围内使用移动IPv6，在基于IPv6网络上增加了一个安全层。
例如，如果某个ISP的网络停止工作，或者网络出现了阻塞，那么移动IPv6终端就可以通过其它ISP网络用绑定更新的方式与其家乡代理连接，因此允许使用可选的路由器，对网络来说增加了一层可靠性。
同时也提高了网络的可用性。
3GPP是移动网络的一个标准化组织，IPv6已经被该组织所采纳，其发布的第五版文件中规定在IP多媒体核心网中将采用IPv6（IMCN）。
这个核心网将处理所有3G网络中的多媒体数据包。
（4）内置的安全特性
IPv6协议内置安全机制，并已经标准化。
它支持对企业网的无缝远程访问。
例如公司虚拟专用网络的连接。
即使终端用户用“时时在线”接入企业网，这种安全机制也是可行的。
这种“时时在线”的服务类型在IPv4技术中是无法实现的。
对于从事移动性工作的人员来说，IPv6是IP级企业网存在的保证。
在安全性方面，IPv6同IP安全性（IPSec）机制和服务一致。
除了必须提供网络层这一强制性机制外，IPSec还提供两种服务。
认证报头（AH）用于保证数据的一致性，而封装的安全负载报头（ESP）用于保证数据的保密性和数据的一致性。
在IPv6包中，AH和ESP都是扩展报头，可以同时使用，也可以单独使用其中一个。
作为IPSec的一项重要应用，IPv6集成了虚拟专网（VPN）的功能。
（5）从IPv4到IPv6的演进
如何完成从IPv4到IPv6的转换是IPv6发展需要解决的第一个问题。
现有的几乎每个网络及其连接设备都支持IPv4，因此要想一夜间就完成从IPv4到IPv6的转换是不切实际的。
IPv6必须能够支持和处理IPv4体系的遗留问题。
可以预见，IPv4向IPv6的过渡需要相当长的时间才能完成。
目前，IETF已经成立了专门的工作组，研究IPv4到IPv6的转换问题，并且已提出了很多方案，主要包括以下几个类型：
1 双协议栈技术
IPv6和IPv4是功能相近的网络层协议，两者都基于相同的物理平台，而且加载于其上的传输层协议TCP和UDP又没有任何区别。
由图2.1.1所示可以看出，如果一台主机同时支持IPv6和IPv4两种协议，那么该主机既能与支持IPv4协议的主机通信，又能与支持IPv6协议的主机通信，这就是双协议栈技术的工作机理。
图2-2IPv4/IPv6双协议栈结构
2 隧道技术
随着IPv6网络的发展，出现了许多局部的IPv6网络，但是这些IPv6网络需要通过IPv4骨干网络相连。
将这些孤立的"IPv6岛"相互联通必须使用隧道技术。
利用隧道技术可以通过现有的运行IPv4协议的Internet骨干网络（即隧道）将局部的IPv6网络连接起来，因而是IPv4向IPv6过渡的初期最易于采用的技术。
路由器将IPv6的数据分组封装入IPv4，IPv4分组的源地址和目的地址分别是隧道入口和出口的IPv4地址。
在隧道的出口处，再将IPv6分组取出转发给目的站点。
如图2.1.2所示。
隧道技术只要求在隧道的入口和出口处进行修改，对其他部分没有要求，因而非常容易实现。
但是隧道技术不能实现IPv4主机与IPv6主机的直接通信。
图2-3IPv6overIPv4隧道
3 网络地址转换/协议转换技术
网络地址转换/协议转换技术NAT-PT（NetworkAddressTranslation-ProtocolTranslation）通过与SIIT协议转换和传统的IPv4下的动态地址翻译（NAT）以及适当的应用层网关（ALG）相结合，实现了只安装了IPv6的主机和只安装了IPv4机器的大部分应用的相互通信。
其原理如图2.1.3所示。
图2-4NAT/PT原理
上述技术很大程度上依赖于从支持IPv4的互联网到支持IPv6的互联网的转换，我们期待IPv4和IPv6可在这一转换过程中互相兼容。
目前，6to4机制便是较为流行的实现手段之一。
（6）6to4技术
转换策略考虑的关键问题是当使
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