CN101483602B - 基于准静态映射的IPv6客户机访问IPv4服务器的方法 - Google Patents

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Abstract

基于准静态映射的IPv6客户机访问IPv4服务器的方法属于计算机网络技术领域，其特征在于，把私有IPv4地址根据地址使用的频度用一个阀值分为准静态稳定使用的地址以及经常变化地动态使用的地址两类，并在处于IPv6网络和IPv4网络之间的一个IPv4/IPv6转换器中建立相应两类私有IPv4地址和需要访问IPv4服务器的IPv6地址的映射表，并为各映射表设立一个活跃计时器，使用统一的活跃标准，以便在每次访问后判断地址使用的活跃程度，将超过阀值的地址动态调整到准静态映射表，使准静态映射表尽量大。准静态映射表越大，越能提高转换器性能。本发明解决了如何使IPv4服务器为IPv6用户服务的问题，摆脱了用IPv4/IPv6双栈所带来的种种限制。

Description

基于准静态映射的IPv6客户机访问IPv4服务器的方法
技术领域
基于准静态映射的IPv6客户机访问IPv4服务器的方法属于计算机网络技术领域。
背景技术
互联网已经成为全世界最重要的信息基础设施，但目前互联网广泛使用的第四版网络协议IPv4的地址的寻址范围只有232，即43亿地址，根据目前IPv4地址的分配速度，预计在2011年之后，IPv4地址即将分配完毕。
目前中国网民人口的绝对数已经成为世界第一，但互联网的普及率只有19％，低于全世界的平均水平(21％)，并远低于世界发达国家的水平(70％)。同时，平均每个中国网民仅有0.6个IPv4地址。因此，对于中国来说，IPv4地址是无法满足需求的。这个问题对于印度等其它亚洲国家和非洲国家来说，都是非常严重的。
为了解决IPv4地址不够用的问题，国际互联网工程组(IETF)设计了第六版网络协议IPv6，它的地址寻址范围有2128，能够满足需求。但由于种种原因，IPv6协议与IPv4协议是不兼容的，不能很好的互联互通。当时设计的理念是用“双协议栈”的方法解决互联互通的问题，但近十年IPv6推广的经验和教训证明，不能访问IPv4众多网络信息资源，不能与IPv4众多的用户通信的IPv6网络是不可能发展起来的。随着IPv4地址的耗尽，预计在不久的将来，世界上会有一部分计算机只有IPv6地址。根据目前的解决方案，互联网信息提供商为了向这些IPv6用户提供服务，必须升级为IPv4/IPv6双栈系统。虽然升级到双栈在理论上是可行的，但在实际中，会受到计算机硬件，操作系统，应用系统以及服务质量，安全性和可管理性等种种限制。因此，通过IPv4/IPv6转换设备使IPv4服务器为IPv6用户提供服务是必须的。
本发明的基本原理是在私有IPv4地址10.0.0.0/8和访问该IPv4服务器的IPv6地址之间建立特定的映射表，该映射表能够优化查表过程和映射表更新过程，在服务器所使用的IPv4地址和运营商的某段IPv6地址中建立映射关系，该映射关系是无状态的；使IPv4服务器通过使用本方法的IPv4/IPv6转换器能够在不改变IPv4服务器硬件和软件的基础上为全球IPv6用户提供服务。
本发明的基本特征包括：1)在私有地址10.0.0.0/8和访问该IPv4服务器的IPv6地址之间建立准静态的映射关系；2)建议两级映射表，其中第一级映射表是经常访问该IPv4服务器的IPv6地址其内容相对稳定，第二级为偶尔访问该IPv4服务器的IPv6地址，其内容经常变化；3)在服务器所使用的IPv4地址和运营商的某段IPv6地址中建立映射关系，该映射关系是无状态的；4)利用无状态分组转换方法(SIIT)对IPv4分组和IPv6分组之间进行转换。
发明内容
本发明的目的在于使IPv4服务器通过使用本方法的IPv4/IPv6转换器能够在不改变IPv4服务器硬件和软件的基础上为全球IPv6用户提供服务。本发明中接入IPv4网络的服务器与IPv6客户机的关系结构如图1所示。
基于准静态映射的IPv6客户机访问IPv4服务器的方法，其特征在于，所述方法是在IPv4网络和IPv6网络之间依次按以下步骤实现：
步骤(1)：初始化
步骤(1.1)在IPv4/IPv6转换器中建立私有IPv4地址10.0.0.0/8和需要访问IPv4服务器的IPv6地址之间的两级映射表；第一级映射表是准静态映射表，表示经常访问该IPv4服务器的IPv6地址，内容相对稳定，第二级映射表是动态映射表，表示偶尔访问该IPv4地址的IPv6地址，内容经常变化，用门限值T将所述私有地址10.0.0.0/8分为所述的两级映射表，该门限值T的取值使得所述准静态映射表尽量大，所述两级映射表的初始值为所述私有IPv4地址所对应的需要访问IPv4服务器的IPv6地址的值为空，该IPv4地址的范围为10.0.0.1到10.255.255.254；门限T的初值为第一级映射表最大，第二级映射表为空；
步骤(1.2)定义把IPv4地址直接嵌入所述IPv6地址的编码格式，在运营商基于32位聚类前缀的IPv6地址格式中的第32+n位嵌入32位IPv4地址，n小于32，构成IVI前缀，同时在64+n到128位之间空余位填充全0；全球任意一台可寻址的IPv4主机都有一个IPv6地址与之对应；
步骤(1.3)：根据步骤(1.2)所述的编码格式，配置所述IPv4服务器的域名到所述IPv6地址的解析，使IPv6客户机能访问到该IPv4服务器的IPv4地址所映射到的IPv6地址；步骤(2)：IPv6客户机发起访问到该IPv4服务器的通信，解析域名，对于该IPv4服务器的对应的IPv6地址发送IPv6分组；
步骤(3)：IPv4/IPv6转换器接收所述IPv6分组并执行以下步骤：
步骤(3.1)：检查第一级映射表，如已经在第一级映射表中，根据单位时间的分组数量重新计算频度，重新设置非活跃计时器，执行步骤(4)，如未在第一级映射表中，执行步骤(3.2)
步骤(3.2)如第一级映射表仍有空项，生成映射关系，写入第一级映射表，根据单位时间的分组数量重新计算频度，重新设置非活跃计时器，执行步骤(4)；如第一级映射表没有空项，执行步骤(3.3)；
步骤(3.3)检查第二级映射表，如已经在第二级映射表中，执行步骤(4)，如未在第二级映射表中，执行步骤(3.4)；
步骤(3.4)如第二级映射表仍有空项，则生成映射关系，写入第二级映射表，根据单位时间的分组数量重新计算频度，重新设置非活跃计时器，执行步骤(4)；如第二级映射表没有空项，执行步骤(3.5)；
步骤(3.5)检查第二级映射表中所有表项的非活跃计时器的数值，如有超过非活跃门限值的地址，清除该地址，生成新的映射关系，写入第二级映射表，根据单位时间的分组数量重新计算频度，重新设置非活跃计时器，执行步骤(4)，如所有的非活跃计时器均未达到门限值，调整门限值T，减小第一级映射表，把其中频度不高的地址移入第二级映射表；如第二级映射表中的某些地址的频度很大，可以被移入第一级映射表；如第一级映射表中某些地址的频度很小，可以被移入第二级映射表，同时增大门限T；
步骤(4)：根据映射表转换源地址；
步骤(5)：根据步骤(1.2)中所述的IPv4到IPv6地址的嵌入规则转换目标地址；
步骤(6)：根据RFC2765处理所述的IPv4分组
步骤(7)：发送所述的IPv4分组；
步骤(8)：检查非活跃计时器，如有超过非活跃门限值的地址，清除该地址；根据单位时间的分组数量重新计算频度；
步骤(9)：所述IPv4服务器接收分组；
步骤(10)：所述IPv4服务器发送分组；
步骤(11)：所述IPv4/IPv6转换器接收IPv4分组；
步骤(11.1)：检查第一级映射表，如在第一级映射表中，根据单位时间的分组数量重新计算频度，重新设置非活跃计时器，执行步骤(12)，如未在第一级映射表中，执行步骤(11.2)；
步骤(11.2)：检查第二级映射表，如在第二级映射表中，根据单位时间的分组数量重新计算频度，重新设置非活跃计时器，执行步骤(12)；如未在第二级映射表中，丢弃分组，返回步骤(2)；
步骤(12)：根据所述映射表转换目标地址；
步骤(13)：根据IPv4到IPv6地址的嵌入规则转换源地址；
步骤(14)：根据RFC2765处理所述的IPv6分组
步骤(15)：发送所述IPv6分组；
步骤(16)：返回步骤(2)。
实验测试结果表明本发明所描述的方法可以使IPv4服务器通过本方法的IPv4/IPv6转换器在不改变IPv4服务器硬件和软件的基础上为全球IPv6用户提供服务。
附图说明
图1接入IPv4网络的服务器与IPv6客户机的关系结构图；
图2私有IPv4地址10.0.0.0/8和访问该IPv4服务器的IPv6地址之间建立映射关系；
图3两级映射表；
图4IPv4地址嵌入IPv6地址的编码格式；
图5映射实例；
图6本发明方法工作流程框图。
具体实施方式
本发明所述方法的关键技术包括：在私有IPv4地址10.0.0.0/8和访问该IPv4服务器的IPv6地址之间建立映两级射表；在服务器所使用的IPv4地址和运营商的某段IPv6地址建立映射关系。
(1)在私有IPv4地址10.0.0.0/8和访问该IPv4服务器的IPv6地址之间建立两级映射表
本发明在私有IPv4地址10.0.0.0/8和访问该IPv4服务器的IPv6地址之间建立映射表，如图2所示。注意，IPv6地址的范围有2128，因此从理论上说，不可能与IPv4地址建立一一对应的映射关系，但从实际数据分析，互联网的统计数据表明活跃地址为幂率分布，少量的地址非常活跃，大量的地址很不活跃。对于大多数的服务器来说私有地址10.0.0.0/8的地址范围有224(约1千6百万个)可以涵盖活跃地址的数量。本发明利用这一特点，利用门限值T把10.0.0.0/8分为两部分，即第一级IPv6/10.0.0.0/8映射表(静态映射)和第二级IPv6/10.0.0.0/8映射表(动态映射)，如图3所示。门限值T将根据情况动态调整，以达到静态映射表最大，以达到最小的更新率，提高转换性能。这个方法称之为准静态映射，可以大大提高转换效率。
(2)在服务器所使用的IPv4地址和运营商的某段IPv6地址建立映射关系
为了达到无状态的IPv4/IPv6分组转换，必须在IPv4地址和IPv6地址之间建立唯一的映射关系，同时这种映射关系必须由地址本身自我描述。本发明采用了IVI前缀的方法，即运营商前缀加若干位之后嵌入IPv4地址，综合考虑了地址的聚类性，IPv6地址的利用率等需求。这个问题的第三个难点是要高效的利用紧缺的IPv4地址资源。本发明，定义了地址编码格式，如图4所示。
根据上述的关键技术，全球互联网上的任意一台IPv6客户机访问IPv4服务器的地址转换关系如图5所示。如该任意IPv6客户机的地址为2001:252:0:1::2008:8，则可以映射到私有IPv6地址10.0.0.2。如运营商的IPv6地址范围为2001:250::/32，IPv4服务器的地址为192.168.1.1，则对应的IPv6地址为2001:250:ffc0:a801:0100::/72。因此，2001:252:0:1::2008:8(源地址)对2001:250:ffc0:a801:0100::(目标地址)发起通信，经过IPv4/IPv6转换器，源地址转换为10.0.0.2，该映射关系放在第一级IPv6/10.0.0.0/8映射表中，目标地址转换为192.168.1.1，分组到达IPv4服务器。回应的分组的源地址为192.168.1.1，目标地址为10.0.0.2。经过IPv4/IPv6转换器，源地址转换为2001:250:ffc0:a801:0100::，目标地址转换为2001:252:0:1::2008:8。整个通信将重复这个过程，直至完成。
当互联网上的另一台IPv6客户机访问该IPv4服务器时，第一级IPv6/10.0.0.0/8映射表中将增加一个新的映射表项。如果访问该IPv4服务器具有不同的IPv6地址的计算机的数量小于224(约为为1千6百万个)，则映射关系均存放在第一级IPv6/10.0.0.0/8映射表中，为静态映射。如访问该IPv4服务器具有不同的IPv6地址的计算机的数量超过224(约为1千6百万个)，则根据统计，经常访问该IPv4服务器的IPv6客户机的地址放在第一级IPv6/10.0.0.0/8映射表中(静态映射)，偶尔访问该IPv4服务器的IPv6客户机的地址放在第二级IPv6/10.0.0.0/8映射表中，同时在通信完成后将被更新(动态映射)。门限值T将根据情况动态调整，以达到静态映射表最大，以达到最小的更新率，提高转换性能。

Claims (1)

1.基于准静态映射的IPv6客户机访问IPv4服务器的方法，其特征在于，所述方法是在IPv4网络和IPv6网络之间依次按以下步骤实现：
步骤(1)：初始化
步骤(1.1)在IPv4/IPv6转换器中建立私有IPv4地址10.0.0.0/8和需要访问IPv4服务器的IPv6地址之间的两级映射表；第一级映射表是准静态映射表，表示经常访问该IPv4服务器的IPv6地址，内容相对稳定，第二级映射表是动态映射表，表示偶尔访问该IPv4地址的IPv6地址，内容经常变化，用门限值T将所述私有地址10.0.0.0/8分为所述的两级映射表，该门限值T的取值使得所述准静态映射表尽量大，所述两级映射表的初始值为所述私有IPv4地址所对应的需要访问IPv4服务器的IPv6地址的值为空，该IPv4地址的范围为10.0.0.1到10.255.255.254；门限T的初值为第一级映射表最大，第二级映射表为空；
步骤(1.2)定义把IPv4地址直接嵌入所述IPv6地址的编码格式，在运营商基于32位聚类前缀的IPv6地址格式中的第32+n位嵌入32位IPv4地址，n小于32，构成IVI前缀，同时在64+n到128位之间空余位填充全0；全球任意一台可寻址的IPv4主机都有一个IPv6地址与之对应；
步骤(1.3)：根据步骤(1.2)所述的编码格式，配置所述IPv4服务器的域名到所述IPv6地址的解析，使IPv6客户机能访问到该IPv4服务器的IPv4地址所映射到的IPv6地址；
步骤(2)：IPv6客户机发起访问到该IPv4服务器的通信，解析域名，对于该IPv4服务器的对应的IPv6地址发送IPv6分组；
步骤(3)：IPv4/IPv6转换器接收所述IPv6分组并执行以下步骤：
步骤(3.1)：检查第一级映射表，如已经在第一级映射表中，根据单位时间的分组数量重新计算频度，重新设置非活跃计时器，执行步骤(4)，如未在第一级映射表中，执行步骤(3.2)
步骤(3.2)如第一级映射表仍有空项，生成映射关系，写入第一级映射表，根据单位时间的分组数量重新计算频度，重新设置非活跃计时器，执行步骤(4)；如第一级映射表没有空项，执行步骤(3.3)；
步骤(3.3)检查第二级映射表，如已经在第二级映射表中，执行步骤(4)，如未在第二级映射表中，执行步骤(3.4)；
步骤(3.4)如第二级映射表仍有空项，则生成映射关系，写入第二级映射表，根据单位时间的分组数量重新计算频度，重新设置非活跃计时器，执行步骤(4)；如第二级映射表没有空项，执行步骤(3.5)；
步骤(3.5)检查第二级映射表中所有表项的非活跃计时器的数值，如有超过非活跃门限值的地址，清除该地址，生成新的映射关系，写入第二级映射表，根据单位时间的分组数量重新计算频度，重新设置非活跃计时器，执行步骤(4)，如所有的非活跃计时器均未达到门限值，调整门限值T，减小第一级映射表，把其中频度不高的地址移入第二级映射表；如第二级映射表中的某些地址的频度很大，可以被移入第一级映射表；如第一级映射表中某些地址的频度很小，可以被移入第二级映射表，同时增大门限T；
步骤(4)：根据映射表转换源地址；
步骤(5)：根据步骤(1.2)中所述的IPv4到IPv6地址的嵌入规则转换目标地址；
步骤(6)：根据RFC2765处理所述的IPv4分组
步骤(7)：发送所述的IPv4分组；
步骤(8)：检查非活跃计时器，如有超过非活跃门限值的地址，清除该地址；根据单位时间的分组数量重新计算频度；
步骤(9)：所述IPv4服务器接收分组；
步骤(10)：所述IPv4服务器发送分组；
步骤(11)：所述IPv4/IPv6转换器接收IPv4分组；
步骤(11.1)：检查第一级映射表，如在第一级映射表中，根据单位时间的分组数量重新计算频度，重新设置非活跃计时器，执行步骤(12)，如未在第一级映射表中，执行步骤(11.2)；
步骤(11.2)：检查第二级映射表，如在第二级映射表中，根据单位时间的分组数量重新计算频度，重新设置非活跃计时器，执行步骤(12)；如未在第二级映射表中，丢弃分组，返回步骤(2)；
步骤(12)：根据所述映射表转换目标地址；
步骤(13)：根据IPv4到IPv6地址的嵌入规则转换源地址；
步骤(14)：根据RFC2765处理所述的IPv6分组
步骤(15)：发送所述IPv6分组；
步骤(16)：返回步骤(2)。
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