CN101771733B - 一种地址转换方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种地址转换方法与装置。该方法包括：策略预置装置预先定义分组QoS等级策略；地址分配装置将地址资源按照服务水平协议中的不同服务质量等级相应地分为多个地址组，每个地址组与同QoS等级队列对应；业务/用户识别装置对接收到的分组进行分析，得到与分组QoS等级策略有关的信息；排队装置根据分组QoS等级策略以及与分组QoS等级策略有关的信息进行队列调度，并将具有相同QoS等级的分组构成的队列发送给地址转换装置；地址转换装置根据队列所属服务质量等级及该服务质量等级对应的地址资源，对具有相同QoS等级的分组构成的队列中的每个分组进行地址转换。本发明提高了业务服务质量。

Description

一种地址转换方法与装置

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种地址转换方法与装置。

背景技术

部分大型机构由于本身需要内部服务系统或者独立的、较封闭的网络环境，可以组建自己的局域网。机构可以为网内系统和用户分配IP地址，提供单位内部的各种服务。其中IP地址可以是公网地址，也可以采用私网地址。目前主要采用的地址体系仍然是IPv4地址，而且IPv4公网地址资源较紧张，因此通常采用IPv4私网地址。部分机构考虑到安全问题，不愿意把局域网内的系统IP地址直接通告给外网，因此在局域网内也采用私网地址。还有部分局域网，仅作为用户接入外网的手段，由于申请公网IP地址较困难，在网内采用私网地址。在这种情况下，为了满足局域网与外网互访，在数据进入公网之前必须将分组携带的私网地址转换为公网地址，因此需要在局域网出口处部署地址转换设备，进行公-私网地址转换。现有技术中的局域网接入公网的结构如图1所示。

地址转换设备(NAT)将可用的公网地址集定义成NAT池(NAT pool)。当内部节点需要与公网通信时，NAT设备将从NAT池中选择公网地址对私网地址进行转换。每个转换条目在连接建立时动态建立，而在连接终止时会被回收。地址转换可以将局域网内的私网IP地址转换为公网IP地址，也可以将私网地址转换为公网地址的某个端口地址。这种方式可以进一步节省NAT pool中公网IP地址的使用数量，提高地址使用效率。

局域网与公网互联时，相关机构需要与电信运营商签订接入协议，对其接入的服务质量、链路带宽、可靠性等方面进行约束，其中会签订服务水平协议(SLA)。在SLA中约定根据TCP/IP五元组对业务进行区分，并提供不同服务质量。五元组中包括源、目的IP地址、源、目的端口地址以及物理接口。由于物理端口通常是固定的、目的IP地址和目的端口地址通常不可控而且范围较大，因此通常采用源IP地址、源端口地址进行服务质量区分。源IP地址、源端口地址均在NAT Pool范围内。通常会根据运营商提供的服务质量等级(通常为2级或多级)将IP地址、端口分别映射到不同QoS等级中。

目前地址转换设备主要集成在入口防火墙上或移动通信系统关口设备上。主要处理方式是将固定私网IP地址映射至固定公网地址，或采用轮询方式或者随机方式将用户/业务分配不同公网地址，无法根据业务类型或用户级别动态映射至不同IP地址或端口地址。轮询和随机方式无差别的分配NAT Pool中的不同地址或端口，无法根据SLA中定义的QoS等级为用户或业务提供差异化服务。固定方式仅为特定用户提供高QoS等级服务，无法充分利用SLA提供的资源，高QoS等级地址和端口无法动态分配。

发明内容

为了解决上述的技术问题，提供了一种地址转换方法与装置，其目的在于，实现根据实际业务服务质量需求动态分配公网地址和端口。

本发明提供了一种地址转换方法，包括：

步骤1，策略预置装置预先定义分组服务质量等级策略并将分组服务质量等级策略发送至排队装置；地址分配装置将地址转换设备池中的地址资源按照服务水平协议中的不同服务质量等级相应地分为多个地址组，每个地址组与具有相同服务质量等级的队列相对应；

步骤2，业务/用户识别装置对接收到的分组进行分析，得到与分组服务质量等级策略有关的信息，并将分组以及与分组服务质量等级策略有关的信息发送至排队装置；

步骤3，排队装置根据分组服务质量等级策略以及与分组服务质量等级策略有关的信息进行排队，并将排队后的分组进行队列调度，以及将位于具有相同服务质量等级的分组构成的队列列头的分组发送给地址转换装置；

步骤4，地址转换装置根据队列所属服务质量等级及该服务质量等级对应的地址资源，对位于具有相同服务质量等级的分组构成的队列列头的分组进行地址转换。

步骤3中，排队装置将分组在队列内进行调度。

分组服务质量等级策略包括根据特定用户分配服务质量等级，根据业务类型动态分配服务质量等级，和/或根据地址分配服务质量等级。

分组服务质量等级策略包含的策略条目为：根据用户分配相应的服务质量等级；根据物理地址或IP地址分配相应服务质量等级；根据端口地址分配相应服务质量等级；和/或根据内容分配相应服务质量等级；

分组服务质量等级策略中包括两个以上的策略条目时，分组服务质量等级策略中还包括使用各策略条目的先后顺序。

业务/用户识别装置设置于局域网出口、局域网信息交换节点或局域网用户接入节点。

本发明提供了一种地址转换装置，包括：

策略预置装置，用于预先定义分组服务质量等级策略并将分组服务质量等级策略发送至排队装置；

地址分配装置，用于将地址转换设备池中的地址资源按照服务水平协议中的不同服务质量等级相应地分为多个地址组，每个地址组与具有相同服务质量等级的队列相对应；

业务/用户识别装置，用于对接收到的分组进行分析，得到与分组服务质量等级策略有关的信息，并将分组以及与分组服务质量等级策略有关的信息发送至排队装置；

排队装置，用于根据分组服务质量等级策略以及与分组服务质量等级策略有关的信息进行排队，并将排队后的分组进行队列调度，以及将位于具有相同服务质量等级的分组构成的队列列头的分组发送给地址转换装置；

地址转换装置，用于根据队列所属服务质量等级及该服务质量等级对应的地址资源，对位于具有相同服务质量等级的分组构成的队列列头的分组进行地址转换。

排队装置，用于将分组在队列内进行调度。

分组服务质量等级策略包括根据特定用户分配服务质量等级，根据业务类型动态分配服务质量等级，和/或根据地址分配服务质量等级。

分组服务质量等级策略包含的策略条目为：根据用户分配相应的服务质量等级；根据物理地址或IP地址分配相应服务质量等级；根据端口地址分配相应服务质量等级；或者根据内容分配相应服务质量等级；

分组服务质量等级策略中包括两个以上的策略条目时，分组服务质量等级策略中还包括使用各策略条目的先后顺序。

业务/用户识别装置设置于局域网出口、局域网信息交换节点或局域网用户接入节点。地址转换地址转换

本发明通过对局域网出口处业务和用户的识别，为业务动态分配不同QoS等级的IP地址和端口地址，从而提高高QoS等级IP地址和端口的利用率，最大限度的利用运营商提供的SLA，提高业务服务质量，改进用户体验。

附图说明

图1为现有技术中局域网接入公网的结构示意图；

图2为本发明提供的一种地址转换总体流程图；

图3为本发明提供的一种地址转换详细流程图。

具体实施方式

本发明通过在局域网出口处识别用户、业务等关键要素，根据不同用户、不同业务的服务质量要求，将分组放入不同队列中，并为该用户和业务分配NAT Pool中预置的不同QoS等级的IP地址和端口地址。分组进行地址转换之后，进入运营商网络的接入路由器，并得到相应服务等级的处理。

本发明涉及的主要装置包括“策略预置装置”、“业务/用户识别装置”、“排队装置”、“地址分配装置”、“地址转换装置”。

其中“策略预置装置”是指通过硬件或软件的方法，部署在局域网内，根据局域网管理要求预置业务QoS等级条件，通过策略方式影响分组的队列处理。

设置的策略可以包括但不限于：根据特定用户分配QoS等级；根据地址分配QoS等级；根据业务类型动态分配QoS等级。

策略预置装置的输出结果进入“排队装置”，指导排队装置根据策略条目依次对不同分组的队列分配。

其中的策略条目可以但不限于以下条目，或以下条目的组合：

1)根据用户分配相应的QoS等级；

2)根据物理地址(以太网地址)、IP地址分配相应QoS等级；

3)根据端口地址分配相应QoS等级；

4)根据内容(根据DPI、DFI等方法和装置输出的结果)分配相应QoS等级。

策略由至少一个策略条目组成；如果策略中具有多个条目，则策略中还包含使用各条目的先后顺序。

其中“业务/用户识别装置”是指通过硬件或软件的方法，部署在局域网内，识别用户信息、用户状态、业务类型等关键信息的装置。

A)具体部署位置可以是但不限于：局域网出口、局域网信息交换节点(如路由器或汇聚交换机)、局域网用户接入节点(如接入交换机或用户终端)。

B)具体识别方法可以包括但不限于：通过IP地址、端口地址、以太网物理地址对用户、业务进行识别；通过“深度包检测(DPI)”、“深度/动态流检测(DFI)”等方法和装置进行业务识别。

C)业务/用户识别装置将经过该装置判定的所有分组中与策略有关的信息以及相应的分组发送给“排队装置”。

其中“排队装置”是指通过硬件或者软件的方法，部署在局域网内，将经过识别的分组分别放入不同队列，并采用队列调度方法进行调度的装置。

a)采用的队列调度方法和装置可以包括但不限于本领域所熟知的WFQ、PQ等队列调度方法和装置。排队装置根据分组到达的时间、分组类别变更分组在队列中的发送次序。

b)各个队列的分组依次进入“地址转换装置”进行地址转换。

c)根据本领域的成熟技术，高QoS等级具有承诺带宽保障(CIR)，可以优先使用出口链路带宽，抢占低QoS等级业务带宽。

其中“地址分配装置”是指通过硬件或软件的方法，根据获得的公网IP地址(NAT Pool中的地址)，预置IP地址、端口地址等资源，并根据SLA将预先定义的不同QoS等级的IP地址、端口地址分配给对应的不同队列。“地址分配装置”向“地址转换装置(NAT)”提供IP、端口等地址资源，用于地址转换。

其中“地址转换装置”根据各个队列中的分组以及“地址分配装置”中与之相对应的地址资源，组建地址转换表，完成每个分组的地址转换。

上述装置之间可以通过通信网络进行连接，也可以直接相互连接或采用专用网络方式进行连接，或者集成在同一硬件、软件设备中。相互通信的方式可以采用已经成熟的各种技术。

如图2所示，本发明提供的地址转换总体流程包括：

步骤201，策略预置装置根据机构管理规定和局域网的具体情况，预先定义分组QoS等级策略；

步骤202，地址分配装置将NAT Pool中的地址资源按照SLA中约定的不同服务质量等级分为多个地址组，每个组与同QoS等级队列相对应；

步骤203，业务/用户识别装置通过对分组的分析，分析出该分组与策略条目有关的信息并发送给排队装置；

步骤204，排队装置根据策略条目或策略条目的组合以及该分组与策略条目有关的信息进行排列，并将分组在队列内调度，分组调度是指采用业界成熟的算法(如WRED)将某一放在特定队列中，并根据排队时间调整分组在该队列中的位置，根据队列顺序发送给地址转换装置；

步骤205，地址转换装置根据队列及其对应的地址资源进行每个分组的地址转换。

下面根据实例进行详细说明。

在“策略预置装置”中，依次设立以下策略条目组合：

1)根据用户分配相应的QoS等级，例如为姓名A、B、C的用户固定分配QoS等级1，姓名D、E、F的用户固定分配QoS等级2，其他用户不做定义。

2)根据物理地址(以太网地址)、IP地址分配相应QoS等级，例如为以太网地址AA.BB.CC.DD.EE.FF地址分配QoS等级1等等，IP地址aaa.bbb.ccc.ddd分配QoS等级1等等，其他地址不做定义。

3)根据端口地址分配相应QoS等级，例如为端口地址I分配QoS等级1、端口地址J分配QoS等级2等等，其他端口地址不做定义。

4)根据内容(根据DPI、DFI等方法和装置输出的结果)分配相应QoS等级，例如为检测到的紧急业务分配QoS等级1，语音与视频业务分配QoS等级2......，其他业务默认为QoS等级n。

在“地址分配装置”中，将机构获得的公网IP地址和端口地址(也即NATPool中的公网IP地址与端口地址资源)根据SLA中的约定分别划分为多个等级，等级的数量与“排队装置”中队列的数量一致。例如，NAT Pool中QoS等级1的地址空间为xxx.yyy.zzz.1-xxx.yyy.zzz.m；QoS等级2的地址空间为xxx.yyy.zzz.m+1-xxx.yyy.zzz.m+n；QoS  等级3的地址空间为xxx.yyy.zzz.m+n+1-xxx.yyy.zzz.m+n+p以此类推。端口号的分配也与此类似。假设其中QoS等级1为最高QoS等级，QoS等级n为最低QoS等级。

本发明提供的一种地址转换详细流程图3所示，该流程为一实施例，具体判断步骤包括：

步骤301，分组业务到达业务/用户识别装置，业务/用户识别装置提取与策略有关的信息后将分组及该信息发送至排队装置；策略预置装置将策略发送至排队装置，该策略为优先根据用户分配QoS等级，其次根据分组源/目的IP地址分配QoS等级，再次根据端口地址分配QoS等级，最后根据业务类型分配QoS等级；

步骤302，判定发送者是否为A、B、C，如果是，则QoS等级确定为1；否则执行步骤303；

步骤303，判定发送者是否为D、E、F，如果是，则QoS等级确定为2；否则执行步骤304；

步骤304，判定分组源以太网地址是否为AA.BB.CC.DD.EE.FF，如果是，则QoS等级确定为1，否则执行步骤305；

步骤305，判定分组源/目的IP地址是否为aaa.bbb.ccc.ddd，如果是，则QoS等级确定为2，否则执行步骤306；

步骤306，端口地址是否为I，如果是，则QoS等级确定为1，否则执行步骤307；

步骤307，端口地址是否为J，如果是，则QoS等级确定为2，否则执行步骤308；

步骤308，根据DPI/DFI检测是否为紧急业务，如果是，则QoS等级确定为1，否则执行步骤309；

步骤309，根据DPI/DFI检测是否为语音/视频业务，如果是QoS等级确定为2，否则QoS等级确定为n。

当完成分组的QoS等级判断之后，分组分别进入不同的QoS等级队列1-n。上述队列在“排队装置”中存储，并完成队列调度。调度方法可以参照但不限于本领域已经成熟的PQ、WFQ等方法。

当分组位于队列列头时，将进入“地址转换装置”进行处理。“地址转换装置”已经收到“地址分配装置”为各个QoS等级分配的IP地址或端口地址。地址转换装置将采用上述地址分别对不同QoS等级队列产生的分组进行地址转换。例如，对于QoS等级1的分组，在地址空间xxx.yyy.zzz.1-xxx.yyy.zzz.m中选用地址；对于QoS等级2的分组，在地址空间xxx.yyy.zzz.m+1-xxx.yyy.zzz.m+n中选用地址；以此类推。对于地址空间存在多个IP地址/端口地址的情况，可以采用轮询或者随机方式选择地址，也可以将该QoS等级进一步划分为多个“子QoS等级”(层次化QoS)。

本领域的技术人员在不脱离权利要求书确定的本发明的精神和范围的条件下，还可以对以上内容进行各种各样的修改。因此本发明的范围并不仅限于以上的说明，而是由权利要求书的范围来确定的。

Claims (10)

1.一种地址转换方法，其特征在于，包括：

步骤1，策略预置装置预先定义分组服务质量等级策略并将分组服务质量等级策略发送至排队装置；地址分配装置将地址转换设备池中的地址资源按照服务水平协议中的不同服务质量等级相应地分为多个等级的地址组，每个地址组与具有相同服务质量等级的队列相对应；其中，所述等级的数量与所述排队装置中队列的数量一致；

步骤2，业务/用户识别装置对接收到的分组进行分析，得到与分组服务质量等级策略有关的信息，并将分组以及与分组服务质量等级策略有关的信息发送至排队装置；

步骤3，排队装置根据分组服务质量等级策略以及与分组服务质量等级策略有关的信息进行排队，并将排队后的分组进行队列调度，以及将位于具有相同服务质量等级的分组构成的队列列头的分组发送给地址转换装置；

步骤4，地址转换装置根据队列所属服务质量等级及该服务质量等级对应的地址资源，对位于具有相同服务质量等级的分组构成的队列列头的分组进行地址转换。

2.如权利要求1所述的地址转换方法，其特征在于，步骤3中，排队装置将分组在队列内进行调度。

3.如权利要求1所述的地址转换方法，其特征在于，分组服务质量等级策略包括根据特定用户分配服务质量等级，根据业务类型动态分配服务质量等级，和/或根据地址分配服务质量等级。

4.如权利要求1所述的地址转换方法，其特征在于，分组服务质量等级策略包含的策略条目为：根据用户分配相应的服务质量等级；根据物理地址或IP地址分配相应服务质量等级；根据端口地址分配相应服务质量等级；和/或根据内容分配相应服务质量等级；

分组服务质量等级策略中包括两个以上的策略条目时，分组服务质量等级策略中还包括使用各策略条目的先后顺序。

5.如权利要求1所述的地址转换方法，其特征在于，业务/用户识别装置设置于局域网出口、局域网信息交换节点或局域网用户接入节点。

6.一种地址转换装置，其特征在于，包括：

策略预置装置，用于预先定义分组服务质量等级策略并将分组服务质量等级策略发送至排队装置；

地址分配装置，用于将地址转换设备池中的地址资源按照服务水平协议中的不同服务质量等级相应地分为多个等级的地址组，每个地址组与具有相同服务质量等级的队列相对应；其中，所述等级的数量与所述排队装置中队列的数量一致；

业务/用户识别装置，用于对接收到的分组进行分析，得到与分组服务质量等级策略有关的信息，并将分组以及与分组服务质量等级策略有关的信息发送至排队装置；

排队装置，用于根据分组服务质量等级策略以及与分组服务质量等级策略有关的信息进行排队，并将排队后的分组进行队列调度，以及将位于具有相同服务质量等级的分组构成的队列列头的分组发送给地址转换装置；

地址转换装置，用于根据队列所属服务质量等级及该服务质量等级对应的地址资源，对位于具有相同服务质量等级的分组构成的队列列头的分组进行地址转换。

7.如权利要求6所述的地址转换装置，排队装置，用于将分组在队列内进行调度。

8.如权利要求6所述的地址转换装置，其特征在于，分组服务质量等级策略包括根据特定用户分配服务质量等级，根据业务类型动态分配服务质量等级，和/或根据地址分配服务质量等级。

9.如权利要求6所述的地址转换装置，其特征在于，分组服务质量等级策略包含的策略条目为：根据用户分配相应的服务质量等级；根据物理地址或IP地址分配相应服务质量等级；根据端口地址分配相应服务质量等级；或者根据内容分配相应服务质量等级；

分组服务质量等级策略中包括两个以上的策略条目时，分组服务质量等级策略中还包括使用各策略条目的先后顺序。

10.如权利要求6所述的地址转换装置，其特征在于，业务/用户识别装置设置于局域网出口、局域网信息交换节点或局域网用户接入节点。

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