CN102075587A - 一种地址映射关系备份的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地址映射关系备份的方法：网络中的任一地址翻译设备接收来自用户网络或业务网络的数据流；当所述数据流属于其所负责的地址范围时，查询自身保存的所有地址映射关系，如果不存在与该数据流对应的地址映射关系，则生成新的地址映射关系并保存；所述地址翻译设备利用边界网关协议更新消息携带新生成的地址映射关系，将所述新生成的地址映射关系发送给网络中所有其他的地址翻译设备进行保存，返回执行所述接收来自用户网络或业务网络的数据流的步骤。本发明实施例还提供一种地址映射关系备份的系统。本发明实现了对网络中各地址翻译设备上建立和保存的地址映射关系的实时备份，大大提高了网络通信的可靠性和健壮性。

Description

一种地址映射关系备份的方法和系统

技术领域

本发明涉及移动通信技术，具体涉及一种地址映射关系备份的方法和系统。

背景技术

互联网工程任务组(The Internet Engineering Task Force，IETF)早在1998年就已经基本完成了互联网协议第6版(简称IPv6)的标准化过程，IPv6也逐渐成为一种成熟的网络技术，而传统的互联网业务由于各种原因还滞留在互联网协议第4版(简称IPv4)网络中。随着网络规模的增加和应用的日新月异，大量新的用户加入网络，从而需要巨大的地址空间，因此，越来越多采用IPv6地址的主机终端逐步部署并进入网络，在这种情况下，保证IPv4和IPv6网络之间的互连互通、网络的无缝平滑过渡以及各种应用的平滑过渡成为必须解决的问题。为此，IETF工作组分别提出了诸如附带协议转换器的网络地址转换器(Network Address Translation-Protocol，NAT-PT)，NAT64以及基于NAT64的Referrals等多种方案。

上述各方案的技术细节和适用场景各有不同，但从基本原理上来说却基本一致，都是利用地址翻译设备(下文中简称为Xbox)来对具有不同地址类型的网络设备间的通信和数据传输过程进行地址翻译、通信协议转换和数据转发。所述Xbox在网络中进行部署的示例如图1所示，其中包括：

通信过程的发起用户(即图中主机a)及其所在的网络(图中Net A)，通常将该场景下的Net A称为用户网络，在实际应用中，所述Net A的地址空间存在三种可能的地址类型：私有IPv4地址、全局IPv4地址或者IPv6地址；

通信接收端用户(图中主机b)及其所在的网络(图中Net B)，通常将该场景下的Net B称为业务网络，与Net A类似，在实际应用中，所述Net B的地址空间同样存在三种可能的地址类型，不再赘述。

在用户网络和业务网络的边界处，部署有连接两个网络的NAT设备Xbox，视所述用户网络和业务网络的规模大小，所述Xbox的数量可以为一个或多个，Xbox具有地址翻译、协议转换和数据转发的功能，容易理解，对于Xbox具有的与本申请无关的其它功能，此处则予以省略。

在图1所示的网络结构下，当用户网络中的主机a通过所述Xbox连接到业务网络的主机b并进行通信时，根据用户网络和业务网络的地址类型，主机a发出的数据包在Xbox上经过相应地处理，以能够适用于IPv4-IPv4，IPv4-IPv6或IPv6-IPv4的通信场景，从而该数据包能够进一步被正确地路由至主机b，完成主机a和b之间的一次通信。

在现有技术中，当存在多个Xbox时，按照Xbox的个数将用户网络的地址范围分成对应个数的地址片段，而每个Xbox只分别负责其中一个地址片段的地址翻译等工作--具体方法是各Xbox通过向网络声明其所负责的地址片段的范围，由网络根据各Xbox声明的范围向其指派相应地址范围内的数据由其进行路由。图2示出了Xbox进行地址翻译的处理流程，包括：

步骤201：Xbox接收来自用户网络或业务网络的数据流；

步骤202：当所述数据流属于其所负责的地址范围时，查询自身已有的地址映射关系，如果不存在与该数据流对应的地址映射关系，则生成新的地址映射关系并保存；如果存在，则按照已有的地址映射关系对所述数据流进行地址翻译并将其路由到指定目的地址。

在这种情况下，若网络中的部分Xbox发生当机等各种故障无法正常工作时，自然就会导致原本由其负责的地址片段范围内的数据流无法进行传输，从而这部分用户网络的数据流就无法被路由到目的地址。而产生这种现象的根本原因在于：现有技术无法对网络中各Xbox上建立和保存的地址映射关系进行实时备份。

发明内容

本发明提供一种地址映射关系备份的方法和系统，能够对网络中各Xbox上建立和保存的地址映射关系进行实时备份。

为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：

一种地址映射关系备份的方法，该方法包括：

网络中的任一地址翻译设备接收来自用户网络或业务网络的数据流；

当所述数据流属于其所负责的地址范围时，查询自身保存的所有地址映射关系，如果存在与该数据流对应的地址映射关系，按照已有的地址映射关系对所述数据流进行地址翻译并将其路由到指定目的地址，返回执行所述接收来自用户网络或业务网络的数据流的步骤；如果不存在，则生成新的地址映射关系并保存；

所述地址翻译设备利用边界网关协议更新消息携带新生成的地址映射关系，将所述新生成的地址映射关系发送给网络中所有其他的地址翻译设备进行保存。

一种地址映射关系备份的系统，包括通信发起方、通信接收方，和两个及以上的地址翻译设备地址翻译设备：

所述任一地址翻译设备，用于接收来自用户网络或业务网络的数据流；当所述数据流属于其所负责的地址范围时，查询自身保存的所有地址映射关系，如果存在与该数据流对应的地址映射关系，按照已有的地址映射关系对所述数据流进行地址翻译并将其路由到指定目的地址，返回执行所述接收来自用户网络或业务网络的数据流；如果不存在，生成新的地址映射关系并保存，利用边界网关协议更新消息携带新生成的地址映射关系，将所述新生成的地址映射关系发送给网络中所有其他的地址翻译设备进行保存，返回执行所述接收来自用户网络或业务网络的数据流。

由上述的技术方案可见，本发明实施例提供的地址映射关系备份的方法和系统，在每个Xbox生成新的地址映射关系时触发BGP更新消息，并由所述BGP更新消息将所述新生成的地址映射关系发送给网络中的所有其他Xbox进行保存，实现了对网络中各Xbox上建立和保存的地址映射关系的实时备份，从而使得当网络中的部分Xbox出现故障时，剩余的Xbox仍能根据备份的地址映射关系对原本应由出现故障的Xbox负责的数据流进行地址翻译，因此，大大提高了网络通信的可靠性和健壮性。

附图说明

图1为现有技术中部署有Xbox的网络结构示意图。

图2为现有技术中Xbox进行地址翻译的处理流程示意图。

图3为本发明实施例中地址映射关系备份方法的流程示意图。

图4为本发明实施例中BGP属性的字段格式示意图。

图5为本发明实施例提供的BGP属性中Type为2时，Value字段的组成结构示意图。

图6为本发明实施例中规模较小的网络通过每两个Xbox之间互联的方式实现所有Xbox的全连接的结构示意图。

图7为本发明实施例中规模较大的网络通过各Xbox分别连接到BGP反射器上并由BGP反射器的互联实现所有Xbox的全连接的结构示意图。

图8为本发明实施例中地址映射关系备份系统的组成结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

本发明实施例提供一种地址映射关系备份的方法，其流程如图3所示，其中包括：

步骤301：网络中的任一Xbox接收来自用户网络或业务网络的数据流；

步骤302：当所述数据流属于其所负责的地址范围时，查询自身保存的所有地址映射关系，如果存在与该数据流对应的地址映射关系，按照已有的地址映射关系对所述数据流进行地址翻译并将其路由到指定目的地址，返回继续执行步骤301；如果不存在，则生成新的地址映射关系并保存，继续执行步骤303；

本步骤中，判断所述数据流是否属于其所负责的地址范围的方法可以采用现有技术中已有的成熟方法，常用的包括但不限于以下两种：

1、根据所述数据流的发起方和目标方中，位于用户网络的一方的地址是否属于该Xbox负责的地址范围进行判断，其中该Xbox负责的用户网络的地址范围预先设定；

举例来说，设网络中存在3个Xbox，预先将用户网络中全部的地址分为3个片段并指派每个Xbox负责其中一个，则利用该方法进行判断时：每当接收到一个数据流，判断该数据流所对应的发起方和目标方中，位于用户网络中的那一方的地址是否在该Xbox负责的地址片段的范围当中，如果是，则所述数据流就属于该Xbox负责的地址范围，反之则不属于。

2、根据所述数据流的发起方和目标方中，位于业务网络的一方的地址是否属于该Xbox负责的地址范围进行判断，其中该Xbox负责的业务网络的地址范围预先设定；

与前一种方法类似，举例来说，设网络中存在3个Xbox，预先将业务网络中全部的地址分为3个片段并指派每个Xbox负责其中一个，则利用该方法进行判断时：每当接收到一个数据流，判断该数据流所对应的发起方和目标方中，位于业务网络中的那一方的地址是否在该Xbox负责的地址片段的范围当中，如果是，则所述数据流就属于该Xbox负责的地址范围，反之则不属于。

此外，当不存在与该数据流对应的地址映射关系时，所述生成新的地址映射关系的方法，可以采用任何能够建立用户网络与业务网络的地址映射关系的方法，本发明实施例对此不做限定，由于相关内容不属于本发明讨论的重点，故此处不予赘述。

步骤303：所述Xbox利用边界网关协议(Border Gateway Protocol，BGP)更新消息携带新生成的地址映射关系，将所述新生成的地址映射关系发送给网络中所有其他的Xbox进行保存。

至此一次地址映射关系备份的处理流程结束。

在步骤303中，所述Xbox利用BGP更新消息携带新生成的地址映射关系的方法，可以采用多种方法，本发明实施例仅举出一种可能的示例，需要指出，该示例不应被理解为对本发明实施方式进行的限定：

在BGP更新消息中增加一个新的BGP属性来标识新生成的地址映射关系，该属性的字段格式如图4所示，其中包括Type字段、Length字段和Value字段，以下分别详细介绍：

A：Type字段的长度为1个字节，用于标识该地址映射关系的类型，根据现有技术对于地址翻译场景的描述可知，地址翻译的场景包括3种，相应的Type字段也具有3种取值：

Type为1：表示此时的地址映射关系是IPv4～IPv4类型--即，此时的发送方和接收方都是IPv4地址，但地址类型不同，比如一方为私有IPv4地址，另一方为全局IPv4地址；

Type为2：表示此时的地址映射关系是IPv4～IPv6类型--即，此时的发送方和接收方中，一方是IPv4地址，而另一方是IPv6地址；

Type为3：表示此时的地址映射关系IPv6～IPv6类型--即，此时的发送方和接收方都是IPv6地址，但地址类型不同。

B：Length字段的长度为1个字节，用于标识Type字段中确定的地址映射关系类型所对应的Value字段的长度；以Type为2举例，当Type为2时，表示此时的地址映射关系为IPv4～IPv6类型，根据标准中的规定，一个IPv4地址的长度为4个字节，而一个IPv6地址的长度为16个字节；因此，此时的Length字段的取值即为20，表示Value字段的长度为20个字节。本领域技术人员容易理解，当Type为1时，Length字段的取值则为8，而Type为3时，Length字段的取值则为32。

C：Value字段的长度与Length字段的取值相同，由Type字段的类型决定，仍以Type为2举例，当Type字段的类型为2时，Length字段的取值为20，表示Value字段的长度为20个字节，此时，Value字段格式如图5所示，其中，前4个字节为所述新生成的地址映射关系中的IPv4地址，而后16个字节即为所述新生成的地址映射关系中的IPv6地址。

由上述说明可见，通过BGP更新消息中新增加的BGP属性，可以将所述新生成的地址映射关系的各种信息全部包含其中，而其他Xbox接收到该BGP更新消息时，也可以通过对其中BGP属性的解析得到相应的地址映射关系的各种信息。

需要指出的是，由于网络规模存在差异，不同规模的网络，其Xbox的连接方式也存在差异。对于规模较小的网络，可以通过每两个Xbox之间互联的方式实现整个网络中的所有Xbox的全连接，所述Xbox相互连接的结构示意如图6所示，此时，步骤303中将所述新生成的地址映射关系发送给网络中所有其他的Xbox的方法可以为：该Xbox利用BGP更新消息直接将新生成的地址映射关系发送给网络中所有其他的Xbox；而当网络规模较大时，将每两个Xbox之间互联来实现网络中所有Xbox的全连接的方式无疑费时费力，因此这种情况下通常采用设置一个或多个BGP反射器的结构，将网络中的Xbox分别连接到所述BGP反射器上，再将所有的BGP反射器进行互联以实现Xbox的全连接，所述Xbox通过BGP反射器相互连接的结构示意如图7所示，则此时，步骤303中将所述新生成的地址映射关系发送给网络中所有其他的Xbox的方法则可以为：该Xbox利用BGP更新消息将新生成的地址映射关系发送给与其相连的BGP反射器，由所述BGP反射器转发给网络中所有其他的Xbox。

在所述方法的基础上，本发明实施例还进一步提供一种地址映射关系备份的系统，其组成结构如图8所示，其中包括：通信发起方810、通信接收方820，以及两个及以上的Xbox830；

任一Xbox830，用于接收来自用户网络或业务网络的数据流；当所述数据流属于其所负责的地址范围时，查询自身保存的所有地址映射关系，如果存在与该数据流对应的地址映射关系，按照已有的地址映射关系对所述数据流进行地址翻译并将其路由到指定目的地址，返回执行所述接收来自用户网络或业务网络的数据流；如果不存在，生成新的地址映射关系并保存，利用BGP更新消息携带新生成的地址映射关系，将所述新生成的地址映射关系发送给网络中所有其他的Xbox进行保存，返回执行所述接收来自用户网络或业务网络的数据流。

其中，所述Xbox830包括：数据接收模块831、第一判断模块832、第二判断模块833、翻译模块834和新建模块835；

数据接收模块831，用于接收来自用户网络或业务网络的数据流；

第一判断模块832，用于判断所述数据流的发起方和目标方中，位于用户网络/业务网络的一方的地址是否属于预先设定的该Xbox负责的地址范围，并将判断结果通知第二判断模块833；

第二判断模块833，用于接收判断模块832的判断结果，当判断结果为所述数据流属于其所负责的地址范围时，查询自身保存的所有地址映射关系，判断是否存在与该数据流对应的地址映射关系，如果存在，则通知翻译模块834，否则通知新建模块835；

翻译模块834，用于接收第二判断模块833的判断结果，当存在与该数据流对应的地址映射关系时，按照已有的地址映射关系对所述数据流进行地址翻译并将其路由到指定目的地址；

新建模块835，用于接收第二判断模块833的判断结果，当不存在与该数据流对应的地址映射关系时，生成新的地址映射关系并保存，利用BGP更新消息携带新生成的地址映射关系，并将所述新生成的地址映射关系发送给网络中所有其他的Xbox进行保存。

所述新建模块835包括：新建单元8351和备份单元8352；

新建单元8351，用于接收第二判断模块833的判断结果，当不存在与该数据流对应的地址映射关系时，生成新的地址映射关系并保存，将新生成的地址映射关系发送给备份单元8352；

备份单元8352，用于接收新建单元8351发送的新生成的地址映射关系，在BGP更新消息中增加一个新的BGP属性用于标识新生成的地址映射关系，并将所述新生成的地址映射关系发送给网络中所有其他的Xbox进行保存；所述BGP属性包括Type字段、Length字段和Value字段；其中，Type字段的长度为1个字节，用于标识新生成的地址映射关系的类型；Length字段的长度为1个字节，用于标识新生成的地址映射关系的类型所对应的Value字段的长度；Value字段的长度与Length字段的取值相同，其中包含新生成的地址映射关系中发起方810和接收方820的IP地址。

该系统还包括一个或多个BGP反射器840；

所述BGP反射器840，用于接收任一Xbox810发送的BGP更新消息，将包含新生成的地址映射关系的BGP更新消息转发给网络中所有其他的Xbox。

由上述可见，本发明实施例提供的地址映射关系备份的方法和系统，在每个Xbox生成新的地址映射关系时触发BGP更新消息，并由所述BGP更新消息将所述新生成的地址映射关系发送给网络中的所有其他Xbox进行保存，实现了对网络中各Xbox上建立和保存的地址映射关系的实时备份，从而使得当网络中的部分Xbox出现故障时，剩余的Xbox仍能根据备份的地址映射关系对原本应由出现故障的Xbox负责的数据流进行地址翻译，因此，大大提高了网络通信的可靠性和健壮性。

Claims (9)

1.一种地址映射关系备份的方法，其特征在于，该方法包括：

网络中的任一地址翻译设备接收来自用户网络或业务网络的数据流；

当所述数据流属于其所负责的地址范围时，查询自身保存的所有地址映射关系，如果存在与该数据流对应的地址映射关系，按照已有的地址映射关系对所述数据流进行地址翻译并将其路由到指定目的地址，返回执行所述接收来自用户网络或业务网络的数据流的步骤；如果不存在，则生成新的地址映射关系并保存；

所述地址翻译设备利用边界网关协议更新消息携带新生成的地址映射关系，将所述新生成的地址映射关系发送给网络中所有其他的地址翻译设备进行保存。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述数据流属于其所负责的地址范围时，查询自身保存的所有地址映射关系的方法包括：

判断所述数据流的发起方和目标方中，位于用户网络的一方的地址是否属于预先设定的该地址翻译设备所负责的地址范围，如果属于，则查询自身保存的所有地址映射关系。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述数据流属于其所负责的地址范围时，查询自身保存的所有地址映射关系的方法包括：

判断所述数据流的发起方和目标方中，位于业务网络的一方的地址是否属于预先设定的该地址翻译设备负责的地址范围，如果属于，则查询自身保存的所有地址映射关系。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述地址翻译设备利用边界网关协议更新消息携带新生成的地址映射关系的方法包括：

在边界网关协议更新消息中增加一个新的边界网关协议属性来标识新生成的地址映射关系，所述边界网关协议属性包括Type字段、Length字段和Value字段；

其中，Type字段的长度为1个字节，用于标识新生成的地址映射关系的类型；

Length字段的长度为1个字节，用于标识新生成的地址映射关系的类型所对应的Value字段的长度；

Value字段的长度与Length字段的取值相同，其中包含新生成的地址映射关系中发送方和接收方的IP地址。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，将所述新生成的地址映射关系发送给网络中所有其他的地址翻译设备的方法包括：

利用边界网关协议更新消息直接将所述新生成的地址映射关系发送给网络中所有其他的地址翻译设备，或者，利用边界网关协议更新消息将所述新生成的地址映射关系发送给与其相连的边界网关协议反射器，由所述边界网关协议反射器转发给网络中所有其他的地址翻译设备。

6.一种地址映射关系备份的系统，包括通信发起方、通信接收方，和两个及以上的地址翻译设备地址翻译设备，其特征在于：

任一地址翻译设备，用于接收来自用户网络或业务网络的数据流；当所述数据流属于其所负责的地址范围时，查询自身保存的所有地址映射关系，如果存在与该数据流对应的地址映射关系，按照已有的地址映射关系对所述数据流进行地址翻译并将其路由到指定目的地址，返回执行所述接收来自用户网络或业务网络的数据流；如果不存在，生成新的地址映射关系并保存，利用边界网关协议更新消息携带新生成的地址映射关系，将所述新生成的地址映射关系发送给网络中所有其他的地址翻译设备进行保存，返回执行所述接收来自用户网络或业务网络的数据流。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述地址翻译设备包括：

数据接收模块，用于接收来自用户网络或业务网络的数据流；

第一判断模块，用于判断所述数据流的发起方和目标方中，位于用户网络/业务网络的一方的地址是否属于预先设定的该地址翻译设备负责的地址范围，并将判断结果通知第二判断模块；

第二判断模块，用于接收判断模块的判断结果，当判断结果为所述数据流属于其所负责的地址范围时，查询自身保存的所有地址映射关系，判断是否存在与该数据流对应的地址映射关系，如果存在，则通知翻译模块，否则通知新建模块；

翻译模块，用于接收第二判断模块的判断结果，当存在与该数据流对应的地址映射关系时，按照已有的地址映射关系对所述数据流进行地址翻译并将其路由到指定目的地址；

新建模块，用于接收第二判断模块的判断结果，当不存在与该数据流对应的地址映射关系时，生成新的地址映射关系并保存，利用边界网关协议更新消息携带新生成的地址映射关系，并将所述新生成的地址映射关系发送给网络中所有其他的地址翻译设备进行保存。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述新建模块包括：

新建单元，用于接收第二判断模块的判断结果，当不存在与该数据流对应的地址映射关系时，生成新的地址映射关系并保存，将新生成的地址映射关系发送给备份单元；

备份单元，用于接收新建单元发送的新生成的地址映射关系，在边界网关协议更新消息中增加一个新的边界网关协议属性用于标识新生成的地址映射关系，并将所述新生成的地址映射关系发送给网络中所有其他的地址翻译设备进行保存；所述边界网关协议属性包括Type字段、Length字段和Value字段；其中，Type字段的长度为1个字节，用于标识新生成的地址映射关系的类型；Length字段的长度为1个字节，用于标识新生成的地址映射关系的类型所对应的Value字段的长度；Value字段的长度与Length字段的取值相同，其中包含新生成的地址映射关系中通信发起方和接收方的IP地址。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的系统，其特征在于，该系统还包括一个或多个边界网关协议反射器；

所述边界网关协议反射器，用于接收任一地址翻译设备发送的边界网关协议更新消息，将包含新生成的地址映射关系的边界网关协议更新消息转发给网络中所有其他的地址翻译设备。

Images