CN102377628B - 建立DS-Lite隧道的方法和DS-Lite CGN - Google Patents
建立DS-Lite隧道的方法和DS-Lite CGN Download PDFInfo
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Abstract
本发明提出一种建立轻量级双栈(DS-Lite)隧道的方法和轻量级双栈承载级别网络地址转换设备(DS-Lite CGN)，其中方法包括：当DS-Lite CGN接收到来自用户终端设备(CPE)的IPv6报文时，如果在隧道表项中查询不到该CPE的隧道物理端口IPv6地址对应的表项，则分配该CPE的隧道物理端口IPv6地址对应的隧道标识，建立与该CPE之间的DS-Lite隧道；并且，在NAT转发表项中记录该隧道标识。本发明能够解决对传统NAT技术改造工作量大的问题，并且避免了对DS-Lite隧道进行繁琐的配置。
Description
技术领域
本发明涉及轻量级双栈(DS-Lite，Dual-Stack lite)技术领域，尤其涉及一种建立DS-Lite隧道的方法和轻量级双栈承载级别网络地址转换设备(DS-Lite CGN)。
背景技术
IPv4地址即将耗尽，虽然已经有了IPv6地址和相关技术，但由于现有的网络部署、运营商的设备投资回报等因素，IPv6网络部署不可能一蹴而就，IPv4和IPv6网络将在很长一段时间内共存。
为了缓解IPv4地址的耗尽速度，提出了DS-Lite技术，DS-Lite技术的部署模型基于这样一个观念：多个IPv4客户端可以共享一个IPv4地址。实现这一技术的关键是将网络地址转换(NAT，Network Address Translation)功能从归属地网关(home gateway)迁移到客户流量的汇聚点设备，将该汇聚点设备称为轻量级双栈承载级别NAT(DS-Lite CGN，Dual-Stack lite Carrier-Grade NAT)设备。
如图1为现有技术中DS-Lite系统结构及向外(Outbound)方向和向内(inbound)方向的报文转发处理过程示意图。其中，位于IPv4私网侧的IPv4私网主机与用户终端设备(CPE，Customer Premises Equipment)连接，CPE通过IPv6接入网连接至DS-Lite CGN；CPE和DS-Lite CGN之间预先建立承载IPv4的IPv6隧道(IPv4 over IPv6 Tunnel)，也就是DS-Lite隧道。DS-Lite隧道是一种点到点的IPv4 over IPv6隧道，隧道的源地址和目的地址是已经分配的IPv6地址，接口IPv4地址不需要保证全球唯一，只要不是保留地址段都可以选择。
DS-Lite CGN是一种特殊的IPv4-IPv6 NAT，其部署在运营商网络中，与IPv4over IPv6隧道结合起来实现与客户私网的连通。DS-Lite CGN需要维护隧道起始点的IPv6源地址和内层IPv4源地址的对应关系，并将该对应关系存储在NAT表项中。
如图1所示，由IPv4私网侧向IPv4公网侧的方向称为Outbound方向，由IPv4公网侧向IPv4私网侧的方向为称Inbound方向。图1示出了上述两个方向的报文转发处理过程，在图1中，“ipv4_p”表示IPv4私网地址，“ipv4_g”表示IPv4公网地址，“(src)”表示源地址，“(dst)”表示目的地址。
Outbound方向的报文转发处理过程为：
IPv4私网侧的IPv4私网主机发送IPv4报文，该报文的源地址为IPv4私网地址、目的地址为IPv4公网地址；经过DS-Lite隧道封装为IPv6报文，该IPv6报文的IPv6源地址和目的地址分别为该DS-Lite隧道对应的IPv6源地址和目的地址；IPv6报文达到DS-Lite CGN，DS-Lite CGN首先对该IPv6报文进行解封装，剥离IPv6头，记录下IPv6源地址，将还原出的IPv4报文和记录的IPv6源地址一起交给其中的NAT模块进行处理；NAT模块将该IPv4报文的IPv4源地址由IPv4私网地址转换为IPv4公网地址，并将IPv6源地址和内层IPv4源地址、源端口的对应关系存储在NAT表项中。
Inbound方向的报文转发处理过程为：
IPv4公网侧的IPv4公网主机发送IPv4报文，该报文的源地址和目的地址均为IPv4公网地址；该IPv4报文达到DS-Lite CGN，DS-Lite CGN查询NAT表项进行转换，将该IPv4报文的IPv4目的地址由IPv4公网地址转换为IPv4私网地址，将转换后的IPv4报文交给DS-Lite隧道进行封装；DS-Lite隧道将该IPv4报文封装为IPv6报文，并转发至CPE；CPE将该IPv6报文进行解封装，并将还原出的IPv4报文转发给IPv4私网主机。
由上述介绍可见，现有的DS-Lite技术主要存在以下问题：
(1)支持DS-Lite技术时对传统的NAT技术改造工作量大。
在支持DS-Lite技术时需要对传统的双栈网络设备(如CGN设备)所支持的NAT模块进行大规模的修改，主要体现在转发处理流程的修改和NAT表项的维护上，NAT模块需要知道DS-Lite隧道的报文处理细节，并在NAT表项中额外记录DS-Lite隧道的起始点和终结点IPv6地址，这种实现方式将NAT和IPv4 over IPv6隧道这两个相对独立的技术强制耦合在了一起。并且，传统的NAT表项主要记录IPv4地址和端口转换关系，并不涉及IPv6地址；而现有的DS-Lite技术需要在NAT表项中记录DS-Lite隧道的IPv6源地址和目的地址信息，这就增加了NAT表项所占用的内存空间。
(2)DS-Lite隧道配置工作较为繁琐。
现有的DS-Lite隧道是预先配置的，在建立DS-Lite隧道时必须指定隧道起始点和终结点的IPv6地址，那么当接入DS-Lite CGN的分支数量为N时，DS-LiteCGN就需要预先配置N个Tunnel接口以便维持与各个分支的点到点连接，分支修改隧道物理接口的IPv6地址也会使得DS-Lite CGN进行修改。
发明内容
本发明提供了一种建立DS-Lite隧道的方法，能够解决对传统NAT技术改造工作量大的问题，并且避免对DS-Lite隧道进行繁琐的配置。
本发明还提供了一种DS-Lite CGN，能够解决对传统NAT技术改造工作量大的问题，并且避免对DS-Lite隧道进行繁琐的配置。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种建立DS-Lite隧道的方法，包括：
A、DS-Lite CGN接收来自CPE的IPv6报文，获取所述CPE的隧道物理端口IPv6地址，根据所述CPE的隧道物理端口IPv6地址查询本地预先保存的隧道表项，如果查询不到所述CPE的隧道物理端口IPv6地址对应的表项，则继续执行步骤B；
B、为所述CPE的隧道物理端口IPv6地址分配对应的DS-Lite隧道标识，建立与所述CPE之间的DS-Lite隧道，将所述CPE的隧道物理端口IPv6地址与对应的DS-Lite隧道标识保存入所述隧道表项；
C、将所述IPv6报文进行解封装，得到IPv4报文；将所述IPv4报文的IPv4源地址由IPv4私网地址转换为所述DS-Lite CGN的IPv4公网地址，将转换后的IPv4报文转发至IPv4公网主机；将所述IPv4私网地址、DS-Lite CGN的IPv4公网地址以及所述CPE的隧道物理端口IPv6地址对应的DS-Lite隧道标识的对应关系保存在NAT转发表项中。
一种DS-Lite CGN，包括：查询模块、隧道维护模块、解封装模块、报文转换模块和转发表项保存模块；其中，
所述查询模块，用于接收来自CPE的IPv6报文，获取所述CPE的隧道物理端口IPv6地址，根据所述CPE的隧道物理端口IPv6地址查询本地预先保存的隧道表项，如果查询不到所述CPE的隧道物理端口IPv6地址对应的表项，则向所述隧道维护模块发送建立隧道通知；
所述隧道维护模块，用于根据所述建立隧道通知，为所述CPE的隧道物理端口IPv6地址分配对应的DS-Lite隧道标识，建立DS-Lite CGN与所述CPE之间的DS-Lite隧道，将所述CPE的隧道物理端口IPv6地址与对应的DS-Lite隧道标识保存入所述隧道表项；
所述解封装模块，用于将所述IPv6报文进行解封装，得到IPv4报文；
所述报文转换模块，用于将所述解封装模块得到的IPv4报文的IPv4源地址由IPv4私网地址转换为所述DS-Lite CGN的IPv4公网地址，将转换后的IPv4报文转发至IPv4公网主机；
所述转发表项保存模块，用于将所述IPv4私网地址、DS-Lite CGN的IPv4公网地址以及所述CPE的隧道物理端口IPv6地址对应的DS-Lite隧道标识的对应关系保存在NAT转发表项中。
可见，本发明提出的自动建立DS-Lite隧道的方法和DS-Lite CGN，采用DS-Lite自动隧道建立模式，当DS-Lite CGN接收到来自CPE的IPv6报文时，如果在隧道表项中查询不到该CPE的隧道物理端口IPv6地址对应的表项，则分配该CPE的隧道物理端口IPv6地址对应的隧道标识，建立与该CPE之间的DS-Lite隧道。并且，在NAT转发表项中只记录该隧道标识，将隧道标识转换为私网多实例标识，支持不同CPE侧IPv4地址重叠，且对NAT转发表项无需做任何改动。因此本发明能够解决对传统NAT技术改造工作量大的问题，并且，采用自动隧道建立模式避免了对DS-Lite隧道进行繁琐的配置。
附图说明
图1为现有技术中DS-Lite系统结构及Outbound方向和inbound方向的报文转发处理过程示意图；
图2为本发明自动建立DS-Lite隧道的方法流程图；
图3为本发明实施例一自动建立DS-Lite隧道的流程图；
图4为本发明实施例实现DS-Lite CGN设备动态注册的系统结构示意图；
图5为本发明DS-Lite CGN的结构示意图。
具体实施方式
本发明提出一种自动建立DS-Lite隧道的方法，当DS-Lite CGN初次接收到来自CPE的IPv6报文(即Outbound方向报文)时，自动建立与该CPE之间的DS-Lite隧道。在这种模式下，隧道可以指定IPv6源地址，不指定IPv6目的地址，这意味着DS-Lite CGN设备的隧道允许任何以自己为隧道终结点的CPE通过DS-Lite隧道接入。
如图2为本发明自动建立DS-Lite隧道的方法流程图，包括：
步骤201：DS-Lite CGN接收来自CPE的IPv6报文，获取该IPv6报文的IPv6源地址，也就是所述CPE的隧道物理端口IPv6地址，根据所述CPE的隧道物理端口IPv6地址查询本地预先保存的隧道表项，如果查询不到所述CPE的隧道物理端口IPv6地址对应的表项，则继续执行步骤202；
步骤202：为所述CPE的隧道物理端口IPv6地址分配对应的DS-Lite隧道标识，即Tunnel-ID，建立与所述CPE之间的DS-Lite隧道，将所述CPE的隧道物理端口IPv6地址与对应的Tunnel-ID保存入所述隧道表项；
步骤203：将所述IPv6报文进行解封装，得到IPv4报文；将所述IPv4报文的IPv4源地址由IPv4私网地址转换为所述DS-Lite CGN的IPv4公网地址，将转换后的IPv4报文转发至IPv4公网主机；将所述IPv4私网地址、DS-Lite CGN的IPv4公网地址以及所述CPE的隧道物理端口IPv6地址对应的Tunnel-ID的对应关系保存在NAT转发表项中。
当DS-Lite CGN接收到来自该CPE的后续IPv6报文(即Outbound方向报文)时，可以对该IPv6报文解封装后进行转发。即在上述过程中，步骤201可以进一步包括：如果查询到所述CPE的隧道物理端口IPv6地址对应的表项，则更新所述CPE的隧道物理端口IPv6地址对应表项的老化时间；对所述IPv6报文进行解封装，得到IPv4报文；根据所述IPv4报文的IPv4源地址查询预先设置的NAT转发表项，根据查询结果对所述IPv4报文进行转换，将转换后的IPv4报文转发至IPv4公网主机。
由于允许CPE动态加入和退出，因此DS-Lite CGN建立的DS-Lite隧道应支持隧道表项老化机制，也就是说，当后续接收到来自CPE的IPv6报文时，更新隧道表项中该CPE的隧道物理端口IPv6地址对应表项的老化时间，例如，将老化时间重置为0；如果DS-Lite CGN在预先设定的时间段内没有接收到来自CPE的IPv6报文，则需要老化删除掉与该CPE之间的DS-Lite隧道，即删除隧道表项中所述CPE的隧道物理端口IPv6地址的对应表项，收回为所述CPE的隧道物理端口IPv6地址分配的Tunnel-ID。
当DS-Lite CGN接收到来自IPv4公网的IPv4报文(即Inbound方向报文)时，可以将该报文通过之前建立的DS-Lite隧道转发至CPE。具体过程如下：
DS-Lite CGN接收来自IPv4公网的IPv4报文，根据所述IPv4报文中作为IPv4目的地址的DS-Lite CGN的IPv4公网地址查询所述NAT转发表项，获取所述DS-Lite CGN的IPv4公网地址对应的IPv4私网地址和Tunnel-ID；
将所述IPv4报文的IPv4目的地址由DS-Lite CGN的IPv4公网地址转换为获取到的IPv4私网地址；
根据所述获取到的Tunnel-ID查询所述隧道表项，获取所述Tunnel-ID对应的CPE的隧道物理端口IPv6地址，将所述转换后的IPv4报文封装为IPv6报文，其中，所述IPv6报文的IPv6目的地址为所述获取的CPE的隧道物理端口IPv6地址；
DS-Lite CGN将所述IPv6报文转发至所述CPE。
以下举一个具体的实施例对上述过程进行详细介绍。
如图3为本发明实施例一自动建立DS-Lite隧道的流程图，为方便描述，将源地址简写为src、将目的地址简写为dst、将源端口简写为sport、将目的端口简写为dport。本实施例包括以下步骤：
步骤301：IPv4私网主机向CPE发送IPv4报文(src＝10.0.0.1，dst＝128.0.0.1，sport＝10000，dport＝80)；
步骤302：CPE获取自身的隧道物理端口IPv6地址和对端DS-Lite CGN的隧道物理端口IPv6地址，采用获取的地址将该IPv4报文封装为IPv6报文(src＝2001:0:0:1::1，dst＝2001:0:0:2::1)，将该IPv6报文转发至对端DS-Lite CGN；
步骤303：DS-Lite CGN接收所述IPv6报文，获取该CPE的隧道物理端口IPv6地址，即2001:0:0:1::1，查询本地预先保存的隧道表项；由于是首次接收到来自CPE的IPv6报文，因此查询不到2001:0:0:1::1对应的表项，则为2001:0:0:1::1分配对应的Tunnel-ID，如001，建立与该CPE之间的Tunnel-ID＝001的DS-Lite隧道，将2001:0:0:1::1与对应的Tunnel-ID＝001保存入隧道表项中，如下表1：
| CPE的隧道物理端口IPv6地址 | Tunnel-ID |
| 2001:0:0:1::1 | 001 |
表1——隧道表项
步骤304：DS_Lite CGN将所述IPv6报文进行解封装，得到IPv4报文(src＝10.0.0.1，dst＝128.0.0.1，sport＝10000，dport＝80)，将该IPv4报文进行源地址转换，即，将IPv4源地址由IPv4私网地址转换为该DS_Lite CGN的IPv4公网地址，如将10.0.0.1转换为129.0.0.1；并对源端口也进行相应的转换，得到转换后的IPv4报文(src＝129.0.0.1，dst＝128.0.0.1，sport＝5000，dport＝80)，将该转换后的IPv4报文转发至IPv4公网主机。
步骤305：DS_Lite CGN将所述IPv4私网地址、DS-Lite CGN的IPv4公网地址以及所述CPE的隧道物理端口IPv6地址对应的Tunnel-ID的对应关系保存在NAT转发表项中，NAT转发表项如下表2：
表2——NAT转发表项
至此，DS_Lite CGN建立了与CPE之间的DS_Lite隧道。
后续过程中，IPv4私网和IPv4公网主机就可以通过DS_Lite隧道转发报文。在以下的步骤中，步骤306～309为IPv4私网主机向IPv4公网主机发送的报文(即Outbound方向报文)的转发过程，步骤310～313为IPv4公网主机向IPv4私网主机发送的报文(即Inbound方向报文)的转发过程。
步骤306：IPv4私网主机向CPE发送IPv4报文(src＝10.0.0.1，dst＝128.0.0.1，sport＝10000，dport＝80)；
步骤307：CPE获取自身的隧道物理端口IPv6地址和对端DS-Lite CGN的隧道物理端口IPv6地址，采用获取的地址将该IPv4报文封装为IPv6报文(src＝2001:0:0:1::1，dst＝2001:0:0:2::1)，将该IPv6报文转发至对端DS-Lite CGN；
步骤308：DS-Lite CGN接收所述IPv6报文，获取该CPE的隧道物理端口IPv6地址，即2001:0:0:1::1，查询本地预先保存的隧道表项，即上表1；查询到2001:0:0:1::1对应的Tunnel-ID为001，则更新该表项的老化时间，如将老化时间重置为0；
步骤309：DS_Lite CGN对所述IPv6报文进行解封装，得到IPv4报文(src＝10.0.0.1，dst＝128.0.0.1，sport＝10000，dport＝80)，查询预先保存的NAT转发表项，即上表2；查询到10.0.0.1对应的DS_Lite CGN的IPv4公网地址为129.0.0.1，将10.0.0.1转换为129.0.0.1；并对源端口也进行相应的转换，得到转换后的IPv4报文(src＝129.0.0.1，dst＝128.0.0.1，sport＝5000，dport＝80)，将该转换后的IPv4报文转发至IPv4公网主机。
步骤310：IPv4公网主机向DS_Lite CGN发送IPv4报文(src＝128.0.0.1，dst＝129.0.0.1，sport＝80，dport＝5000)；
步骤311：DS_Lite CGN获取该IPv4报文的IPv4目的地址，也就是DS_LiteCGN的IPv4公网地址，即129.0.0.1，查询NAT转发表项，即上表2，获取129.0.0.1对应的IPv4私网地址＝10.0.0.1，129.0.0.1对应的Tunnel-ID＝001；
步骤312：DS_Lite CGN对该IPv4报文进行目的地址转换，即，将129.0.0.1转换为10.0.0.1，并对目的端口进行相应的转换，得到转换后的IPv4报文(src＝128.0.0.1，dst＝10.0.0.1，sport＝80，dport＝10000)；
步骤313：DS_Lite CGN根据步骤311中获取到的Tunnel-ID＝001查询隧道表项，即上表2，获取Tunnel-ID＝001对应的CPE的隧道物理端口IPv6地址＝2001:0:0:1::1，将转换后的IPv4报文封装为IPv6报文(src＝2001:0:0:2:1，dst＝2001:0:0:1::1)，将该IPv6报文转发至CPE；
步骤314：CPE接收IPv6报文，将该IPv6报文进行解封装，还原为IPv4报文(src＝128.0.0.1，dst＝10.0.0.1，sport＝80，dport＝10000)，将该IPv4报文转发至IPv4私网主机。
上述实施例介绍了自动建立DS-Lite隧道的方法，以及通过DS-Lite隧道转发报文的过程。
在现有技术中，DS-Lite CGN设备是多个接入分支的流量汇聚点，一旦DS-Lite CGN出现故障，各分支就均处于瘫痪状态，可见，DS-Lite CGN是整个系统的性能瓶颈。为了解决这一问题，本发明可以在现有的DS-Lite系统中增加一台CGN注册主机，每台DS-Lite CGN上线后都向该CGN注册主机注册自身的信息，每个DS-Lite CGN设备都可以为任何CPE提供无差别的接入服务。
如图4为本发明实施例实现DS-Lite CGN设备动态注册的系统结构示意图，该系统包括M个CPE、N个DS-Lite CGN和1个CGN注册主机。以下以图4为例，介绍实现DS-Lite CGN设备动态注册具体过程。包括以下步骤：
步骤1：系统中的各个DS-Lite CGN上线后，向CGN注册主机注册自身的隧道物理端口IPv6地址和优先级；
步骤2：CPE 1上线后，可以通过DHCPv6协议获取自身的隧道物理端口IPv6地址，向所述CGN注册主机请求获取DS-Lite CGN的注册信息，CGN注册主机将当前注册的各个DS-Lite CGN的隧道物理端口IPv6地址和优先级反馈至CPE；例如，当前注册的DS-Lite CGN包括DS-Lite CGN 1和DS-Lite CGN 2，其中DS-Lite CGN 1的优先级为最高级、DS-Lite CGN 2的优先级为次高级，则CGN注册主机可以将DS-Lite CGN 1和DS-Lite CGN 2的隧道物理端口IPv6地址和优先级反馈至CPE 1；
步骤3：CPE 1根据优先级选择合适的DS-Lite CGN，例如，可以选择优先级高的DS-Lite CGN，即DS-Lite CGN1，向DS-Lite CGN 1发送IPv6报文；
步骤4：DS-Lite CGN 1接收来自CPE 1的IPv6报文，建立与CPE 1之间的DS-Lite隧道，并建立相应的隧道表项和NAT转发表项；之后，DS-Lite CGN 1可以向CGN注册主机查询系统中其他的DS-Lite CGN，并将已经建立的隧道表项和NAT转发表项同步至系统中其他的DS-Lite CGN，使它们互为备份。例如，DS-Lite CGN 1可以将隧道表项和NAT转发表项同步至DS-Lite CGN 2(DS-LiteCGN 2接收到DS-Lite CGN 1建立的隧道表项和NAT转发表项，实质上相当于DS-Lite CGN 2与CPE 1也建立了DS-Lite隧道)，这样，如果后续CPE 1向DS-Lite CGN 2发送IPv6报文，DS-Lite CGN 2就可以直接为CPE 1提供服务。
此外，各个DS-Lite CGN可以通过虚拟路由冗余协议(VRRP，Virtual RouterRedundancy Protocol)向IPv4 Internet发送一个相同的IP地址，每个DS-Lite CGN都可以为任何CPE设备提供无差别的接入服务。
另外，在后续过程中，CPE还可以进一步根据各个DS-Lite CGN的负载程度决定将报文发送至哪个DS-Lite CGN，从而实现DS-Lite CGN冗余备份基础上的流量负载分担。具体方式如下：
系统中的各个DS-Lite CGN监测自身的负载程度，当负载程度超过预先设定的门限时，通过与CPE之间的DS-Lite隧道，将所述负载程度发送至所述CPE；
CPE根据各个DS-Lite CGN的优先级和负载程度，选择向合适的并且负载程度较低的DS-Lite CGN发送IPv6报文。
例如，当DS-Lite CGN 1的负载程度高于DS-Lite CGN 2时，尽管DS-LiteCGN 1优先级较高，CPE 1也会选择将报文发送至负载程度较低的DS-Lite CGN2，从而实现DS-Lite CGN设备之间的负载分担。
本发明实施例还提出一种DS-Lite CGN，如图5为本发明DS-Lite CGN的结构示意图，DS-Lite CGN 520包括：查询模块521、隧道维护模块522、解封装模块523、报文转换模块524和转发表项保存模块525；其中，
所述查询模块521，用于接收来自CPE 510的IPv6报文，获取所述CPE的隧道物理端口IPv6地址，根据所述CPE的隧道物理端口IPv6地址查询本地预先保存的隧道表项，如果查询不到所述CPE的隧道物理端口IPv6地址对应的表项，则向所述隧道维护模块522发送建立隧道通知；
所述隧道维护模块522，用于根据所述建立隧道通知，为所述CPE的隧道物理端口IPv6地址分配对应的DS-Lite隧道标识，建立DS-Lite CGN与所述CPE之间的DS-Lite隧道，将所述CPE的隧道物理端口IPv6地址与对应的DS-Lite隧道标识保存入所述隧道表项；
所述解封装模块523，用于将所述IPv6报文进行解封装，得到IPv4报文；
所述报文转换模块524，用于将所述解封装模块523得到的IPv4报文的IPv4源地址由IPv4私网地址转换为所述DS-Lite CGN的IPv4公网地址，将转换后的IPv4报文转发至IPv4公网主机；
所述转发表项保存模块525，用于将所述IPv4私网地址、DS-Lite CGN的IPv4公网地址以及所述CPE的隧道物理端口IPv6地址对应的DS-Lite隧道标识的对应关系保存在NAT转发表项中。
上述DS-Lite CGN 520中，查询模块521还可以用于，如果查询到所述CPE的隧道物理端口IPv6地址对应的表项，则向所述隧道维护模块522发送更新老化时间通知；
所述隧道维护模块522还用于，根据所述更新老化时间通知，更新所述CPE的隧道物理端口IPv6地址对应表项的老化时间；
所述报文转换模块524还用于，根据解封装模块523得到的IPv4报文的IPv4源地址查询预先设置的NAT转发表项，根据查询结果对所述IPv4报文进行转换，将转换后的IPv4报文转发至IPv4公网主机。
上述DS-Lite CGN 520中，隧道维护模块522还可以用于，当所述DS-LiteCGN 520在预先设定的时间段内没有接收到来自CPE 510的IPv6报文时，删除DS-Lite CGN 520与所述CPE 510之间的DS-Lite隧道，删除隧道表项中所述CPE的隧道物理端口IPv6地址对应的表项，并收回为所述CPE的隧道物理端口IPv6地址分配的DS-Lite隧道标识。
上述DS-Lite CGN 520中，报文转换模块524还用于，接收来自IPv4公网的IPv4报文，根据所述IPv4报文中作为IPv4目的地址的DS-Lite CGN的IPv4公网地址查询NAT转发表项，获取所述DS-Lite CGN的IPv4公网地址对应的IPv4私网地址和DS-Lite隧道标识；将所述IPv4报文的IPv4目的地址由DS-LiteCGN的IPv4公网地址转换为获取到的IPv4私网地址；
DS-Lite CGN 520还可以包括封装模块526，所述封装模块526用于根据所述报文转换模块524获取到的DS-Lite隧道标识查询隧道表项，获取所述DS-Lite隧道标识对应的CPE的隧道物理端口IPv6地址，将所述转换后的IPv4报文封装为IPv6报文，其中，所述IPv6报文的IPv6目的地址为所述获取的CPE的隧道物理端口IPv6地址；并将所述IPv6报文转发至CPE。
上述DS-Lite CGN 520还可以包括注册模块527和同步模块528；其中，
所述注册模块527用于在DS-Lite CGN上线后，向CGN注册主机530注册所述DS-Lite CGN 520的隧道物理端口IPv6地址和优先级，以供CGN注册主机530将DS-Lite CGN的隧道物理端口IPv6地址和优先级反馈至CPE 510，并供所述CPE 510根据所述优先级选择向合适的DS-Lite CGN发送IPv6报文；
所述同步模块528，用于将隧道维护模块522建立的隧道表项和转发表项保存模块525建立的NAT转发表项同步至系统中其它的DS-Lite CGN。
上述DS-Lite CGN 520还包括负载程度通知模块529，用于监测所述DS-LiteCGN 520的负载程度，当负载程度超过预先设定的门限时，通过所述DS-LiteCGN 520与CPE 510之间的DS-Lite隧道，将所述负载程度发送至所述CPE 510，以供所述CPE根据各个DS-Lite CGN的优先级和负载程度选择向合适的并且负载程度较低的DS-Lite CGN发送IPv6报文。
综上可见，本发明提出的自动建立DS-Lite隧道的方法和DS-Lite CGN，采用DS-Lite自动隧道建立模式，当DS-Lite CGN接收到来自CPE的IPv6报文时，如果在隧道表项中查询不到该CPE的隧道物理端口IPv6地址对应的表项，则分配该CPE的隧道物理端口IPv6地址对应的隧道标识，建立与该CPE之间的DS-Lite隧道。并且，在NAT转发表项中只记录该隧道标识，对现有的NAT转发表项无需做任何改动。因此本发明能够解决对传统NAT技术改造工作量大的问题；并且，采用自动隧道建立模式避免了对DS-Lite隧道进行繁琐的配置。进一步地，本发明由于支持DS-Lite CGN设备和接入分支设备的动态注册机制，实现了DS-Lite CGN设备的多点备份，支持负载分担，提高了DS-Lite CGN作为流量汇聚点的安全可靠性，也极大地提高了全网扩容能力。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
Claims (12)
1.一种建立轻量级双栈DS-Lite隧道的方法，其特征在于，所述方法包括：
A、轻量级双栈承载级别网络地址转换设备DS-Lite CGN接收来自用户终端设备CPE的IPv6报文，获取所述CPE的隧道物理端口IPv6地址，根据所述CPE的隧道物理端口IPv6地址查询本地预先保存的隧道表项，如果查询不到所述CPE的隧道物理端口IPv6地址对应的表项，则继续执行步骤B；
B、为所述CPE的隧道物理端口IPv6地址分配对应的DS-Lite隧道标识，建立与所述CPE之间的DS-Lite隧道，将所述CPE的隧道物理端口IPv6地址与对应的DS-Lite隧道标识保存入所述隧道表项；
C、将所述IPv6报文进行解封装，得到IPv4报文；将所述IPv4报文的IPv4源地址由IPv4私网地址转换为所述DS-Lite CGN的IPv4公网地址，将转换后的IPv4报文转发至IPv4公网主机；将所述IPv4私网地址、DS-Lite CGN的IPv4公网地址以及所述CPE的隧道物理端口IPv6地址对应的DS-Lite隧道标识的对应关系保存在网络地址转换NAT转发表项中。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A进一步包括：
如果查询到所述CPE的隧道物理端口IPv6地址对应的表项，则更新所述CPE的隧道物理端口IPv6地址对应表项的老化时间；对所述IPv6报文进行解封装，得到IPv4报文；根据所述IPv4报文的IPv4源地址查询预先设置的NAT转发表项，根据查询结果对所述IPv4报文进行转换，将转换后的IPv4报文转发至IPv4公网主机。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：当DS-Lite CGN在预先设定的时间段内没有接收到来自所述CPE的IPv6报文时，删除与所述CPE之间的DS-Lite隧道，删除隧道表项中所述CPE的隧道物理端口IPv6地址对应的表项，并收回为所述CPE的隧道物理端口IPv6地址分配的DS-Lite隧道标识。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：
DS-Lite CGN接收来自IPv4公网的IPv4报文，根据所述IPv4报文中作为IPv4目的地址的DS-Lite CGN的IPv4公网地址查询所述NAT转发表项，获取所述DS-Lite CGN的IPv4公网地址对应的IPv4私网地址和DS-Lite隧道标识；
将所述IPv4报文的IPv4目的地址由DS-Lite CGN的IPv4公网地址转换为获取到的IPv4私网地址；
根据所述获取到的DS-Lite隧道标识查询所述隧道表项，获取所述DS-Lite隧道标识对应的CPE的隧道物理端口IPv6地址，将所述转换后的IPv4报文封装为IPv6报文，其中，所述IPv6报文的IPv6目的地址为所述获取的CPE的隧道物理端口IPv6地址；
DS-Lite CGN将所述IPv6报文转发至所述CPE。
5.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，预先设置CGN注册主机，所述方法进一步包括：
系统中的各个DS-Lite CGN上线后，向所述CGN注册主机注册自身的隧道物理端口IPv6地址和优先级，以供CGN注册主机将DS-Lite CGN的隧道物理端口IPv6地址和优先级反馈至CPE，并供所述CPE根据各个DS-Lite CGN的优先级选择向合适的DS-Lite CGN发送IPv6报文；
所述被CPE选择出的DS-Lite CGN接收CPE发送的IPv6报文，建立与所述CPE之间的DS-Lite隧道，并建立相应的隧道表项和NAT转发表项，将所述隧道表项和NAT转发表项同步至系统中其它的DS-Lite CGN。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：
系统中的各个DS-Lite CGN监测自身的负载程度，当负载程度超过预先设定的门限时，通过与CPE之间的DS-Lite隧道，将所述负载程度发送至所述CPE，以供所述CPE根据各个DS-Lite CGN的优先级和负载程度选择向合适的并且负载程度较低的DS-Lite CGN发送IPv6报文。
7.一种轻量级双栈承载级别网络地址转换设备DS-Lite CGN，其特征在于，所述DS-Lite CGN包括：查询模块、隧道维护模块、解封装模块、报文转换模块和转发表项保存模块；其中，
所述查询模块，用于接收来自用户终端设备CPE的IPv6报文，获取所述CPE的隧道物理端口IPv6地址，根据所述CPE的隧道物理端口IPv6地址查询本地预先保存的隧道表项，如果查询不到所述CPE的隧道物理端口IPv6地址对应的表项，则向所述隧道维护模块发送建立隧道通知；
所述隧道维护模块，用于根据所述建立隧道通知，为所述CPE的隧道物理端口IPv6地址分配对应的DS-Lite隧道标识，建立DS-Lite CGN与所述CPE之间的DS-Lite隧道，将所述CPE的隧道物理端口IPv6地址与对应的DS-Lite隧道标识保存入所述隧道表项；
所述解封装模块，用于将所述IPv6报文进行解封装，得到IPv4报文；
所述报文转换模块，用于将所述解封装模块得到的IPv4报文的IPv4源地址由IPv4私网地址转换为所述DS-Lite CGN的IPv4公网地址，将转换后的IPv4报文转发至IPv4公网主机；
所述转发表项保存模块，用于将所述IPv4私网地址、DS-Lite CGN的IPv4公网地址以及所述CPE的隧道物理端口IPv6地址对应的DS-Lite隧道标识的对应关系保存在NAT转发表项中。
8.根据权利要求7所述的DS-Lite CGN，其特征在于，所述查询模块还用于，如果查询到所述CPE的隧道物理端口IPv6地址对应的表项，则向所述隧道维护模块发送更新老化时间通知；
所述隧道维护模块还用于，根据所述更新老化时间通知，更新所述CPE的隧道物理端口IPv6地址对应表项的老化时间；
所述报文转换模块还用于，根据解封装模块得到的IPv4报文的IPv4源地址查询预先设置的NAT转发表项，根据查询结果对所述IPv4报文进行转换，将转换后的IPv4报文转发至IPv4公网主机。
9.根据权利要求7所述的DS-Lite CGN，其特征在于，所述隧道维护模块还用于，当所述DS-Lite CGN在预先设定的时间段内没有接收到来自CPE的IPv6报文时，删除DS-Lite CGN与所述CPE之间的DS-Lite隧道，删除隧道表项中所述CPE的隧道物理端口IPv6地址对应的表项，并收回为所述CPE的隧道物理端口IPv6地址分配的DS-Lite隧道标识。
10.根据权利要求7、8或9所述的DS-Lite CGN，其特征在于，所述报文转换模块还用于，接收来自IPv4公网的IPv4报文，根据所述IPv4报文中作为IPv4目的地址的DS-Lite CGN的IPv4公网地址查询NAT转发表项，获取所述DS-Lite CGN的IPv4公网地址对应的IPv4私网地址和DS-Lite隧道标识；将所述IPv4报文的IPv4目的地址由DS-Lite CGN的IPv4公网地址转换为获取到的IPv4私网地址；
所述DS-Lite CGN还包括封装模块，所述封装模块用于根据所述报文转换模块获取到的DS-Lite隧道标识查询隧道表项，获取所述DS-Lite隧道标识对应的CPE的隧道物理端口IPv6地址，将所述转换后的IPv4报文封装为IPv6报文，其中，所述IPv6报文的IPv6目的地址为所述获取的CPE的隧道物理端口IPv6地址；将所述IPv6报文转发至CPE。
11.根据权利要求7、8或9所述的DS-Lite CGN，其特征在于，所述DS-LiteCGN还包括注册模块和同步模块；其中，
所述注册模块用于在DS-Lite CGN上线后，向CGN注册主机注册所述DS-Lite CGN的隧道物理端口IPv6地址和优先级，以供CGN注册主机将DS-LiteCGN的隧道物理端口IPv6地址和优先级反馈至CPE，并供所述CPE根据所述优先级选择向合适的DS-Lite CGN发送IPv6报文；
所述同步模块，用于将隧道维护模块建立的隧道表项和转发表项保存模块建立的NAT转发表项同步至系统中其它的DS-Lite CGN。
12.根据权利要求11所述的DS-Lite CGN，其特征在于，所述DS-Lite CGN还包括负载程度通知模块，用于监测所述DS-Lite CGN的负载程度，当负载程度超过预先设定的门限时，通过所述DS-Lite CGN与CPE之间的DS-Lite隧道，将所述负载程度发送至所述CPE，以供所述CPE根据各个DS-Lite CGN的优先级和负载程度选择向合适的并且负载程度较低的DS-Lite CGN发送IPv6报文。
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