CN102546848B - 一种网络地址转换网关中的标签生成装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种网络地址转换网关中的标签生成装置和方法。该装置包括地址池模块和标签生成模块；所述地址池模块，用于存储网络地址之间的对应关系；所述标签生成模块，用于为所述对应关系维护的相互对应的网络地址生成相同的标签。应用本发明能够提高数据传输速度。

Description

一种网络地址转换网关中的标签生成装置和方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种网络地址转换(NAT)网关中的标签生成装置和方法。

背景技术

随着技术的发展，出现了多种IP地址族网络，例如IPv4网络、IPv6网络、VPNv4网络和VPNv6网络。在各种IP地址族网络中，以及不同的IP地址族网络间，均布置有网络地址转换(Network Address Translation，NAT)网关，用于将私有地址转化为合法IP地址，路由器根据转化后的合法IP地址进行数据包的路由。

多协议标签交换(Multi-Protocol Label Switching，MPLS)是目前应用最为广泛的IP网承载技术，其采用2.5层的标签交换技术来进行数据包的路由，路由器只需进行标签头的交换，即可完成数据路由的整个过程，相比IP路由更为高效和快捷，而且与IP协议具有较好的兼容性，因此在IPv4网络到IPv6网络的过渡阶段，6PE、6vPE等相关的IPv6过渡技术选择使用MPLS来实现IP路由。

具体地，在NAT网关中设置MPLS模块，根据该NAT网关所在的IP地址族网络，该MPLS模块采用相应的标签生成协议生成标签并添加在数据包头中，则路由器根据该标签进行数据包的路由。

MPLS模块的工作平面可分为两个，即标签信息控制平面和数据转发平面。标签信息控制平面主要是根据标签生成协议来生成相应的标签，该生成过程将依据具体的IP地址族信息来进行标签的构建，例如现有的IP地址族可分为IPv4地址族、IPv6地址族、VPNv4地址族和VPNv6地址族，不同的IP地址族将形成相对独立的标签信息空间，其标签的分发过程也必须依靠各自的IP地址族网络基础设施来进行展开并独立进行。数据转发平面主要是根据标签信息控制平面生成的标签进行数据转发。

由于不同的IP地址族网络的标签信息控制平面相互独立，使得当某种IP地址族网络和其他种IP地址族网络相连时，无法在MPLS层面上进行直接的数据转发和互通。

此外，当某种IP地址族网络需要跨越另外一种IP地址族网络和远端的同种网络相连时，也无法在不同种的IP地址族网络中采用同样的标签分发机制，从而带来了实现上的复杂性和难度。

图1是不同种IP地址族网络相连时的通信示意图。

图1中，IPVX网络和IPVY网络分别代表不同的IP地址族网络。

在场景一中，IPVX网络利用MPLS机制和IPVY网络基于标签进行数据的转发和传递。在场景二中，IPVX网络通过IPVY网络和远端IPVX网络相连，由于中间网络基础设施不同，两个IPVX网络间无法采用同样的标签分发协议，例如在6PE中，IPv6网络通过MP-BGP协议来分发标签信息，而IPv4网络中则采用标签分发协议(Label Distribution Protocol，LDP)来分发标签信息。

针对场景一，目前还没有相应的MPLS方案能够在不同的IP地址族网络间直接进行数据传递。针对场景二，为了实现一种IP地址族网络中的数据包通过另一种IP地址族网络转发给远端的同种IP地址族网络，往往需要采用标签嵌套的方法，例如在6PE系统、6vPE系统以及MPLS-VPN系统中，都是采用标签嵌套的方法通过不同的IP地址族网络转发数据包。比如，在6PE系统的数据转发过程中，IPv6数据包需要通过IPv4网络的MPLS机制来进行数据转发，具体地，在数据传递过程中，数据包采用(IPv4标签)+(IPv6标签)+(IPv6数据信息)的格式来进行传递。

并且，在图1中，往往IPvY网络的标签通过LDP协议产生和分发，而IPvX网络的标签采用MP-BGP协议产生和分发。

可见，目前NAT网关中的标签生成方法无法实现在不同的IP地址族网络间直接进行数据传递，而且在通过不同种IP地址族网络向远端同种IP地址族网络转发数据包时，其采用的标签嵌套方法也会造成封装数据包的复杂性，并引入不必要的数据传输载荷，降低数据传输速度和效率。

另外，目前的IP地址族网络常常采用MP-BGP协议生成标签信息，采用MP-BGP协议生成标签信息时，常常需要对NAT网关进行升级，并需要操作人员对NAT网关进行手动配置，因此部署困难且效率较低。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种网络地址转换网关中的标签生成装置和方法，以便提高数据传输速度。

本发明采用的技术方案具体是这样实现的：

一种网络地址转换网关中的标签生成装置，该装置包括地址池模块和标签生成模块；

所述地址池模块，用于存储网络地址之间的对应关系；

所述标签生成模块，用于为所述对应关系维护的相互对应的网络地址生成相同的标签。

一种网络地址转换网关中的标签生成方法，该方法包括：

存储网络地址之间的对应关系；

为所述对应关系维护的相互对应的网络地址生成相同的标签。

由上述技术方案可见，本发明根据地址池模块中维护的网络地址之间的对应关系，为该对应关系维护的相互对应的网络地址生成相同的标签。当地址池模块中的对应关系维护的网络地址属于不同种IP地址时，由于为该对应关系维护的相互对应的不同种网络地址生成的标签相同，因此能够实现为不同的IP地址族网络中相互对应的网络地址生成相同的标签，由于标签相同，因此能够在不同的IP地址族网络间直接进行数据传递，提高数据传输速度。并且，当通过不同种IP地址族网络向远端同种IP地址族网络转发数据包时，由于本地IP地址、中间网络的IP地址以及远端同种网络的IP地址之间有对应关系，因此能够生成相同的标签，利用该相同的标签实现数据传输，而不必采用标签嵌套方法进行数据包封装和传递，能够提高数据传输速度和效率。

附图说明

图1是不同种IP地址族网络相连时的通信示意图。

图2是本发明提供的网络地址转换网关中的标签生成装置第一结构图。

图3是本发明提供的网络地址转换网关中的标签生成装置第二结构图。

图4是本发明提供的网络地址转换网关中的标签生成方法流程图。

图5是NAT64网络中的标签生成示意图。

具体实施方式

图2是本发明提供的网络地址转换网关中的标签生成装置第一结构图。

如图2所示，该装置包括地址池模块201和标签生成模块202。

地址池模块201，用于存储网络地址之间的对应关系。

标签生成模块202，用于为所述对应关系维护的相互对应的网络地址生成相同的标签。

由于NAT网关设备通常会根据网络发起的数据请求情况来进行动态更新地址池中的对应关系，为了适应这种动态更新，还可以在图2所示的标签生成装置中增设地址生命周期检测模块，具体请参见图3。

图3是本发明提供的网络地址转换网关中的标签生成装置第二结构图。

如图3所示，该装置包括地址池模块301、标签生成模块302和地址生命周期检测模块303。

其中的地址池模块301与图2中的地址池模块201结构相同，用于存储网络地址之间的对应关系。

地址生命周期检测模块305，用于检测地址池模块301中存储的对应关系的有效性。

标签生成模块302，用于根据地址生命周期检测模块303的检测结果，为有效的对应关系维护的相互对应的网络地址生成相同的标签。

其中的地址生命周期检测模块303，一般根据网络发起的数据请求情况来检测地址池模块301中是否有新增的网络地址对应关系，以及是否有新注销的网络地址对应关系，并将检测出的新增网络地址对应关系或新注销的网络地址对应关系通知给标签生成模块302。

标签生成模块302，用于根据所述通知，为新增的所述对应关系维护的相互对应的网络地址生成相同的标签，或将新注销的所述对应关系维护的相互对应的网络地址的标签注销。

通过图2或图3所示的标签生成装置，不同种类的IP地址族网络之间可以直接进行数据传输。

具体地，在部署在两个不同种类的IP地址族网络之间的NAT网关设备中，安装有所述标签生成装置。该标签生成装置的地址池模块中存储有该两个不同种类的IP地址族网络的IP地址对应关系，换言之，该地址池模块中存储有不同种类的IP地址之间的对应关系；该标签生成装置的标签生成模块根据该地址池模块中的对应关系，为相互对应的两个不同种类的IP地址生成相同的标签，从而该两个不同种类的IP地址族网络可以通过该相同的标签直接进行数据传输。

通过图2或图3所示的标签生成装置，当通过不同种类的IP地址族网络与远端同种类的IP地址族网络相连时，也能够通过两端同种类的IP地址族网络采用相同的标签实现数据传输，而不必采用标签嵌套的方式实现数据传输，从而提高了数据传输的速度和效率。

具体地，假设第二网络位于第一网络和第三网络之间，第一网络和第三网络属于IPvX地址族网络，第二网络是IPvY地址族网络，则在第一网络和第二网络之间的网络地址转换网关中包含有第一标签生成装置，在第二网络和第三网络之间的网络地址转换网关中包含有第二标签生成装置，该第一标签生成装置中存储有第一网络中的IPvX地址和第二网络中的IPvY地址的对应关系，该第二标签生成装置中存储有第二网络中的IPvY地址和第三网络中的IPvX地址的对应关系。通过第一标签生成装置和第二标签生成装置，可以为与同一个IPvY地址对应的第一网络中的IPvX地址和第二网络中的IPvX地址生成相同的标签，从而利用该相同的标签可以直接通过第二网络在第一网络和第三网络之间传输数据，而不必采用标签嵌套的方式，从而提高了数据传输速度和效率。

上述的标签生成装置还可以包括数据转发模块。

所述数据转发模块，用于接收第一IP地址族网络发往第二IP地址族网络的数据包，解析该数据包中的标签信息，根据该标签信息将该数据包发往第二IP地址族网络，其中，该数据包的源地址和目的地址对应相同的标签。

其中，所述第一IP地址族网络是IPv4网络，所述第二IP地址族网络是IPv6网络；或者，所述第一IP地址族网络是IPv6网络，所述第二IP地址族网络是IPv4网络。

图4是本发明提供的网络地址转换网关中的标签生成方法流程图。

如图4所示，该方法包括：

步骤401，存储网络地址之间的对应关系。

步骤402，为所述对应关系维护的相互对应的网络地址生成相同的标签。

该方法还可以包括：检测所述对应关系的有效性。

则相应地，为所述对应关系维护的相互对应的网络地址生成相同的标签包括：为有效的对应关系维护的相互对应的网络地址生成相同的标签。

具体地，检测所述对应关系的有效性包括：检测是否有新增或新注销的对应关系；则所述为有效的对应关系维护的相互对应的网络地址生成相同的标签包括：为新增的对应关系维护的相互对应的网络地址生成相同的标签，将新注销的对应关系维护的相互对应的网络地址的标签注销。

其中，所述生成相同的标签可以包括：通过查询网络地址间的对应关系，根据为该对应关系中的一个网络地址生成的标签，为该对应关系中的另一个网络地址生成相同的标签。

其中，所述对应关系维护的相互对应的网络地址的种类不同。

本发明提供的标签生成装置和方法可以部署在NAT64、NATPT、NAPT等网络的NAT网关中，下面以NAT64网络为例来阐述通过所述标签生成装置生成标签的实施流程，具体请参见图5。

图5是NAT64网络中的标签生成示意图。

在图5所示场景中，NAT64网关位于IPv6网络和IPv4网络的边界处，在IPv6网络中所分配的IPv6前缀地址范围为2001::/64，在IPv4网络中所分配的IPv4地址范围为1.1.1.0/24。在NAT64网关上，配置2002::/64实现IPv4网络地址向IPv6网络地址映射，同时也维护2.2.2.0/24 IPv4地址池用于将IPv6网络地址向IPv4网络地址映射。该NAT64网关上部署有标签生成装置，该标签生成装置包括地址池、生命周期检测模块和标签生成模块。

如图5所示，该流程包括：

步骤1，在NAT64网关上进行标签生成协议的配置后(例如配置LDP协议)，NAT64网关分别向IPv6网络和IPv4网络的组播地址发出hello消息。

步骤2，NAT64网关收到其邻居发出的hello消息后，分别在IPv6网络和IPv4网络中向其邻居发出初始连接消息(Initialization message)来触发标签生成及分发过程。

步骤3，在标签分发之前，在IPv6网络和IPv4网中，NAT64网关分别和其邻居交换保持连接消息(keepalive message)来保证链路状态的持续。

步骤4，标签生成模块通过读取地址生命周期检测模块检测出的地址池现有状态，来掌握目前NAT64网关上有效的网络地址对应关系，并等待该NAT64网关的邻居网关发出有效网络地址对应关系中的一个网络地址的标签信息。

步骤5～步骤7示出了从IPv6网络向IPv4网络映射标签的过程，步骤8～步骤10示出了从IPv4网络向IPv6网络映射标签的过程，这两个过程的先后顺序取决于数据是先由IPv6网络传向IPv4网络，还是先由IPv4网络传向IPv6网络。

步骤5，由于IPv6网络配置了2001::/64的路由信息，因此，IPv6网络中的邻居网关将向NAT64网关发出相应2001::/64的地址和标签映射消息(Address and Label Mapping message)，假设其标签为10。

步骤6，NAT64网关收到该标签后，查看该标签对应的路由信息(即2001::/64)是否在NAT64网关所维护的地址池范围之内，并查找对应的IPv4地址信息，假设查找到的IPv4地址信息为2.2.2.0，这时标签生成模块将生成与2.2.2.0对应的标签信息，且该标签的值和该NAT64网关所接收的IPv6标签值相同，即也是10。

步骤7，NAT64网关将生成的标签值通过地址和标签映射消息通知给IPv4网络中的邻居网关，以实现在IPv4网络中分发IPv6网络中的可达信息标签。

步骤8，由于IPv4网络配置了1.1.1.0/24的路由信息，因此在IPv4网络中的邻居网关将向NAT64网关发出1.1.1.0/24的地址和标签映射消息，假设其标签为20。

步骤9，NAT64网关收到该标签后，查看该标签对应的路由信息是否在NAT64网关所维护的地址池范围之内，并查找该路由信息对应的IPv6地址信息，假设该IPv6地址信息为2002::101:101/64，则标签生成模块将生成2002::101:101/64对应的标签信息，并且生成的标签值和所接收的IPv4标签值相同，即为20。

步骤10，NAT64网关地址和标签映射消息向IPv6网络中的邻居网关通过通知该标签值，以实现在IPv6网络中分发IPv4网络的可达信息标签。

通过步骤5～步骤10，NAT64网关即可建立起IPv4网络和IPv6网络的统一的标签生成和分发体系，当IPv6网络发起向IPv4网络的数据包传输请求时，或者当IPv4网络发起向IPv6网络的数据包传输请求时，都可以按照统一的方式来进行标签交换，不会出现由于IP网络地址族不同而造成的标签信息不连续。

步骤11，当由于业务访问原因导致NATA64网关上地址池中的网络地址对应关系发生变化时，地址生命周期检测模块将检测出该变化，例如，地址生命周期检测模块能够检测出含有1.1.1.1的网络地址对应关系从NAT网关上撤销。

步骤12，地址生命周期检测模块将检测结果通知给标签生成模块，例如，在检测出含有1.1.1.1的网络地址对应关系从NAT网关上撤销时，向标签生成模块发起注销通知。

步骤13，标签生成模块收到该注销通知后，向IPv6网络中的邻居网关发起标签映射释放消息。

在不同的IP地址族网络之间形成统一的标签分发体系后，只需使用一层标签就可跨越不同地址族网络实现数据发送，例如，当在IPv4网络和IPv6网络之间形成统一的标签分发体系后，如果通过NAT64网关由IPv4网络向IPv6网络发送数据，则NAT64网关接收来自IPv4网络的数据包，解析该数据包的标签信息，根据该标签信息将该数据包发给IPv6网络。而在现有技术中，则还要为数据包打上IPv6网络的标签，即需要为数据包打上两层标签之后才能发给IPv6网络。可见，采用本发明的标签生成方法后，可以实现不同IP地址族网络生成统一的标签信息，只需使用一层标签就可跨越不同地址族网络实现数据发送。

本发明方案可实施在网络中同时部署MPLS技术以及NAT64、NATPT、NAPT等NAT网关的网络中。通过本发明，不同种IP地址族网络间可以实现无缝的基于标签的数据转发，其标签形成过程将结合NAT设备的所预留的地址池信息来完成标签的生成和分发，使得数据借助标签在不同IP族网络传递时无需配置双层标签，只需使用一层标签就可跨越不同地址族网络实现数据发送。

本发明方案可在图1所示的业务场景中加以实施。在具有NAT功能的网关上，通过设计标签生成模块来使得标签生成过程和NAT网关的地址池相关联，从而达到不同IP地址族之间MPLS标签信息的同一分配。

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)

1.一种网络地址转换网关中的标签生成装置，其特征在于，该装置包括地址池模块和标签生成模块；

所述地址池模块，用于存储网络地址之间的对应关系；

所述标签生成模块，用于为所述对应关系维护的相互对应的网络地址生成相同的标签；

该装置还包括数据转发模块；

所述数据转发模块，用于接收第一IP地址族网络发往第二IP地址族网络的数据包，解析该数据包中的标签信息，根据该标签信息将该数据包发往第二IP地址族网络，其中，该数据包的源地址和目的地址对应相同的标签。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置还包括地址生命周期检测模块；

所述地址生命周期检测模块，用于检测所述地址池模块中存储的对应关系的有效性；

所述标签生成模块，用于根据所述地址生命周期检测模块的检测结果，为有效的对应关系维护的相互对应的网络地址生成相同的标签。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，

所述地址生命周期检测模块，用于将从所述地址池模块检测出的新增或新注销的所述对应关系通知给所述标签生成模块；

所述标签生成模块，用于根据所述地址生命周期检测模块的检测结果，为新增的所述对应关系维护的相互对应的网络地址生成相同的标签，或将新注销的所述对应关系维护的相互对应的网络地址的标签注销。

4.根据权利要求1或2或3所述的装置，其特征在于，

所述地址池模块，用于存储不同种类的网络地址之间的对应关系。

5.根据权利要求1或2或3所述的装置，其特征在于，

两个网络地址转换网关中分别包含所述标签生成装置；其中，一个网络地址转换网关连接第一IP地址族网络和第二IP地址族网络，另一个网络地址转换网关连接该第二IP地址族网络和另一个第一IP地址族网络，其中，第一IP地址族网络和第二IP地址族网络是不同种类的IP地址族网络。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一IP地址族网络是IPv4网络，所述第二IP地址族网络是IPv6网络；或者，所述第一IP地址族网络是IPv6网络，所述第二IP地址族网络是IPv4网络。

7.一种网络地址转换网关中的标签生成方法，其特征在于，该方法包括：

存储网络地址之间的对应关系；

为所述对应关系维护的相互对应的网络地址生成相同的标签；

该方法还包括：

接收第一IP地址族网络发往第二IP地址族网络的数据包，解析该数据包中的标签信息，根据该标签信息将该数据包发往第二IP地址族网络，其中，该数据包的源地址和目的地址对应相同的标签。

8.根据权利要求7所述的标签生成方法，其特征在于，该方法还包括：

检测所述对应关系的有效性；

为所述对应关系维护的相互对应的网络地址生成相同的标签包括：

为有效的对应关系维护的相互对应的网络地址生成相同的标签。

9.根据权利要求8所述的标签生成方法，其特征在于，检测所述对应关系的有效性包括：检测是否有新增或新注销的对应关系；

所述为有效的对应关系维护的相互对应的网络地址生成相同的标签包括：

为新增的对应关系维护的相互对应的网络地址生成相同的标签，将新注销的对应关系维护的相互对应的网络地址的标签注销。

10.根据权利要求7或8或9所述的标签生成方法，其特征在于，所述生成相同的标签包括：

查询网络地址间的对应关系，根据为该对应关系中的一个网络地址生成的标签，为该对应关系中的另一个网络地址生成相同的标签。

11.根据权利要求7或8或9所述的标签生成方法，其特征在于，

所述对应关系维护的相互对应的网络地址的种类不同。

12.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一IP地址族网络是IPv4网络，所述第二IP地址族网络是IPv6网络；或者，所述第一IP地址族网络是IPv6网络，所述第二IP地址族网络是IPv4网络。