CN102821165B - Ip地址转换方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种IP地址转换方法及装置,其中,该方法包括:获取用户的报文的定向分流标识,其中,该定向分流标识用于确定该用户需要使用的公网地址;根据定向分流标识将该报文发送给多核处理器中与上述公网地址对应的处理器进行IP地址转换。通过本发明,解决了相关技术中无法确保用户能够获取到其需要使用的特定的公网地址的问题,为相关技术中负载分担的分流方式提供了有效补充。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域,具体而言,涉及一种互联网协议(InternetProtocol,简称为IP)地址转换方法及装置。
背景技术
随着网络技术的普及和迅猛发展,网络的规模成指数的增长,原有的Ipv4地址已经耗尽,使得Ipv6的部署迅速摆在运营商的面前,出于对技术平滑过渡和对运营商成本的考虑,运营商级网络地址转换(CarrierGradeNetworkAddressTranslation,简称为CGN)作为有效的过渡技术被重视,目前的过渡技术主要分为双栈(Dual-Stack)、隧道(Tunnel)、翻译(Translation),现有的隧道技术主要有Ipv6快速部署(IPv6RapidDeploymentonIPv4Infrastructures,简称为6RD)和IPv6互联网服务提供商边缘(IPv6ProviderEdge,简称为6PE),翻译技术有Ipv4到Ipv4的地址转换(NAT44),Ipv6到Ipv4的地址转换(NAT64),Ipv4到Ipv6的地址转换(NAT46),Ipv4到Ipv6的地址转换(IVI),前缀网络地址转换(PrefixNAT,简称为PNAT),地址+端口转换(Address+PortRange,简称为A+P)等,另外还有多种形式结合的技术,如双栈隧道运营商级网络地址转换(Ds-IiteCGN)。CGN实现了不同地址族网络的透明传输,有利于Ipv6的实质部署。
双栈隧道运营商级网络地址转换(Ds-IiteCGN),是双栈、隧道及网络地址转换技术的结合,它的主要思路为通过用户侧的用户接入设备(CustomerPremiseEquipment,简称为CPE)部署,首先完成用户侧的双栈支持,同时运营商通过添加地址族转换路由器(AddressFamilyTransitionRouter,简称为AFTR),来达到同时支持IPv4和IPv6的目的,通过渐进式的IP6过渡不断的替换原有的IPv4用户,完成IPv6的部署。这种方式的优势是成本相当较小,对用户透明,对运营商网络的改造较小,通过侧挂AFTR设备完成网络地址转换。
运营商级网络地址转换的核心为网络地址的转换,转换形式包括但不限于以下几种:私网IPv4到公网IPv4地址、私网IPv4到IPv6地址、IPv6到公网IPv4地址。为了提高运营商级网络地址转换的性能,目前多采用独立的处理单元,处理单元可以为单核或多核,多核处理目前采用负载分担的形式,使得多个业务处理单元性能达到最优,目前的分流方法为了达到负载分担的目的,一般采用HASH的方式把流量随机的散列到不同业务处理单元,但是有些特殊的应用场景需要在某个CPU完成某些私有IP转换为特定的公网IP地址,例如,在实际的应用中,存在运营商部署的CGN设备公网地址比处理单元的处理器(CentralProcessingUnit,简称为CPU)少的情况,或者由于动态的分资源导致需要的地址在某个CPU上,而有些用户需要使用不同或特定的公网地址,动态分流不能保证分流到达合适的CPU,从而可能导致分不到公网地址资源或不能分到需要的公网地址资源。
针对相关技术中无法确保用户能够获取到其需要使用的特定的公网地址的问题,目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
针对相关技术中无法确保用户能够获取到其需要使用的特定的公网地址的问题,本发明提供了一种IP地址转换方法及装置,以至少解决上述问题。
根据本发明的一个方面,提供了一种IP地址转换方法,包括:获取用户的报文的定向分流标识,其中,所述定向分流标识用于确定所述用户需要使用的公网地址;根据所述定向分流标识将所述报文发送给多核处理器中与所述公网地址对应的处理器进行IP地址转换。
优选地,根据所述定向分流标识将所述报文发送给多核处理器中与所述公网地址对应的处理器进行IP地址转换包括:查询定向分流表中所述定向分流标识对应的处理器,并将所述定向分流标识对应的处理器作为所述多核处理器中与所述公网地址对应的处理器;将所述报文发送给所述多核处理器中与所述公网地址对应的处理器进行IP地址转换。
优选地,获取所述用户的所述报文的所述定向分流标识之前,还包括:确定所述用户是否需要使用特定的公网地址;在所述用户需要使用特定的公网地址的情况下,在所述用户的报文中添加所述定向分流标识。
优选地,在所述用户不需要使用特定的公网地址的情况下,对所述用户的报文采用负载分担的方式分流。
优选地,所述定向分流标识包括:IP地址标识和处理器标识;在所述用户的报文中添加所述定向分流标识包括:在所述报文中添加所述用户需要使用的公网地址所对应的所述IP地址标识以及所述公网地址所对应的所述处理器标识。
优选地,所述用户包括以下至少之一:IPv4用户、IPv6用户、IPv4和IPv6双栈用户。
根据本发明的另一方面,提供了一种IP地址转换装置,包括:获取模块,用于获取用户的报文的定向分流标识,其中,所述定向分流标识用于确定所述用户需要使用的公网地址;发送模块,用于根据所述定向分流标识将所述报文发送给多核处理器中与所述公网地址对应的处理器以进行IP地址转换。
优选地,所述发送模块包括:查询模块,用于查询定向分流表中所述定向分流标识对应的处理器,并将所述定向分流标识对应的处理器作为所述多核处理器中与所述公网地址对应的处理器;第二发送模块,用于将所述报文发送给所述多核处理器中与所述公网地址对应的处理器进行IP地址转换。
优选地,所述装置还包括:确定模块,用于确定所述用户是否需要使用特定的公网地址;添加模块,用于在所述用户需要使用特定的公网地址的情况下,在所述用户的报文中添加所述定向分流标识。
优选地,在所述定向分流标识包括IP地址标识和处理器标识的情况下,所述添加模块还用于:在所述报文中添加所述用户需要使用的公网地址所对应的所述IP地址标识以及所述公网地址所对应的所述处理器标识。
通过本发明,采用获取用户的报文的定向分流标识,其中,该定向分流标识用于确定该用户需要使用的公网地址;根据定向分流标识将该报文发送给多核处理器中与上述公网地址对应的处理器进行IP地址转换的方式,解决了相关技术中无法确保用户能够获取到其需要使用的特定的公网地址的问题,为相关技术中负载分担的分流方式提供了有效补充。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解,构成本申请的一部分,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1是根据本发明实施例的IP地址转换方法的流程图;
图2是根据本发明实施例的IP地址转换装置的结构框图;
图3是根据本发明实施例的IP地址转换装置的发送模块的优选结构框图;
图4是根据本发明实施例的IP地址转换装置的优选结构框图;
图5是根据本发明优选实施例一的定向分流系统单元的架构示意图;
图6是根据本发明优选实施例一的定向分流表的结构示意图;
图7是根据本发明优选实施例一的报文结构示意图;
图8是根据本发明优选实施例三的以Ds-Iite为例的组网示意图。
具体实施方式
下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本实施例提供了一种IP地址转换方法,图1是根据本发明实施例的IP地址转换方法的流程图,如图1所示,该方法包括如下步骤:
步骤S102,获取用户的报文的定向分流标识,其中,该定向分流标识用于确定该用户需要使用的公网地址;
步骤S104,根据定向分流标识将该报文发送给多核处理器中与上述公网地址对应的处理器进行IP地址转换。
本实施例通过上述步骤,在获取到用户报文中的定向分流标识后,根据该标识将用户的报文发送给该用户需要使用的公网地址所对应的处理器进行IP地址转换,通过使用定向分流的方式,将用户的报文(流量)分流到用户需要使用的公网地址(资源)所对应的处理器上,从而确保了用户能够获取到其需要使用的特定的公网地址的问题,解决了相关技术中无法确保用户能够获取到其需要使用的特定的公网地址的问题,为相关技术中负载分担的分流方式提供了有效补充。
作为一种优选实施方式,可以配置一个定向分流表,在该定向分流表中存储上述定向分流标识与多核处理器中的处理器之间的对应关系。这种情况下,在上述步骤S104中,可以查询定向分流表中定向分流标识对应的处理器,并将在定向分流表中查询到的该定向分流标识所对应的处理器作为多核处理器中与公网地址对应的处理器;再将报文发送给多核处理器中与公网地址对应的处理器,进行IP地址转换。通过这种查表的方式获取定向分流标识与多核处理器的处理器之间的对应关系,可实现性强,操作方便。当然也可以通过其他方式获取定向分流标识与处理器之间的对应关系,例如,可以直接将处理器的内部编号(CPUNo.)作为定向分流标识。
在管理单元里面配置不同的用户类型是为了区分终端不同的接入用户,并且进入不同的用户处理流程,定向分流方式相同,因此所有的用户类型的用户都可以采用上述的定向分流方式。而是否采用可以根据实际的组网和业务的需求,例如,为了在对用户侧的改动较小的情况下,使本方案与负责分担分流方式的兼容性更好,作为一种优选实施方式,对于具体的用户的接入控制是否使用上述的定向分流方式,可以根据实际的业务需求进行控制,例如,可以通过使用访问控制列表(AccessControlList,简称为ACL)来确定该用户是否需要使用特定的公网地址;在确定用户需要使用特定的公网地址的情况下,在用户的报文中添加上述定向分流标识;而在用户不需要使用特定的公网地址的情况下,对用户的报文采用负载分担的方式分流。当然也可以在用户侧发送报文时直接在报文中添加上述定向分流标识,但是这种方式对于用户侧的改动较大,实现成本高。
考虑到在实施过程中并不一定一个公网地址资源仅存在于一个CPU中,多核处理器中的一个CPU也不一定仅对应于一个用户,因此作为一种优选实施方式,可以将定向分流标识设置成两部分,分别为IP地址标识(IPid)和处理器标识(CPUid)。在这种情况下,在用户的报文中添加定向分流标识的方式可以是在报文中添加用户需要使用的公网地址所对应的IP地址标识以及该公网地址所对应的处理器标识。一个用户可以仅对应一个IPid和一个CPUid,通过这种方式,可以通过IPid确定该用户需要使用的公网地址,再通过CPUid确定在该公网地址对应的多个CPU中,该用户的报文所对应的处理器。从而,IPid和CPUid可以在不同的时刻添加到该用户的报文中,也可以在相同的时刻添加到该用户的报文中,提高了本方案的灵活性。
优选地,使用本实施例的IP地址转换方案的用户可以包括多种类型,例如,可以是IPv4用户、IPv6用户、IPv4和IPv6双栈用户等。
在本实施例中还提供了一种IP地址转换装置,该装置用于实现上述实施例及优选实施方式,已经进行过说明的不再赘述。如以下所使用的,术语“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现,但是硬件,或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
图2是根据本发明实施例的IP地址转换装置的结构框图,如图2所示,该装置包括:获取模块22和发送模块24,下面对各个模块进行详细说明。
获取模块22,用于获取用户的报文的定向分流标识,其中,该定向分流标识用于确定用户需要使用的公网地址;发送模块24,与获取模块22相连,用于根据获取模块22获取的定向分流标识将报文发送给多核处理器中与公网地址对应的处理器以进行IP地址转换。
图3是根据本发明实施例的IP地址转换装置的发送模块24的优选结构框图,如图3所示,发送模块24可以包括:查询模块242,用于查询定向分流表中定向分流标识对应的处理器,并将定向分流标识对应的处理器作为多核处理器中与公网地址对应的处理器;第二发送模块244,与查询模块242相连,用于将报文发送给多核处理器中与公网地址对应的处理器进行IP地址转换。
图4是根据本发明实施例的IP地址转换装置的优选结构框图,如图4所示,该装置还可以包括:确定模块42,用于根据用户的类型确定用户是否需要使用特定的公网地址;添加模块44,与确定模块42和获取模块22相连,用于在用户需要使用特定的公网地址的情况下,在用户的报文中添加定向分流标识。
优选地,在定向分流标识包括IP地址标识和处理器标识的情况下,添加模块44还可以用于在报文中添加用户需要使用的公网地址所对应的IP地址标识以及该公网地址所对应的处理器标识。
下面结合优选实施例进行说明,以下优选实施例结合了上述实施例及其优选实施方式。
在以下优选实施例中提供了一种运营商级网络地址转换在多核处理器上的定向分流方法,以解决网络地址转换在多核处理器上的定向分流问题。图5是根据本发明优选实施例的定向分流系统单元的架构示意图,该定向分流系统单元可以应用在AFTR设备中。
优选实施例一
结合图5所示的系统单元架构,本优选实施例的运营商级网络地址转换在多核处理器上的定向分流方法包括:
管理单元和设备交互,完成设备管理功能。
控制单元(实现了确定模块42的功能)完成网络地址转换用户的授权、资源下发处理,并生成定向分流表发送给转发单元和处理单元。图6是根据本发明优选实施例一的定向分流表的结构示意图,如图6所示的定向分流表中,IP-id和CPU-id可以作为上述定向分流标记,通过IP-id和CPU-id结合以确定CPU的内部编号(CPUNo.),从而将用户的报文发送至指定的业务处理单元(ServiceProcessingUnit,简称为SPU)中。优选地,如图6所示,IP-id从M到N变化,CPU-id从I到J变化,CPU-no.从1到X变化。
处理单元包括多个业务处理单元(SPU),每个SPU包含一个CPU,处理单元从物理上看可以为多个单板,每个单板包含多个业务处理单元。
转发单元(实现了添加模块44的功能)根据定向分流表,对收到报文添加定向分流标记,并发送给处理单元。图7是根据本发明优选实施例一的报文结构示意图,如图7所示,添加定向分流标记后的报文可以包括六个部分,分别为交换头、其它、IP-id、CPU-id、IPv6头、以及IPv4头。其中,交换头可以通过交换单元进行处理;其它部分主要为出向、入向标记,pat/nat标记;IP-id和CPU-id用于结合以查询定向分流表;IPv6头主要是Ds-Iite的情况下,由于为IPv4-in-IPv6的形式,因此包括IPv6选项头;IPv4头主要是如果为pat的类型,则需要添加三层头,该三层头作为IPv4的负载。
处理单元(实现了获取模块22和发送模块24的功能)收到报文后根据定向分流标记查询定向分流表,分别发送给不同的业务处理单元处理。
交换单元完成控制单元,转发单元,处理单元的相互通信。
通过本优选实施例的定向分流方法,相比采用单核或多核处理单元内部的负载分担(动态随机分流)的方式,能够实现多核处理单元的定向分流,指定获取到特定资源的业务处理单元完成特定任务,可以作为负载分担分流方式的有效补充。
优选实施例二
在本优选实施例中提供了一种定向分流方法,该方法的流程包括如下步骤:
步骤一,配置地址转换业务及定向分流标记。
步骤二,接收用户报文。
步骤三,判断用户类型(例如,IPv4用户、IPv6用户、或双栈用户等)并初步处理。
步骤四,资源(公网地址资源)分流和业务(用户报文)分流。
步骤五,业务处理。
步骤六,转发报文。
结合图5所示的系统单元架构,本优选实施例的定向分流方法中,步骤一可以在管理单元中完成;步骤二可以通过转发单元完成;步骤三可以在处理单元中完成,判断不同的用户类型,进入不同的处理流程进行预处理,例如对于双栈用户,其PC为IPv4,中间网络为IPv6,在CPE上的封装为4in6报文;步骤三中的预处理部分进行IPv6头的出向解封装和入向封装等;步骤四可以在转发单元和处理单元中完成,首先根据定向分流标记完成资源的定向分流,然后再完成业务流量的定向分流,业务流量跟随资源进行分流;步骤五,在处理单元中完成,主要完成出向私网到公网的转换,以及入向公网到私网的转换等;步骤六可以在转发单元中完成。
优选实施例三
图8是根据本发明优选实施例三的以Ds-Iite为例的组网示意图,如图8所示,三台PC通过三个CPE上网,AFTR设备上有多个公网地址,AFTR设备的处理单元有两个CPU,通过本优选实施例中的定向分流方法使得两台PC获取不同的特定公网地址,一台PC随机获取公网地址。
在管理单元中进行配置的示例如下:
配置示例说明:
CGN的处理单元分为若干的业务处理单元(SPU),每个SPU包含一个CPU,处理单元从物理上可以为不同的单板,每个单板包含若干个SPU,单SPU的CGN处理单板为本例的简化情况。
在aftr模式下,首先指定不同SPU的CPU-id,然后配置公网地址池,可以配置很多的池,地址池默认采用负载分担的往SPU分资源,对于需要定向分流的资源单独指定,aftr-subscriber模式下配置不同的用户,可以配置用户的类型,用户默认也是采用动态的负载分担的形式分流,每个或者一组用户指定需要的公网地址或SPU,并根据公网地址生成对用户唯一的IP-id,并将该IP-id配置在用户的定向分流标记shunt中。
对于Ds-Iite,对应于CPE,用户为ipv6的地址或地址组合,对于NAT44或Brasnat44用户为私有的ipv4地址,对于NAT64,用户也是ipv6地址,这些类型都可以在配aftr-subscriber类型时指出。
本实施例在管理单元做相应的配置管理后,在控制单元生成定向分流表,如图6所示。定向分流表分别发送给转发单元和处理单元,在转发单元查询定向分流表做转发处理,在处理单元查询定向分流表做地址转换处理。
在处理单元进行地址转换处理时,出向和入向的处理流程不同。对于实施例的PC1和PC2,出向的处理流程为:经过CPE后封装为4in6的报文,外层地址为2001::1和2001::2,在AFTR设备上匹配上配置的用户信息,通过配置的定向分流标记shunt获知需要定向分流,并且获取到用户需要的CPU-id1和2,然后根据报文中的IP-id和CPU-id查询定向分流表,获取到CPU-no.,之后封装上CPU-no.发送到具体的SPU,经过CGN之后使用公网地址10.40.1.1和10.40.1.2作为源地址访问Ipv4网络中的服务器或主机。入向的处理流程为:入向应答报文以公网地址池中的地址10.40.1.1和10.40.1.2为目的,发送到AFTR设备,查询公网地址池地址路由和定向分流表,再次在查询到的SPU做逆向网络地址转换,之后封装成4in6报文发送给CPE,由CPE发送给PC。实施例中的PC3通过CPE后封装的为4in6报文,在AFTR设备上匹配的用户为2002::3,随机使用地址池test中的剩余八个地址,具体使用哪个地址需要看用户2002::3分流到哪个SPU,动态的负载分担中SPU获取的地址也是随机分的,具有不确认性。
参考图5中的系统单元架构,本优选实施例的定向分流方法可以包括如下步骤:
步骤S2,管理员在管理单元根据处理单元的CPU情况配置CPU-id,同时进行公网地址池的配置,对不同的公网地址指定不同的CPU-id,配置公网地址池后对每个地址会自动生成一个IP-id,对不同的用户根据需要指定CPU-id,如果某用户需要使用特定的资源,用户只需要配置特定资源的IP-id即可,管理单元给控制单元发送消息,把IP-id和CPU-id信息同步到控制单元,控制单元对CPU-id和内部的CPU-no.做映射处理,生成定向分流表;
步骤S4,转发单元收到控制单元发送的定向分流表后,更新之前的定向分流表,对收到的报文,提取报文其它字段里面的出入向和上下行标记,分别进行封装和解封装Ipv6头的处理,提取分流标记计算处理单元的位置,然后封装不同的交换头转发;
步骤S6,处理单元收到报文后,从报文提取出入向标记和分流标记,通过出入向标记判断做地址正向或逆向处理,通过IP-id和CPU-id的组合获取CPU-no.,CPU-no.为CPU的流量标记,获取流量标记后,把报文封装流量标记发往具体的CPU做地址转换的处理。
在实际的应用中,存在运营商部署的CGN设备公网地址比处理单元的CPU少的情况,或者由于动态的分资源导致需要的地址在某个CPU上,而有些用户需要使用不同或特定的公网地址,动态分流不能保证分流到达合适的CPU,必然导致分不到资源或不能分到需要的资源,通过使用定向分流,可以把流量锁定在某个资源上,解决上述问题。
在另外一个实施例中,还提供了一种软件,该软件用于执行上述实施例及优选实施例中描述的技术方案。
在另外一个实施例中,还提供了一种存储介质,该存储介质中存储有上述软件,该存储介质包括但不限于光盘、软盘、硬盘、可擦写存储器等。
显然,本领域的技术人员应该明白,上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现,它们可以集中在单个的计算装置上,或者分布在多个计算装置所组成的网络上,可选地,它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现,从而,可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行,并且在某些情况下,可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤,或者将它们分别制作成各个集成电路模块,或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样,本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种互联网协议IP地址转换方法,其特征在于,包括:
在私网到公网的过程中,获取用户的报文的定向分流标识,其中,所述定向分流标识用于确定所述用户需要使用的公网地址;
根据所述定向分流标识将所述报文发送给多核处理器中与所述公网地址对应的处理器进行IP地址转换。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,根据所述定向分流标识将所述报文发送给多核处理器中与所述公网地址对应的处理器进行IP地址转换包括:
查询定向分流表中所述定向分流标识对应的处理器,并将所述定向分流标识对应的处理器作为所述多核处理器中与所述公网地址对应的处理器;
将所述报文发送给所述多核处理器中与所述公网地址对应的处理器进行IP地址转换。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,获取所述用户的所述报文的所述定向分流标识之前,还包括:
确定所述用户是否需要使用特定的公网地址;
在所述用户需要使用特定的公网地址的情况下,在所述用户的报文中添加所述定向分流标识。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,在所述用户不需要使用特定的公网地址的情况下,对所述用户的报文采用负载分担的方式分流。
5.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述定向分流标识包括:IP地址标识和处理器标识;在所述用户的报文中添加所述定向分流标识包括:
在所述报文中添加所述用户需要使用的公网地址所对应的所述IP地址标识以及所述公网地址所对应的所述处理器标识。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法,其特征在于,所述用户包括以下至少之一:
IPv4用户、IPv6用户、IPv4和IPv6双栈用户。
7.一种互联网协议IP地址转换装置,其特征在于,包括:
获取模块,用于在私网到公网的过程中,获取用户的报文的定向分流标识,其中,所述定向分流标识用于确定所述用户需要使用的公网地址;
发送模块,用于根据所述定向分流标识将所述报文发送给多核处理器中与所述公网地址对应的处理器以进行IP地址转换。
8.根据权利要求7所述的装置,其特征在于,所述发送模块包括:
查询模块,用于查询定向分流表中所述定向分流标识对应的处理器,并将所述定向分流标识对应的处理器作为所述多核处理器中与所述公网地址对应的处理器;
第二发送模块,用于将所述报文发送给所述多核处理器中与所述公网地址对应的处理器进行IP地址转换。
9.根据权利要求7所述的装置,其特征在于,所述装置还包括:
确定模块,用于确定所述用户是否需要使用特定的公网地址;
添加模块,用于在所述用户需要使用特定的公网地址的情况下,在所述用户的报文中添加所述定向分流标识。
10.根据权利要求9所述的装置,其特征在于,在所述定向分流标识包括IP地址标识和处理器标识的情况下,所述添加模块还用于:
在所述报文中添加所述用户需要使用的公网地址所对应的所述IP地址标识以及所述公网地址所对应的所述处理器标识。
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