CN103634216A - 一种基于nat64的数据报文转发方法和转发设备 - Google Patents
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Abstract
现有技术中互联网大部分内容只对IPv4可用，IPv6终端用户避免不了经常需要访问IPv4内容。IETF设计了NAT64技术实现TCP、UDP、ICMP协议下的IPv6与IPv4网络地址和协议转换。但目前的NAT64实现方式中，转发设备主要是通过遍历地址映射表来实现的网络地址和协议的转换，在用户数量巨大的情况下，查找效率低下，系统资源占用过大，性能会严重下降。本发明提供了一种基于NAT64的数据报文转发方法和设备，通过建立IPv4和IPv6混合连接表，采用Hash方式查找，大大提高了IPv4和IPv6互通时转换地址的查找效率，提高了整体性能。
Description
技术领域
本发明涉及计算机网络技术领域，尤其涉及一种基于NAT64的转发方法和转发设备。
背景技术
目前互联网广泛采用的IP协议为第四版本，即IPv4。但随着互联网应用的迅猛发展，接入网络的设备正日益激增。IPv4的最大问题是网络地址资源有限，这一缺陷严重制约了未来互联网的应用和发展。在这样的环境下，IPv6应运而生。IPv6是“Internet Protocol Version6”的缩写，是IETF（Internet Engineering Task Force）设计的用于替代现行版本IP协议（IPv4）的下一代IP协议。IPv6不但解决了网络地址资源数量的问题，同时也为除电脑外的设备联入互联网在数量限制上扫清了障碍。
由于互联网大部分内容只对IPv4可用，尚处于互联网内容迁移到IPv6的过渡期，除此之外，IPv6终端用户避免不了经常需要访问IPv4内容。在IPv6的发展过程中，面临最大的问题就是IPv6与IPv4的不兼容。为此，IETF设计了NAT64技术。通过NAT64技术，可以实现TCP、UDP、ICMP协议下的IPv6与IPv4网络地址和协议转换，从而支持IPv6与IPv4的互访。但是，在目前的NAT64实现方式中，转发设备主要是通过遍历地址映射表来实现的网络地址和协议的转换，在用户数量巨大的情况下，查找效率低下，系统资源占用过大，性能会严重下降。
发明内容
为解决现有技术中的上述问题，本发明提供了一种基于NAT64的转发方法和转发设备。本发明的技术方案通过建立IPv4和IPv6混合连接表，采用Hash方式查找，大大提高了IPv4和IPv6互通时转换地址的查找效率，提高了整体性能。
本发明提供了一种基于NAT64的转发方法，其中包括：
S1接收步骤：接受来自网络侧的数据报文；
S2判断步骤：若为新会话则创建一混合连接；否则，对所述数据报文的协议版本进行判断；
S3生成步骤：若所述数据报文为第一协议版本报文，则生成转换前的第一协议版本的五元组信息；
S4查找步骤：根据所述转换前的第一协议版本的五元组信息计算Hash值；根据所述Hash值到第一协议版本的Hash桶进行查找，获得第一协议版本的五元组信息所在的混合连接；
S5确定步骤：根据混合连接确定所述数据报文相应的第二协议版本的五元组信息；
S6转发步骤：根据所述第二协议版本的五元组信息，将接收到的数据报文转发出去。
在上述转发方法中的S2判断步骤中，创建一混合连接的过程还包括：
S21判断步骤：对所述数据报文的协议版本进行判断；
S22生成步骤：若所述数据报文为第一协议版本报文，则生成转换前的第一协议版本的五元组信息；
S23查表步骤：根据所述转换前的第一协议版本的五元组信息，查找第一协议版本和第二协议版本的转换关系表，生成相应的转换后的第二协议版本的五元组信息；
S24保存步骤：将所述转换前的第一协议版本的五元组信息及相应的转换后的第二协议版本的五元组信息保存到所述混合连接中；
S25计算步骤：根据第一协议版本的五元组信息计算出Hash值，将第一协议版本的五元组信息以节点的形式挂载到第一协议版本的Hash桶。
本发明还提供了一种基于NAT64的转发设备，其中包括：
接收单元1，用于接受来自网络侧的数据报文；
判断单元2，用于判断是否为新会话，是则创建一混合连接；否则，对所述数据报文的协议版本进行判断；
生成单元3，若所述数据报文为第一协议版本报文，用于生成转换前的第一协议版本的五元组信息；
查找单元4，用于根据所述转换前的第一协议版本的五元组信息计算Hash值，根据所述Hash值到第一协议版本的Hash桶进行查找，获得第一协议版本的五元组信息所在的混合连接；
确定单元5，用于根据混合连接确定所述数据报文相应的第二协议版本的五元组信息；
转发单元6，用于根据所述第二协议版本的五元组信息，将接收到的数据报文转发出去。
在上述转发设备中的判断单元2中还包括一混合连接创建单元7：
判断子单元71，用于对所述数据报文的协议版本进行判断；
生成子单元72，若所述数据报文为第一协议版本报文，用于生成转换前的第一协议版本的五元组信息；
查表子单元73，用于根据所述转换前的第一协议版本的五元组信息，查找第一协议版本和第二协议版本的转换关系表，生成相应的转换后的第二协议版本的五元组信息；
保存子单元74，用于将所述转换前的第一协议版本的五元组信息及相应的转换后的第二协议版本的五元组信息保存到所述混合连接中；
计算子单元75，用于根据第一协议版本的五元组信息计算出Hash值，将第一协议版本的五元组信息以节点的形式挂载到第一协议版本的Hash桶。
在上述转发方法和转发设备中：
所述第一协议版本为IPv4，第二协议版本为IPv6。
或者，所述第一协议版本为IPv6，第二协议版本为IPv4。
通过本发明的技术方案，可以有效解决在大量用户存在的情况下，传统NAT64性能不足的问题，大大提高了NAT64的性能。
附图说明
图1是本发明的混合连接的数据结构示意图；
图2示出了IPv4、IPv6的五元组信息挂载到相应的Hash桶；
图3示意性地示出新的混合连接的插入方式；
图4示出了本发明的数据报文转发设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
为实现本发明的发明目的，本发明首先创建一混合连接。所述混合连接包括两个连续的地址空间，用于分别存放一IPv4的五元组信息和一IPv6的五元组信息。
图1为本发明的混合连接的数据结构图，空白的地方包括链表的节点，以及一些关于连接的信息，例如状态等。这些信息和五元组是存在于连续的地址空间内的。因此，根据所述混合连接可以起到快速查找IPv4和IPv6的对应关系的作用。
以TCP/UDP协议为例，五元组信息包括：源IP地址、源端口、目的IP地址、目的端口、传输层协议号。其中，所述传输层协议号可以确定协议版本，由于了解了源端的IP地址和数据端口以及目的端的IP地址和数据端口，网络设备之间通过五元组信息能够唯一确定一个会话。
转发设备接收来自网络侧的数据报文，并对所述数据报文的协议版本进行判断。
若所述数据报文为IPv4报文，则根据所述数据报文生成转换前的IPv4的五元组信息。根据所述转换前的IPv4的五元组信息，查找IPv4和IPv6的转换关系表，生成相应的转换后的IPv6的五元组信息。将所述转换前的IPv4的五元组信息及相应的转换后的IPv6的五元组信息保存到所述混合连接中。根据IPv4的五元组信息计算出Hash值，将IPv4的五元组信息以节点的形式挂载到IPv4的Hash桶。
若所述数据报文为IPv6报文，则根据所述数据报文生成转换前的IPv6的五元组信息。根据所述转换前的IPv6的五元组信息，查找IPv4和IPv6的转换关系表，生成相应的转换后的IPv4的五元组信息。将所述转换前的IPv6的五元组信息及相应的转换后的IPv4的五元组信息保存到所述混合连接中。根据IPv6的五元组信息计算出Hash值，将IPv6的五元组信息以节点的形式挂载到IPv6的Hash桶。
其中，所述转换关系表包括IPv4的IP地址与IPv6的IP地址的映射转换关系。具体的，所述转换关系表可为NAT映射表。
这样，如图2所示，IPv4、IPv6的五元组信息都挂载到相应的Hash桶。
在以上的准备就绪之后，在转发设备接收到后续数据报文并对数据报文进行转发时，首先根据接收到的数据报文的协议版本进行判断，以便查找相应的IPv4或IPv6的转发地址。
若所述数据报文为IPv4报文，则根据所述数据报文生成转换前的IPv4的五元组信息，并根据所述转换前的IPv4的五元组信息计算Hash值；根据所述Hash值到IPv4的Hash桶进行查找，获得IPv4的五元组信息所在的混合连接，根据所述混合连接确定相应的IPv6的五元组信息。
若所述数据报文为IPv6报文，则根据所述数据报文生成转换前的IPv6的五元组信息，并根据所述转换前的IPv6的五元组信息计算Hash值；根据所述Hash值到IPv6的Hash桶进行查找，获得IPv6的五元组信息所在的混合连接，根据所述混合连接确定相应的IPv4的五元组信息。
最后根据所获得的五元组信息，将接收到的数据报文转发出去。
每当新增一混合连接，即新建一个转发的会话时，如图3所示，转发设备都会根据数据报文的五元组信息，计算相应的Hash值，并根据Hash值寻找Hash桶的相应位置，在对应的链表中插入新的混合连接。
为了更好地实现本发明目的，本发明提供了一种基于NAT64的转发方法，其中包括：
S1接收步骤：接受来自网络侧的数据报文；
S2判断步骤：若为新会话则创建一混合连接；否则，对所述数据报文的协议版本进行判断；
S3生成步骤：若所述数据报文为第一协议版本报文，则生成转换前的第一协议版本的五元组信息；
S4查找步骤：根据所述转换前的第一协议版本的五元组信息计算Hash值；根据所述Hash值到第一协议版本的Hash桶进行查找，获得第一协议版本的五元组信息所在的混合连接；
S5确定步骤：根据混合连接确定所述数据报文相应的第二协议版本的五元组信息；
S6转发步骤：根据所述第二协议版本的五元组信息，将接收到的数据报文转发出去。
在上述转发方法中的S2判断步骤中，创建一混合连接的过程还包括：
S21判断步骤：对所述数据报文的协议版本进行判断；
S22生成步骤：若所述数据报文为第一协议版本报文，则生成转换前的第一协议版本的五元组信息；
S23查表步骤：根据所述转换前的第一协议版本的五元组信息，查找第一协议版本和第二协议版本的转换关系表，生成相应的转换后的第二协议版本的五元组信息；
S24保存步骤：将所述转换前的第一协议版本的五元组信息及相应的转换后的第二协议版本的五元组信息保存到所述混合连接中；
S25计算步骤：根据第一协议版本的五元组信息计算出Hash值，将第一协议版本的五元组信息以节点的形式挂载到第一协议版本的Hash桶。
如图4所示，本发明还提供了一种基于NAT64的转发设备，其中包括：
接收单元1，用于接受来自网络侧的数据报文；
判断单元2，用于判断是否为新会话，是则创建一混合连接；否则，对所述数据报文的协议版本进行判断；
生成单元3，若所述数据报文为第一协议版本报文，用于生成转换前的第一协议版本的五元组信息；
查找单元4，用于根据所述转换前的第一协议版本的五元组信息计算Hash值，根据所述Hash值到第一协议版本的Hash桶进行查找，获得第一协议版本的五元组信息所在的混合连接；
确定单元5，用于根据混合连接确定所述数据报文相应的第二协议版本的五元组信息；
转发单元6，用于根据所述第二协议版本的五元组信息，将接收到的数据报文转发出去。
在上述转发设备中的判断单元2中还包括一混合连接创建单元7：
判断子单元71，用于对所述数据报文的协议版本进行判断；
生成子单元72，若所述数据报文为第一协议版本报文，用于生成转换前的第一协议版本的五元组信息；
查表子单元73，用于根据所述转换前的第一协议版本的五元组信息，查找第一协议版本和第二协议版本的转换关系表，生成相应的转换后的第二协议版本的五元组信息；
保存子单元74，用于将所述转换前的第一协议版本的五元组信息及相应的转换后的第二协议版本的五元组信息保存到所述混合连接中；
计算子单元75，用于根据第一协议版本的五元组信息计算出Hash值，将第一协议版本的五元组信息以节点的形式挂载到第一协议版本的Hash桶。
在上述转发方法和转发设备中：
所述第一协议版本为IPv4，第二协议版本为IPv6。
或者，所述第一协议版本为IPv6，第二协议版本为IPv4。
其中，所述转换关系表包括IPv4的IP地址与IPv6的IP地址的映射转换关系。所述转换关系表可为NAT映射表。
所述混合连接包括两个连续的地址空间，用于分别存放IPv4的五元组信息和IPv6的五元组信息。所述混合连接还包括：链表的节点和/或关于连接的信息。
本发明通过建立混合连接表，采用五元组Hash的方式，可以快速查找到IPv4和IPv6对应的转换关系，尤其在大量用户，高并发连接的情况下，可以大大的提高相应的转换效率，提高了nat64的性能。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (16)
1.一种基于NAT64的数据报文转发方法，其特征在于：
S1接收步骤：接受来自网络侧的数据报文；
S2判断步骤：若为新会话则创建一混合连接；否则，对所述数据报文的协议版本进行判断；
S3生成步骤：若所述数据报文为第一协议版本报文，则生成转换前的第一协议版本的五元组信息；
S4查找步骤：根据所述转换前的第一协议版本的五元组信息计算Hash值；根据所述Hash值到第一协议版本的Hash桶进行查找，获得第一协议版本的五元组信息所在的混合连接；
S5确定步骤：根据混合连接确定所述数据报文相应的第二协议版本的五元组信息；
S6转发步骤：根据所述第二协议版本的五元组信息，将接收到的数据报文转发出去。
2.根据权利要求1所述的数据报文转发方法，其中S2判断步骤中，创建一混合连接的过程还包括：
S21判断步骤：对所述数据报文的协议版本进行判断；
S22生成步骤：若所述数据报文为第一协议版本报文，则生成转换前的第一协议版本的五元组信息；
S23查表步骤：根据所述转换前的第一协议版本的五元组信息，查找第一协议版本和第二协议版本的转换关系表，生成相应的转换后的第二协议版本的五元组信息；
S24保存步骤：将所述转换前的第一协议版本的五元组信息及相应的转换后的第二协议版本的五元组信息保存到所述混合连接中；
S25计算步骤：根据第一协议版本的五元组信息计算出Hash值，将第一协议版本的五元组信息以节点的形式挂载到第一协议版本的Hash桶。
3.根据权利要求2所述的数据报文转发方法，其中：
所述转换关系表包括IPv4的IP地址与IPv6的IP地址的映射转换关系。
4.根据权利要求3所述的数据报文转发方法，其中：
所述转换关系表为NAT映射表。
5.根据权利要求2所述的数据报文转发方法，其中：
所述混合连接包括两个连续的地址空间，用于分别存放IPv4的五元组信息和IPv6的五元组信息。
6.根据权利要求5所述的数据报文转发方法，其中：
所述混合连接还包括：链表的节点和/或关于连接的信息。
7.根据权利要求1－6任一项所述的数据报文转发方法，其中所述第一协议版本为IPv4，第二协议版本为IPv6。
8.根据权利要求1－6任一项所述的数据报文转发方法，其中所述第一协议版本为IPv6，第二协议版本为IPv4。
9.一种基于NAT64的数据报文转发设备，其特征在于包括：
接收单元（1），用于接受来自网络侧的数据报文；
判断单元（2），用于判断是否为新会话，是则创建一混合连接；否则，对所述数据报文的协议版本进行判断；
生成单元（3），若所述数据报文为第一协议版本报文，用于生成转换前的第一协议版本的五元组信息；
查找单元（4），用于根据所述转换前的第一协议版本的五元组信息计算Hash值，根据所述Hash值到第一协议版本的Hash桶进行查找，获得第一协议版本的五元组信息所在的混合连接；
确定单元（5），用于根据混合连接确定所述数据报文相应的第二协议版本的五元组信息；
转发单元（6），用于根据所述第二协议版本的五元组信息，将接收到的数据报文转发出去。
10.根据权利要求9所述的数据报文转发方法，所述判断单元（2）中还包括一混合连接创建单元（7），其中包括：
判断子单元（71），用于对所述数据报文的协议版本进行判断；
生成子单元（72），若所述数据报文为第一协议版本报文，用于生成转换前的第一协议版本的五元组信息；
查表子单元（73），用于根据所述转换前的第一协议版本的五元组信息，查找第一协议版本和第二协议版本的转换关系表，生成相应的转换后的第二协议版本的五元组信息；
保存子单元（74），用于将所述转换前的第一协议版本的五元组信息及相应的转换后的第二协议版本的五元组信息保存到所述混合连接中；
计算子单元（75），用于根据第一协议版本的五元组信息计算出Hash值，将第一协议版本的五元组信息以节点的形式挂载到第一协议版本的Hash桶。
11.根据权利要求10所述的数据报文转发设备，其中：
所述转换关系表包括IPv4的IP地址与IPv6的IP地址的映射转换关系。
12.根据权利要求11所述的数据报文转发设备，其中：
所述转换关系表为NAT映射表。
13.根据权利要求10所述的数据报文转发设备，其中：
所述混合连接包括两个连续的地址空间，用于分别存放IPv4的五元组信息和IPv6的五元组信息。
14.根据权利要求13所述的数据报文转发设备，其中：
所述混合连接还包括：链表的节点和/或关于连接的信息。
15.根据权利要求1－14任一项所述的数据报文转发设备法，其中所述第一协议版本为IPv4，第二协议版本为IPv6。
16.根据权利要求1－14任一项所述的数据报文转发设备，其中所述第一协议版本为IPv6，第二协议版本为IPv4。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20140312 |