CN104283984A - 一种实现异类地址网络互联的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现异类地址网络互联的方法，能够实现“按名访问”机制同时能实现IPv4与IPv6兼容的一套解决方案；在每个自治网络内，都至少有一个配置了公共IP地址的主机，即网关服务器；网络内所有其他主机都要在此网关服务器中进行注册，针对由IPv4私有段地址以及IPv6网络地址构成的自治网络，借鉴了现有DNS主机域名解析协议机制并结合公共IP地址代理机制提出的，其目标是通过主机向网关服务器注册主机标识名，在与外网互联时在网关服务器管理下实现临时公共IP地址与主机标识绑定，解决异类地址网络互连的问题，通过使用本发明的方法既能完成异类网络地址互连的同时又能实现网络主机按名访问的机制。

Description

一种实现异类地址网络互联的方法

技术领域

本发明公开了一种实现异类地址网络互联的方法，属于网络协议设计领域。

背景技术

互联网的不断发展，加速了网络应用的普及。随之而来的就是网络主机数量急剧膨胀，对IP地址需求越来越大，原有的IPv4地址方案已逐渐不能满足需求。为此，出现许多方法对IPv4地址进行调整，减缓IPv4地址消耗的速度，如列出了一些私有段地址空间，这些地址可以用于单位内部网络，形成相对自治的局域网。随着对下一代网络的研究，新的主机地址分配方案IPv6也逐渐被应用起来。IPv6地址是在原来IPv4地址32位的基础，扩展到128位，因此IPv6地址在人类可预见的时间内能够满足对主机地址的需求。由于IPv4地址方案在现有骨干网络，特别是基础设施中，占据主导地位，因此IPv6地址替换IPv4地址的过程只能是一个逐步、渐进的过程。在此过程中也形成了一些IPv6地址构成的局部网络。

 现有的实现私类IPv4地址网络与Internet网络进行互连的方法，则是通过NAT（Network Address Transfer）方法。它通过在网关设置一个配置了公共IP地址的NAT服务器，内部网络主机地址访问INTERNET主机地址时，NAT服务器对发送报文和接收报文的地址都进行相应的转换，实现两主机通信。多个私类地址网络之间互连则是通过VPN及隧道机制实现，但该机制一般适用与同属一个的大型机构的不同网络，而对于不同机构内部的私有地址网络则不适用。随着物联网的诞生，智慧地球理念的提出，在没有完全部署实施全网IPv6地址背景下，实现私有类IPv4地址网络互联有一定的应用价值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的缺陷，提供一种实现异类地址网络互联的方法，针对由IPv4私有段地址以及IPv6网络地址构成的自治网络，借鉴了现有DNS主机域名解析协议机制并结合公共IP地址代理机制提出的，其目标是通过主机向网关服务器注册主机标识名，在与外网互联时在网关服务器管理下实现临时公共IP地址与主机标识绑定，解决异类地址网络互连的问题，通过使用本发明的方法既能完成异类网络地址互连的同时又能实现网络主机按名访问的机制。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种实现异类地址网络互联的方法，包括注册服务器、网关服务器、公共IP地址池、公共ＩＰ地址与主机标识映射表、双协议栈服务器；

注册服务器：管理和存储辖域内所有主机的注册信息，主要为主机的标识名，已分配的IP地址；

网关服务器：自治局域网内即可和内部网络主机通信也可以连接外部网络的主机，它至少配置有一个公共地址段的IP地址；所述网关服务器完成报文转发功能；

公共IP地址池：保留可用的公共IP地址，随时分配给某个域内主机，作为临时通信的地址标识；

公共IP地址与主机标识映射表：该表主要字段为；该表每个条目存储了临时域内主机与外部主机进行通信时，分配的公共IP地址及其有效期，有效期失效后，该IP地址自动被收回，并删除对应的记录。

IPv4/IPv6双协议栈服务器：该服务器能运行IPv4和IPv6两种协议栈，并且完成两类协议报文的相互转换功能；

由于现有NAT技术，已经比较成熟的实现了私类IP地址网络主机与INTERNET主机的通信机制，虽然参照本发明也可以完成这样的功能，但是为了更好的说明本发明的技术方案，本发明着重说明外部主机访问私类地址网络主机的通信机制。

上述定义的实体在逻辑上是单个的，但在实现时可以用多个主机共同完成，在此叙述中，我们认定网关服务器具有以上四个实体功能，因此在网关服务器上运行主机注册功能服务，双协议栈功能相互转换功能模块，分配公共IP地址池以及相关服务功能；特别说明的是本发明没有规定主机标识名具体的命名格式，但是我们推荐采用类似SIP协议中主机标识命名机制，这可以有利于今后各种应用的扩展。由此主机命名规则为：主机名网关服务器主机域名或者为主机名网关服务器公共IP地址；方法步骤如下：

步骤1：私网内的所有主机，都向注册服务器进行网络地址注册，完成主机标识名以及已分配的私网IP地址、在线状态等基本信息；向注册服务器发送注册报文，完成注册功能。

步骤2：外部网络的源访问主机向网关服务器发送目的主机的标识名解析报文，从而获得目的主机的网络地址；

步骤3：网关服务器收到主机名解析报文，完成如下工作：

步骤31：在本辖域内查看是否已注册过该目的主机的标识名，没有则向源访问主机发送目标主机不可达的报文，否则执行步骤32；

步骤32：网关服务器查看源访问主机IP地址的类型，如果源访问主机的IP地址的类型是IPv6地址，且目的主机的也是IPv6地址；网关服务器直接返回目的主机的IP地址。如果源访问主机的IP地址和目的主机的IP地址不都是IPV6地址，否则执行步骤33；

步骤33： 如果源访问主机是IPv6地址，且目的主机所在的本地网络是IPv4私有地址段；则从公共IPv4地址空间随机取一个地址，在公共IP地址与主机标识的映射表中登记该公共IP地址与主机绑定的信息，同时向源访问主机发送目的主机临时分配的IP地址；在通信的过程中，网关服务器要对发送报文和接收报文进行相应的协议转换；如果不满足源访问主机是IPv6地址，且目的主机所在的网络是IPv4私有地址段，则执行步骤34；

步骤34：如果源访问主机是IPv4地址，且目的主机所在的本地网络是IPv6地址类，则从公共IPv4地址空间随机取一个地址，在公共IP地址与主机标识的映射表登记该公共IP地址与主机绑定的信息，同时向源访问主机发送目的主机临时分配的IP地址；在通信的过程中，网关服务器对发送报文和接收报文进行相应的协议转换；如果不满足源访问主机是IPv4地址，且目的主机所在的网络是IPv6地址类，则执行步骤35；

步骤35：如果源访问主机是IPv4地址，且目的主机所在的本地网络也是IPv4地址，则从公共IPv4地址空间随机取一个地址，在公共IP地址与主机标识的映射表中登记该公共IP地址与主机绑定信息，向源访问主机发送目的主机临时分配的IP地址；在通信的过程中，只对发送报文和接收报文中的源或目的IP地址字段进行相应的替换；

步骤4：监控公共IP地址与主机标识的映射表中所有记录的主机通信会话状态，如果通话还在进行的，而有效期快到期的条目，则调整生存时间；如果在生存时间到期，且未监控到在通信的，则收回已分配的地址，删除相应的记录。。

2、如权利要求1所述的一种实现异类地址网络互联的方法，其特征在于：所述步骤1中，主机名注册服务采用的入网方式为预先手动方式入网注册或自动入网。

3、如权利要求2所述的一种实现异类地址网络互联的方法，其特征在于：所述公共IP地址与主机标识映射表的字段包括主机标识名、主机已分配IP地址，临时分配IP地址、通信端口、生存时间。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

第一：简单性；该方法借鉴了DNS域名解析机制，没有对现有网络协议进行更改，而是基于现有成熟协议体系。主机名解析报文完全可以参照DNS协议，并对其简单的扩展，就能实现相应的功能；

第二：该方法采用了主机标识的按名访问机制，对IP地址双重身份的解藕，有利于更多应用的出现，最直观的就是内部网络主机可以注册多个主机标识名，每个标识名可以对应各个不同的应用；

第三：该方法可以兼容下一代网络地址机制(IPv6)机制，因此可以实现IPv4到IPv6的平滑过渡；

第四：该方法可以用少量的公共IP地址作为代理地址，就能实现多个私有类IPv4地址段空间的网络互连，缓解了许多应用对公共IP地址需求压力。

附图说明

图1是本发明的模块连接图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解的是，本发明中涉及到的相关模块及其实现的功能是在改进后的硬件及其构成的装置、器件或系统上搭载现有技术中常规的计算机软件程序或有关协议就可实现，并非是对现有技术中的计算机软件程序或有关协议进行改进。例如，改进后的计算机硬件系统依然可以通过装载现有的软件操作系统来实现该硬件系统的特定功能。因此，可以理解的是，本发明的创新之处在于对现有技术中硬件模块的改进及其连接组合关系，而非仅仅是对硬件模块中为实现有关功能而搭载的软件或协议的改进。

本技术领域技术人员可以理解的是，本发明中提到的相关模块是用于执行本申请中所述操作、方法、流程中的步骤、措施、方案中的一项或多项的硬件设备。所述硬件设备可以为所需的目的而专门设计和制造，或者也可以采用通用计算机中的已知设备或已知的其他硬件设备。所述通用计算机有存储在其内的程序选择性地激活或重构。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明中，采用下面的实例来解释本发明：

一个家庭由许多智能设备，如智能监控设备，智能电器等组成的网络。这些设备是通过配置IPv4私有类空间地址。家庭的主人想在外地通过INTERNET随时随地访问家里的设备，查巡家里情况或者开启/关闭各类联网的智能家庭设备。

 参照当前IPv4还是在各类网络中占据主导地位，为了与实际应用场景更为接近以及进一步描述本发明的实施方案，在本实例中，我们假定家庭网络都是采用私有IP地址空间构成的一个自治网络，而家庭主人在外网也是采用IPv4地址。

 该应用实例的网络部署如附图1所示，假定家庭成员在外网用主机A想访问家庭网络内的主机B。网关服务器GateWayServer，它由网络服务商（如电信运营商）提供此类服务，本发明中的功能实体都部署在网关服务器上。家庭网络的所有主机都在该网关服务器进行了注册。

主机A与主机B的通信过程如下：

 步骤1：主机A向网关服务器发送主机B标识名解析报文，获取主机B的地址；

步骤2：网关服务器收到主机标识名解析报文后，在注册服务器内查找是否存在主机B的信息，不存在则向主机A发送目的主机B不可达的报文；否则执行步骤3；

步骤3：网关服务器查找主机标识与IP地址映射表，看是否为主机B已分配了一个公共IP地址，如果已分配，则向主机A发送主机B的已分配的公共IP地址；否则从公共IP地址池中抽取一个可用的IP地址，在主机标识与IP地址映射表中登记该条信息，并向主机A发送主机B分配的公共IP地址；

步骤4：网关服务器收到主机A与主机B的第一个通信报文，首先查找主机标识与IP地址映射表是否存在一条记录，存在则重新登记一条通信会话记录；否则完善已条目信息；网关服务器在主机A与主机B通信过程中，充当代理角色，对所有报文进行相应的接收与转发；

步骤5：监控主机A与主机B的通信会话状态。会话进行时，如果生存周期快失效，则延长一个周期的生存周期。如果在生存周期失效后，还未监测到通信，则在主机标识与IP地址映射表删除该条会话记录，一旦是主机B的最后一条会话记录，则收回分配的公共IP地址。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员。

在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种实现异类地址网络互联的方法，其特征在于：具体构架包括注册服务器、网关服务器、公共IP地址池、公共ＩＰ地址与主机标识映射表、双协议栈服务器；所述网关服务器包含注册服务器、公共IP地址池，公共IP地址与主机标识映射表以及双协议栈服务器，其中：所述注册服务器用以管理和存储辖域内所有主机的注册信息，包括主机的标识名和已分配的IP地址；

所述网关服务器为自治局域网内既可和内部网络主机通信也可以连接外部网络的主机，它至少配置有一个公共地址段的IP地址，用以完成报文转发功能； 

所述公共IP地址池用以保留可用的公共IP地址，分配给辖域内的对应主机，作为临时通信的地址标识；

所述公共IP地址与主机标识映射表中的每个条目存储了临时域内主机与外部主机进行通信时所分配的公共IP地址及其有效期；有效期失效后，所述公共IP地址将被收回，并删除对应的记录；所述IPv4/IPv6双协议栈服务器用以运行IPv4和IPv6两种协议栈，并且完成两类协议报文的相互转换功能；

基于上述构架的实现方法的步骤如下：

步骤1：私网内的所有主机，都向注册服务器进行网络地址注册，完成主机标识名以及已分配的私网IP地址、在线状态基本信息的统计；再向注册服务器发送注册报文，完成注册功能；

步骤2：外部网络的源访问主机向网关服务器发送目的主机的标识名解析报文，从而获得目的主机的网络地址；

步骤3：网关服务器收到目的主机的标识名解析报文，完成如下工作：

步骤31：在本辖域内查看是否已注册过该目的主机的标识名，没有则向源访问主机发送目标主机不可达的报文，否则执行步骤32；

步骤32：网关服务器查看源访问主机IP地址的类型，如果源访问主机的IP地址的类型是IPv6地址，且目的主机的也是IPv6地址则网关服务器直接返回目的主机的IP地址；如果源访问主机的IP地址和目的主机的IP地址不都是IPV6地址，则执行步骤33；

步骤33： 如果源访问主机是IPv6地址，且目的主机所在的本地网络是IPv4私有地址段，则从公共IPv4地址空间随机取一个地址，在公共IP地址与主机标识的映射表中登记该公共IP地址与主机绑定的信息，同时向源访问主机发送目的主机临时分配的IP地址；

如果不满足源访问主机是IPv6地址，且目的主机所在的网络是IPv4私有地址段，则执行步骤34；

步骤34：如果源访问主机是IPv4地址，且目的主机所在的本地网络是IPv6地址类，则从公共IPv4地址空间随机取一个地址，在公共IP地址与主机标识的映射表登记该公共IP地址与主机绑定的信息，同时向源访问主机发送目的主机临时分配的IP地址；

如果不满足源访问主机是IPv4地址，且目的主机所在的网络是IPv6地址类，则执行步骤35；

步骤35：如果源访问主机是IPv4地址，且目的主机所在的本地网络也是IPv4地址，则从公共IPv4地址空间随机取一个地址，在公共IP地址与主机标识的映射表中登记该公共IP地址与主机绑定信息，向源访问主机发送目的主机临时分配的IP地址；

上述步骤33至步骤35中，在通信的过程中，网关服务器要对发送报文和接收报文进行相应的协议转换；

步骤4：监控公共IP地址与主机标识的映射表中所有记录的主机通信会话状态，对通话还在进行中、而有效期快到期的条目，调整其生存时间；

对有效期到期且未监控到在持续通信的条目，收回已分配的地址，删除相应的记录。

2.如权利要求1所述的一种实现异类地址网络互联的方法，其特征在于：所述步骤1中，主机名注册服务采用的入网方式为预先手动方式入网注册或自动入网。

3.如权利要求2所述的一种实现异类地址网络互联的方法，其特征在于：所述公共IP地址与主机标识映射表的字段包括主机标识名、主机已分配IP地址，临时分配IP地址、通信端口、有效期。

4.如权利要求1所述的一种实现异类地址网络互联的方法，其特征在于，所述网管服务器实现的报文转发功能，具体实现步骤如下：

401、接收用户连接请求报文，从注册服务器中验证用户请求主机是否是属于本管理域内；

402、在通信过程中需要给域内主机分配临时公共IP地址时，则从公共IP地址池中随机选用一个可用地址同时要在公共IP地址与主机标识映射表进行登记，实现后续报文的转发；

403、当通信双方采用的不是同一个协议栈时，则在通信过程中调用双协议栈服务器的功能，实现协议之间的转换。