CN104702710A - 端口分配方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种端口分配方法及装置，涉及互联网通信技术领域，解决了使用现有的端口分配方法会产生端口块利用率较低的问题。本发明实施例提供的端口分配方法包括：根据历史日志中用户每次在线期间被分配的端口数量预测将分配给用户的静态端口块的大小；根据静态端口块的大小为用户预分配端口；当接收到用户的资源耗尽请求时，给用户追加分配具有指定数量端口的动态端口块；其中，静态端口块与动态端口块的端口数总和小于网络运营商指定端口块的大小。端口分配装置包括预测模块、第一分配模块及第二分配模块。

Description

端口分配方法及装置

技术领域

本发明涉及互联网通信技术，尤其涉及端口分配方法及装置。

背景技术

随着互联网用户的日益增加，互联网面临着IPv4（Internet Protocol ver4，网络之间互连的协议第四版）地址资源不足的问题。NAT（Network AddressTranslation，网络地址转换）技术提供了一种解决方案。

NAT是将IP数据包头中的IP地址转换为另一个IP地址的技术。借助具备NAT功能的服务器（称为NAT服务器）可以将多个私网IP地址映射为一个公网IPv4地址。例如：内部的四个私网IP地址IP1～IP4，映射成外部的一个公网IPv4地址IP5，具体地，（IP1，Port1）映射成（IP5，Port1），（IP2，Port1）映射成（IP5，Port2），（IP3，Port2）映射成（IP5，Port3），（IP4，Port2）映射成（IP5，Port4）。

其中，Portn（n=1,2,3或4）指NAT服务器给对应的IP地址所分配的端口。一个IPv4地址具有65535个端口，其中，1～1023之间的端口号被指定了特殊用途，其余的64000个左右的端口可以由用户使用。

常见的用户上网操作有浏览网页和下载文件，浏览网页时需要使用的端口数较少，为70个左右，而下载文件时所需的端口数较多，为700个左右，为了保证用户上网的流畅性，网络运营商会为一个用户分配一个指定端口块，该指定端口块包含较多的端口，通常为4000个，这样，一个IPv4地址的64000个端口能分配给16个用户使用。

实践证明，对于只浏览网页的用户，仅会使用指定端口块中的70个左右的端口，指定端口块中的其余3930个端口都处于闲置状态，这会产生指定端口块的利用率（70/4000=1.75%）较低的问题。

发明内容

本发明的实施例提供一种端口分配方法及装置，解决了使用现有的端口分配方法会产生端口块利用率较低的问题。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种端口分配方法，包括：根据历史日志中用户每次在线期间被分配的端口数量预测将分配给所述用户的静态端口块的大小；根据所述静态端口块的大小为所述用户预分配端口；当接收到所述用户的资源耗尽请求时，给所述用户追加分配具有指定数量端口的动态端口块；所述静态端口块与所述动态端口块的端口数总和小于网络运营商指定端口块的大小。

具体地，所述根据历史日志中用户每次在线期间被分配的端口数量预测将分配给所述用户的静态端口块的大小，包括：获取在第一指定时间段内，所述用户每次在线期间被分配的端口数量的平均值、最大值或最小值；使所述用户的静态端口块的大小等于所述平均值、所述最大值或所述最小值。

可选地，所述根据历史日志中用户每次在线期间被分配的端口数量预测将分配给所述用户的静态端口块的大小，包括：获取在第二指定时间段内，所述用户每次在线期间被分配的端口数量的最大值；使所述用户的静态端口块的大小等于所述最大值的120%。

优选地，所述静态端口块与所述动态端口块属于同一个IP地址。

可选地，所述的端口分配方法，还包括：当所述动态端口块中所有端口在所述用户的本次在线期间内的第三指定时间段内未被使用，则释放所述动态端口块。

进一步地，所述的端口分配方法，还包括：当接收到所述用户的所述资源耗尽请求时，转而执行所述给所述用户追加分配具有指定数量端口的动态端口块的步骤。

一种端口分配装置，包括：预测模块，用于根据用户每次在线期间被分配的端口数量预测将分配给所述用户的静态端口块的大小；第一分配模块，用于根据所述静态端口块的大小为所述用户预分配端口；第二分配模块，用于当接收到所述用户的资源耗尽请求时，给所述用户追加分配具有指定数量端口的动态端口块；其中，所述静态端口块与所述动态端口块的端口数总和小于网络运营商指定端口块的大小。

进一步地，所述的端口分配装置，还包括资源释放模块，用于当所述动态端口块中所有端口在所述用户的本次在线期间内的指定时间段内未被使用，则释放所述动态端口块。

本发明实施例提供的端口分配方法及装置中，由于在用户访问网络时，NAT服务器能根据历史日志中用户每次在线期间被分配的端口数量预测将分配给该用户的静态端口块的大小，并根据所该静态端口块的大小为该用户预分配端口；而且当该用户需要使用的端口数大于已分配的静态端口块的大小时，会根据用户的资源耗尽请求，为用户分配动态端口块，该静态端口块与动态端口块的端口数总和小于网络运营商指定端口块的大小，使得分配给用户的端口数量更符合用户的实际需求，防止端口块中过多的端口处于闲置状态，从而提高了端口块的利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明实施例提供的一种端口分配方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的另一种端口分配方法的流程图；

图3为本发明实施例提供的一种端口分配装置的方框图；

图4为本发明实施例提供的另一种端口分配装置的方框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明实施例提供了一种端口分配方法，如图1所示，该方法包括如下步骤。该方法的执行主体为NAT服务器，具体可以为能将公网IPv4地址转换为私网IPv4地址的NAT44设备，也可以为能将公网IPv4地址转换为私网IPv6地址的NAT64设备，或是本领域技术人员所知的其它NAT设备。

101、根据历史日志中用户每次在线期间被分配的端口数量预测将分配给用户的静态端口块的大小。

具体地，用户需要访问网络进行网页浏览或下载文件操作时，会与NAT服务器建立连接，NAT服务器确定该用户为在线状态，用户长时间不进行访问网络的操作或者主动断开与NAT服务器的连接时，NAT服务器确定该用户为离线状态。用户处于在线状态的期间称为在线期间。举例来说，就是用户在下午2点钟开始访问网络浏览网页，与NAT服务器建立了连接，用户处于在线状态，2点半至3点期间用户一直未进行访问网络的操作，则NAT服务器主动断开连接，用户处于离线状态。这里，NAT服务器主动断开连接的时间不限于上述的半小时，可以根据实际需要进行选择。

该步骤中的“预测”操作是在处于离线状态的用户与NAT服务器用户建立连接后发生的。用户与NAT服务器用户建立连接后用户即处于在线状态，为保证用户访问网络操作的正常进行，需要给用户分配一定数量的端口，这些端口构成端口块，端口块的大小是通过“预测”操作完成的。

“预测”的根据是历史日志中用户每次在线期间被分配的端口数量。在本次访问网络操作之前，用户每次在线期间NAT服务器都会分配给用户一定数量的端口，这个数量值以日志的形式记录在NAT服务器上，这些日志称为历史日志，通过一定的算法将历史日志中的数量值进行处理可以获得一个预测结果，也就是通过预测得到将分配给用户的静态端口块的大小。该算法在下面的实施例中有详细说明。

之所以称为静态端口块，主要是因为该端口块分配给用户后，在用户的本次在线期间，端口块只能由该用户使用，直到用户与NAT服务器断开连接，NAT服务器才会将该端口块释放，以供其它用户连接时使用。

102、根据静态端口块的大小为用户预分配端口。

具体地，预测获得静态端口块的大小后，NAT服务器根据该大小为该用户分配端口。

103、当接收到用户的资源耗尽请求时，给用户追加分配具有指定数量端口的动态端口块，静态端口块与动态端口块的端口数总和小于网络运营商指定端口块的大小。

具体地，用户在访问网络操作过程中，需要使用的端口数大于已分配的静态端口块的大小时，会向NAT服务器发起资源耗尽请求，NAT服务器收到该请求就会再给用户追加分配一个端口块，由于该端口块是基于用户请求动态分配的，因此称为动态端口块。

该动态端口块具有指定数量端口，该指定数量可以根据需要进行设定，一般设定为100个左右，这使动态端口块较小，较小的端口块一方面能满足用户访问网络操作的需求，另一方面保证分配的资源能被充分地使用。

另外，分配给用户的静态端口块与动态端口块的端口数总和应当小于网络运营商指定端口块的大小。因为，网络运营商为每个用户指定的端口块的大小是为了保证用户上网的流畅性而设置的一个最大端口数，NAT服务器分配给单个用户的端口数量不能超过该最大端口数。

本发明实施例提供的端口分配方法中，由于在用户访问网络时，NAT服务器能根据历史日志中用户每次在线期间被分配的端口数量预测将分配给该用户的静态端口块的大小，并根据所该静态端口块的大小为该用户预分配端口；而且当该用户需要使用的端口数大于已分配的静态端口块的大小时，会根据用户的资源耗尽请求，为用户分配动态端口块，该静态端口块与动态端口块的端口数总和小于网络运营商指定端口块的大小，使得分配给用户的端口数量更符合用户的实际需求，防止端口块中过多的端口处于闲置状态，从而提高了端口块的利用率。

另外，为了精确记录某个端口的使用情况，NAT服务器通常会以溯源日志的形式记录每个会话的建立和关闭，但会使溯源日志的量较大，目前通常采用仅记录端口块的分配和释放这种方式，即使会话关闭使得端口块内的端口不再被使用，也不产生日志，直到该端口块被释放才产生日志。采用本发明的基于端口块的端口分配方法，既解决了端口块利用率低的问题，也不会造成溯源日志量过大地增加。

上述实施例中，根据历史日志中用户每次在线期间被分配的端口数量预测将分配给用户的静态端口块的大小，具体可以包括：获取在第一指定时间段内，用户每次在线期间被分配的端口数量的平均值、最大值或最小值；使用户的静态端口块的大小等于平均值、最大值或最小值。举例来说，我们可以从用户日志中获取本次访问网络操作之前1周内的数据，这些数据显示了这1周内用户总共进行了四次访问网络的操作，且每次在线期间被分配的端口数量分别为70、80、90和100，计算这四次在线期间被分配的端口数量的平均值为85，则可以根据需要使用户的静态端口块的大小等于平均值85、最小值70或最大值100。

通过该方法获取静态端口块的计算方法较为简单，也可以采用其它本领域技术人员所知的能获得符合用户实际需求端口数的算法。

上述实施例中，当利用最大值计算静态端口块大小时，也可以采用如下具体方法。

获取在第二指定时间段内，用户每次在线期间被分配的端口数量的最大值；使用户的静态端口块的大小等于该最大值的120%。

需要说明的是：这里的“第二”与上面实施例中描述的“第一”仅是为了将两个实施例中的指定时间段做文字上的区分，不作为对这两个指定时间段前后顺序的限制，两个指定时间段可以是相同的时间段也可以是不同的时间段。

使用户的静态端口块的大小等于该最大值的120%，是为了防止用户需要使用端口数量突然增加的特殊情况发生，这样可以减少动态端口块分配的次数，或者甚至不需要分配动态端口块即可以满足用户的需求。

上述实施例中，静态端口块与动态端口块优选属于同一个IP地址。如此设置是为了保持用户对外访问业务时使用IP地址的一致性，也为了防止某些业务无法访问。

本发明实施例还提供了一种端口分配方法，如图2所示，该方法包括如下步骤。

201、根据历史日志中用户每次在线期间被分配的端口数量预测将分配给用户的静态端口块的大小。

202、根据静态端口块的大小为用户预分配端口。

步骤201与步骤202与图1中的步骤101和步骤102相同，已在前面的实施例中做了详细说明，在此不再赘述。

203、判断是否接收到用户的资源耗尽请求，如果是，转而执行步骤204，如果否，转而执行步骤205。

204、给用户追加分配具有指定数量端口的动态端口块，静态端口块与动态端口块的端口数总和小于网络运营商指定端口块的大小。

具体地，当收到用户的资源耗尽请求，则给用户追加动态端口块的步骤与图1中步骤103相同，已在上面的实施例中做了详细说明，在此不再赘述。当未收到用户的资源耗尽请求，会转而执行步骤205来判断是否有动态端口块处于空闲状态。

205、判断动态端口块中所有端口在用户的本次在线期间内的第三指定时间段内是否未被使用，如果是，转而执行步骤206，如果否，转而执行步骤203。

具体地，可以通过该步骤的方法来判断是否有动态端口处于空闲状态，即判断动态端口块中所有端口的第三指定时间段内未被使用，也就是说，在用户的本次在线期间内，如果动态端口块中的所有端口有一段时间未被使用，则说明该动态端口块空闲，通过执行步骤206可以释放该动态端口块从而使该端口块被其它的用户使用。第三指定时间段可以根据需要进行设置，但必须是用户本次在线期间内的一个时间段，其中的“第三”仅是为了与前面实施例中描述的“第一指定时间段”和“第二指定时间段”做文字上的区分。

当判断动态端口块中有端口在用户的本次在线期间内正被使用，则说明该动态端口块正在被使用，不能被释放，转而执行步骤203。

206、释放动态端口块。

当没有可供释放动态端口块，或者可供释放动态端口块被释放后，可以转而执行步骤203，以确定用户是否有新的资源分配的需求，当用户有新的资源分配需求，则会继续给用户追加分配动态端口块，从而实现在整个用户的在线期间，用户需要的端口数超过静态端口块大小时，NAT服务器能及时为用户追加分配动态端口块以满足用户需求，而当已分配的动态端口块长时间不使用时，为了提高端口块利用率将其释放，以供其它的用户使用。

由上述描述可知，图2所示的端口分配方法是在图1所示的端口分配方法的基础上，增加了动态端口块释放和重复追加动态端口块的步骤，因此，图2所示的端口分配方法除了能达到端口块利用率提高和溯源日志增加量较少的效果外，还能使动态端口块的分配更加合理，更能符合用户的需求。

下面举一个实际的例子来说明本发明的端口分配方法。

假设有用户1和用户2两个使用者共同使用一个公网IPv4地址的端口进行NAT转换。用户1主要使用网页浏览业务，使用端口数历史平均值为70个，最大值为100个。用户2更喜欢使用BT（Bit Torrent，比特洪流）软件下载文件，使用端口数历史平均值为700个，最大值为1000个。运营商为单个用户指定的最大端口数假设为2000个。按照运营商现有的端口块分配模式，为每个用户预分配具有2000个端口的端口块。则按照最大值计算，用户1的端口利用率为5%（100/2000），用户2的端口利用率为50%（1000/2000）。如果按照平均值来计算，则端口利用率更低。这样一个公网IPv4地址最多可以为32个用户使用。

在本发明提出的端口分配方法中，根据用户曾经使用过的端口数量预测给用户预分配的静态端口块的大小，通过算法确定的预测值应使预测值尽量符合用户本次访问网络时实际使用的端口数量，尽量使不使用的端口数量较少。在本例中采取的预测方法是，在不超过允许用户使用的最大端口数2000个的基础上，以每个用户历史最大值的120%端口数给用户预分配静态端口块。则给用户1预分配的静态端口块的大小为120个，给用户2预分配的端口块的大小为1200个，给它们预分配的静态端口块的大小均小于2000。

假设出现概率最大的情况下，用户1本次上线时使用的端口数量在70个左右浮动，始终小于100个。用户2本次上线使用端口数量在700个左右浮动，始终小于1000个，则预分配的静态端口块足够用户1和用户2使用，用户1的端口利用率在58%（70/120）到83%（100/120）左右浮动，用户1的端口利用率相对于现有技术提高了10倍，用户2的端口利用率也在58%（700/1200）到83%（1000/1200）左右浮动，相对于现有技术也有了明显的提升。

假设出现偶然情况，用户1使用的端口数小于100个，但用户2开了多个BT进程，使用端口数超过了历史最大值1000个，但小于1200个。由于本例中预分配给用户2的静态端口块的大小是在历史最大值（1000个）的基础上增加了20%的冗余，即1200个，因此，用户2需要使用的端口数并未超过预分配的端口数，无需额外追加的新的动态端口块。如果用户2本次访问网络的操作结束，则本次分配的静态端口块的大小（1200）会记录在历史日志中，并作为用户2曾经使用过端口数的历史最大值，下次用户2访问网络时，该新的历史最大值可以作为预分配静态端口块的依据，从而在不超过运营商允许用户使用的最大端口数2000个的基础上，为用户2预分配更大的静态端口块。

假设出现更偶然情况，用户1使用的端口数小于100个，但用户2使用了1350个端口，超过了历史极最大值1000个，也超过了本次预分配的静态端口块1200个，根据本发明实施例提供的端口分配方法，NAT服务器接收到用户2的资源耗尽请求时会给用户2追加动态端口块，假设动态端口块中端口数量指定为100，因此，需要为用户2追加2个动态端口块，使分配给用户2的端口数达到1400，从而满足用户的使用需求。此时追加的两个小端口块只增加4条日志（用户2启用两个小端口块的两条日志，和用户2释放两个小端口块的两条日志）。

如果用户2在后续的访问网络操作中使用了更多的端口但小于运营商允许用户使用的最大端口数，例如用户2使用了1450个端口，则用户2会再向NAT服务器发送资源耗尽请求，NAT服务器接收到该请求会再追加一个动态端口块，由于该动态端口块具有指定大小（100），因此用户2分配到的端口数变成了1500个，再次满足了用户的需求。如果为用户2分配的端口数量已经达到2000，但又收到了用户的资源耗尽请求，由于静态端口块与动态端口块的大小之和不能超过网络运营商指定端口块的大小，则NAT服务器不再额外增加端口块。

另外，假设用户2使用了1350个端口，在预分配具有1200个端口的静态端口块的基础上追加了2个大小为100的动态端口块，命名为动态端口块1和动态端口块2。后来用户2的一些BT业务结束了，用户2使用的端口数下降为1250个，并且追加的动态端口块2的所有端口均不再使用，则用户2的动态端口块2被释放掉，并记录动态端口块2的释放日志。则用户2使用预分配的具有1200个端口的静态端口块和1个具有100个端口的动态端口块1。

本发明实施例又提供了一种端口分配装置，如图3所示，包括：预测模块31，用于根据用户每次在线期间被分配的端口数量预测将分配给用户的静态端口块的大小；第一分配模块32，用于根据静态端口块的大小为用户预分配端口；第二分配模块33，用于当接收到用户的资源耗尽请求时，给用户追加分配具有指定数量端口的动态端口块；其中，静态端口块与动态端口块的端口数总和小于网络运营商指定端口块的大小。

该装置中各模块所执行的方法已在上述的端口分配方法的实施例中进行了详细说明，在此不再赘述。

本发明实施例提供的端口分配装置中，由于在用户访问网络时，NAT服务器中的预测模块31能根据历史日志中用户每次在线期间被分配的端口数量预测将分配给该用户的静态端口块的大小，并利用第一分配模块32根据所该静态端口块的大小为该用户预分配端口；而且当该用户需要使用的端口数大于已分配的静态端口块的大小时，第二分配模块33会根据用户的资源耗尽请求，为用户分配动态端口块，该静态端口块与动态端口块的端口数总和小于网络运营商指定端口块的大小，使得分配给用户的端口数量更符合用户的实际需求，防止端口块中过多的端口处于闲置状态，从而提高了端口块的利用率，同时也能使溯源日志增加量较少。

本发明实施例还提供了一种端口分配装置，如图4所示，包括：预测模块41，用于根据用户每次在线期间被分配的端口数量预测将分配给用户的静态端口块的大小；第一分配模块42，用于根据静态端口块的大小为用户预分配端口；第二分配模块43，用于当接收到用户的资源耗尽请求时，给用户追加分配具有指定数量端口的动态端口块，其中，静态端口块与动态端口块的端口数总和小于网络运营商指定端口块的大小；资源释放模块44，用于当动态端口块中所有端口在用户的本次在线期间内的指定时间段内未被使用，则释放动态端口块。

图4所示的端口分配装置在图3所示的端口分配装置的基础上增加了资源释放模块，因此，图4所示的端口分配装置除了能实现提高端口块利用率和溯源日志增加量较少的效果外，还能实现当已分配的动态端口块长时间不使用时，释放该动态端口块以供其它用户使用，从而进一步提高了端口块的利用率。

通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在可读取的存储介质中，如计算机的软盘，硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述的方法。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种端口分配方法，其特征在于，包括：根据历史日志中用户每次在线期间被分配的端口数量预测将分配给所述用户的静态端口块的大小；根据所述静态端口块的大小为所述用户预分配端口；当接收到所述用户的资源耗尽请求时，给所述用户追加分配具有指定数量端口的动态端口块；

所述静态端口块与所述动态端口块的端口数总和小于网络运营商指定端口块的大小。

2.根据权利要求1所述的端口分配方法，其特征在于，所述根据历史日志中用户每次在线期间被分配的端口数量预测将分配给所述用户的静态端口块的大小，包括：获取在第一指定时间段内，所述用户每次在线期间被分配的端口数量的平均值、最大值或最小值；使所述用户的静态端口块的大小等于所述平均值、所述最大值或所述最小值。

3.根据权利要求1所述的端口分配方法，其特征在于，所述根据历史日志中用户每次在线期间被分配的端口数量预测将分配给所述用户的静态端口块的大小，包括：获取在第二指定时间段内，所述用户每次在线期间被分配的端口数量的最大值；使所述用户的静态端口块的大小等于所述最大值的120%。

4.根据权利要求1所述的端口分配方法，其特征在于，所述静态端口块与所述动态端口块属于同一个IP地址。

5.根据权利要求1所述的端口分配方法，其特征在于，还包括：当所述动态端口块中所有端口在所述用户的本次在线期间内的第三指定时间段内未被使用，则释放所述动态端口块。

6.根据权利要求1或5所述的端口分配方法，其特征在于，还包括：当接收到所述用户的所述资源耗尽请求时，转而执行所述给所述用户追加分配具有指定数量端口的动态端口块的步骤。

7.一种端口分配装置，其特征在于，包括：预测模块，用于根据用户每次在线期间被分配的端口数量预测将分配给所述用户的静态端口块的大小；第一分配模块，用于根据所述静态端口块的大小为所述用户预分配端口；第二分配模块，用于当接收到所述用户的资源耗尽请求时，给所述用户追加分配具有指定数量端口的动态端口块；

其中，所述静态端口块与所述动态端口块的端口数总和小于网络运营商指定端口块的大小。

8.根据权利要求7所述的端口分配装置，其特征在于，还包括资源释放模块，用于当所述动态端口块中所有端口在所述用户的本次在线期间内的指定时间段内未被使用，则释放所述动态端口块。