CN105187312A - 批量终端设备进行网络通信方法、装置及路由器 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种批量终端设备进行网络通信的方法、装置及路由器，其中方法包括：根据实际接入的终端设备的总量构建至少一个虚拟IP地址；根据所述终端设备的总量为每个虚拟IP地址分配预设个数虚拟端口，将各虚拟IP地址与对应的虚拟端口号存储在NAT表中；根据所述终端设备的源IP地址和源端口号与所述NAT表中存储的虚拟IP地址与对应的虚拟端口号进行网络通信。本发明实施例能够使用有限数量的通信设备实现批量终端设备的接入。

Description

批量终端设备进行网络通信方法、装置及路由器

技术领域

本发明实施例涉及互联网技术领域，尤其涉及一种批量终端设备进行网络通信方法、装置及路由器。

背景技术

随着科技和互联网的迅速发展，越来越多的家用终端设备趋向于智能化，例如智能电表、安防监控设备、天气监控设备、水文监控设备和温度监控设备等，为便于管理和监控这些设备，需要将这些设备接入互联网，而接入互联网需要通过路由器，这就对路由器能够接入的设备的数量要求越来越高。

一般，家用路由器允许连接的终端设备的数量为1000多个，企业级路由器允许的连接终端设备的数量为1万个。以北京为例，像上述家用终端设备的数量级通常在千万级别，在原理上每款路由器在转发报文时只能用出口的一个IP来转发报文，根据TCP/IP协议对端口的范围规定为0～65535，这样就限制了端口和IP的映射关系不可能超过65536个，也就是说一个路由器最多接入65536个家用终端设备，那么，要接入千万级别的家用终端设备，需要的路由器的数量将是巨大的。

发明内容

本发明实施例提供一种批量终端设备进行网络通信方法、装置及路由器，能够使用有限数量的通信设备实现批量终端设备的接入。

第一方面，本发明实施例提供了一种批量终端设备进行网络通信的方法，包括：

根据实际接入的终端设备的总量构建至少一个虚拟IP地址；

根据所述终端设备的总量为每个虚拟IP地址分配预设个数虚拟端口，将各虚拟IP地址与对应的虚拟端口号存储在NAT表中；

根据所述终端设备的源IP地址和源端口号与所述NAT表中存储的虚拟IP地址与对应的虚拟端口号进行网络通信。

第二方面，本发明实施例还提供一种批量终端设备进行网络通信的装置，包括：

虚拟IP构建模块，用于根据实际接入的终端设备的总量构建至少一个虚拟IP地址；

虚拟端口分配模块，用于根据所述终端设备的总量为每个虚拟IP地址分配预设个数虚拟端口，将各虚拟IP地址与对应的虚拟端口号存储在NAT表中；

网络通信模块，用于根据所述终端设备的源IP地址和源端口号与所述NAT表中存储的虚拟IP地址与对应的虚拟端口号进行网络通信。

第三方面，本发明实施例还提供一种路由器，包括上述第二方面提供的批量终端设备进行网络通信的装置。

本发明实施例首先根据实际接入的终端设备的总量构建至少一个虚拟IP地址，然后为每个虚拟IP地址分配预设个数虚拟端口，将各虚拟IP地址与对应的虚拟端口号存储在NAT表中，在通信时，根据所述终端设备的源IP地址和源端口号与所述NAT表中存储的虚拟IP地址与对应的虚拟端口号进行网络通信。本发明实施例能够使用有限数量的通信设备实现批量终端设备的接入。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的批量终端设备进行网络通信的方法的流程示意图；

图2A为本发明实施例二提供的批量终端设备进行网络通信的方法的流程示意图；

图2B为本发明实施例二提供的批量终端设备进行网络通信的方法中具体适用通信场景的结构示意图；

图3为本发明实施例三提供的批量终端设备进行网络通信的装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

本发明实施例提供的批量终端设备进行网络通信的方法的执行主体，可为本发明实施例提供的批量终端设备进行网络通信的装置，或者本发明实施例提供的集成了该批量终端设备进行网络通信的装置的路由器，该批量终端设备进行网络通信的装置可以采用硬件或软件实现。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的批量终端设备进行网络通信的方法的流程示意图，如图1所示，具体包括：

步骤11、根据实际接入的终端设备的总量构建至少一个虚拟IP地址；

其中，所述终端设备为家用终端设备，包括智能电表、安防监控设备、天气监控设备、水文监控设备和温度监控设备等中的至少一种，且实际接入的终端设备的总量为大批量的，总量为万数量级以上。

其中，虚拟IP地址构建的原则为：基于本实施例的执行主体，所构建的虚拟IP地址与本实施例的执行主体(例如，路由器)的上行出口的IP地址处于同一网段内。

具体的，构建多少个虚拟IP地址，可根据实际接入的终端设备的总量及TCP/IP协议对端口的范围(规定为0～65535)确定。例如，如果实际接入的终端设备的总量为10万个，可构建2个虚拟IP地址，每个虚拟IP地址可对应5千个终端设备。

步骤12、根据所述终端设备的总量为每个虚拟IP地址分配预设个数虚拟端口，将各虚拟IP地址与对应的虚拟端口号存储在网络地址转换(NetworkAddressTranslation，NAT)表中；

其中，预设个数为小于65536个，虚拟端口的端口号处于0～65535之间。

步骤13、根据所述终端设备的源IP地址和源端口号与所述NAT表中存储的虚拟IP地址与对应的虚拟端口号进行网络通信。

其中，所述终端设备的源IP地址和源端口号可根据所述终端设备发送的数据包确定。具体的，在通信时，所述终端设备会将通信数据包发送给本发明实施例提供的批量终端设备进行网络通信的装置或路由器，该批量终端设备进行网络通信的装置或路由器通过解析所述通信数据包从包头信息中获取到。

本实施例首先根据实际接入的终端设备的总量构建至少一个虚拟IP地址，然后为每个虚拟IP地址分配预设个数虚拟端口，将各虚拟IP地址与对应的虚拟端口号存储在NAT表中，在通信时，根据所述终端设备的源IP地址和源端口号与所述NAT表中存储的虚拟IP地址与对应的虚拟端口号进行网络通信，能够使用有限数量的通信设备实现批量终端设备的接入。

示例性的，在上述实施例的基础上，根据所述终端设备的源IP地址和源端口号与所述NAT表中存储的虚拟IP地址与对应的虚拟端口号进行网络通信，包括：

根据发送上行报文的终端设备的源IP地址和源端口号，从所述NAT表中获取对应的虚拟IP地址和虚拟端口号；

使用所述虚拟IP地址和虚拟端口号将所述上行报文发送。

具体的，若所述NAT表中不存在所述源IP地址和源端口号对应的虚拟IP地址和虚拟端口号之间的映射关系，则从所述NAT表中当前不存在映射关系的虚拟IP地址和虚拟端口号中选取任一虚拟IP地址和虚拟端口号作为与所述源IP地址和源端口号对应的虚拟IP地址和虚拟端口号；若所述NAT表中存在所述源IP地址和源端口号对应的虚拟IP地址和虚拟端口号之间的映射关系，则将与所述源IP地址和源端口号存在映射关系的虚拟IP地址和虚拟端口号作为与所述源IP地址和源端口号对应的虚拟IP地址和虚拟端口号。

具体的，假设NAT表如下表一所示：

表一

如果本实施例终端设备的源IP地址和源端口号为10.0.0.100:53419，则从上述表一所示的NAT表中可知，存在与10.0.0.100:53419对应的虚拟IP地址和虚拟端口号126.10.0.2:15000，则使用126.10.0.2:15000进行通信。

如果本实施例终端设备的源IP地址和源端口号为10.1.0.100:14500，则从上述表一所示的NAT表中可知，不存在与10.1.0.100:14500对应的虚拟IP地址和虚拟端口号，则从还未建立映射关系的虚拟IP地址和虚拟端口号中随机选取一虚拟IP地址和虚拟端口号例如为126.10.0.3:15000，并建立10.1.0.100:14500与126.10.0.3:15000之间的映射关系，则使用126.10.0.3:15000进行通信，并将建立的映射关系存储在所述NAT表中，如图表一所示。

示例性的，从所述NAT表中获取对应的虚拟IP地址和虚拟端口号之后，还包括：

将所述终端设备的源IP地址和源端口号与所述虚拟IP地址和虚拟端口号之间的映射关系存储在所述NAT表中；

相应的，所述方法还包括：

根据接收下行报文的所述终端设备的虚拟IP地址和虚拟端口号，从所述NAT表存储的映射关系中确定与所述虚拟IP地址和虚拟端口号对应的源IP地址和源端口号；

使用所述源IP地址和源端口号将所述下行报文发送给所述终端设备。

例如，以上述终端设备的源IP地址和源端口号为10.1.0.100:14500为例，通过解析下行报文，可获知所述终端设备的虚拟IP地址和虚拟端口号，例如为126.10.0.2:15000，则根据上述表一所述NAT表，根据映射关系可得到所述终端设备的源IP地址和源端口号为10.1.0.100:14500，则使用所述源IP地址和源端口号将所述下行报文发送给所述终端设备。

示例性的，在上述实施例的基础上，上述方法还包括：

采用表项老化机制对所述NAT表中的映射关系进行监控，回收表资源。

具体的，可对NAT表中每项映射关系设置定时器，当到达预定时间后，则解除对应的映射关系，则对应的虚拟IP地址和虚拟端口号重新回到空闲状态，可被重新利用，这样可提高资源利用率。

上述各实施例同样根据实际接入的终端设备的总量构建至少一个虚拟IP地址，然后为每个虚拟IP地址分配预设个数虚拟端口，将各虚拟IP地址与对应的虚拟端口号存储在NAT表中，在通信时，根据所述终端设备的源IP地址和源端口号与所述NAT表中存储的虚拟IP地址与对应的虚拟端口号进行网络通信，能够使用有限数量的通信设备实现批量终端设备的接入。

实施例二

图2A为本发明实施例二提供的批量终端设备进行网络通信的方法的流程示意图，本实施例以终端设备通过路由器与服务器进行通信的场景为例，如图2B所示，其中本实施例包含10万个终端设备，源IP地址范围是10.0.0.2～10.1.255.255，网关10.0.0.1，掩码255.0.0.0；服务器的IP地址为126.10.0.9，掩码255.255.0.0，假定通讯端口为80。具体的，如图2A所示，本实施例具体包括如下步骤：

步骤21、路由器根据实际接入的终端设备的总量构建至少一个虚拟IP地址；

其中，路由器一侧源IP地址为10.0.0.1，掩码255.0.0.0，另一侧源IP地址为126.10.0.1，掩码255.255.0.0。根据10万个终端设备可构建2个虚拟IP地址，由于NAT表老化需要一定时间，为保险起见可另外增加2个虚拟IP地址，则构建的虚拟IP地址包括126.10.0.2～126.10.0.54个。

步骤22、路由器根据所述终端设备的总量为每个虚拟IP地址分配预设个数虚拟端口，将各虚拟IP地址与对应的虚拟端口号存储在网络地址转换NAT表中；

为每个IP地址分配5000个虚拟端口，虚拟端口号为15000～64999，形成下述表二所示的NAT表。

表二

步骤23、路由器收到来自终端设备的会话请求，根据终端设备的源IP地址和源端口号，从所述NAT表中获取对应的虚拟IP地址和虚拟端口号；

具体的，终端设备向服务器发起会话请求时，首先使用IP10.0.0.1将该会话发给所指的网关路由器即路由器10.0.0.1。其中，多个终端设备可同时向服务器发起会话请求，这里为便于描述，以一个终端设备的通信过程为例进行说明。假定该终端设备的源IP地址为10.0.0.100，发起会话的源端口号随机如53419，用10.0.0.100:53419->126.10.0.9:80表示会话。

根据源IP地址和源端口号10.0.0.100：53419查找上述NAT表，上述NAT表中不存在10.0.0.100：53419对应的虚拟IP地址和虚拟端口号之间的映射关系，则从所述NAT表中当前不存在映射关系的虚拟IP地址和虚拟端口号中选取任一虚拟IP地址和虚拟端口号作为与所述源IP地址和源端口号对应的虚拟IP地址和虚拟端口号，例如为126.10.0.2:15000，则10.0.0.100:53419和126.10.0.2:15000组成映射关系存储在所述NAT表中。

步骤24、路由器使用所述虚拟IP地址和虚拟端口号将所述会话请求发送给服务器；

即用原来终端设备与服务器间的会话由10.0.0.100:53419->126.10.0.9:80变为126.10.0.2:15000->126.10.0.9:80，所述路由器使用虚拟IP地址和虚拟端口号126.10.0.2:15000将会话请求发送给服务器。

步骤25、服务器收到会话请求，向路由器返回应答消息；

具体的，服务器通过会话126.10.0.9:80->126.10.0.2:15000，将应答消息返回给路由器。

如果此时服务器没有虚拟IP地址126.10.0.2的地址解析协议(AddressResolutionProtocol，ARP)表，即服务器还不知道虚拟IP126.10.0.2对应的物理地址，服务器向各终端设备发送ARP广播请求，持有该虚拟IP的设备给出ARP回应，服务器建立起虚拟IP126.10.0.2的ARP表。

步骤26、路由器接收服务器返回的应答消息，根据所述终端设备的虚拟IP地址和虚拟端口号，从所述NAT表存储的映射关系中确定与所述虚拟IP地址和虚拟端口号对应的源IP地址和源端口号；

路由器接收服务器返回的应答消息，根据会话126.10.0.9:80->126.10.0.2:15000中的虚拟IP地址126.10.0.2:15000查上述NAT表，确定表项中存在10.0.0.100:53419和126.10.0.2:15000的映射关系，用源IP地址和源端口号10.0.0.100:53419对会话回应的目的IP和目的端口进行替换，替换完成后变成会话126.10.0.9:80->10.0.0.100:53419。

步骤27、路由器使用所述源IP地址和源端口号将所述下行报文发送给所述终端设备。

本实施例同样根据实际接入的终端设备的总量构建至少一个虚拟IP地址，然后为每个虚拟IP地址分配预设个数虚拟端口，将各虚拟IP地址与对应的虚拟端口号存储在NAT表中，在通信时，根据所述终端设备的源IP地址和源端口号与所述NAT表中存储的虚拟IP地址与对应的虚拟端口号进行网络通信，能够使用有限数量的通信设备实现批量终端设备的接入。

实施例三

图3为本发明实施例三提供的批量终端设备进行网络通信的装置的结构示意图，如图3所示，具体包括：虚拟IP构建模块31、虚拟端口分配模块32和网络通信模块33；

所述虚拟IP构建模块31用于根据实际接入的终端设备的总量构建至少一个虚拟IP地址；

所述虚拟端口分配模块32用于根据所述终端设备的总量为每个虚拟IP地址分配预设个数虚拟端口，将各虚拟IP地址与对应的虚拟端口号存储在NAT表中；

所述网络通信模块33用于根据所述终端设备的源IP地址和源端口号与所述NAT表中存储的虚拟IP地址与对应的虚拟端口号进行网络通信。

本实施例所述的批量终端设备进行网络通信的装置用于执行上述各实施例所述的批量终端设备进行网络通信的方法，其技术原理和产生的技术效果类似，这里不再累述。

示例性的，在上述实施例的基础上，所述网络通信模块33包括：映射关系确定单元331和上行报文发送单元332；

所述映射关系确定单元331用于根据发送上行报文的终端设备的源IP地址和源端口号，从所述NAT表中获取对应的虚拟IP地址和虚拟端口号；

所述上行报文发送单元332用于使用所述虚拟IP地址和虚拟端口号将所述上行报文发送。

示例性的，所述网络通信模块33还包括：映射关系存储单元333、映射关系还原单元334和下行报文发送单元335；

所述映射关系存储单元333用于在所述映射关系确定单元331从所述NAT表中获取对应的虚拟IP地址和虚拟端口号之后，将所述终端设备的源IP地址和源端口号与所述虚拟IP地址和虚拟端口号之间的映射关系存储在所述NAT表中；

所述映射关系还原单元334用于根据接收下行报文的所述终端设备的虚拟IP地址和虚拟端口号，从所述NAT表存储的映射关系中确定与所述虚拟IP地址和虚拟端口号对应的源IP地址和源端口号；

所述下行报文发送单元335用于使用所述源IP地址和源端口号将所述下行报文发送给所述终端设备。

示例性的，所述映射关系确定单元331具体用于：

若所述NAT表中不存在所述源IP地址和源端口号对应的虚拟IP地址和虚拟端口号之间的映射关系，则从所述NAT表中当前不存在映射关系的虚拟IP地址和虚拟端口号中选取任一虚拟IP地址和虚拟端口号作为与所述源IP地址和源端口号对应的虚拟IP地址和虚拟端口号；

若所述NAT表中存在所述源IP地址和源端口号对应的虚拟IP地址和虚拟端口号之间的映射关系，则将与所述源IP地址和源端口号存在映射关系的虚拟IP地址和虚拟端口号作为与所述源IP地址和源端口号对应的虚拟IP地址和虚拟端口号。

示例性的，所述装置还包括：表资源回收模块34；

所述表资源回收模块34用于采用表项老化机制对所述NAT表中的映射关系进行监控，回收表资源。

上述各实施例所述的批量终端设备进行网络通信的装置同样用于执行上述各实施例所述的批量终端设备进行网络通信的方法，其技术原理和产生的技术效果类似，这里不再累述。

实施例四

本发明实施例还提供一种路由器，包括上述各实施例所述的批量终端设备进行网络通信的装置。

本实施例所述的路由器用于执行上述各实施例所述的批量终端设备进行网络通信的方法，其技术原理和产生的技术效果类似，这里不再累述。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种批量终端设备进行网络通信的方法，其特征在于，包括：

根据实际接入的终端设备的总量构建至少一个虚拟IP地址；

根据所述终端设备的总量为每个虚拟IP地址分配预设个数虚拟端口，将各虚拟IP地址与对应的虚拟端口号存储在网络地址转换NAT表中；

根据所述终端设备的源IP地址和源端口号与所述NAT表中存储的虚拟IP地址与对应的虚拟端口号进行网络通信。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述终端设备的源IP地址和源端口号与所述NAT表中存储的虚拟IP地址与对应的虚拟端口号进行网络通信，包括：

根据发送上行报文的终端设备的源IP地址和源端口号，从所述NAT表中获取对应的虚拟IP地址和虚拟端口号；

使用所述虚拟IP地址和虚拟端口号将所述上行报文发送。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，从所述NAT表中获取对应的虚拟IP地址和虚拟端口号之后，还包括：

将所述终端设备的源IP地址和源端口号与所述虚拟IP地址和虚拟端口号之间的映射关系存储在所述NAT表中；

相应的，所述方法还包括：

根据接收下行报文的所述终端设备的虚拟IP地址和虚拟端口号，从所述NAT表存储的映射关系中确定与所述虚拟IP地址和虚拟端口号对应的源IP地址和源端口号；

使用所述源IP地址和源端口号将所述下行报文发送给所述终端设备。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，从所述NAT表中获取对应的虚拟IP地址和虚拟端口号，包括：

若所述NAT表中不存在所述源IP地址和源端口号对应的虚拟IP地址和虚拟端口号之间的映射关系，则从所述NAT表中当前不存在映射关系的虚拟IP地址和虚拟端口号中选取任一虚拟IP地址和虚拟端口号作为与所述源IP地址和源端口号对应的虚拟IP地址和虚拟端口号；

若所述NAT表中存在所述源IP地址和源端口号对应的虚拟IP地址和虚拟端口号之间的映射关系，则将与所述源IP地址和源端口号存在映射关系的虚拟IP地址和虚拟端口号作为与所述源IP地址和源端口号对应的虚拟IP地址和虚拟端口号。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：

采用表项老化机制对所述NAT表中的映射关系进行监控，回收表资源。

6.一种批量终端设备进行网络通信的装置，其特征在于，包括：

虚拟IP构建模块，用于根据实际接入的终端设备的总量构建至少一个虚拟IP地址；

虚拟端口分配模块，用于根据所述终端设备的总量为每个虚拟IP地址分配预设个数虚拟端口，将各虚拟IP地址与对应的虚拟端口号存储在NAT表中；

网络通信模块，用于根据所述终端设备的源IP地址和源端口号与所述NAT表中存储的虚拟IP地址与对应的虚拟端口号进行网络通信。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述网络通信模块，包括：

映射关系确定单元，用于根据发送上行报文的终端设备的源IP地址和源端口号，从所述NAT表中获取对应的虚拟IP地址和虚拟端口号；

上行报文发送单元，用于使用所述虚拟IP地址和虚拟端口号将所述上行报文发送。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述网络通信模块，还包括：

映射关系存储单元，用于在所述映射关系确定单元从所述NAT表中获取对应的虚拟IP地址和虚拟端口号之后，将所述终端设备的源IP地址和源端口号与所述虚拟IP地址和虚拟端口号之间的映射关系存储在所述NAT表中；

映射关系还原单元，用于根据接收下行报文的所述终端设备的虚拟IP地址和虚拟端口号，从所述NAT表存储的映射关系中确定与所述虚拟IP地址和虚拟端口号对应的源IP地址和源端口号；

下行报文发送单元，用于使用所述源IP地址和源端口号将所述下行报文发送给所述终端设备。

9.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，映射关系确定单元，具体用于：

若所述NAT表中不存在所述源IP地址和源端口号对应的虚拟IP地址和虚拟端口号之间的映射关系，则从所述NAT表中当前不存在映射关系的虚拟IP地址和虚拟端口号中选取任一虚拟IP地址和虚拟端口号作为与所述源IP地址和源端口号对应的虚拟IP地址和虚拟端口号；

若所述NAT表中存在所述源IP地址和源端口号对应的虚拟IP地址和虚拟端口号之间的映射关系，则将与所述源IP地址和源端口号存在映射关系的虚拟IP地址和虚拟端口号作为与所述源IP地址和源端口号对应的虚拟IP地址和虚拟端口号。

10.一种路由器，其特征在于，包括权利要求6～9任一项所述的批量终端设备进行网络通信的装置。