CN106302222A

CN106302222A - 一种IPv4/IPv6流量转换方法及系统

Info

Publication number: CN106302222A
Application number: CN201610822117.7A
Authority: CN
Inventors: 黄友俊; 李星; 吴建平; 郝建; 郝子建
Original assignee: CERNET Corp
Current assignee: Next generation Internet major application technology (Beijing) Engineering Research Center Co Ltd
Priority date: 2016-09-13
Filing date: 2016-09-13
Publication date: 2017-01-04

Abstract

本发明提供了一种IPv4/IPv6流量转换方法及系统，方法在上行IPv4流量远远大于上行IPv6流量时，将部分IPV4流量转换为IPV6流量，使得带宽分配更加合理，提高整体带宽占用率；同时，方法还将下行IPv6流量转换为下行IPv4流量，使得根据上行IPv6流量响应的下行IPv6流量能够准确地下发至IPv4地址段中；另外，本发明的方法采用哈希环来存储IPv4地址段和IPv6地址段的对应关系，使得IPv4地址段和IPv6地址段在对应关系上满足单调性，不会发生例如IPv4地址段添加或者删除后，原IPv6地址段无法对应或对应多个IPv4地址段的情况。

Description

一种IPv4/IPv6流量转换方法及系统

技术领域

本发明属于计算机网络领域，尤其涉及一种IPv4/IPv6流量转换方法及系统。

背景技术

近年来，随着IPv4向着IPv6转换的进度加快，IPv6的应用及流量与日俱增，许多机构及企业都加入了IPv6的接入。但目前，在这个仍然是IPv4海洋，IPv6岛屿的现状下，IPv4的应用及流量往往还是远远大于IPv6的应用及流量。这样，针对同时拥有IPv4及IPv6多个出口的机构往往会出现IPv4带宽占用紧张而IPv6带宽空闲状态。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的在于，提供一种IPv4/IPv6流量转换方法及系统，能对IPv4流量和IPv6流量进行均衡，以使得带宽分配更加合理，提高整体带宽占用率。

(二)技术方案

本发明提供一种IPv4/IPv6流量转换方法，包括：

S1，将上行IPv4流量转换为上行IPv6流量；

S2，接收下行IPv6流量，其中，下行IPv6流量为响应上行IPv6流量而产生的流量；

S3，将下行IPv6流量转换为下行IPv4流量。

进一步，步骤S1包括：

判断所有上行IPv4流量中流量超过阈值的地址段，将所述地址段产生的上行IPv4流量转换为上行IPv6流量。

进一步，步骤S1中，当有多个IPv4地址段产生的上行IPv4流量超过阈值时，根据各个IPv4地址段产生的上行IPv4流量所占带宽比重，为各个IPv4地址段分配权重，并将权重最高的IPv4地址段产生的上行IPv4流量转换为上行IPv6流量。

进一步，将权重最高的IPv4地址段产生的上行IPv4流量转换为上行IPv6流量后，降低该IPv4地址段的权重。

进一步，通过哈希函数计算IPv4地址段的与IPv6地址段的哈希值，并将哈希值存储于一哈希环中，其中，IPv6地址段的哈希值与其顺时针方向第一个IPv4地址段的哈希值对应，其中，所述步骤S3中，根据哈希环中IPv6地址段的哈希值与IPv4地址段的哈希值对应关系，得到IPv6地址段与IPv4地址段的对应关系，从而将下行IPv6流量转换为下行IPv4流量。

本发明还提供一种IPv4/IPv6流量转换系统，包括：流量转换模块，用于将上行IPv4流量转换为上行IPv6流量，同时，还用于将下行IPv6流量转换为下行IPv4流量，其中，下行IPv6流量为响应上行IPv6流量而产生的流量。

进一步，系统还包括一流量分析模块，其中，流量分析模块用于判断所有上行IPv4流量中流量超过阈值的地址段，所述流量转换模块将地址段产生的上行IPv4流量转换为上行IPv6流量。

进一步，当有多个IPv4地址段产生的上行IPv4流量超过所述阈值时，流量分析模块根据各个IPv4地址段产生的上行IPv4流量所占带宽比重，为各个IPv4地址段分配权重，流量转换模块将权重最高的IPv4地址段产生的上行IPv4流量转换为上行IPv6流量。

进一步，流量分析模块将权重最高的IPv4地址段产生的上行IPv4流量转换为上行IPv6流量后，降低该IPv4地址段的权重。

进一步，系统还包括一存储模块，用于采用一哈希环存储IPv4地址段的与IPv6地址段的哈希值，其中，IPv6地址段的哈希值与其顺时针方向第一个IPv4地址段的哈希值对应，其中，流量转换模块根据所述哈希环中IPv6地址段的哈希值与IPv4地址段的哈希值对应关系，得到IPv6地址段与IPv4地址段的对应关系，从而将下行IPv6流量转换为下行IPv4流量。

(三)有益效果

本发明具有以下优点：

1、在上行IPv4流量远远大于上行IPv6流量导致IPv4的上行带宽被占用的十分紧张，而IPV6上行带宽占用反而空闲的情况下，将部分IPV4流量转换为IPV6流量，以提高带宽占用率，减少浪费，缓解部分带宽占用紧张等问题。目的是通过流量的转换来实现带宽的合理占用，避免了DNS分流导致的流量相关性，以及CDN分流在出现单点故障需要处理故障转移的问题。

2、本发明还将下行IPv6流量转换为下行IPv4流量，使得根据上行IPv6流量响应的下行IPv6流量能够准确地下发至IPv4地址段中。

3、本发明采用哈希环来存储IPv4地址段和IPv6地址段的对应关系，使得IPv4地址段和IPv6地址段在对应关系上满足单调性，不会发生例如IPv4地址段添加或者删除后，原IPv6地址段无法对应或对应多个IPv4地址段的情况。

附图说明

图1是本发明的应用场景示意图。

图2是本发明应用场景中代理服务器详细图。

图3是本发明哈希环的示意图。

图4是本发明哈希环的原理图。

图5是本发明哈希环添加节点的原理图。

图6是本发明哈希环删除节点的原理图。

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白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

首先介绍本发明一般的应用场景，如图1所示，因同时接入有IPv4网络和IPv6网络，在用户端100会同时产生上行IPv4流量和上行IPv6流量，上行IPv4流量和上行IPv6流量从用户端100分别进入交换机200中，交换机200通过上联口双栈将混合的IPv4流量和上行IPv6流量上传至代理服务器300。

如上图1所示的应用场景中，如果上行IPv4流量远大于上行IPv6流量，导致上行IPv4带宽占用率过大，而上行IPv6带宽占用率不高，这时，需要将部分的IPv4流量转换为IPv6流量，以使得带宽分配更加合理，提高带宽总体占用率。

本发明可以应用在如图1所示的代理服务器300中，以将交换机上传的上行IPv4流量转换为上行IPv6流量。代理服务器300具有3个网卡，如图1所示，网卡三303用于接收交换机上传的混合的IPv4流量和上行IPv6流量，通过本发明将部分上行IPv4流量转换为上行IPv6流量，然后，网卡一301负责转发代理服务器的上行IPv4流量至Internet，网卡二302负责转发代理服务器的上行IPv6流量至Internet400。

图2是图1中代理服务器详细图，代理服务器300包括有本发明提供的IPv4/IPv6流量转换系统，如图2所示，系统包括流量分析模块310和流量转换模块320，其中，代理服务器300接收到交换机200上传的IPv4+IPv6流量后，流量分析模块310分析各个地址段(包括IPv4地址段和IPv6地址段)的带宽占用率，如下表所示：

地址段类型	地址段编号	带宽占用率(IPv4/IPv6)
			IPv4	A	40％
IPv4	B	20％
			IPv4	C	10％
IPv6	D	10％
			IPv6	E	0％

表一

上表中，A、B、C表示3个IPv4地址段，其产生的流量所占带宽分别为40％、20％、10％，D、E表示2个IP地址段，其产生的流量所占带宽分别为10％和0％，因此，IPv4上行带宽的占用率达到了70％，而IPv6上行带宽占用率仅为10％。假设一实施例中的设定阈值为30％，A地址段的带宽占用率超过了该阈值，因此，需要将A地址段的上行IPv4流量转换为上行IPv6流量。具体地，流量转换模块320可以采用IVI技术将A的地址段映射为E的地址段，从而将A地址段产生的IPv4流量转换为E地址段产生的IPv6流量，转换后的带宽占用率如下表所示：

地址段类型	地址段编号	带宽占用率(IPv4/IPv6)
			IPv4	A	0％
IPv4	B	20％
			IPv4	C	10％
IPv6	D	10％
			IPv6	E	40％

表二

上表中，A、B、C产生的流量所占带宽分别为0％、20％、10％，D、E表产生的流量所占带宽分别为10％和40％，因此，IPv4上行带宽的占用率达到了40％，而IPv6上行带宽占用率为50％。这样使得IPv4带宽与IPv6带宽达到了相对均衡的状态。

需要说明的是，上述实施例仅为示意性地说明，实际上由于地址段众多，设定的阈值相对较小，可能某个地址段达到10％时系统即认为超过阈值，需要进行地址转换，以实现流量转换。另外，当有多个IPv4地址段产生的上行IPv4流量超过所述阈值时，流量分析模块310根据各个IPv4地址段产生的上行IPv4流量所占带宽比重，为各个IPv4地址段分配权重，流量转换模块优先将权重最高的IPv4地址段产生的上行IPv4流量转换为上行IPv6流量，转换完毕后，降低该IPv4地址段的权重，以转换其他较高权重IPv4地址段的流量。

以上描述本发明转换上行IPv4流量为上行IPv6流量的技术方案，然而，如图1所示，通过转换得到上行IPv6流量中，其源地址是IPv6地址，故Internet响应的下行IPv6流量的目的地址也应上述IPv6地址，为了使该下行IPv6流量能够顺利到达用户端100处，需要将下行IPv6流量的IPv6地址转换为IPv4地址。因此，代理服务器300中流量转换模块320还需要将下行IPv6流量转换为下行IPv4流量，以使得该Internet响应的流量能够准确到达请求的用户端100。

本发明在上行流量转换中，可以将占用率最大的IPv4地址与占用率最小的IPv6地址进行映射，这种地址映射关系是可以通过流量分析模块310通过分析带宽占用率而得到的，如A、E之间的映射。然而，在下行流量的转换中，系统无法获知A、E之间的映射关系。因此，本发明提供的IPv4/IPv6流量转换系统还包括一个存储模块330，其采用采用哈希环存储IPv4地址段的与IPv6地址段的哈希值。如图3所示，哈希环是一个具有2³²个桶的数据结构，这些桶头尾相连形成一个闭合环形。

本发明通过哈希函数，计算各个IPv4地址段和IPv6地址段的哈希值，并映射到上述的哈希环上。为了使IPv4地址段和IPv6地址段具有对应关系，如图4所示，objectl、object2、object3、object4表示4个IPv6地址段，其对应的哈希值为key1、key2、key3、key4：

Hash(object1)＝key1；

Hash(object2)＝key2；

Hash(object3)＝key3；

Hash(object4)＝key4；

NODE1、NODE2、NODE3表示三个IPv4地址段，其对应的哈希值为KEY1、KEY2、KEY3：

Hash(NODE1)＝KEY1；

Hash(NODE2)＝KEY2；

Hash(NODE3)＝KEY3。

本发明将IPv6地址段的哈希值与其顺时针方向第一个IPv4地址段的哈希值对应，如图4所示，objectl、object2、object3、object4按顺时针转动，object1对应到NODE1，object3对应到NODE2中，object2、object4对应到NODE3中，这样即找到了IPv6地址段与IPv4地址段的对应关系。在这样的部署环境中，哈希环是不会变更的，因此，流量转换模块320通过算出IPv6地址段的哈希值就能快速的定位到对应的IPv4地址段中，从而将下行IPv6流量转换为下行IPv4流量。

需要说明的是，上述各个哈希值在哈希环中的存储位置是根据流量分析模块310得到的，例如，流量分析模块310根据表1，得到A、E对应关系，从而将A、E的哈希值按固定的顺序存储在哈希环上，使得E与其顺时针方向第一个Node即为A。这样，流量转换模块320响应的下行IPv6流量得到IPv6地址段，再根据IPv6地址段在存储模块330中匹配到相应的IPv4地址段，从而将下行IPv6流量到下行IPv4流量进行映射。

本发明采用哈希环相比于现有的哈希求余算法，现有的哈希求余算法最为不妥的地方就是在有IPv6地址段的添加或者删除之后会照成大量的IPv6地址段存储位置失效，这样就大大的不满足单调性了。反观本发明的哈希环，如图5所示，如果NODE2出现故障被删除了，那么按照顺时针迁移的方法，object3将会被迁移到NODE3中，这样仅仅是object3的映射位置发生了变化，其它的没有任何的改动。如图6所示，如果往添加一个新的IPv4地址段，即在哈希环上添加一个新的节点NODE4，通过对应的哈希算法得到KEY4，并映射到环中，通过按顺时针迁移的规则，那么object2被迁移到了NODE4中，其它IPv6地址段还保持这原有的存储位置。通综上所述，本发明的哈希环在保持了单调性的同时，还使得数据的迁移达到了最小，这样的算法，避免了大量数据迁移，减小了带宽的压力。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，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。

Claims

1.一种IPv4/IPv6流量转换方法，其特征在于，包括：

S1，将上行IPv4流量转换为上行IPv6流量；

S2，接收下行IPv6流量，其中，所述下行IPv6流量为响应所述上行IPv6流量而产生的流量；

S3，将所述下行IPv6流量转换为下行IPv4流量。

2.根据权利要求1所述的IPv4/IPv6流量转换方法，其特征在于，所述步骤S1，包括：

3.根据权利要求2所述的IPv4/IPv6流量转换方法，其特征在于，所述步骤S1中，当有多个IPv4地址段产生的上行IPv4流量超过所述阈值时，根据各个IPv4地址段产生的上行IPv4流量所占带宽比重，为各个IPv4地址段分配权重，并将权重最高的IPv4地址段产生的上行IPv4流量转换为上行IPv6流量。

4.根据权利要求3所述的IPv4/IPv6流量转换方法，其特征在于，将权重最高的IPv4地址段产生的上行IPv4流量转换为上行IPv6流量后，降低该IPv4地址段的权重。

5.根据权利要求1所述的IPv4/IPv6流量转换方法，其特征在于，通过哈希函数计算IPv4地址段的与IPv6地址段的哈希值，并将所述哈希值存储于一哈希环中，其中，IPv6地址段的哈希值与其顺时针方向第一个IPv4地址段的哈希值对应，其中，所述步骤S3中，根据所述哈希环中IPv6地址段的哈希值与IPv4地址段的哈希值对应关系，得到IPv6地址段与IPv4地址段的对应关系，从而将所述下行IPv6流量转换为下行IPv4流量。

6.一种IPv4/IPv6流量转换系统，其特征在于，包括：

流量转换模块，用于将上行IPv4流量转换为上行IPv6流量，同时，还用于将下行IPv6流量转换为下行IPv4流量，其中，所述下行IPv6流量为响应所述上行IPv6流量而产生的流量。

7.根据权利要求6所述的IPv4/IPv6流量转换系统，其特征在于，还包括一流量分析模块，其中，流量分析模块用于判断所有上行IPv4流量中流量超过阈值的地址段，所述流量转换模块将所述地址段产生的上行IPv4流量转换为上行IPv6流量。

8.根据权利要求7所述的IPv4/IPv6流量转换系统，其特征在于，当有多个IPv4地址段产生的上行IPv4流量超过所述阈值时，所述流量分析模块根据各个IPv4地址段产生的上行IPv4流量所占带宽比重，为各个IPv4地址段分配权重，所述流量转换模块将权重最高的IPv4地址段产生的上行IPv4流量转换为上行IPv6流量。

9.根据权利要求8所述的IPv4/IPv6流量转换系统，其特征在于，所述流量分析模块将权重最高的IPv4地址段产生的上行IPv4流量转换为上行IPv6流量后，降低该IPv4地址段的权重。

10.根据权利要求9所述的IPv4/IPv6流量转换系统，其特征在于，还包括一存储模块，用于采用一哈希环存储IPv4地址段的与IPv6地址段的哈希值，其中，IPv6地址段的哈希值与其顺时针方向第一个IPv4地址段的哈希值对应，其中，所述流量转换模块根据所述哈希环中IPv6地址段的哈希值与IPv4地址段的哈希值对应关系，得到IPv6地址段与IPv4地址段的对应关系，从而将所述下行IPv6流量转换为下行IPv4流量。