CN106713523A - 基于sctp的网络地址转换方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及网络技术领域，并公开了一种基于SCTP的网络地址转换方法，该方法根据已知的内网与外网的IP参数列表分别建立独立的哈希表并互为索引关联，在基于SCTP建立通讯时对内网IP与外网IP作整体替换。在本发明中，在SCTP多宿主建立通讯时，可避免握手信息中由于存在多IP时需要进行逐条转换并替换的缺陷，降低了网络地址转换的复杂性，减低了NAT设备的负荷。

Description

基于SCTP的网络地址转换方法
技术领域
本发明涉及网络技术领域，尤其涉及一种基于SCTP的网络地址转换方法。
背景技术
流量控制协议(SCTP)是一种用以IP网络中新的传输层协议，其基于TCP协议的基础上改进而来，并与IPv6网络协议相结合，以在IP网络上传输消息为目的的一种传输层协议。SCTP结合了用户数据报协议(User Datagram Protocol，UDP)保留边界的报文传输和TCP可靠有序的特点。同时，SCTP还支持多归属功能和多流功能，尤其是多归属功能使得SCTP可以用于异构网络接入场景中，作为异构网络无缝切换首选的传输层解决方案，有效弥补了TCP或者UDP无法解决异构网络切换问题的不足，使得SCTP在IPv6网络进入目前主流的IPv4网络之中，用于构建异构接入网络无缝切换的应用场景。
供应商(例如云计算供应商)都是同时租用多条链路来为功用户提供互联网接入或者云计算产品服务。由于IPv4地址资源有限，因此需要进行网络地址转换。NAT网关通过IP包头地址和协议头端口转换来实现内网与外网间的通信。为了充分利用有限的IP地址资源，经过NAT转换后的内网地址会分布在供应商的服务器的资源池中，并通过负载均衡设备实现内网地址分配，以实现用户对特定资源或者应用所发起的访问，以实现负载均衡。
SCTP在实现可靠传输和拥塞控制机制源于传统的TCP。与TCP相比，SCTP增加了对多宿主(Multi-horming)的支持。一个SCTP报文包含了一个公共的报文头(common header)与若干数据块(chunk)。每个数据块中既可以包含控制信息，也可以包含用户数据。除了INIT、INIT_ACK和SHUTDOWN_COMPLETE外，其他类型的多个数据块可以捆绑在一个SCTP报文中，以满足对低层时适合通路(Maximum Transmission Unit，MTU)大小的要求。
但是，在现有NAT网关在SCTP多宿主的数据包转发过程中，存在内网与外网SCTP两端无法建立数据报文链接的问题。其原因是，基于现有技术中的SCTP在用户与服务器建立链接的过程中，需要通过四次握手以完成链接。虽然现有技术中存在对UDP包头的再封装技术，但是这种现有技术并不适合多宿主的场合，因为在多宿主的场合，Client端与Server端之间IP地址是无法实现有效识别，从而导致握手失败。由于在多次握手过程中，会向对端描述本端的多链路地址，由于内网与外网的IP地址的描述方式的差异，从而导致本端与对端之间无法互通，并且存在操作不透明的缺陷。在现有技术中，为了在多宿主的应用场景下，需要在Client端与Server端之间均执行相应的配置操作，从而存在配置繁琐的问题。
有鉴于此，有必要对目前云服务的服务器中的网关及防火墙中的NAT功能或者NAT设备进行优化，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于公开一种基于SCTP的网络地址转换方法，用以在多宿主的应用环境下的网络地址转换，以实现内网与外网两端的主机能够识别对端的网络地址，以建立多宿主环境下的SCTP链接，同时提高网络地址转换过程的透明性。
为实现上述发明目的，本发明提供了基于SCTP的网络地址转换方法，其特征在于，根据已知的内网与外网的IP参数列表分别预先构建彼此独立且被配置以形成为互为映射关系的两个哈希表，在建立SCTP偶联时，对通过查找两个哈希表，将内网IP与外网IP作整体替换。
作为本发明的进一步改进，该方法具体包括以下步骤：
S1、在建立SCTP偶联的过程中，根据外网IP构建握手信息中的INIT或者INIT_ACK所包含的IP chunk参数，并根据IP chunk参数的格式将外网IP映射到预先构建的第一哈希表中，根据内网IP构建握手信息中的INIT及INIT_ACK所包含的IP chunk参数，并根据IPchunk参数的格式将内网IP映射到预先构建的第二哈希表，所述第一哈希表与第二哈希表之间配置为映射关系；
S2、筛选出INIT或者INIT_ACK所包含的IP chunk参数的帧结构，根据数据报文的转发方向，在第一哈希表或者第二哈希表中查找到含源端IP地址集中的IP chunk参数，计算对应IP chunk参数的哈希值；
S3、以步骤S2中的哈希值为索引，遍历查找第二哈希表，以根据第一哈希表和第二哈希表的映射关系，找到第一哈希表所对应的预先构建的含外网IP地址集的IP chunk参数，并作整体替换。
作为本发明的进一步改进，所述INIT及INIT_ACK的参数类型是0x1或0x2；所述IPchunk参数的参数类型是0x5或0x6。
作为本发明的进一步改进，还包括，当数据报文自外网发送至内网时，执行DNAT操作；当数据报文自内网发送至外网时，执行SNAT操作。
作为本发明的进一步改进，所述在执行步骤S3之后，包括：重新计算SCTP包头校验值的步骤。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：在SCTP多宿主建立偶联的过程中，避免了握手信息中由于存在多IP时需要进行逐条转换并替换的缺陷，降低了网络地址转换的复杂性，减低了NAT设备的负荷。
附图说明
图1为基于本发明在一种网络实例中基于SCTP进行网络地址转换的示意图；
图2为SCTP的数据格式图；
图3为INIT的数据格式图；
图4为INIT_ACK的数据格式图；
图5为由内网IP构建的INIT及INIT_ACK的数据格式图；
图6为根据INIT及INIT_ACK的帧结构查找本端IP地址集或者对端IP地址集的数据格式图。
图7为预先构建并被配置为映射关系的第一哈希表与第二哈希表的示意图；
具体实施方式
下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。
请参图1至图6所示出的本发明一种基于SCTP的网络地址转换方法的一种具体实施方式。
在本实施方式中，SNAT操作是指，内网设备经过防火墙(或路由器等)接入到互联网时，按内网设备的所具有的不同IP地址，对应选择不同的外网接口(电信、联通等)。即，根据源IP地址在网络出口进行对应设置。DNAT操作是指，外网(互联网)用户访问向内网防火墙的外网IP所提供的服务(http、ssh、ftp等)时，将防火墙外网IP提供的服务映射回防火墙的DMZ服务器或者内网服务器。
预先构建内网IP与外网IP的参数列表并建立相关哈希表为索引，对SCTP多宿主(multi-homing)情况下的双向握手信息，如INIT及INIT_ACK所包含的内网地址或者外网地址集作整体替换，避免了握手信息携带多IP情况下依次对所含IP进行比对替换，降低了替换的复杂度，从而高效建立SCTP多宿主链接，降低了NAT设备对内、外网在IP地址转换过程中的复杂性与可靠性。
需要说明的是，在本说明书中术语“内网”与术语“外网”是相对而言的，术语“源IP地址”与术语“目的IP地址”也是相对而言的，并可根据数据报文的流向确定“内网”与“外网”、“源IP地址”与“目的IP地址”。
本实施例所示出的基于SCTP的网络地址转换方法用于在建立SCTP偶联过程中用于为内网与外网两端的主机(HOST)正确识别对端的IP地址，从而建立SCTP多宿主(MultiHoming)链接。
参图1所示，根据已知内网IP、外网IP及端口信息对内网IP、外网IP的IP地址进行替换。IP地址和端口分别包含源IP地址和目的IP地址，SCTP源端口和目的端口。
首先根据数据报文的数据流转发方向，分别对IP头部Source Address或Destination Address对进行NAT操作。
若数据报文从网关或防火墙内部发往外部(即外网)，则进行SNAT操作。例如，将源IP地址由172.16.1.2替换为NAT设备外部地址10.10.1.2相应代码如下所示：ip->ip_src.s_addr＝outerIp。
若数据报文从网关或防火墙外部发往内部(即内网)，则进行DNAT操作。例如，将目的IP地址由10.10.1.2替换为NAT设备外部地址172.16.1.2，则相应代码如下所示：ip->ip_dst.s_addr＝innerIp。
结合图7所示，在本实施例中，避免了对内网IP或者内网IP进行过多描述，降低了NAT设备的开销，提高了建立SCTP偶联过程中的网络地址转换效率。该基于SCTP的网络地址转换方法具体包括以下步骤。
步骤S1、在建立SCTP偶联的过程中，根据外网IP构建握手信息中的INIT或者INIT_ACK所包含的IP chunk参数，并根据IP chunk参数的格式将外网IP映射到预先构建的第一哈希表10中，根据内网IP构建握手信息中的INIT及INIT_ACK所包含的IP chunk参数，并根据IP chunk参数的格式将内网IP映射到预先构建的第二哈希表20，所述第一哈希表10与第二哈希表20之间配置为映射关系。在本实施例中，步骤S1所构建出的IP chunk参数的数据格式参图5中虚线框中的内容所示。
该步骤S1中，该INIT或者INIT_ACK的参数类型是0x1或0x2。SCTP、INIT及INIT_ACK的数据格式分别参图2、图3及图4所示。
需要说明的是，在本实施方式中，该第一哈希表10与第二哈希表20均根据握手信息中的INIT及INIT_ACK所包含的IP chunk参数预先构建并存储于计算机中，当然可仅根据INIT或者INIT_ACK中任意一个消息类型所含的IP chunk参数单独预先构建该第一哈希表10与第二哈希表20，用以表征内网IP与外网IP的属性。
在本实施方式中，筛选出INIT或者INIT_ACK所包含的IP chunk的帧结构的代码如下所示：
示范性的，参图1所示，在本实施例中，在网络地址转换设备(NAT)内部使用了三个外网IP，即172.10.1.2、172.12.1.2、172.14.1.2，而在网络地址转换设备(NAT)则分别映射10.10.1.0/24、10.12.1.0/24和10.14.1.0/24的网络。
内网IP构建出如图5所示出的由内网IP构建的INIT及INIT_ACK的格式图。
步骤S2、筛选出的INIT或者INIT_ACK所包含的IP chunk参数的帧结构，根据数据报文的转发方向，在第一哈希表10或者第二哈希表20中查找含源端IP地址集中的IP chunk参数，并计算IP chunk参数的哈希值。其中，IP chunk参数的参数类型是0x5或0x6。实现该步骤S2的代码如下所示：
步骤S3、以步骤S2中计算得到的哈希值为索引，遍历查找第二哈希表20，并根据第一哈希表10与第二哈希表20的映射关系，找到第一哈希表10所对应的预先构建的外网IP地址集的IP Chunk参数，并作整体替换。
在进行INIT或INIT_ACK含IP chunk参数的内网与外网之间实现NAT转换时，只需对从网关或防火墙内部发往外部的报文数据进行SNAT操作，从外部发往网关或防火墙内部的无需操作，相应代码如下所示：
rte_memcpy(chunk_dst,chunk_outerIP,chunk_len)；
在步骤S3中，若遍历查找失败，则根据现有技术中的NAT转换方法逐一检查INIT及INIT_ACK中所对应的IP并逐一进行替换，且相应代码如下所示：
由于上述步骤S3中，对SCTP消息进行了修改，需要对SCTP checksum进行重新计算，以避免由于SCTP checksum校验失败被链路上其他协议栈丢弃，SCTP checksum的具体计算方法不在本专利描述范围内，并可参考https://tools.ietf.org/html/rfc4960所示。
优选的，在步骤S3执行完毕之后，还包括重新计算SCTP包头校验值(CRC)的步骤，以保证数据报文在经过NAT设备执行网络地址转换后，数据的一致性与正确性。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.基于SCTP的网络地址转换方法，其特征在于，根据已知的内网与外网的IP参数列表分别预先构建彼此独立且被配置以形成为互为映射关系的两个哈希表，在建立SCTP偶联时，对通过查找两个哈希表，将内网IP与外网IP作整体替换。
2.根据权利要求1所述的基于SCTP的网络地址转换方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：
S1、在建立SCTP偶联的过程中，根据外网IP构建握手信息中的INIT或者INIT_ACK所包含的IP chunk参数，并根据IP chunk参数的格式将外网IP映射到预先构建的第一哈希表中，根据内网IP构建握手信息中的INIT及INIT_ACK所包含的IP chunk参数，并根据IPchunk参数的格式将内网IP映射到预先构建的第二哈希表，所述第一哈希表与第二哈希表之间配置为映射关系；
S2、筛选出INIT或者INIT_ACK所包含的IP chunk参数的帧结构，根据数据报文的转发方向，在第一哈希表或者第二哈希表中查找到含源端IP地址集中的IP chunk参数，计算对应IP chunk参数的哈希值；
S3、以步骤S2中的哈希值为索引，遍历查找第二哈希表，以根据第一哈希表和第二哈希表的映射关系，找到第一哈希表所对应的预先构建的含外网IP地址集的IP chunk参数，并作整体替换。
3.根据权利要求2所述的基于SCTP的网络地址转换方法，其特征在于，所述INIT及INIT_ACK的参数类型是0x1或0x2；所述IP chunk参数的参数类型是0x5或0x6。
4.根据权利要求1所述的基于SCTP的网络地址转换方法，其特征在于，还包括，当数据报文自外网发送至内网时，执行DNAT操作；当数据报文自内网发送至外网时，执行SNAT操作。
5.根据权利要求1所述的基于SCTP的网络地址转换方法，其特征在于，所述在执行步骤S3之后，包括：重新计算SCTP包头校验值的步骤。
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