CN111131047A - 实现家庭宽带从IPv4过渡至IPv6的转换控制系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种实现家庭宽带从IPv4过渡至IPv6的转换控制系统，包括用户侧转换节点模块，部署于用户侧，用于实现IPv4至IPv6的无状态翻译；中心转换节点模块，部署于出口侧，且与出口路由器和核心路由器相连接，用于实现IPv6至IPv4的转换；业务流传输模块，与所述的用户侧转换节点模块和中心转换节点模块相连接，用于实现业务流在用户侧转换节点和中心转换节点之间的单栈传输。本发明还涉及一种实现家庭宽带从IPv4过渡至IPv6的转换控制方法。采用了本发明的实现家庭宽带从IPv4过渡至IPv6的转换控制系统及其方法，通过无状态翻译过渡技术来构建家庭宽带，能为家庭宽带用户提供更加优质的宽带和网络资源服务，彻底解决家庭宽带业务IPv4地址不足的问题，可彻底解决IP地址不足的问题。

Description

实现家庭宽带从IPv4过渡至IPv6的转换控制系统及其方法
技术领域
本发明涉及通信网络技术领域，具体涉及一种实现家庭宽带从IPv4过渡至IPv6的转换控制系统及其方法。
背景技术
随着移动互联网、物联网、工业4.0等新兴产业迅速发展，接入网络的终端数量呈指数级增长。从传统的PC、手机，到未来无处不在的物联网终端，都需要通过IP地址接入互联网，而目前IPv4地址已经全部分配完毕，地址紧缺的问题十分严峻。作为各大运营商最重要业务之一的家庭宽带，过去一直选择在IPv4方面通过地址复用(A+P)方式缓解IPv4快速消耗的压力，但是NAT设备投入巨大，各类业务应用也或多或少受到影响。因此，需要设计一种实现家庭宽带从IPv4过渡至IPv6的转换控制系统及其方法，彻底解决IP地址不足的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种实现家庭宽带从IPv4过渡至IPv6的转换控制系统及其方法。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种实现家庭宽带从IPv4过渡至IPv6的转换控制方法，包括IPv4业务流终端上传控制和IPv4业务流家庭网络下行控制，其中：
（1）所述IPv4业务流终端上传控制，在IPv4业务流从用户侧转换节点上行时执行，操作步骤如下：
将到达用户侧转换节点的IPv4报头翻译成IPv6报头；
将翻译的IPv6报头以IPv6单栈方式传输给中心转换节点；
将到达中心转换节点的IPv6报头解封装成IPv4报头；
根据解封装的IPv4报头查IPv4路由表，进行路由转发；
（2）所述IPv4业务流家庭网络下行控制，在IPv4业务流从出口路由器下行时执行，操作步骤如下：
将到达中心转换节点的IPv4报头翻译成IPv6报头；
将翻译的IPv6报头以IPv6单栈方式传输给用户侧转换节点；
将到达用户侧转换节点的IPv6报头解封装成IPv4报头。
一种实现家庭宽带从IPv4过渡至IPv6的转换控制系统，包括部署于用户侧转换节点处的第一IPv4地址翻译模块、第一IPv6报头解封装模块，部署于中心转换节点处的第二IPv4地址翻译模块、第二IPv6报头解封装模块、路由转发模块，以及部署于用户侧转换节点和中心转换节点之间的业务流传输模块，其中：
所述第一IPv4地址翻译模块、第二IPv4地址翻译模块、路由转发模块在IPv4业务流终端上传时运行，所述第一IPv4地址翻译模块用于将到达用户侧转换节点的IPv4报头翻译成IPv6报头，所述第二IPv4地址翻译模块用于将到达中心转换节点的IPv6报头解封装成IPv4报头，所述路由转发模块用于根据解封装的IPv4报头查IPv4路由表进行路由转发；
所述第一IPv6报头解封装模块、第二IPv4地址翻译模块在IPv4业务流家庭网络下行时运行，所述第二IPv4地址翻译模块用于将到达中心转换节点的IPv4报头翻译成IPv6报头，所述第二IPv4地址翻译模块用于将到达用户侧转换节点的IPv6报头解封装成IPv4报头；
所述业务流传输模块用于实现翻译的IPv6报头在用户侧转换节点和中心转换节点之间传输。
一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现IPv4业务流终端上传控制和IPv4业务流家庭网络下行控制，具体如下：
（1）所述IPv4业务流终端上传控制，在IPv4业务流从用户侧转换节点上行时执行，操作步骤如下：
将到达用户侧转换节点的IPv4报头翻译成IPv6报头；
将翻译的IPv6报头以IPv6单栈方式传输给中心转换节点；
将到达中心转换节点的IPv6报头解封装成IPv4报头；
根据解封装的IPv4报头查IPv4路由表，进行路由转发；
（2）所述IPv4业务流家庭网络下行控制，在IPv4业务流从出口路由器下行时执行，操作步骤如下：
将到达中心转换节点的IPv4报头翻译成IPv6报头；
将翻译的IPv6报头以IPv6单栈方式传输给用户侧转换节点；
将到达用户侧转换节点的IPv6报头解封装成IPv4报头。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现实现IPv4业务流终端上传控制和IPv4业务流家庭网络下行控制，具体如下：
（1）所述IPv4业务流终端上传控制，在IPv4业务流从用户侧转换节点上行时执行，操作步骤如下：
将到达用户侧转换节点的IPv4报头翻译成IPv6报头；
将翻译的IPv6报头以IPv6单栈方式传输给中心转换节点；
将到达中心转换节点的IPv6报头解封装成IPv4报头；
根据解封装的IPv4报头查IPv4路由表，进行路由转发；
（2）所述IPv4业务流家庭网络下行控制，在IPv4业务流从出口路由器下行时执行，操作步骤如下：
将到达中心转换节点的IPv4报头翻译成IPv6报头；
将翻译的IPv6报头以IPv6单栈方式传输给用户侧转换节点；
将到达用户侧转换节点的IPv6报头解封装成IPv4报头。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：实现家庭宽带从IPv4过渡至IPv6的转换控制系统及其方法，通过无状态翻译过渡技术来构建家庭宽带，能为家庭宽带用户提供更加优质的宽带和网络资源服务，彻底解决家庭宽带业务IPv4地址不足的问题，避免因NAT设备投入巨大使各类业务应用受到的影响。
附图说明
图1为本发明实现家庭宽带从IPv4过渡至IPv6的转换控制系统的整体架构示意图。
图2为本发明实现家庭宽带从IPv4过渡至IPv6的转换控制方法的流程图。
图3为本发明传输层端口号的映射规则图。
图4为本发明IPv4至IPv6的无状态的映射方法图。
图5为本发明通过IPv4地址合成IPv6的示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本发明涉及用户侧转换节点和中心转换节点两个部分，如图1所示：
1）用户侧转换节点：软硬件解耦的白盒设备，软件部署在硬件用户侧转换节点设备上，硬件部署在用户侧，实现用户侧转换节点基本功能和MAP-T（利用翻译实现地址和端口的映射）方案中的CE节点（用户侧设备，服务提供商所连接的用户端路由器）功能；
2）中心转换节点：部署在出口侧，以软件方式部署在X86服务器上。中心转换节点与出口路由器、核心路由器相连，实现MAP-T方案中的BR节点（局端设备，服务提供商提供的中心转换设备）功能。
在用户侧转换节点到中心转换节点，网络部署IPv6单栈协议。对于IPv6终端的业务流采用Native IPv6进行承载；对于IPv4终端的业务流量，本发明提供一种实现家庭宽带从IPv4过渡至IPv6的转换控制方法及其系统，在用户侧转换节点和中心转换节点之间建立IPv6通道。
如图2所示，实现家庭宽带从IPv4过渡至IPv6的转换控制方法，包括IPv4业务流终端上传控制和IPv4业务流家庭网络下行控制，其中：
（1）所述IPv4业务流终端上传控制，在IPv4业务流从用户侧转换节点上行时执行，操作步骤如下：
将到达用户侧转换节点的IPv4报头翻译成IPv6报头；
将翻译的IPv6报头以IPv6单栈方式传输给中心转换节点；
将到达中心转换节点的IPv6报头解封装成IPv4报头；
根据解封装的IPv4报头查IPv4路由表，进行路由转发；
（2）所述IPv4业务流家庭网络下行控制，在IPv4业务流从出口路由器下行时执行，操作步骤如下：
将到达中心转换节点的IPv4报头翻译成IPv6报头；
将翻译的IPv6报头以IPv6单栈方式传输给用户侧转换节点；
将到达用户侧转换节点的IPv6报头解封装成IPv4报头。
从IPv4地址和传输层端口来看，32bit的IPv4地址容量有限，16bit的传输层端口（Transport port）目前使用不多。因此一些实施例中，在将IPv4报头翻译成IPv6报头，以及将IPv6报头解封装成IPv4报头时，采用将IPv4公网地址+端口映射成IPv4私网地址的“A+P”的地址映射规则，通过借用传输层端口来扩展IPv4地址。
如图3所示，IPv4地址的32bit划分为IPv4地址转换规则、IPv4地址后缀两部分，传输层端口号的16bit划分为A、Port-Set ID和M三部分。IPv4与IPv6的地址映射，通过IPv4地址的一部分和传输层端口的一部分特征值嵌入到IPv6地址中实现，IPv4地址选的特征部分是IPv4-Addr-suffix，Port-Set选择的是Port-Set ID，将IPv4的地址信息和端口信息与IPv6地址建立了强关联，形成无状态的映射。无状态的映射方法如图4所示。
如图4所示，可以看出，获得End-user IPv6-prefix、Rule-IPv6-prefix、EA-bits、Rule-IPv4、Port-Set ID offset（即图中的PSID）就能推导出公网IPv4地址和端口序列。因此本系统采用IPv4 address和Port-Set ID的值组合形成Interface ID来标识MAP-CE（即服务商提供的用户侧设备），再与End-user IPv6-prefix一起合成IPv6地址，作为MAP-CE在MAP Domain（映射域）中的唯一标识。
IPv6地址向IPv4地址的映射过程，如图5所示。对于IPv4 address字段，若分配了一个公网IPv4地址，则IPv4address字段填写分配的IPv4地址，长度是32比特，如果分配了IP-prefix，即分配一段地址给IPv4用户（有可能是个企业用户），则IPv4address字段需要右填0补齐，比如给用户分配IPv4-prefix=“192.0.2.0/29”, 则此处IPv4address字段需要填写“0xC0000200”（十六进制）。
对于Port-Set ID字段，若EA-bits位提取的Port-Set ID值不足16bit时，左填0补充，如:Port-Set ID=“0xAC”，则此处的Port-Set ID字段填“0x00AC”，如果分配了IPv4-prefix或者独享的IPv4-address时，则没有Port-Set ID值可以提取，则此处的Port-SetID字段填写“0x0000”。
至此，本系统中的IPv4地址共享型用户的IPv4地址和端口已经和IPv6地址建立了无状态映射所需的强关联关系，并可以构建IPv6地址在MAP域中唯一地标识此用户。
以上是IPv4-IPv6-IPv4的地址和端口映射方法，在IPv4-IPv6映射的过程中，需要为用户提供IPv6地址的前缀，以下具体说明前缀获取方法：
本系统中的IPv6前缀，通过DHCPv6 IA_PD方式分配。
家庭宽带用户进行DHCPv6拨号时，必须在DHCPv6请求报文的ORO选项中请求对应的MAP option（option95）。请求option95的用户识别为MAP-T用户。
Bras为用户分配IPv6前缀后，在DHCPv6回应报文中封装option95（MAP-T），将相关的MAP参数带给用户。
采用本发明的实现家庭宽带从IPv4过渡至IPv6的转换控制系统，通过无状态翻译过渡技术来构建家庭宽带，能为家庭宽带用户提供更加优质的宽带和网络资源服务，彻底解决家庭宽带业务IPv4地址不足的问题，避免因NAT设备投入巨大使各类业务应用受到影响，可彻底解决IP地址不足的问题。
实现家庭宽带从IPv4过渡至IPv6的转换控制方法，包括部署于用户侧转换节点处的第一IPv4地址翻译模块、第一IPv6报头解封装模块，部署于中心转换节点处的第二IPv4地址翻译模块、第二IPv6报头解封装模块、路由转发模块，以及部署于用户侧转换节点和中心转换节点之间的业务流传输模块，其中：
所述第一IPv4地址翻译模块、第二IPv4地址翻译模块、路由转发模块在IPv4业务流终端上传时运行，所述第一IPv4地址翻译模块用于将到达用户侧转换节点的IPv4报头翻译成IPv6报头，所述第二IPv4地址翻译模块用于将到达中心转换节点的IPv6报头解封装成IPv4报头，所述路由转发模块用于根据解封装的IPv4报头查IPv4路由表进行路由转发；
所述第一IPv6报头解封装模块、第二IPv4地址翻译模块在IPv4业务流家庭网络下行时运行，所述第二IPv4地址翻译模块用于将到达中心转换节点的IPv4报头翻译成IPv6报头，所述第二IPv4地址翻译模块用于将到达用户侧转换节点的IPv6报头解封装成IPv4报头；
所述业务流传输模块用于实现翻译的IPv6报头在用户侧转换节点和中心转换节点之间传输。
本发明还提出一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现IPv4业务流终端上传控制和IPv4业务流家庭网络下行控制，具体如下：
（1）所述IPv4业务流终端上传控制，在IPv4业务流从用户侧转换节点上行时执行，操作步骤如下：
将到达用户侧转换节点的IPv4报头翻译成IPv6报头；
将翻译的IPv6报头以IPv6单栈方式传输给中心转换节点；
将到达中心转换节点的IPv6报头解封装成IPv4报头；
根据解封装的IPv4报头查IPv4路由表，进行路由转发；
（2）所述IPv4业务流家庭网络下行控制，在IPv4业务流从出口路由器下行时执行，操作步骤如下：
将到达中心转换节点的IPv4报头翻译成IPv6报头；
将翻译的IPv6报头以IPv6单栈方式传输给用户侧转换节点；
将到达用户侧转换节点的IPv6报头解封装成IPv4报头。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现实现IPv4业务流终端上传控制和IPv4业务流家庭网络下行控制，具体如下：
（1）所述IPv4业务流终端上传控制，在IPv4业务流从用户侧转换节点上行时执行，操作步骤如下：
将到达用户侧转换节点的IPv4报头翻译成IPv6报头；
将翻译的IPv6报头以IPv6单栈方式传输给中心转换节点；
将到达中心转换节点的IPv6报头解封装成IPv4报头；
根据解封装的IPv4报头查IPv4路由表，进行路由转发；
（2）所述IPv4业务流家庭网络下行控制，在IPv4业务流从出口路由器下行时执行，操作步骤如下：
将到达中心转换节点的IPv4报头翻译成IPv6报头；
将翻译的IPv6报头以IPv6单栈方式传输给用户侧转换节点；
将到达用户侧转换节点的IPv6报头解封装成IPv4报头。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器（ROM）、可编程ROM（PROM）、电可编程ROM（EPROM）、电可擦除可编程ROM（EEPROM）或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器（RAM）或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM（SRAM）、动态RAM（DRAM）、同步DRAM（SDRAM）、双数据率SDRAM（DDRSDRAM）、增强型SDRAM（ESDRAM）、同步链路（Synchlink） DRAM（SLDRAM）、存储器总线（Rambus）直接RAM（RDRAM）、直接存储器总线动态RAM（DRDRAM）、以及存储器总线动态RAM（RDRAM）等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种实现家庭宽带从IPv4过渡至IPv6的转换控制方法，其特征在于，包括IPv4业务流终端上传控制和IPv4业务流家庭网络下行控制，其中：
（1）所述IPv4业务流终端上传控制，在IPv4业务流从用户侧转换节点上行时执行，操作步骤如下：
将到达用户侧转换节点的IPv4报头翻译成IPv6报头；
将翻译的IPv6报头以IPv6单栈方式传输给中心转换节点；
将到达中心转换节点的IPv6报头解封装成IPv4报头；
根据解封装的IPv4报头查IPv4路由表，进行路由转发；
（2）所述IPv4业务流家庭网络下行控制，在IPv4业务流从出口路由器下行时执行，操作步骤如下：
将到达中心转换节点的IPv4报头翻译成IPv6报头；
将翻译的IPv6报头以IPv6单栈方式传输给用户侧转换节点；
将到达用户侧转换节点的IPv6报头解封装成IPv4报头。
2.根据权利要求1所述的实现家庭宽带从IPv4过渡至IPv6的转换控制方法，其特征在于，将IPv4报头翻译成IPv6报头，以及将IPv6报头解封装成IPv4报头时，采用“A+P”的地址映射规则，具体是将IPv4地址的IPv4-Addr-suffix和传输层端口的Port-Set ID的值组合形成Interface ID来标识MAP-CE，再与End-user IPv6-prefix一起合成IPv6地址，作为MAP-CE在映射域中的唯一标识。
3.根据权利要求2所述的实现家庭宽带从IPv4过渡至IPv6的转换控制方法，其特征在于，IPv6地址向IPv4地址的映射过程中，对于IPv4 address字段，若分配了一个公网IPv4地址，则IPv4address字段填写分配的IPv4地址，长度是32比特，如果分配了IP-prefix，即分配一段地址给IPv4用户，则IPv4address字段需要右填0补齐。
4.根据权利要求2所述的实现家庭宽带从IPv4过渡至IPv6的转换控制方法，其特征在于，IPv6地址向IPv4地址的映射过程中，对于Port-Set ID字段，若EA-bits位提取的Port-Set ID值不足16bit时，左填0补充，如果分配了IPv4-prefix或者独享的IPv4-address时，则没有Port-Set ID值可以提取，则此处的Port-Set ID字段填写“0x0000”。
5.根据权利要求2所述的实现家庭宽带从IPv4过渡至IPv6的转换控制方法，其特征在于，需要为用户提供IPv6地址的前缀，通过DHCPv6 IA_PD方式分配。
6.一种实现家庭宽带从IPv4过渡至IPv6的转换控制系统，其特征在于，包括部署于用户侧转换节点处的第一IPv4地址翻译模块、第一IPv6报头解封装模块，部署于中心转换节点处的第二IPv4地址翻译模块、第二IPv6报头解封装模块、路由转发模块，以及部署于用户侧转换节点和中心转换节点之间的业务流传输模块，其中：
所述第一IPv4地址翻译模块、第二IPv4地址翻译模块、路由转发模块在IPv4业务流终端上传时运行，所述第一IPv4地址翻译模块用于将到达用户侧转换节点的IPv4报头翻译成IPv6报头，所述第二IPv4地址翻译模块用于将到达中心转换节点的IPv6报头解封装成IPv4报头，所述路由转发模块用于根据解封装的IPv4报头查IPv4路由表进行路由转发；
所述第一IPv6报头解封装模块、第二IPv4地址翻译模块在IPv4业务流家庭网络下行时运行，所述第二IPv4地址翻译模块用于将到达中心转换节点的IPv4报头翻译成IPv6报头，所述第二IPv4地址翻译模块用于将到达用户侧转换节点的IPv6报头解封装成IPv4报头；
所述业务流传输模块用于实现翻译的IPv6报头在用户侧转换节点和中心转换节点之间传输。
7.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现IPv4业务流终端上传控制和IPv4业务流家庭网络下行控制，具体如下：
（1）所述IPv4业务流终端上传控制，在IPv4业务流从用户侧转换节点上行时执行，操作步骤如下：
将到达用户侧转换节点的IPv4报头翻译成IPv6报头；
将翻译的IPv6报头以IPv6单栈方式传输给中心转换节点；
将到达中心转换节点的IPv6报头解封装成IPv4报头；
根据解封装的IPv4报头查IPv4路由表，进行路由转发；
（2）所述IPv4业务流家庭网络下行控制，在IPv4业务流从出口路由器下行时执行，操作步骤如下：
将到达中心转换节点的IPv4报头翻译成IPv6报头；
将翻译的IPv6报头以IPv6单栈方式传输给用户侧转换节点；
将到达用户侧转换节点的IPv6报头解封装成IPv4报头。
8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现实现IPv4业务流终端上传控制和IPv4业务流家庭网络下行控制，具体如下：
（1）所述IPv4业务流终端上传控制，在IPv4业务流从用户侧转换节点上行时执行，操作步骤如下：
将到达用户侧转换节点的IPv4报头翻译成IPv6报头；
将翻译的IPv6报头以IPv6单栈方式传输给中心转换节点；
将到达中心转换节点的IPv6报头解封装成IPv4报头；
根据解封装的IPv4报头查IPv4路由表，进行路由转发；
（2）所述IPv4业务流家庭网络下行控制，在IPv4业务流从出口路由器下行时执行，操作步骤如下：
将到达中心转换节点的IPv4报头翻译成IPv6报头；
将翻译的IPv6报头以IPv6单栈方式传输给用户侧转换节点；
将到达用户侧转换节点的IPv6报头解封装成IPv4报头。
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