CN112887452B

CN112887452B - 局域网间通信方法与系统、nat网关

Info

Publication number: CN112887452B
Application number: CN202110326622.3A
Authority: CN
Inventors: 王洪文
Original assignee: Zhongxing Keyuan Beijing Information Technology Co ltd
Current assignee: Beijing Hongtu Jiadu Communication Equipment Co ltd
Priority date: 2021-03-26
Filing date: 2021-03-26
Publication date: 2022-11-04
Anticipated expiration: 2041-03-26
Also published as: CN112887452A

Abstract

本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种局域网间通信方法与系统、NAT网关，旨在解决IPv4局域网与IPv6局域网间的通信问题。本发明的局域网间通信方法包括：每个站点的NAT网关向云管理平台发送本站点的注册信息，并从云管理平台获取其他站点的注册信息；根据其他站点的注册信息，实现本站点的主机与其他站点主机之间的通信。其中，每个站点包括NAT网关以及至少一个主机。注册信息中包括了NAT网关的私网IP地址段和公网IP地址段。当某个站点的公网地址动态变化时，其他站点可以根据云管理平台提供的注册信息查找到该站点当前的公网地址。本发明在以IPv6协议广域网组网的基础上，实现了不同IPv4、IPv6局域网间的互联互通。

Description

局域网间通信方法与系统、NAT网关

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种局域网间通信方法与系统、NAT网关。

背景技术

SD-WAN，即软件定义广域网络，是将SDN技术应用到广域网场景中所形成的一种服务，这种服务用于连接广阔地理范围的企业网络、数据中心、互联网应用及云服务，旨在帮助用户降低广域网的开支和提高网络连接灵活性。

但目前的广域网动态组网技术多基于IPv4协议，无法利用32位的IPv4公网地址传送同样为32位的IPv4私网地址，因此需要利用各种端口转换方案来实现不同局域网间的连接，实际上并没有实现不同的局域网的真正互联，只是实现了不同局域网间的某些应用互通而已，由此带来网络复杂、端口应用受限等问题。

基于IPv6协议的广域网动态组网技术，虽然解决了上述问题，但仅实现了不同IPv4局域网间的互联互通，无法实现IPv4局域网与IPv6局域网之间的互联互通。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，本发明提出了一种局域网间通信方法与系统、NAT网关，实现了IPv4局域网与IPv6局域网之间的互联互通。

本发明的第一方面，提出一种局域网间通信方法，所述方法包括：

每个站点的NAT网关向云管理平台发送本站点的注册信息，并从所述云管理平台获取其他站点的注册信息；

根据其他站点的注册信息，实现本站点的主机与所述其他站点主机之间的通信；

其中，每个所述站点包括：NAT网关以及至少一个主机。

优选地，所述主机具有静态的局域网地址，所述局域网地址为IPv4私网地址或IPv6本地站点地址；

所述NAT网关在将所述主机的访问请求发送到公网之前，将所述访问请求的目的地址转换为公网IPv6地址，且所述公网IPv6地址中嵌有所述目的地址的全部或部分局域网地址。

优选地，所述注册信息包括：对应站点的ID号，以及该站点中NAT网关的局域网IP地址段和公网IP地址段；所述局域网IP地址段包括IPv4地址段和/或IPv6地址段。

优选地，“根据所述其他站点的注册信息，实现本站点与其他站点之间的通信”的步骤包括：

源NAT网关接收本站点的源主机发出的访问请求；

根据所述访问请求的目的地址与其他站点的注册信息，查询对应的目的NAT网关；

按照预设的转换规则，将所述访问请求的源地址和目的地址均由局域网地址转换为公网IPv6地址，且转换后的目的地址中嵌有对应的全部或部分局域网地址；

将所述访问请求发送到所述目的NAT网关，以使所述目的NAT网关将所述访问请求的源地址和目的地址均由公网IPv6地址转换为局域网地址，并将所述访问请求发送到目的主机进而接收所述目的主机返回的信息；

从所述目的NAT网关接收所述返回的信息；

将所述返回的信息转发给所述源主机；

其中，所述源主机与所述源NAT网关同属于一个站点，且所述目的主机与所述目的NAT网关同属于另一站点。

优选地，“根据所述访问请求的目的地址与其他站点的注册信息，查询对应的目的NAT网关”的步骤具体包括：

根据所述访问请求的目的地址与所述其他站点中NAT网关的局域网IP地址段，查询该目的地址所对应的目的NAT网关。

优选地，“将所述访问请求发送到所述目的NAT网关，以使所述目的NAT网关将所述访问请求的源地址和目的地址均由公网IPv6地址转换为局域网地址，并将所述访问请求发送到目的主机进而接收所述目的主机返回的信息”的步骤包括：

所述源NAT网关将所述访问请求发送到所述目的NAT网关；

所述目的NAT网关将所述访问请求的源地址和目的地址均由公网IPv6地址转换为第一协议局域网地址；

将所述访问请求发送到所述目的地址对应的第一协议局域网地址；

若在预设的时间内接收不到所述目的主机返回的信息，则将所述访问请求的源地址和目的地址均由公网IPv6地址转换为第二协议局域网地址，并将所述访问请求发送到所述目的地址对应的第二协议局域网地址，进而接收所述目的主机返回的信息；

其中，所述第一协议和所述第二协议分别为IPv4或IPv6，且所述第一协议和所述第二协议互不相同。

优选地，当所述源主机采用第一协议，且所述目的主机采用第二协议时，所述源主机发出的访问请求的源地址为所述源主机对应的第一协议局域网IP地址，该访问请求目的地址为所述目的主机对应的第一协议虚拟局域网IP地址；

优选地，所述方法还包括：

实现同一站点内部不同主机之间的通信。

优选地，“实现同一站点内部不同主机之间的通信”的步骤包括：

当源主机与目的主机属于同一站点同一网段，且采用相同协议时，源主机直接发送访问请求给所述目的主机；

当所述源主机与所述目的主机属于同一站点，但分别采用第一协议和第二协议时，本站点NAT网关将所述源主机发出的访问请求中的源地址转换为本站点NAT网关在所述第二协议下的局域网IP地址，将该访问请求中的目的地址转换为所述第二协议的局域网IP地址，并将所述访问请求发送到所述第二协议的局域网IP地址。

优选地，所述其他站点仅限于预先设定的允许本站点访问的站点。

本发明的第二方面，提出一种局域网间通信系统，所述系统包括：云管理平台以及至少两个站点，且所述站点的主机之间通信采用上面所述的局域网间通信方法。

本发明的第三方面，提出一种NAT网关，所述NAT网关执行上面所述的局域网间通信方法。

与最接近的现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明提出的局域网间通信方法，首先通过每个站点的NAT网关向云管理平台发送本站点的注册信息，并从云管理平台获取其他站点的注册信息；然后根据其他站点的注册信息，实现本站点的主机与其他站点主机之间的通信。其中，注册信息中包括了对应站点中NAT网关的局域网IP地址段和公网IP地址段。这样当某个站点的公网地址动态变化时，其他站点都可以根据云管理平台提供的注册信息查找到这个站点当前的公网地址。另外，本发明在局域网内为每台主机分配静态的IPv4私网地址或IPv6本地站点地址，在将局域网内的访问请求向公网传输时，采用IPv6协议，并将静态的目的地址部分或全部嵌入到IPv6地址中，以便目的站点的NAT网关能够据此找到局域网内的目的主机。通过上述方法，本发明在以IPv6协议广域网动态组网的基础上，实现了不同IPv4、IPv6局域网间的互联互通，即不同局域网间的IPv4与IPv4、IPv4与IPv6和IPv6与IPv6主机的全端口的互联互通，且无需考虑广域网动态组网时IPv6地址的变化。

附图说明

图1是本发明实施例中云管理平台和站点间通信的示意图；

图2是本发明的局域网间通信方法实施例的主要步骤示意图。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置、元件或参数的相对重要性，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明提供了多个局域网站点之间异地组网、异地访问的局域网间通信方法。

图1是本发明实施例中云管理平台和站点间通信的示意图。云管理平台可以管理多个站点，图1中示例性地只画出了其中两个。如图1所示，站点1中包括NAT网关1以及主机PC1(采用IPv4协议，局域网地址为192.168.1.11)、PC16(采用IPv6协议，局域网地址为FEC0::1:192.168.1.16)，站点2中包括NAT网关2以及主机PC3(采用IPv4协议，局域网地址为192.168.3.33)、PC36(采用IPv6协议，局域网地址为FEC0::1:192.168.3.36)，NAT网关1的公网地址段为2408::5/64，NAT网关2的公网地址段为2409::6/64。

图2是本发明的局域网间通信方法实施例的主要步骤示意图。如图2所示，本实施例的局域网间通信方法包括步骤S1-S2：

步骤S1，每个站点的NAT网关向云管理平台发送本站点的注册信息，并从云管理平台获取其他站点的注册信息。

其中，每个站点包括：NAT网关以及至少一个主机；“其他站点”仅限于预先设定的允许本站点访问的其他站点。例如：同一机构的某个分支机构的站点可以与该公司的其他分支机构站点之间通信，但是未经允许不可以访问别的机构的站点。

步骤S2，根据其他站点的注册信息，实现本站点的主机与其他站点主机之间的通信。

本实施例中，每个主机具有静态的局域网地址，即IPv4私网地址或IPv6本地站点地址；NAT网关在将主机的访问请求发送到公网之前，将访问请求的目的地址转换为公网IPv6地址，且该公网IPv6地址中嵌有目的地址的全部或部分局域网地址。

本实施例中的注册信息可以包括：对应站点的ID号，以及该站点中NAT网关的局域网IP地址段和公网IP地址段。其中，局域网IP地址段包括IPv4地址段和/或IPv6地址段。

以图1为例，因为站点1、站点2的公网IPv6地址都可能是动态变化的，通过实时注册的方式，每个站点都可以通过云管理平台实时上报本站点的公网IPv6地址，并可以获取其他站点的公网IPv6地址，从而使得两个站点之间仍然可以通信。站点1的注册信息包括：站点ID号1，以及该站点中NAT网关的局域网IP地址段192.168.1.0/24、FEC0::1/64和公网IP地址段2408::5/64；站点2的注册信息包括：站点ID号2，以及该站点中NAT网关的局域网IP地址段192.168.3.0/24、FEC0::3/64和公网IP地址段2409::6/64。这里站点1和站点2的局域网IP地址段都包括了IPv4地址段和IPv6地址段。

本实施例中，步骤S2可以具体包括步骤S21-S26：

步骤S21，源NAT网关接收本站点的源主机发出的访问请求。

当源主机与目的主机均采用第一协议时，源主机发出的访问请求中源地址和目的地址分别对应源主机的第一协议局域网IP地址和目的主机的第一协议局域网IP地址。当源主机采用第一协议，且目的主机采用第二协议时，源主机发出的访问请求的源地址为源主机对应的第一协议局域网IP地址，该访问请求目的地址为目的主机对应的第一协议虚拟局域网IP地址。其中，第一协议和第二协议分别为IPv4或IPv6，且第一协议和第二协议互不相同。

步骤S22，根据访问请求的目的地址与其他站点的注册信息，查询对应的目的NAT网关。

具体地，根据访问请求的目的地址与其他站点中NAT网关的局域网IP地址段，查询该目的地址所对应的目的NAT网关。

步骤S23，按照预设的转换规则，将访问请求的源地址和目的地址均由局域网地址转换为公网IPv6地址，且转换后的目的地址中嵌有对应的全部或部分局域网地址。

步骤S24，将访问请求发送到目的NAT网关，以使目的NAT网关将访问请求的源地址和目的地址均由公网IPv6地址转换为局域网地址，并将访问请求发送到目的主机进而接收目的主机返回的信息。

具体地，源NAT网关将访问请求发送到目的NAT网关；目的NAT网关先将访问请求的源地址和目的地址均由公网IPv6地址转换为第一协议局域网地址，然后将访问请求发送到目的地址对应的第一协议局域网地址。若在预设的时间内目的NAT网关接收不到目的主机返回的信息，则将访问请求的源地址和目的地址均由公网IPv6地址转换为第二协议局域网地址，并将访问请求发送到目的地址对应的第二协议局域网地址，进而接收目的主机返回的信息。

其中，第一协议和第二协议分别为IPv4或IPv6，且第一协议和第二协议互不相同。

当源主机与目的主机均采用第一协议时，发送到目的主机的访问请求中源地址和目的地址分别对应目的NAT网关的第一协议局域网IP地址和目的主机的第一协议局域网IP地址。当源主机采用第一协议，且目的主机采用第二协议时，发送到目的主机的访问请求的源地址为目的NAT网关的第二协议局域网IP地址，该访问请求的目的地址为目的主机对应的第二协议局域网IP地址。

步骤S25，从目的NAT网关接收返回的信息。

步骤S26，将返回的信息转发给源主机。

其中，源主机与源NAT网关同属于一个站点，且目的主机与目的NAT网关同属于另一站点。

还以图1为例，下面说明站点1中主机主动访问站点2中主机的情形，并且假设第一协议为IPv4，第二协议为IPv6：

(1)当PC1访问PC3时：源主机为PC1，目的主机为PC3，源NAT网关为NAT网关1，目的NAT网关为NAT网关2。由PC1发出的访问请求中源地址为192.168.1.11，目的地址为192.168.3.33；NAT网关1接收到该访问请求后，根据目的地址192.168.3.33查询其他站点的注册信息，发现站点2中的局域网IP地址段为192.168.3.0/24，从而得知目的NAT网关为NAT网关2；于是按照预设的转换规则将源地址和目的地址转换为公网地址，经过NAT网关1转换后源地址变为2408::5:192.168.1.11(这里源局域网地址被嵌入到了源公网地址中，是否嵌入源局域网地址是可选的，因为源局域网地址、端口号与源公网地址、端口号的映射关系会在NAT网关1的路由表中记录下来，使得目的主机发出的返回信息可以发送到源主机)，目的地址变为2409::6:192.168.3.33(这里把目的局域网地址全部嵌入到了目的公网地址中，且目的端口号不变，以便NAT网关2可以据此找到目的主机)；NAT网关1将转换地址后的访问请求发送到NAT网关2；NAT网关2再将访问请求的源地址和目的地址均转换为IPv4私网地址，分别为192.168.3.1(NAT网关2的IPv4私网地址)和192.168.3.33，并将访问请求发送到192.168.3.33进而接收PC3返回的信息。因为NAT网关2、NAT网关1的路由表中均记录了本网关转换前后的源地址及端口号，所以PC3返回的信息能够被顺利地发送到源主机。

(2)当PC1访问PC36时：源主机为PC1，目的主机为PC36，源NAT网关为NAT网关1，目的NAT网关为NAT网关2。由PC1发出的访问请求中源地址和目的地址分别为192.168.1.11和192.168.3.36(PC36在IPv4下的虚拟局域网IP地址)；NAT网关1接收到该访问请求后，根据目的地址192.168.3.36查询其他站点的注册信息，发现站点2中的局域网IP地址段为192.168.3.0/24，从而得知目的NAT网关为NAT网关2；于是按照预设的转换规则将源地址和目的地址转换为公网IPv6地址，经过NAT网关1转换后源地址和目的地址分别转换为2408::5:192.168.1.11(这里源局域网地址被嵌入到了源公网地址中，是否嵌入源局域网地址是可选的)和2409::6:192.168.3.36(这里把目的局域网地址的一部分嵌入到了目的公网地址中，且目的端口号不变，以便NAT网关2可以据此找到目的主机)；NAT网关1将转换地址后的访问请求发送到NAT网关2；NAT网关2再将访问请求的源地址和目的地址均转换为IPv4私网地址，分别为192.168.3.1和192.168.3.36，并将访问请求转发到192.168.3.36，但是因为站点2中并没有192.168.3.36的IPv4主机，这样显然接收不到返回信息；这时NAT网关2会把访问请求的源地址和目的地址均转换为IPv6本地站点地址，分别为FEC0::3:192.168.3.1(NAT网关2的IPv6本地站点地址)和FEC0::3:192.168.3.36，并将访问请求转发到FEC0::3:192.168.3.36，进而接收PC36的返回信息。

(3)当PC16访问PC36时，源主机为PC16，目的主机为PC36，源NAT网关为NAT网关1，目的NAT网关为NAT网关2。由PC16发出的访问请求的源地址和目的地址分别为FEC0::1:192.168.1.16和FEC0::3:192.168.3.36；NAT网关1接收到该访问请求后，根据目的地址去掉前缀以后的部分192.168.3.36查询其他站点的注册信息，发现站点2中的局域网IP地址段为192.168.3.0/24，从而得知目的NAT网关为NAT网关2；于是按照预设的转换规则将源地址和目的地址转换为公网IPv6地址，经过NAT网关1转换后源地址和目的地址分别被转换为2408::5:192.168.1.16(这里源局域网地址的一部分被嵌入到了源公网地址中，是否嵌入源局域网地址是可选的)和2409::6:192.168.3.36(这里把目的局域网地址的一部分嵌入到了目的公网地址中，且目的端口号不变，以便NAT网关2可以据此找到目的主机)；NAT网关1将转换地址后的访问请求发送到NAT网关2；NAT网关2再将访问请求的源地址和目的地址均转换为IPv4私网地址，分别为192.168.3.1和192.168.3.36，并将访问请求转发到192.168.3.36，但是因为站点2中并没有192.168.3.36的IPv4主机，这样显然接收不到返回信息；这时NAT网关2再把访问请求的源地址和目的地址均转换为IPv6本地站点地址，分别为FEC0::3:192.168.3.1(NAT网关2的IPv6本地站点地址)和FEC0::3:192.168.3.36，并将访问请求转发到FEC0::3:192.168.3.36，进而接收PC36的返回信息。

在一种可选的实施例中，可以将所有局域网站点划分为若干个群组，允许同一群组内的站点互相访问。例如将某城市中所有的中小学局域网站点，按小学、初中、高中划分为三个群组，允许每所小学都可以访问所属群组内其他小学的站点，以便共享教学资源，但不能访问其他群组。这时，可以在注册信息中添加所属群组的名称和ID号，以便云管理平台根据群组ID号来判断是否允许某所学校获取另一所学校的注册信息。

对于同一站点内部不同主机之间的通信，本发明也给出了可选的实施例。(1)当源主机与目的主机属于同一站点同一网段，且采用相同协议时，源主机直接发送访问请求给目的主机。(2)当源主机与目的主机属于同一站点，但分别采用第一协议和第二协议时，访问请求通过NAT网关来转发，即在源主机发出访问请求后，超过预设的响应时间之后还未得到响应，则本站点NAT网关将源主机发出的访问请求中的源地址转换为本地站点NAT网关的第二协议局域网IP地址，将该访问请求中的目的地址转换为第二协议的局域网IP地址，并将访问请求发送到第二协议的局域网IP地址。从目的主机返回的信息也通过NAT网关转发给源主机。例如站点1中的IPv4主机PC1想要访问IPv6主机PC16时，NAT1网关发现PC1发出的访问请求已超过预设的响应时间还未得到响应，则由NAT网关1将PC1发出的访问请求中的源地址192.168.1.11转换为NAT网关1的IPv6本地站点地址FEC0::1:192.168.1.1，将该访问请求中的目的地址192.168.1.16转换为IPv6本地站点地址FEC0::1:192.168.1.16，并将访问请求发送到FEC0::1:192.168.1.16，由PC16返回的信息也经过NAT网关1转给PC1。

上述实施例中虽然将各个步骤按照上述先后次序的方式进行了描述，但是本领域技术人员可以理解，为了实现本实施例的效果，不同的步骤之间不必按照这样的次序执行，其可以同时(并行)执行或以颠倒的次序执行，这些简单的变化都在本发明的保护范围之内。

基于与方法实施例相同的技术构思，本发明还提供了一种局域网间通信系统的实施例。本实施例的系统包括：云管理平台以及至少两个站点，且站点的主机之间通信采用上面所述的局域网间通信方法。

进一步地，本发明还提供了一种NAT网关的实施例。本实施例中的NAT网关执行上面所述的局域网间通信方法。

本领域技术人员应该能够意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的方法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明电子硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以电子硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种局域网间通信方法，其特征在于，所述方法包括：

其中，每个所述站点包括：NAT网关以及至少一个主机；

所述主机具有静态的局域网地址，所述局域网地址为IPv4私网地址或IPv6本地站点地址；

所述NAT网关在将所述主机的访问请求发送到公网之前，将所述访问请求的目的地址转换为公网IPv6地址，且所述公网IPv6地址中嵌有所述目的地址的全部或部分局域网地址；

所述注册信息包括：对应站点的ID号，以及该站点中NAT网关的局域网IP地址段和公网IP地址段；所述局域网IP地址段包括IPv4地址段和/或IPv6地址段；

“根据其他站点的注册信息，实现本站点的主机与所述其他站点主机之间的通信”的步骤包括：

源NAT网关接收本站点的源主机发出的访问请求；

从所述目的NAT网关接收所述返回的信息；

将所述返回的信息转发给所述源主机；

2.根据权利要求1所述的局域网间通信方法，其特征在于，“根据所述访问请求的目的地址与其他站点的注册信息，查询对应的目的NAT网关”的步骤具体包括：

3.根据权利要求1所述的局域网间通信方法，其特征在于，“将所述访问请求发送到所述目的NAT网关，以使所述目的NAT网关将所述访问请求的源地址和目的地址均由公网IPv6地址转换为局域网地址，并将所述访问请求发送到目的主机进而接收所述目的主机返回的信息”的步骤包括：

所述源NAT网关将所述访问请求发送到所述目的NAT网关；

4.根据权利要求1-3中任一项所述的局域网间通信方法，其特征在于，当所述源主机采用第一协议，且所述目的主机采用第二协议时，所述源主机发出的访问请求的源地址为所述源主机对应的第一协议局域网IP地址，该访问请求目的地址为所述目的主机对应的第一协议虚拟局域网IP地址；

5.根据权利要求1所述的局域网间通信方法，其特征在于，所述方法还包括：

实现同一站点内部不同主机之间的通信。

6.根据权利要求5所述的局域网间通信方法，其特征在于，“实现同一站点内部不同主机之间的通信”的步骤包括：

7.根据权利要求1-3中任一项所述的局域网间通信方法，其特征在于，所述其他站点仅限于预先设定的允许本站点访问的站点。

8.一种局域网间通信系统，其特征在于，所述系统包括：云管理平台以及至少两个站点，且所述站点的主机之间通信采用权利要求1-7中任一项所述的局域网间通信方法。

9.一种NAT网关，其特征在于，所述NAT网关执行权利要求1-7中任一项所述的局域网间通信方法。