CN116132397B - IPv6至IPv4的转换方法以及转换装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种IPv6至IPv4的转换方法及转换装置，属于计算机寻址技术领域，转换方法包括：在IPv6网络下发起对于IPv4网络的第一访问请求；通过有状态的DHCPv6获取IPv6地址，IPv6地址包括复用比参数和主机ID参数，其中，复用比参数用于指示共享同一个IPv4地址的主机数量，当存在多个主机共享同一个IPv4地址时，各主机拥有不同的主机ID；根据复用比参数和主机ID参数确定当前主机可使用的IPv4端口范围；通过转换DNS将IPv6网络下的第一访问请求翻译为IPv4网络下的第二访问请求；调用可使用的IPv4端口完成第二访问请求。在本申请提供的1:N转换技术中，通过在IPv6地址中设置复用比参数和主机ID参数，多个IPv6主机可以共享同一个IPv4地址而不会冲突，极大地提高了公有IPv4地址的利用效率。

Description

IPv6至IPv4的转换方法以及转换装置

技术领域

本申请属于计算机寻址技术领域，具体涉及一种IPv6至IPv4的转换方法以及转换装置。

背景技术

IPv4/IPv6转换技术(基于无状态地址映射的IPv4与IPv6网络互联互通技术)可以实现IPv4(Internet Protocol Version 4，互联网协议版本4)和IPv6(Internet ProtocolVersion 6，互联网协议版本6)共存互通，为新接入IPv6的用户提供IPv4/IPv6互联网的双向连通。

但是RFC6219中提出的1:1转换技术尚不能高效复用公有IPv4地址。在1:1转换技术中，每个用户的IPv6地址可以被无状态映射到一个公有IPv4地址，从而可以和IPv4互联网互联互通，但是每个公有IPv4地址只能被一个IPv6用户独有，公有IPv4地址的利用效率较低，随着全球IPv4地址分配殆尽，这一问题将更加严峻。

发明内容

本申请实施例的目的是提供一种IPv6至IPv4的转换方法及转换装置，能够解决目前的1:1转换技术中，每个公有IPv4地址只能被一个IPv6用户独有，公有IPv4地址的利用效率较低的技术问题。

为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：

第一方面，本申请实施例提供了一种IPv6至IPv4的转换方法，包括：

在IPv6网络下发起对于IPv4网络的第一访问请求；

通过有状态的DHCPv6(Dynamic Host Configuration Protocol Version 6，动态主机配置协议版本6)获取IPv6地址，所述IPv6地址包括复用比参数和主机ID参数，其中，所述复用比参数用于指示共享同一个IPv4地址的主机数量，当存在多个主机共享同一个IPv4地址时，各主机拥有不同的主机ID；

根据所述复用比参数和所述主机ID参数确定当前主机可使用的IPv4端口范围；

通过转换DNS(Domain Name System，域名系统)将IPv6网络下的所述第一访问请求翻译为IPv4网络下的第二访问请求；

调用可使用的IPv4端口完成所述第二访问请求。

可选地，所述根据所述复用比参数和所述主机ID参数确定当前主机可使用的IPv4端口范围，具体包括：

根据公式1通过模算法确定前主机可使用的IPv4端口范围；

Port∈{P|P≡PSID(mod R)，0≤P＜65536} 公式1

其中，Port表示端口序号，PSID表示主机ID参数，R表示复用比参数，P表示整个[0,65535]端口范围。

可选地，所述根据所述复用比参数和所述主机ID参数确定当前主机可使用的IPv4端口范围，具体包括：

根据公式2通过商算法确定前主机可使用的IPv4端口范围；

其中，P表示端口序号，PSID表示主机ID参数，R表示等分段数，L表示将整个[0,65535]端口范围等分为R段时的长度。

可选地，所述根据所述复用比参数和所述主机ID参数确定当前主机可使用的IPv4端口范围，具体包括：

根据公式3通过推广的模算法(Generalized Modular Algorithm，GMA)确定前主机可使用的IPv4端口范围；

其中，P表示端口序号，M表示连续参数，PSID表示主机ID参数，R表示等分段数。

可选地，转换方法还包括：

在IPv4网络下发起对于IPv6网络的第三访问请求；

通过所述转换DNS将IPv4网络下的所述第三访问请求翻译为IPv6网络下的第四访问请求；

通过所述转换DNS将IPv6网络下的所述第四访问请求重新翻译为IPv4网络下的所述第三访问请求，以直接建立所述第三访问请求与所述第四访问请求的映射关系。

第二方面，本申请实施例提供了一种IPv6至IPv4的转换装置，包括：

第一发起模块，用于在IPv6网络下发起对于IPv4网络的第一访问请求；

获取模块，用于通过有状态的DHCPv6获取IPv6地址，所述IPv6地址包括复用比参数和主机ID参数，其中，所述复用比参数用于指示共享同一个IPv4地址的主机数量，当存在多个主机共享同一个IPv4地址时，各主机拥有不同的主机ID；

确定模块，用于根据所述复用比参数和所述主机ID参数确定当前主机可使用的IPv4端口范围；

第一翻译模块，用于通过转换DNS将IPv6网络下的所述第一访问请求翻译为IPv4网络下的第二访问请求；

调用模块，用于调用可使用的IPv4端口完成所述第二访问请求。

可选地，所述确定模块具体用于：

根据公式1通过模算法确定前主机可使用的IPv4端口范围；

Port∈{P|P≡PSID(mod R)，0≤P＜65536} 公式1

其中，Port表示端口序号，PSID表示主机ID参数，R表示复用比参数，P表示整个[0,65535]端口范围。

可选地，所述确定模块具体用于：

根据公式2通过商算法确定前主机可使用的IPv4端口范围；

其中，P表示端口序号，PSID表示主机ID参数，R表示等分段数，L表示将整个[0,65535]端口范围等分为R段时的长度。

可选地，所述确定模块具体用于：

根据公式3通过推广的模算法(Generalized Modular Algorithm，GMA)确定前主机可使用的IPv4端口范围；

其中，P表示端口序号，M表示连续参数，PSID表示主机ID参数，R表示等分段数。

可选地，转换装置还包括：

第二发起模块，用于在IPv4网络下发起对于IPv6网络的第三访问请求；

第二翻译模块，用于通过所述转换DNS将IPv4网络下的所述第三访问请求翻译为IPv6网络下的第四访问请求；

第三翻译模块，用于通过所述转换DNS将IPv6网络下的所述第四访问请求重新翻译为IPv4网络下的所述第三访问请求，以直接建立所述第三访问请求与所述第四访问请求的映射关系。

在本申请实施例中，通过在获取IPv6地址中设置复用比参数和主机ID参数，使得多个IPv6主机可以共享同一个IPv4地址，并且通过主机ID参数进行区分，根据复用比参数和主机ID参数动态分配当前主机可使用的IPv4端口范围，通过转换DNS将IPv6网络下的所述第一访问请求翻译为IPv4网络下的第二访问请求，调用可使用的IPv4端口完成所述第二访问请求。在本申请实施例提供的1:N转换技术中，一个公有IPv4地址可以被若干个IPv6用户所分享而不会冲突，极大地提高了公有IPv4地址的利用效率，同时继承了1:1转换技术的核心无状态、安全性和易于管理等特性。

附图说明

图1是本申请实施例提供的一种IPv6至IPv4的转换方法的流程示意图；

图2是本申请实施例提供的一种IPv6地址格式示意图；

图3是本申请实施例提供的一种GMA算法的二进制表示示意图；

图4是本申请实施例提供的一种IPv6至IPv4的转换装置的结构示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例、参照附图做进一步说明。

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，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。

下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本申请实施例提供的IPv6至IPv4的转换方法进行详细地说明。

实施例一

参照图1，示出了本申请实施例提供的一种IPv6至IPv4的转换方法的流程示意图。

本申请提供的一种IPv6至IPv4的转换方法，包括：

S101：在IPv6网络下发起对于IPv4网络的第一访问请求。

S102：通过有状态的DHCPv6获取IPv6地址，IPv6地址包括复用比参数和主机ID参数。

其中，复用比参数用于指示共享同一个IPv4地址的主机数量，当存在多个主机共享同一个IPv4地址时，各主机拥有不同的主机ID。

参照图2，示出了本申请实施例提供的一种IPv6地址格式示意图。

可选地，IPv6地址包括IPv6 Prefix、IPv4 Address、logR、PSID。

IPv6 Prefix表示翻译的IPv6前缀，在IPv6网络中，可以将其统一设置为2001:da8:ff00::/64，以方便路由的聚合。

IPv4 Address表示完整的32位IPv4地址，也可称为64转换v4地址。

其中，64转换，是指是IPv6向IPv4转换；46转换，是指IPv4向IPv6转换。

logR表示复用比参数，是共享一个IPv4地址的IPv6主机数量的对数值。

PSID是主机的ID，取值为0到R-1，也就是说，为共享同一个IPv4地址的每一个IPv6主机都分配一个彼此不同的主机ID值，每个用户可以根据这个ID值算出自己可以使用的端口范围。

从本申请实施例提供的64转换v6地址格式可以看出，每一个IPv6主机都可以用一个(IPv4地址，PSID)的标识符唯一标识，同时保持了路由的聚合性，避免了因使用1:N转换技术给全球BGP路由表造成额外的负担。

相较于1:1转换地址格式，1:N转换地址格式的区别在于增加了复用比参数和主机ID参数。这两个参数使得IPv4地址能够被多个用户公平共享。

S103：根据复用比参数和主机ID参数确定当前主机可使用的IPv4端口范围。

通过复用比参数和主机ID参数，用户侧的翻译器可以确定用户侧可以使用的端口范围，核心翻译器也可以根据到来的数据包的源端口，源地址地址中的复用比参数和主机ID参数来判断该数据包是否安全，从而增强了整个系统的安全性。

可选地，S103具体包括：根据公式1通过模算法确定前主机可使用的IPv4端口范围；

Port∈{P|P≡PSID(mod R)，0≤P＜65536} 公式1

其中，Port表示端口序号，PSID表示主机ID参数，R表示复用比参数，P表示整个[0,65535]端口范围。

相应地，给定连接端口号P，可以由下式确定主机的PSID：

PSID＝P mod R

在模算法中，当前主机的可用端口号以R为间隔，均匀分布在从0到65535的闭区间上，每个端口号与主机的PSID模R同余。这种均匀分配的方式保证了各个复用IPv4地址的主机可以使用整个[0,65535]端口范围，特别是[0,1024]这段特殊端口段的公平性。每台主机实际可用的端口数为65536/R，当R设为1时说明相应的IPv4地址仅被一台主机独自使用，不存在复用的情况。

在实际应用过程中，复用比R通常被设为2的整数幂值，这样使得模运算可以简化为二进制位移运算，能够在中央处理器的算术逻辑运算单元上高效执行。

可选地，S103具体包括：根据公式2通过商算法确定前主机可使用的IPv4端口范围；

其中，P表示端口序号，PSID表示主机ID参数，R表示等分段数，L表示将整个[0,65535]端口范围等分为R段时的长度。

相应地，给定连接端口号P，可以由下式确定主机的PSID：

在商算法中，整个[0,65535]端口范围被等长度地切分成R段。每段长度为65536/R，并从0到R-1分别编号，每台主机使用与自己的PSID相应的连续端口段。每台复用主机的可用端口总数为L＝65536/R。当R为1时，说明该地址没有被复用。

商算法给每个复用IPv4地址的主机分配了连续的可用端口段，这比较接近于操作系统内核协议栈的端口分配方式。早期的某些应用层协议(如FTP、RTP/RTCP等)要求应用程序同时打开两个连续的奇偶端口，用两个网络连接分别传输数据和控制信令。对于这类协议而言，主机可用端口段需要具有连续性才能保证其功能正常。当然，这些协议的最新版本大多已经放松对端口连续的限制，改为采用端口号协商机制，允许应用程序使用任意端口进行连接。

可选地，S103具体包括：根据公式3通过推广的模算法(Generalized ModularAlgorithm，GMA)确定前主机可使用的IPv4端口范围；

其中，P表示端口序号，M表示连续参数，PSID表示主机ID参数，R表示等分段数。

相应地，给定连接端口号P，可以由下式确定主机的PSID：

PSID＝(P/M)mod R

GMA算法融合了模算法和商算法的优点，重新引入了一个连续参数M，先将整个[0,65535]端口范围划分成若干段，每段又以M为长度等间隔分成R个子段，以供不同的主机使用。

参照图3，示出了本申请实施例提供的一种GMA算法的二进制表示示意图。

从图3中可以看出，GMA算法具有清晰的二进制表达。端口字段总共有16位，复用比R决定了中间PSID的位数，而连续参数M决定了右边m的位数，于是16-R-M就是左边A的位数。当PSID确定时，该用户能使用的端口范围就是PSID左边和右边的字段随机取值构成的端口集合。注意为了去掉熟知端口(通常为0-1024)，GMA算法规定前面的A必须大于0，这样就去除了端口范围中最低的那个集合。

GMA算法即保证了主机端口号分布的均匀性，又能提供连续的可用端口号段，比前两种算法都更加灵活。当M为1时，GMA算法即退化为模算法；当两个参数同时为1时，表示该IPv4地址没有被复用。GMA算法涵盖了前两种算法的特性，目前已经被IETF接受并且被各种基于端口复用的过渡方案采用。表1给出了一个GMA的端口分配示例。

表1 GMA算法下的端口分配示例(R＝16，M＝4)

理论上来讲，复用比设置的越高，运营商可容纳的用户数量越多，IPv4地址的利用率越高。但是，当复用比提高到一定值的时候，每个共享IPv4地址能够同时使用的端口数量将会非常少，于是一些比较活跃的用户的一些应用程序可能会因为拿不到映射后的端口而被中断。如果该状况持续若干时间，很多应用程序将会超时，这对于用户来讲将是不好的体验。在实际的部署中，为每个用户分配1024个端口是合适的。因此在1:N转换的应用中，复用比一般都可以设置到64，即最多64个IPv6用户共享一个IPv4地址。也就是说，如果将一个/24的IPv4地址块用作64翻译，在1:1转换中只能为256个用户提供服务，但在1:N转换中就可以为16,384个用户提供服务，即一个/24地址块可以当做一个/18地址块来用，同时不会对用户体验和网络性能造成影响。

S104：通过转换DNS将IPv6网络下的第一访问请求翻译为IPv4网络下的第二访问请求。

其中，转换DNS是同时接入IPv4网络和IPv6网络的DNS解析服务器，能够把A记录翻译成AAAA记录，可部署在1:N翻译器或单独的服务器上。当64转换v6主机的发出AAAA请求时，如果在其权威域名服务器上没有AAAA记录，转换DNS就会查找相应的A记录，并按照上述地址映射规则自动翻译成AAAA记录，返回给v6主机。当IPv4互联网上的用户发起对v6计算机的访问时，转换DNS翻译器则返回对应v4的A记录。

S105：调用可使用的IPv4端口完成第二访问请求。

可选地，转换方法还包括：

S106：在IPv4网络下发起对于IPv6网络的第三访问请求。

S107：通过转换DNS将IPv4网络下的第三访问请求翻译为IPv6网络下的第四访问请求。

S108：通过转换DNS将IPv6网络下的第四访问请求重新翻译为IPv4网络下的第三访问请求，以直接建立第三访问请求与第四访问请求的映射关系。

为了使得这些IPv4应用程序能够透明传输，本申请实施例提供了一种双重翻译技术，即在IPv6侧再加一次翻译，将IPv6请求翻译回IPv4请求，通过完成IPv4请求到IPv6请求，再从IPv6请求到IPv4请求两次无状态翻译，避免了使用应用层网关的需要，使得连在IPv6网络上的用户可以实现与IPv4/IPv6互联网的互联互通。

本申请实施例提供的双重翻译技术是一种轻量级的类似NAT44的技术。部署有双重翻译技术的边缘网关向用户分配10.a.b.c的私有地址，其中a.b.c为公网IPv4地址的子网部分和PSID的组合。当用户连接IPv4互联网时，网关将该私有地址无状态映射为公有IPv4地址，并将源端口映射为满足该PSID要求的端口值。

双重翻译技术可以类比于传统NAT44，为每个用户分配一个私有地址，并在其上网时将私有地址映射为公有地址，可以对IPv4地址进行复用。和传统NAT44不同的是，双重翻译不需要保存私有地址和公有地址之间的动态映射状态，而是通过算法来进行两者之间的映射，从而提高了设备的处理性能，更重要的是，每个用户虽然只有一个私有的IPv4地址，但是已经包含了公网IPv4地址的子网部分和PSID标识符，因此可以做到安全可控，易于管理。

在本申请实施例中，通过在获取IPv6地址中设置复用比参数和主机ID参数，使得多个IPv6主机可以共享同一个IPv4地址，并且通过主机ID参数进行区分，根据复用比参数和主机ID参数动态分配当前主机可使用的IPv4端口范围，通过转换DNS将IPv6网络下的第一访问请求翻译为IPv4网络下的第二访问请求，调用可使用的IPv4端口完成第二访问请求。在本申请实施例提供的1:N转换技术中，一个公有IPv4地址可以被若干个IPv6用户所分享而不会冲突，极大地提高了公有IPv4地址的利用效率，同时继承了1:1转换技术的核心无状态、安全性和易于管理等特性。

实施例二

参照图4，示出了本申请实施例提供的一种IPv6至IPv4的转换装置40的结构示意图。

转换装置40，包括：

第一发起模块401，用于在IPv6网络下发起对于IPv4网络的第一访问请求；

获取模块402，用于通过有状态的DHCPv6获取IPv6地址，IPv6地址包括复用比参数和主机ID参数，其中，复用比参数用于指示共享同一个IPv4地址的主机数量，当存在多个主机共享同一个IPv4地址时，各主机拥有不同的主机ID；

确定模块403，用于根据复用比参数和主机ID参数确定当前主机可使用的IPv4端口范围；

第一翻译模块404，用于通过转换DNS将IPv6网络下的第一访问请求翻译为IPv4网络下的第二访问请求；

调用模块405，用于调用可使用的IPv4端口完成第二访问请求。

可选地，确定模块403具体用于：

根据公式1通过模算法确定前主机可使用的IPv4端口范围；

Port∈{P|P≡PSID(mod R)，0≤P＜65536} 公式1

其中，Port表示端口序号，PSID表示主机ID参数，R表示复用比参数，P表示整个[0,65535]端口范围。

可选地，确定模块403具体用于：

根据公式2通过商算法确定前主机可使用的IPv4端口范围；

其中，P表示端口序号，PSID表示主机ID参数，R表示等分段数，L表示将整个[0,65535]端口范围等分为R段时的长度。

可选地，确定模块403具体用于：

根据公式3通过推广的模算法(Generalized Modular Algorithm，GMA)确定前主机可使用的IPv4端口范围；

其中，P表示端口序号，M表示连续参数，PSID表示主机ID参数，R表示等分段数。

可选地，转换装置40还包括：

第二发起模块406，用于在IPv4网络下发起对于IPv6网络的第三访问请求；

第二翻译模块407，用于通过转换DNS将IPv4网络下的第三访问请求翻译为IPv6网络下的第四访问请求；

第三翻译模块408，用于通过转换DNS将IPv6网络下的第四访问请求重新翻译为IPv4网络下的第三访问请求，以直接建立第三访问请求与第四访问请求的映射关系。

本申请实施例提供的转换装置40能够实现上述方法实施例中实现的各个过程，为避免重复，这里不再赘述。

在本申请实施例中，通过在获取IPv6地址中设置复用比参数和主机ID参数，使得多个IPv6主机可以共享同一个IPv4地址，并且通过主机ID参数进行区分，根据复用比参数和主机ID参数动态分配当前主机可使用的IPv4端口范围，通过转换DNS将IPv6网络下的第一访问请求翻译为IPv4网络下的第二访问请求，调用可使用的IPv4端口完成第二访问请求。在本申请实施例提供的1:N转换技术中，一个公有IPv4地址可以被若干个IPv6用户所分享而不会冲突，极大地提高了公有IPv4地址的利用效率，同时继承了1:1转换技术的核心无状态、安全性和易于管理等特性。

本申请实施例中的虚拟装置可以是装置，也可以是终端中的部件、集成电路、或芯片。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (4)

1.一种IPv6至IPv4的转换方法，其特征在于，包括：

在IPv6网络下发起对于IPv4网络的第一访问请求；

通过有状态的动态主机配置协议版本6DHCPv6获取IPv6地址，所述IPv6地址包括复用比参数和主机ID参数，其中，所述复用比参数用于指示共享同一个IPv4地址的主机数量，当存在多个主机共享同一个IPv4地址时，各主机拥有不同的主机ID；

根据所述复用比参数和所述主机ID参数确定当前主机可使用的IPv4端口范围；

调用可使用的IPv4端口完成所述第二访问请求；

所述根据所述复用比参数和所述主机ID参数确定当前主机可使用的IPv4端口范围，具体包括：

根据公式2通过熵算法确定前主机可使用的IPv4端口范围；

其中，P表示端口序号，PSID表示主机ID参数，R表示等分段数，L表示将整个[0,65535]端口范围等分为R段时的长度；

或者，

根据公式3通过推广的模算法GMA确定前主机可使用的IPv4端口范围；

其中，P表示端口序号，M表示连续参数，PSID表示主机ID参数，R表示等分段数。

2.根据权利要求1所述的转换方法，其特征在于，还包括：

在IPv4网络下发起对于IPv6网络的第三访问请求；

通过所述转换DNS将IPv4网络下的所述第三访问请求翻译为IPv6网络下的第四访问请求；

通过所述转换DNS将IPv6网络下的所述第四访问请求重新翻译为IPv4网络下的所述第三访问请求，以直接建立所述第三访问请求与所述第四访问请求的映射关系。

3.一种IPv6至IPv4的转换装置，其特征在于，包括：

第一发起模块，用于在IPv6网络下发起对于IPv4网络的第一访问请求；

获取模块，用于通过有状态的DHCPv6获取IPv6地址，所述IPv6地址包括复用比参数和主机ID参数，其中，所述复用比参数用于指示共享同一个IPv4地址的主机数量，当存在多个主机共享同一个IPv4地址时，各主机拥有不同的主机ID；

确定模块，用于根据所述复用比参数和所述主机ID参数确定当前主机可使用的IPv4端口范围；

第一翻译模块，用于通过转换DNS将IPv6网络下的所述第一访问请求翻译为IPv4网络下的第二访问请求；

调用模块，用于调用可使用的IPv4端口完成所述第二访问请求；

所述确定模块具体用于：

根据公式2通过熵算法确定前主机可使用的IPv4端口范围；

其中，P表示端口序号，PSID表示主机ID参数，R表示等分段数，L表示将整个[0,65535]端口范围等分为R段时的长度；

或者，

根据公式3通过推广的模算法确定前主机可使用的IPv4端口范围；

其中，P表示端口序号，M表示连续参数，PSID表示主机ID参数，R表示等分段数。

4.根据权利要求3所述的转换装置，其特征在于，还包括：

第二发起模块，用于在IPv4网络下发起对于IPv6网络的第三访问请求；

第二翻译模块，用于通过所述转换DNS将IPv4网络下的所述第三访问请求翻译为IPv6网络下的第四访问请求；

第三翻译模块，用于通过所述转换DNS将IPv6网络下的所述第四访问请求重新翻译为IPv4网络下的所述第三访问请求，以直接建立所述第三访问请求与所述第四访问请求的映射关系。