CN1691665A - 一种IPv4网络与IPv6网络通信的实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种IPv4网络与IPv6网络通信的实现方法。该方法是在IPv4网络中的节点向IPv6网络中的节点发起通信时，根据IPv4地址及相应的端口号进行目的地址转的换处理，并实现所述的IPv4网络中的节点与IPv6网络中的节点间的通信。因此，本发明是在IPv4网络节点发起向IPv6网络节点访问时，相应的多个作为目的地址的不同的IPv6地址可以基于相应的端口号信息同时映射到一个IPv4地址上，实现了在地址映射过程中，对于IPv4地址资源的最大利用，解决IPv4地址短缺问题，有效地节约了IPv4地址的使用。而且，本发明还具有实现过程比较简单的优点。

Description

一种IPv4网络与IPv6网络通信的实现方法

技术领域

本发明涉及网络通信技术领域，尤其涉及一种IPv4网络与IPv6网络通信的实现方法。

背景技术

目前数据网络中以IPv4(互联网协议第四版)技术为主导，随着网络规模的扩大，IPv6(互联网协议第六版)技术以其庞大的地址空间等优势将逐渐取代目前的IPv4技术。然而，这种彻底的取代需要长期的过程。在这个长期由IPv4向IPv6演进过程中，为了共享网络资源，必须要解决IPv4网络和IPv6网络互通的问题，也就是需要保证IPv6节点与IPv4节点可以互访。基于这种需要产生了NAT-PT(Network Address Translation-ProtocolTranslation，网络地址转换协议)技术，该技术提供了一种IPv4网络和IPv6网络互通的解决方案，该协议规范由RFC2766(RFC，请求注解)定义。

NAT-PT技术的主要原理是，在IPv6网络和IPv4网络之间设置网关设备，称为NAT-PT网关，在IPv6网络节点与IPv4网络节点相互通信时，NAT-PT网关将往来的IPv6报文和IPv4报文进行相互转换，以适应对端的IP协议类型。包括协议的转换(如IPv4报文头和IPv6报文头的转换)以及IP地址的转换。

对于由IPv6报文到IPv4报文的转换中，IP地址的转换实际上是用可标识的IPv4地址替换IPv6地址，具体方法是NAT-PT网关从IPv4地址池中分配临时的IPv4地址来映射需要转换的IPv6地址。而对于由IPv4报文到IPv6报文的转换，则需要用相应的IPv6地址替换IPv4地址，具体采用的方式是分配专门的IPv6地址前缀，称为NAT-PT前缀，利用前缀+IPv4地址构成新的IPv6地址来映射需要转换的IPv4地址。

为对NAT-PT技术有更进一步的了解，再结合一个实例描述NAT-PT中的IP地址转换处理过程。如图1所示，中间的NAT-PT网关包括IPv4地址池，假设包括的IPv4地址为101.1.1.1到101.1.1.10，用于映射需要转换的IPv6地址，并分配NAT-PT前缀，假设前缀为3333::0/96，用于映射需要转换的IPv4地址；参见图1，假设左边IPv6网络中，节点B和节点A的IPv6地址分别为2001::1，和2001::2；右边IPv4网络中，节点C的IPv4地址为132.1.1.1。

当IPv6节点发起向IPv4节点的访问时，以IPv6节点B(IPv6-B)准备与IPv4节点C(IPv4-C)通信为例，具体处理过程为：当需要向节点C发送报文时，首先在NAT-PT网关需要将作为目的地址的节点C的IPv4地址映射为IPv6地址，所采用的方法是将用NAT-PT前缀+IPv4地址，即3333::132.1.1.1。这样，节点B发送IPv6报文时，相应的源地址为2001::1，目的地址为3333::132.1.1.1，在报文经过NAT-PT网关时，作为目的地址的IPv6地址再被转换为IPv4地址，即节点C的实际地址132.1.1.1；NAT-PT网关还需要从IPv4地址池分配一个地址(例为101.1.1.1)来映射IPv6源地址，并将IPv6报文转换为IPv4报文，发送给IPv4节点C，这样便完成了一次节点B向节点C发送报文的处理过程。

当IPv4节点发起向IPv6节点的访问时，以IPv4节点C准备与IPv6节点B通信为例，具体过程为：首先，在NAT-PT网关需要将节点B的IPv6地址映射为IPv4地址，假设将节点B的地址2001::1映射为相应的IPv4地址101.1.1.2；在节点C上发送IPv4报文给节点B时，直接使用映射后的节点B的IPv4地址101.1.1.2作为目的地址即可。在报文经过NAT-PT网关时，IPv4报文的源地址也将被映射为相应的IPv6地址，具体的方式是在原IPv4地址前加上NAT-PT前缀，即为3333::132.1.1.1；IPv4报文的目的地址也将被映射为相应的IPv6地址，即节点B的实际地址2001::1；NAT-PT网关再将报文转换为IPv6报文后发送给IPv6节点B即可。

为保证IPv4报文的目的地址可以将被映射为相应的IPv6地址，NAT-PT协议还规定了DNS-ALG(域名系统地址转换应用网关)的实现方法，可以用来协助由IPv4发起的向IPv6访问的报文的地址转换处理过程。如图2所示，NAT-PT网关需要支持DNS-ALG，即经过的报文如果是包含DNS(域名系统)报文，除对IPv6和IPv4协议报文头互相转换外，还要对DNS报文做转换；IPv6网络中的DNS是IPv6DNS服务器，负责响应IPv6的DNS请求；IPv4网络中的DNS是IPv4DNS服务器，负责响应IPv4的DNS请求。

假设IPv4节点C访问IPv6节点B，首先，节点C发出IPv4的DNS请求用来获得目的节点B的IPv4地址，该请求经过NAT-PT网关时，被改为IPv6的DNS请求，修改后的IPv6的DNS请求发送给IPv6 DNS服务器，得到IPv6 DNS回应，包含节点B的IPv6地址，该回应报文经过NAT-PT网关时，被转换为IPv4DNS回应报文，同时NAT-PT网关从IPv4地址池中分配IPv4地址作为节点B的IPv4地址来替换回应报文中的IPv6地址。节点C收到该DNS回应报文后，可以用该IPv4地址作为目的地址访问节点B，报文的地址转换过程如图3所示。

由前面描述可以看出，在NAT-PT转换过程中，对IPv6地址的映射采用IPv4地址池方式，每当新的IPv6地址需要映射时，从地址池中分配一个IPv4地址来使用。由于目前IPv4地址资源比较匮乏，通常无法分配到足够大的地址池，这样导致地址池中的地址很容易被耗尽。一旦地址池中无空余地址可供分配，所有IPv6和IPv4间建立的新的连接将无法被NAT-PT网关正常处理。

为此，对于由IPv6网络发往IPv4网络的报文，NAT-PT协议又规定了基于端口号的转换方式，即除了将报文源地址转换外，还要将报文传输层的端口号也进行转换。假设有两个IPv6报文都需要将各自的IPv6源地址映射为IPv4地址，但是在NAT-PT网关可供映射的IPv4地址只有一个，此时可以使用端口号转换方式，如图4所示，除进行地址映射处理外，还将IPv6报文的源端口映射为不同的IPv4端口，这样，两个报文经过转换处理后，虽然IPv4源地址相同，但是由于分配的IPv4源端口号不同，仍然可以区分出两个报文来，这种处理方法称为PAT(基于端口号的地址转换)方式。

当IPv6报文需要与IPv4报文通信，由于报文的目的地址采用NAT-PT前缀+IPv4地址形式，可以直接映射为IPv4地址，同时目的端口保持不变。对于源地址源端口，通过动态的分配源IPv4地址以及分配端口号来进行映射；且由于端口号的取值范围为0-65535，所以通过这种方法原则上每个IPv4地址可以同时被复用到65535个映射中，大大提高了IPv4地址的使用效率。

然而，上述方法仅限于在IPv6发起向IPv4报文转换的过程中，对IPv6源地址映射时使用，即仅适用于将作为源地址的IPv6地址转换为IPv4地址。而对于由IPv4网络的节点发起的向IPv6网络访问的报文转换，则仍然需要将作为目的地址的IPv6地址映射为相应的IPv4地址，而与端口号无关。并且，对于目前的NAT-PT协议规定的DNS-ALG的实现方法，也只是用从IPv4地址池中分配的IPv4地址映射目的IPv6地址，然后由DNS报文携带给IPv4网络中的源节点，而DNS报文是无法携带相应的端口号信息的，正因为如此，NAT-PT网关无法使用端口号分配方法。这样，导致IPv4地址池的地址很快被DNS-ALG耗尽，也就是说，在IPv4节点发起的到IPv6节点的地址转换过程中，对于到任意目的地址为IPv6地址的情况下，仍然不能最大效率的提高IPv4地址使用效率，即无法实现IPv4地址的最大利用。

因此，目前虽然可以实现IPv4网络节点和IPv6网络节点的互通，其中对于IPv6的地址映射依赖于分配到的IPv4地址池，然而IPv4地址资源目前看来也非常紧张，特别是在中国等亚洲国家。

发明内容

本发明的目的是提供一种IPv4网络与IPv6网络通信的实现方法，从而保证当IPv4网络访问IPv6网络时，可以实现一个IPv4地址应用于多个目的IPv6地址的映射，有效地解决了IPv4地址短缺的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种IPv4网络与IPv6网络通信的实现方法，当IPv4网络中的节点向IPv6网络中的节点发起通信时，根据IPv4地址及相应的端口号进行目的地址转的换处理，并进行所述的IPv4网络中的节点与IPv6网络中的节点间的通信。

所述的IPv4网络与IPv6网络通信的实现方法进一步包括：

A、当IPv4网络中的节点向IPv6网络中的节点发起通信时，为本次通信的目的地址分配一个对应的IPv4地址及相应的端口号；

B、建立作为目的端的IPv6网络中的节点的IPv6地址及相应的端口号与所述的IPv4地址及相应的端口号的对应关系；

C、根据建立的对应关系实现所述的IPv4网络中的节点与IPv6网络中的节点间的通信。

所述的步骤A包括：

当IPv4网络中的节点向IPv6网络中的节点发起通信时，在NAT-PT(网络地址转换协议)网关上的IPv4地址池中为本次通信分配一个对应的Ipv4地址及相应的端口号；

且所述的步骤B包括：

在NAT-PT网关建立并保存作为目的端的IPv6网络中的节点的IPv6地址及相应的端口号与分配的IPv4地址及相应的端口号的对应关系。

所述的步骤C包括：

C1、IPv4网络中的节点向IPv6网络中的节点发送的报文的目的地址及目的端口号使用步骤A分配的IPv4地址及相应的端口号，并发送；

C2、当所述的报文经过NAT-PT网关时，根据步骤B建立的对应关系将报文的目的地址及目的端口号转换为作为目的端的IPv6网络中的节点的实际IPv6地址及相应的端口号，并发送。

所述的步骤C还包括：

当所述的作为目的端的IPv6网络中的节点向作为源端的IPv4网络中的节点返回响应报文时，在NAT-PT网关将返回的响应报文的源地址及相应的端口号替换步骤A分配的IPv4地址及相应的端口号，并发送给所述的IPv4网络中的节点。

所述的IPv4网络与IPv6网络通信的实现方法进一步包括：

在NAT-PT网关上静态配置作为目的端的IPv6网络中的节点的IPv6地址及相应的端口号与相应的IPv4地址及相应的端口号的对应关系；

当IPv4网络中的节点向IPv6网络中的节点发起通信时，根据建立的对应关系实现所述的IPv4网络中的节点与IPv6网络中的节点间的通信。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明是在IPv4网络节点发起向IPv6网络节点访问时，相应的多个作为目的地址的不同的IPv6地址可以基于相应的端口号信息同时映射到一个IPv4地址上，实现了在地址映射过程中，对于IPv4地址资源的最大利用，解决IPv4地址短缺问题，有效地节约了IPv4地址的使用。

而且，本发明采用了通过基于端口号实现由IPv4网络到IPv6网络的报文的目的地址转换过程的方法，还具有实现地址转换处理过程比较简单的优点。

附图说明

图1为IPv4网络与IPv6网络互通的组网示意图；

图2为基于DNS的IPv4网络与IPv6网络互通的组网示意图；

图3为现有技术中IPv4网络向IPv6网络发送报文的地址转换示意图；

图4为现有技术中IPv6网络向IPv4网络发送报文的地址转换示意图；

图5为本发明中IPv 4网络向IPv6网络发送报文的地址转换示意图；

图6为本发明所述的方法的流程图。

具体实施方式

本发明主要是对NAT-PT技术的补充，从而在IPv4网络发起的向IPv6网络访问的过程中，相应的地址转换处理可以有效地利用有限的IPv4地址资源，解决IPv4地址短缺问题。本发明实现的核心思想是：当IPv4网络的节点向IPv6网络的节点发起通信时，根据IPv4地址及相应的端口号进行相应的地址转换处理，并在所述的节点间开展通信业务。如图5所示，也就是说本发明的实质是将任意作为目的端的IPv6网络中的节点的IPv6地址和端口与相应的IPv4地址及相应的端口进行映射转换，从而实现IPv4网络向IPv6网络发起的通信的地址转换处理，充分地利用了有限的IPv4地址资源。

本发明是对IPv4网络与IPv6网络互通过程中的地址转换处理过程的改进，具体的讲，本发明为仅针对由IPv4网络中的节点发起与IPv6网络中的节点的通信过程中的地址转换处理提出的技术方案。

本发明的具体实现方式如图5和图6所示，包括以下步骤：

步骤61：在NAT-PT网关上静态配置IPv4地址和端口号与IPv6地址和端口号的映射关系；

即在NAT-PT网关上，从IPv4地址池中分配空闲的IPv4地址及空闲的IPv4端口，并与IPv6网络中相应节点的IPv6地址和服务端口号建立静态的地址映射关系；

当然，也可以在IPv4网络中的节点发起与IPv6网络中的节点的通信时，NAT-PT网关从IPv4地址池中分配一个IPv4地址及相应的端口号，并建立其与作为目的端的IPv6节点的IPv6地址及端口号的对应关系。

步骤62：当IPv4网络中的节点发起与IPv6网络中的节点的通信时，所需要的目的IPv4地址为直接根据步骤61所配置的地址映射关系确定；

也就是说，当IPv4网络中的节点发起与IPv6网络中的节点的通信时，所发送的报文的目的地址及目的端口号为在NAT-PT网关上静态配置的IPv6网络中的目的节点的IPv6地址和服务端口号对应的IPv4地址和IPv4端口号。

步骤63：NAT-PT网关收到所述的报文后，将其中的目的IPv4地址及端口号根据所述的静态配置的映射关系转换为对应的IPv6地址及端口号；

即当IPv4发起的IPv4报文经过NAT-PT网关时，则需要对所述的报文进行地址转换处理，即根据步骤61已经配置的IPv6地址及相应的端口号与IPv4地址及相应端口号的对应关系，将报文的目的地址+端口号替换为目的端的实际IPv6地址及相应的端口号。

步骤64：将经过地址转换处理的报文发送给作为目的端的IPv6节点。

本发明还包括：当IPv6节点回应的IPv6报文经过NAT-PT网关时，仍需要进行报文的地址转换处理，即将报文中的IPv6源地址+源端口替换为已保存的与其对应的IPv4源地址+源端口，并将所述的报文发送给IPv4网络中的节点(即发起通信的IPv4节点)。

步骤61至步骤64对本发明的具体处理过程进行了相应的说明，下而再结合具体的应用实例对本发明作进一步说明：

仍以IPv4网络中的节点发起到IPv6网络中的节点的访问为例，参见图1，假设IPv4节点C需要访问IPv6节点A的23端口，则在NAT-PT网关上，从IPv4地址池中分配空闲地址101.1.1.3和空闲端口10001映射节点A的IPv6地址和端口，所述的对应关系为：101.1.1.3+10001<--->2001::2+23。

此时，节点C发出的到节点A的IPv4报文的目的地址和端口使用101.1.1.3+10001。当节点C发起的IPv4报文经过NAT-PT网关作报文转换时，将报文目的地址和目的端口由101.1.1.3+10001改为2001::2+23，并发送给节点A。

当节点A回应的IPv6报文经过NAT-PT网关作报文转换时，将报文源地址和源端口由2001::2+23改为101.1.1.3+10001后，发送给节点C。

至此，实现了节点C和节点A的通信。

本发明中，每当IPv4网络中的节点向IPv6网络中的节点发起的通信时，均需要在NAT-PT网关建立相应的地址+端口号的对应关系，例如当节点C同时要访问节点B的80端口服务时，NAT-PT网关可以分配同一个IPv4地址和不同的端口来映射节点B的80端口服务，所述的对应关系为：101.1.1.3+10002<--->2001::1+80。

由此可以看出，通过本发明所提供的技术方案，多条不同的由IPv4网络到IPv6网络的通信均可以使用相同的IPv4地址结合不同的端口来映射目的IPv6地址及相应的端口，从而大大节约了IPv4地址的使用。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (6)

1、一种IPv4网络与IPv6网络通信的实现方法，其特征在于，当IPv4网络中的节点向IPv6网络中的节点发起通信时，根据IPv4地址及相应的端口号进行目的地址的转换处理，并进行所述的IPv4网络中的节点与IPv6网络中的节点间的通信。

2、根据权利要求1所述的IPv4网络与IPv6网络通信的实现方法，其特征在于该方法进一步包括：

A、当IPv4网络中的节点向IPv6网络中的节点发起通信时，为本次通信的目的地址分配一个对应的IPv4地址及相应的端口号；

B、建立作为目的端的IPv6网络中的节点的IPv6地址及相应的端口号与所述的IPv4地址及相应的端口号的对应关系；

C、根据建立的对应关系实现所述的IPv4网络中的节点与IPv6网络中的节点间的通信。

3、根据权利要求2所述的IPv4网络与IPv6网络通信的实现方法，其特征在于所述的步骤A包括：

当IPv4网络中的节点向IPv6网络中的节点发起通信时，在NAT-PT(网络地址转换协议)网关上的IPv4地址池中为本次通信分配一个对应的IPv4地址及相应的端口号；

且所述的步骤B包括：

在NAT-PT网关建立并保存作为目的端的IPv6网络中的节点的IPv6地址及相应的端口号与分配的IPv4地址及相应的端口号的对应关系。

4、根据权利要求2或3所述的IPv4网络与IPv6网络通信的实现方法，其特征在于所述的步骤C包括：

C1、IPv4网络中的节点向IPv6网络中的节点发送的报文的目的地址及目的端口号使用步骤A分配的IPv4地址及相应的端口号，并发送；

C2、当所述的报文经过NAT-PT网关时，根据步骤B建立的对应关系将报文的目的地址及目的端口号转换为作为目的端的IPv6网络中的节点的实际IPv6地址及相应的端口号，并发送。

5、根据权利要求4所述的IPv4网络与Pv6网络通信的实现方法，其特征在于所述的步骤C还包括：

当所述的作为目的端的IPv6网络中的节点向作为源端的IPv4网络中的节点返回响应报文时，在NAT-PT网关将返回的响应报文的源地址及相应的端口号替换步骤A分配的IPv4地址及相应的端口号，并发送给所述的IPv4网络中的节点。

6、根据权利要求1所述的IPv4网络与IPv6网络通信的实现方法，其特征在于该方法进一步包括：

在NAT-PT网关上静态配置作为目的端的IPv6网络中的节点的IPv6地址及相应的端口号与相应的IPv4地址及相应的端口号的对应关系；

当IPv4网络中的节点向IPv6网络中的节点发起通信时，根据建立的对应关系实现所述的IPv4网络中的节点与IPv6网络中的节点间的通信。

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