CN102255982A - 一种IPv4/IPv6转换网关以及转换方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于计算机网络通信技术领域,公开了一种IPv4/IPv6转换网关以及转换方法。本发明的转换网关包括:调度模块、收发数据包模块、IPv4/IPv6地址映射模块、地址转换模块和协议转换模块,其根据设定的地址映射表实现IPv4地址与IPv6地址的相互转换,不需要保持大量的转换状态,降低了复杂度,能够为IPv4和IPv6网络的所有主机提供全功能的服务。本发明的方法只需要在IPv4网络与IPv6网络之间安装一个无状态转换网关,采用转换网关以后并没有改变两种网络的架构,由于它不转发一般帧,所以两种网络的冲突域与广播域也是基本隔离的,对两种网络的影响很小。
Description
技术领域
本发明属于计算机网络通信技术领域,具体涉及一种IPv4/IPv6的转换网关以及转换方法。
背景技术
TCP/IP协议族是全球因特网所采用的协议族,IP是TCP/IP协议族中网络层的协议,是TCP/IP协议族的核心协议。由于IPv4协议的固有局限性以及全球IPv4地址资源的短缺,人们设想将IPv4向IPv6迁移。在解决地址短缺问题的同时,IPv6的引进提高了网络的整体吞吐量、改善了服务质量(QoS,Quality of Service)、网络安全性有更好的保证,并且支持即插即用和移动性,更好的实现了多播功能。然而,IPv4向IPv6的迁移不可能在短时间内完成,因此IPv4与IPv6将要在一段时间内共存。然而,在网络通信中为了维护一个Internet,IPv4到IPv6的转换是不可避免的,但是大量研究表明,要寻找到适合任何环境下的IPv4到IPv6的转换是非常困难的。
目前,通过一些研究提出了运用NAT技术来支持IPv4到IPv6的转换。但是SIIT要求使用转化器的IPv6节点,在它与IPv4节点通信时,必须要有由IPv4转换的IPv6地址,但是路由协议需要额外地支持IPv4转换地址,因而增加了实现的难度。Dual Stack(RFC 2893obsolete RFC1933)解决方法是在每个客户机与服务器上安装双协议栈,虽然它无需状态信息,但是它增加了整个网络的复杂程度,且由于使用的是双协议栈,就必须对每台主机赋给两个地址(一个IPv4,一个IPv6),对于现今IPv4地址缺乏的状况也没有起缓解的作用。NAT-PT(Network Address Translation-Protocol Translation)转换方法需要对每个连接都保持大量的转换状态,这样一定程度上带来了操作的复杂性;RFC6144/RFC6052描述了一种IPv4/IPv6的地址转换机制,但IPv6地址只能取嵌入IPv4地址的形式,不能用于任意单播IPv6地址的情形,限制了IPv6部署的灵活性。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的IPv4到IPv6的转换技术存在的问题,提出了一种IPv4/IPv6转换网关。
本发明的技术方案是:一种IPv4/IPv6转换网关,包括:调度模块、收发数据包模块、IPv4/IPv6地址映射模块、地址转换模块和协议转换模块,其中,
调度模块,用于调度处理所述转换网关的各个模块;
收发数据包模块,用于实现数据包的收发转换;
IPv4/IPv6地址映射模块,用于根据网络中服务器地址数量的大小确定地址映射表,记录IPv4地址与IPv6地址之间的映射关系;
地址转换模块,用于实现IPv4地址与IPv6地址之间的相互转换,具体为:当实现IPv4到IPv6的转换时,报文的目的地址是按照预设的地址映射表转换,源地址则是通过增加96位前缀转换的;当实现IPv6到IPv4的转换时,报文的源地址是按照预设的地址映射表转换,目的地址则是通过增加96位前缀转换的。
协议转换模块,用于实现IPv4协议与IPv6协议间的相互转换。
为实现本发明的目的还提出了一种IPv4/IPv6转换方法,首先IPv4/IPv6转换网关判断收到的数据帧是IPv4数据帧还是IPv6数据帧,然后再检查目的地址,如果该帧目的地址不是IPv6服务器的IPv4保留地址或者IPv6中的IPv4保留地址,则将该帧直接转发或者丢弃;如果收到的是IPv4帧且其目的地址是IPv6服务器的IPv4保留地址,则对该帧进行IPv4到IPv6的转换,即按照预设的地址映射表将报文的目的地址进行转换,并将源地址增加96位前缀,进而更改帧头部,计算校验和,然后封包转发到IPv6网络中去;如果收到的是IPv6帧且其目的地址是IPv4地址在IPv6中的保留地址,则对该帧进行IPv6到IPv4的转换,即按照预设的地址映射表将报文的源地址进行转换,并将目的地址则增加96位前缀,进而更改帧头部,计算校验,然后封包转发到IPv4网络中去,所述地址映射表具体为根据网络中服务器地址数量的大小记录IPv4地址与IPv6地址之间的映射关系。
本发明的有益效果:本发明的IPv4/IPv6转换网关根据设定的地址映射表实现IPv4地址与IPv6地址的相互转换,不需要保持大量的转换状态,降低了复杂度,迁移到IPv6的服务允许配置任意合法的IPv6单播地址,并为IPv4和IPv6网络的所有主机提供全功能的服务。本发明的方法只需要在IPv4网络与IPv6网络之间安装一个无状态转换网关,采用转换网关以后并没有改变两种网络的架构,由于它不转发一般帧,所以两种网络的冲突域与广播域也是基本隔离的,对两种网络的影响很小,并且转换网关占用的是服务器迁移之前的IPv4地址,并没有加重IPv4地址耗尽问题。
附图说明
图1是本发明实施例的网络架构示意图。
图2是本发明的IPv4/IPv6转换网关的***模块结构示意图。
图3是本发明的IPv4/IPv6转换网关的功能结构示意图。
图4是本发明实施例的MSN服务到IPv6的迁移示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的阐述。
本发明针对现有的IPv4到IPv6的转换技术的不足,提供了一种IPv4/IPv6转换网关和IPv4/IPv6转换方法,IPv4/IPv6转换网关是基于无状态的,能够在IPv4与IPv6之间起到一个转换作用,使IPv4与IPv6能够相互通信,IPv4/IPv6迁移的具体网络架构示意图如错误!未找到引用源。所示。
无状态的IPv4/IPv6转换网关的基本思想是:在不损害IPv4网络中的客户端主机的能力的情况下通过限制IPv4主机访问IPv6服务的范围来实现IPv4服务到IPv6的无状态转换。通过限制IPv4主机访问IPv6服务的范围,能够使这些迁移服务器对IPv4和IPv6网络的所有主机提供全功能服务。在转换过程中,IPv4/IPv6的映射表可以配置脱机状态,也没有必要记录数据包状态,所以IPv4服务到IPv6的转换是无状态的。同时,由于IPv4和迁移服务的吞吐能力是由IPv4/IPv6转换网关设备的数量和性能决定的,且只有转换网关负责迁移服务器的IPv4和IPv6之间的地址映射,因此,在完成通信时IPv4的设备和IPv6的设备都不需要改变,让多个转换网关一起工作就可以达到增加IPv4向IPv6转换容量的目的。
具体的,IPv4/IPv6转换网关的结构示意图如图2所示,包括:调度模块、收发数据包模块、IPv4/IPv6地址映射模块、地址转换模块和协议转换模块,其中,
调度模块,用于调度处理所述转换网关的各个模块。该模块是转换网关的控制中心,用于负责对各个模块的调度处理,它的主要功能是对接收到的网络数据帧中的信息进行分析、判断,根据分析的结果将其传送给相应的其它模块进行处理。相应的其它模块处理过的数据帧都发回到这里,由这里对结果进行判断,然后再根据需要传送给其它模块进行网络帧的生成,以传送给物理网络。
收发数据包模块,用于实现数据包的收发转换。该模块主要用于实现数据包的收发转换,是整个转换网关的入口和出口,其功能是对网卡接收到的数据包进行截取、过滤并传送给相应的其它模块进行处理;在相应的其它模块对数据包进行了一系列的处后,本模块会根据返回的处理结果组成一个新的数据包,并将其发送到网络上。
IPv4/IPv6地址映射模块,用于根据网络中服务器地址数量的大小确定地址映射表,记录IPv4地址与IPv6地址之间的映射关系。地址映射表存在一一映射的关系,用于IPv4地址与IPv6地址的双向转换,映射表中IPv4地址为服务器的原IPv4地址,IPv6地址为服务器现有的IPv6地址。
地址转换模块,用于实现IPv4地址与IPv6地址之间的相互转换。在这里,在地址转换过程中报文的源地址和目的地址是分别进行转换的,具体为:当实现IPv4到IPv6的转换时,报文的目的地址是按照预设的地址映射表转换,源地址则是通过增加96位前缀转换的;当实现IPv6到IPv4的转换时,报文的源地址是按照预设的地址映射表转换,目的地址则是通过增加96位前缀转换的。当IPv6主机要访问IPv4网络时,必须有一个合法的IPv4地址,反之,当IPv4主机要访问IPv6网络时,必须有一个合法的IPv6地址,该模块就是用于实现IPv4地址与IPv6地址相互转换的。
协议转换模块,用于实现IPv4协议与IPv6协议间的相互转换。具体包括IPv4-IPv6转换单元和IPv6-IPv4转换单元。其中,IPv4-IPv6转换单元:其功能是根据协议转换算法将IPv4数据包首部转换成IPv6数据包首部,同时对高层协议如TCP、UDP的校验和进行调整,协议转换的结果和地址端口转换的结果写入新的IPv6数据包,并传送给调度模块;IPv6-IPv4转换单元:其功能是根据协议转换算法将IPv6数据包首部转换成IPv4数据包首部,同时对高层协议如TCP、UDP的校验和进行调整,协议转换的结果和地址端口转换的结果写入新的IPv4数据包,并传送给调度模块。
本发明还提出了一种IPv4/IPv6转换方法,首先IPv4/IPv6转换网关判断收到的数据帧是IPv4数据帧还是IPv6数据帧,然后再检查目的地址,如果该帧目的地址不是IPv6服务器的IPv4保留地址或者IPv6中的IPv4保留地址,则将该帧直接转发或者丢弃;如果收到的是IPv4帧且其目的地址是IPv6服务器的IPv4保留地址,则对该帧进行IPv4到IPv6的转换,即按照预设的地址映射表将报文的目的地址进行转换,并将源地址增加96位前缀,进而更改帧头部,计算校验和,然后封包转发到IPv6网络中去;如果收到的是IPv6帧且其目的地址是IPv4地址在IPv6中的保留地址,则对该帧进行IPv6到IPv4的转换,即按照预设的地址映射表将报文的源地址进行转换,并将目的地址则增加96位前缀,进而更改帧头部,计算校验,然后封包转发到IPv4网络中去,所述地址映射表具体为根据网络中服务器地址数量的大小记录IPv4地址与IPv6地址之间的映射关系。
为了便于对本发明的理解,下面对网络架构的配置、地址转换和协议转换进行说明。
网络架构的配置:如图1所示,基本的网络架构包括IPv4设备,IPv6设备以及IPv4/IPv6转换网关(IITG,IPv4/IPv6 Translation Gateway)等设备。在相互通信中IPv4设备相互通信只使用IPv4协议,同时,IPv6设备相互通信也只使用IPv6协议。在通信过程中只有IITG负责IPv4和IPv6之间迁移时地址的转换,IPv4服务向IPv6迁移之后就成为了一个IPv6的服务,通过IITG,任何IPv4设备可以访问这些属于迁移的IPv6服务器的服务,就好比服务仍然在IPv4一样,同样的,任何IPv6设备也能够很容易地访问这些迁移后的服务。由于IPv4和迁移服务的吞吐能力是由IPv4/IPv6转换网关(IITG)设备的数量和性能决定的,因此,在完成通信时IPv4的设备和IPv6的设备都不需要改变,通过设置多个IITG就可以达到增加IPv4向IPv6转换容量的目的。
地址转换:如图3所示,本发明中的IITG是一个双协议栈的设备,既可以当作IPv4设备中的IPv4路由工作也可以当作IPv6设备中的IPv6路由工作。IPv4客户端可以通过添加不同的96位标准前缀后经不同的IITG来访问迁移的IPv6服务。IITG使用预先设定的地址映射表(PAMT,Preconfigured Address Mapping Table)来迁移IPv4地址到IPv6地址或IPv6域名,反之也可以迁移IPv6地址到IPv4地址或IPv4域名。为简单起见,可假设IITG总是将IPv4地址转换为IPv6地址。那些迁移的IPv4的服务可以通过添加96位标准前缀形成IPv6主机的IPv6地址,从而与任何IPv6主机联系。当服务从IPv4迁移到IPv6,但它仍然有一个虚拟的IPv4地址(VIPv4),IPv4的客户端可以通过查询IPv4的域名服务***找到像以前一样的VIPv4。当IPv4的设备发送一个IPv4数据包,数据包将被路由到充当IPv4路由器的IITG,但是数据包仍然处于IPv4格式,所以IITG要把IPv4格式的数据包转换成IPv6包格式,以便它可以在IPv6中传输。IITG查询预先设定的地址映射表,找到迁移服务中取代报文目的地址的IPv6地址。同时,源地址通过加入96位标准前缀来转换为IPv6地址。相应地,当迁移的IPv6服务发送数据包到IPv4客户端,IITG将把数据包的格式从IPv4转换到IPv6。
协议转换:主要是指数据包的内容和形式,包括IP报头的转换,重新计算传输层校验和。此外,由于不同的协议格式,数据包碎片需要进行特殊的处理。从IPv4到IPv6的转换或从IPv6到IPv4的转换是基于协议的转换算法,IPv4到IPv6的转换算法把IPv4的报头转换成IPv6的报头,并调整如TCP,UDP的高层次协议的校验和,得到的结果将被写入到一个新的IPv6数据包。
如图1和图3所示,图1是本发明的网络结构模型,图中包括若干个IPv4设备,若干个IPv6设备,IPv4/IPv6转换网关和IPv6服务器,图3是IPv4/IPv6转换网关功能结构模型。
利用本发明的IPv4/IPv6转换网关,实现IPv4/IPv6迁移的步骤如下:
假设现在原IPv4服务器现在已经迁移到IPv6网络成为IPv6服务器。
步骤1:IPv4/IPv6转换网关配置:IPv4/IPv6转换网关介于IPv4网络和IPv6网络边缘,需要同时配置其IPv4地址和IPv6地址(IPv6地址为其IPv4地址在IPv6中的保留地址),和两个协议栈。此外,还需配置一张预地址映射表,其作用是:转换网关的IPv4/Ipv6地址映射模块通过预地址映射表,将各设备的Ipv4地址转换为Ipv6地址或者Ipv6域名,反之亦然。
步骤2:Ipv4/Ipv6设备发起/接受通信请求:Ipv4设备发起通信请求时,不需要因为服务器被迁移到Ipv6网络,而改变现有的帧架构,就像Ipv4服务器并没有迁移到Ipv6服务器那样;Ipv6设备则直接与服务器进行通信。
步骤3:Ipv4/Ipv6转换网关收到数据帧:当转换网关收到数据帧时,首先判断这个数据帧是Ipv4数据帧还是Ipv6数据帧,然后再检查目的地址,如果该帧目的地址不是Ipv6服务器的Ipv4保留地址或者Ipv6中的Ipv4保留地址,则将该帧直接转发或者丢弃;如果收到的是Ipv4帧且其目的地址是Ipv6服务器的Ipv4保留地址,则对该帧进行Ipv4到Ipv6的转换,按照预设的地址映射表将报文的目的地址进行转换,并将源地址增加96位前缀;如果收到的是Ipv6帧且其目的地址是Ipv4地址在Ipv6中的保留地址,则对该帧进行Ipv6到Ipv4的转换,按照预设的地址映射表将报文的源地址进行转换,并将地址增加96位前缀,进而更改帧头部,重新计算校验,然后封包转发到Ipv6络中去。
基于无状态转换网关的Ipv4/Pv6转换方法可以适用于所有需要Ipv4服务迁移到Ipv6服务的应用场景。这一研究项目的典型应用包括:即时消息(MSN、Trendent QQ、Skype等)、在线流行的游戏、RTSP协议、IPSec、FTP、H.323,SIP、DNS、PPTP、LDAP、SCCP等。
下面举例说明:图4给出了一个典型的场景:MSN服务从Ipv4迁移到Ipv6。迁移MSN服务器允许所有客户端登录访问,即同时包括MSN的Ipv4和Ipv6的客户端。IITG对所有客户端是透明的,所以如果MSN的Ipv4客户端和MSN的Ipv6的客户端使用相同的网络技术那么它们就可以互相通信。
表1为本发明的方法与之前方法进行了分类的简要对比,结果显示,本发明相对于现有方法具有相当大的优越性。
表1
Claims (3)
1.一种IPv4/IPv6转换网关,包括:调度模块、收发数据包模块和协议转换模块,其特征在于,还包括,IPv4/IPv6地址映射模块、地址转换模块,其中,
调度模块,用于调度处理所述转换网关的各个模块;
收发数据包模块,用于实现数据包的收发转换;
IPv4/IPv6地址映射模块,用于根据网络中服务器地址数量的大小确定地址映射表,记录IPv4地址与IPv6地址之间的映射关系;
地址转换模块,用于实现IPv4地址与IPv6地址之间的相互转换,在转换过程中报文的源地址和目的地址是分别进行转换的,具体为:当实现IPv4到IPv6的转换时,报文的目的地址是按照预设的地址映射表转换,源地址则是通过增加96位前缀转换的;当实现IPv6到IPv4的转换时,报文的源地址是按照预设的地址映射表转换,目的地址则是通过增加96位前缀转换的。
协议转换模块,用于实现IPv4协议与IPv6协议间的相互转换。
2.根据权利要求1所述的IPv4/IPv6转换网关,其特征在于,所述的协议转换模块具体包括IPv4-IPv6转换单元和IPv6-IPv4转换单元。
3.一种IPv4/IPv6转换方法,其特征在于,首先IPv4/IPv6转换网关判断收到的数据帧是IPv4数据帧还是IPv6数据帧,然后再检查目的地址,如果该帧目的地址不是IPv6服务器的IPv4保留地址或者IPv6中的IPv4保留地址,则将该帧直接转发或者丢弃;如果收到的是IPv4帧且其目的地址是IPv6服务器的IPv4保留地址,则对该帧进行IPv4到IPv6的转换,即按照预设的地址映射表将报文的目的地址进行转换,并将源地址增加96位前缀,进而更改帧头部,计算校验和,然后封包转发到IPv6网络中去;如果收到的是IPv6帧且其目的地址是IPv4地址在IPv6中的保留地址,则对该帧进行IPv6到IPv4的转换,即按照预设的地址映射表将报文的源地址进行转换,并将目的地址则增加96位前缀,进而更改帧头部,计算校验,然后封包转发到IPv4网络中去,所述地址映射表具体为根据网络中服务器地址数量的大小记录IPv4地址与IPv6地址之间的映射关系。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20111123 |