CN1731758A - 一种网络地址变换方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种网络地址变换方法及其装置。该方法和装置利用IPv4私有地址与IPv6地址之间一一对应的映射关系，使IPv4私有网络中的IPv6设备在与远程网络中的IPv6设备进行通信的过程中，只需要占用一个IPv4公共地址。本发明不仅简单，而且大大减少了对IPv4公共地址占用。

Description

一种网络地址变换方法及其装置
                                技术领域
本发明涉及网络通信技术领域，尤其涉及一种网络地址变换方法及其装置，该方法和装置适用于IPv4(网际协议第4版)私有网络中的IPv6(网际协议第6版)设备穿越IPv4公共网络与远程网络中的IPv6设备进行通信的过程中。
                                背景技术
近年来，随着互联网的迅速发展，连入互联网的主机数量成倍增长。IPv4协议中的32位的IP地址空间已经不能满足互联网的发展需求，而IPv6协议中的128位的IP地址空间则给人们带来了难以想象的巨大地址空间。虽然人们希望IPv4协议能一下子变成IPv6协议，但是由于目前互联网的规模以及数量庞大的IPv4协议的用户和设备，IPv4协议向IPv6协议的过渡并不能一次性完成，这将是一个循序渐进的过程。因此，现阶段这两种协议不可避免地需要协同工作。
在现有的小型办公室/家庭办公室(SOHO)的IPv4网络配置中，为了解决IP地址短缺的问题，通常使用网络地址转换(NAT)技术来隔离IPv4私有网络和IPv4公共网络。NAT技术的基本功能就是，用1个或几个IP地址来实现1个IPv4私有网络中的所有主机和IPv4公共网络中主机的IP通信。当IPv4私有网络中的IPv6设备想要穿越IPv4公共网络与远程网络中的IPv6设备进行通信时，现有的解决方法就是通过NAT技术来实现的。首先IPv4私有网络中的IPv6设备与远程网络中的IPv6设备之间要建立一条通过NAT设备并穿越IPv4公共网络的通信隧道，然后IPv4私有网络中的IPv6设备将IPv6数据包作为数据内容存储在IPv4数据包中，并将该IPv4数据包发送给NAT设备。该NAT设备从接收到的数据包中读取IPv4私有地址(即源IPv4地址)，并将该IPv4私有地址转换成IPv4公共地址，同时存储该IPv4私有地址和IPv4公共地址之间的映射关系，并将转换后的IPv4数据包转发给远程网络中的IPv6设备。对于从远程网络中的IPv6设备发来的数据包，该NAT设备读取数据包中的IPv4公共地址(即目标IPv4地址)，并根据存储的IPv4私有地址和IPv4公共地址之间的映射关系，将读取的IPv4公共地址转换成IPv4私有地址，并将转换后的数据包转发给IPv4私有网络中的IPv6设备。虽然这是一种简单的解决方法，但是它对于每个IPv4私有地址(即源IPv4地址)都需要一个用于转换的不同的IPv4公共地址。因此，如果IPv4私有网络中有大量的IPv6设备，现有的NAT设备就将消耗大量的IPv4公共地址。
为了解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明提出了一种新型的网络地址变换方法及其装置。
                                发明内容
本发明的目的在于提供一种网络地址变换方法及其装置，该方法和装置不仅简单，而且只需要占用一个IPv4公共地址就能实现IPv4私有网络中的所有IPv6设备穿越IPv4公共网络与远程网络中的IPv6设备之间的通信，大大减少了对IPv4公共地址的占用。
本发明的一种网络地址变换方法，适用于IPv4私有网络中的IPv6设备穿越IPv4公共网络与远程网络中的IPv6设备之间的通信，该方法包含以下步骤：
当IPv4私有网络中的IPv6设备向远程网络中的IPv6设备进行通信时：
a、接收IPv4私有网络中的IPv6设备发送来的IPv4数据包，读取该IPv4数据包中的IPv4私有网络中的IPv6设备的IPv4私有地址和IPv6地址，并将获得的IPv4私有地址转换成IPv4公共地址；
b、记录步骤a中获得的IPv4私有地址、IPv6地址和IPv4公共地址，并在存储它们三者之间的映射关系后，将转换后的数据包转发给远程网络中的IPv6设备；
当远程网络中的IPv6设备向IPv4私有网络中的IPv6设备进行通信时：
c、接收远程网络中的IPv6设备发送来的IPv4数据包，读取该IPv4数据包中的IPv4公共地址和IPv4私有网络中的IPv6设备的IPv6地址；
d、根据步骤b中获得的映射关系，将步骤c中获得的IPv4公共地址转换成步骤a中获得IPv4私有地址，并将转换后的数据包转发给IPv4私有网络中的IPv6设备。
其中，远程网络是IPv6网络或IPv4网络。IPv4私有网络中的IPv6设备是同时支持IPv4协议和IPv6协议的双栈主机或双栈路由器。
本发明的一种网络地址变换装置，适用于IPv4私有网络中的IPv6设备穿越IPv4公共网络与远程网络中的IPv6设备之间的通信，该装置包含网络接口模块和管理模块，其中：
网络接口模块，用于当IPv4私有网络中的IPv6设备向远程网络中的IPv6设备进行通信时，接收IPv4私有网络中的IPv6设备发送来的IPv4数据包，并将经管理模块转换后的数据包转发给远程网络中的IPv6设备；当远程网络中的IPv6设备向IPv4私有网络中的IPv6设备进行通信时，接收远程网络中的IPv6设备发送来的IPv4数据包，并将经管理模块转换后的数据包转发给IPv4私有网络中的IPv6设备；
管理模块，包含地址转换单元、IPv4公共地址存储单元和映射表存储单元，其中：
地址转换单元，用于当IPv4私有网络中的IPv6设备向远程网络中的IPv6设备进行通信时，读取网络接口模块接收到的IPv4数据包中的IPv4私有网络中的IPv6设备的IPv4私有地址和IPv6地址，并将获得的IPv4私有地址转换成存储在IPv4公共地址存储单元中的网络地址变换装置的IPv4公共地址；当远程网络中的IPv6设备向IPv4私有网络中的IPv6设备进行通信时，读取网络接口模块接收到的IPv4数据包中的网络地址变换装置的IPv4公共地址和IPv4私有网络中的IPv6设备的IPv6地址，根据管理模块的映射表存储单元中存储的映射关系，将获得的IPv4公共地址转换成IPv4私有地址；
IPv4公共地址存储单元，用于存储网络地址变换装置的IPv4公共地址；
映射表存储单元，用于记录地址转换单元在IPv4私有网络中的IPv6设备向远程网络中的IPv6设备进行通信时中获得的IPv4私有地址、IPv6地址和网络地址变换装置的IPv4公共地址，并存储它们三者之间的映射关系。
其中，该装置还包括管理员接口模块，***管理员通过该管理员接口模块配置IPv4公共地址存储单元中的IPv4公共地址和/或查看存储在所述映射表存储单元中的信息。
本发明利用IPv4私有地址与IPv6地址之间一一对应的映射关系，使IPv4私有网络中的IPv6设备在与远程网络中的IPv6设备进行通信的过程中，只需要占用一个IPv4公共地址，更进一步解决了IP地址(即IPv4公共地址)短缺的问题。
                               附图说明
图1显示的是根据本发明的一个实施例的网络地址变换装置的结构示意图；
图2显示的是应用本发明的网络地址变换装置使IPv4私有网络中的IPv6设备与远程网络中的IPv6设备进行通信的示意图。
                              具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
图1显示的根据本发明的一个实施例的网络地址变换装置的结构示意图。如图1所示，本发明的一种网络地址变换装置100，适用于IPv4私有网络中的IPv6设备穿越IPv4公共网络与远程网络中的IPv6设备之间的通信，该网络地址变换装置100包含网络接口模块130和管理模块120，其中：
网络接口模块130，用于当IPv4私有网络中的IPv6设备向远程网络中的IPv6设备进行通信时，接收IPv4私有网络中的IPv6设备发送来的IPv4数据包，并将经管理模块120转换后的数据包转发给远程网络中的IPv6设备；当远程网络中的IPv6设备向IPv4私有网络中的IPv6设备进行通信时，接收远程网络中的IPv6设备发送来的IPv4数据包，并将经管理模块120转换后的数据包转发给IPv4私有网络中的IPv6设备；
管理模块120，包含地址转换单元123、IPv4公共地址存储单元122和映射表存储单元121，其中：
地址转换单元123，用于当IPv4私有网络中的IPv6设备向远程网络中的IPv6设备进行通信时，读取网络接口模块130接收到的IPv4数据包中的IPv4私有网络中的IPv6设备的IPv4私有地址和IPv6地址，并将获得的IPv4私有地址转换成存储在IPv4公共地址存储单元122中的网络地址变换装置100的IPv4公共地址；当远程网络中的IPv6设备向IPv4私有网络中的IPv6设备进行通信时，读取网络接口模块130接收到的IPv4数据包中的网络地址变换装置100的IPv4公共地址和IPv4私有网络中的IPv6设备的IPv6地址，根据管理模块120的映射表存储单元121中存储的映射关系，将获得的IPv4公共地址转换成IPv4私有地址；
IPv4公共地址存储单元122，用于存储网络地址变换装置100的IPv4公共地址；
映射表存储单元121，用于记录地址转换单元123在IPv4私有网络中的IPv6设备向远程网络中的IPv6设备进行通信时中获得的IPv4私有地址、IPv6地址和网络地址变换装置100的IPv4公共地址，并存储它们三者之间的映射关系。
其中，该网络地址变换装置100还包括管理员接口模块110，***管理员通过该管理员接口模块110配置IPv4公共地址存储单元122中的IPv4公共地址和/或查看存储在所述映射表存储单元121中的信息。
图2显示的是应用本发明的网络地址变换装置使IPv4私有网络中的IPv6设备与远程网络中的IPv6设备进行通信的示意图。如图2所示，主机A和路由器X均为IPv4私有网络中同时支持IPv4网络和IPv6网络的双栈设备，而主机B或C则是IPv6网络中的设备。其中，双栈主机A为IPv4私有网络中的IPv6设备，而主机B或C与双栈路由器X一起构成了IPv4私有网络中的IPv6设备。
当双栈主机A想要穿越IPv4公共网络与远程IPv6网络中的主机D通信时，首先，双栈主机A要与双栈路由器X建立一条通过本发明的网络地址变换装置100并穿越IPv4公共网络的通信隧道，双栈主机A通过双栈路由器X进而与主机D进行通信。其中隧道的建立方法为现有技术，在此就不作进一步的描述了。
这里，我们假设双栈主机A的IPv4私有地址和IPv6地址分别为192.168.32.10和2002:4580::e345:d3a0；网络地址变换装置100占用的IPv4公共地址为202.206.16.1；双栈路由器X的IPv4公共地址为130.30.21.1；主机D的IPv6地址为2002:2380::F385:E321。
当IPv4私有网络中的双栈主机A向远程IPv6网络中的主机D进行通信时，双栈主机A将IPv6数据包作为数据内容存储在IPv4数据包中，并将该IPv4数据包发送给网络地址变换装置100。双栈主机A发送的数据包格式为(简化显示)：
                                  IPv4数据包
  IPv4数据包头   IPv4数据包内容(IPv6数据包)
  源地址   目标地址   IPv6数据包头   IPv6数据包内容
  ——   ——   源地址   目标地址   ——
  192.168.32.10   130.30.21.1   2002:4580::e345:d3a0   2002:2380::F385:E321   数据
网络地址变换装置100从接收到的数据包中读取双栈主机A的IPv4私有地址192.168.32.10和IPv6地址2002:4580::e345:d3a0(即源IPv4地址和源IPv6地址)，并将获得的IPv4私有地址192.168.32.10转换成网络地址变换装置100所占用的IPv4公共地址202.206.16.1，同时记录上述获得的IPv4私有地址192.168.32.10、IPv6地址2002:4580::e345:d3a0和IPv4公共地址202.206.16.1，并在存储它们三者之间的映射关系后，将转换后的数据包通过建立的隧道转发给双栈路由器X。其中，转换后的数据包格式为：
                                                IPv4数据包
  IPv4数据包头   IPv4数据包内容(IPv6数据包)
  源地址   目标地址   IPv6数据包头   IPv6数据包内容
  ——   ——   源地址   目标地址   ——
  202.206.16.1   130.30.21.1   2002:4580::e345:d3a0   2002:2380::F385:E321   数据
存储在网络地址变换装置100中的IPv4私有地址、IPv6地址和IPv4公共地址三者间的映射关系为：
  ID   IPv4私有地址(源IPv4地址)   IPv6地址(源IPv6地址)   IPv4公共地址
  1   192.168.32.10   2002:4580::e345:d3a0   202.206.16.1
双栈路由器X接收到数据包后，读出IPv4数据包的中的IPv6数据包，并根据数据包中的目标地址将该IPv6数据包转发给远程IPv6网络中的主机D。
当远程IPv6网络中的主机D向IPv4私有网络中的双栈主机A进行通信时，主机D将IPv6数据包发送给双栈路由器X，双栈路由器X将接收到的IPv6数据包作为数据内容存储在IPv4数据包中发送给网络地址变换装置100。其中经双栈路由器X处理后的IPv4数据包格式为：
                                                   IPv4数据包
  IPv4数据包头   IPv4数据包内容(IPv6数据包)
  源地址   目标地址   IPv6数据包头   IPv6数据包内容
  ——   ——   源地址   目标地址   ——
  130.30.21.1   202.206.16.1   2002:2380::F385:E321   2002:4580::e345:d3a0   数据
网络地址变换装置100从接收到的数据包中读取IPv4私有网络中的双栈主机A的IPv6地址2002:4580::e345:d3a0(即目标IPv6地址)和网络地址变换装置100的IPv4公共地址202.206.16.1(即目标IPv4地址)。接着网络地址变换装置100根据其存储的IPv4私有地址、IPv6地址和IPv4公共地址三者间的映射关系，将IPv4公共地址202.206.16.1转换成IPv4私有地址192.168.32.10后，将转换后的数据包转发给IPv4私有网络中的双栈主机A。其中经网络地址变换装置100转换后的IPv4数据包格式为：
                                          IPv4数据包
  IPv4数据包头   IPv4数据包内容(IPv6数据包)
  源地址   目标地址   IPv6数据包头   IPv6数据包内容
  ——   ——   源地址   目标地址   ——
  130.30.21.1   192.168.32.10   2002:2380::F385:E321   2002:4580::e345:d3a0   数据
如图2所示，当主机B或C通过双栈路由器W想要与远程IPv6网络中的主机D通信时，首先，双栈路由器W也要与双栈路由器X建立一条通过本发明的网络地址变换装置100并穿越IPv4公共网络的通信隧道，主机B或C通过双栈路由器W和双栈路由器X进而与主机D进行通信。其中隧道的建立方法为现有技术，在此就不做进一步的描述了。
这里，我们假设主机B的IPv6地址是2002:4580::e345:d3a2；主机C的IPv6地址是2002:4580::e345:d3a5；双栈路由器W的IPv4私有地址是192.168.32.11。
主机B或C通过双栈路由器W与远程IPv6网络中的主机D之间的通信过程与双栈主机A与远程IPv6网络中的主机D之间的通信过程相同，除了双栈主机A是将IPv6数据包作为数据内容存储在IPv4数据包中后直接发送给网络地址变换装置100，而主机B或C则是将IPv6数据包发送给双栈路由器W，由双栈路由器W将接收到的IPv6数据包作为数据内容存储到IPv4数据包中后再发送给网络地址变换装置100。
当双栈主机A、主机B、C经由双栈路由器W同时与远程IPv6网络中的主机D通信时，本发明的网络地址变换装置100中存储着如下的映射关系：
  ID   IPv4私有地址(源IPv4地址)   IPv6地址(源IPv6地址)   IPv4公共地址
  1   192.168.32.10   2002:4580::e345:d3a0   202.206.16.1
  2   192.168.32.11   2002:4580::e345:d3a2   202.206.16.1
  3   192.168.32.11   2002:4580::e345:d3a5   202.206.16.1
从上表中可以看出，由于IPv4私有地址和IPv6地址之间一一对应的映射关系，因此本发明的网络地址变换装置100只需占用一个IPv4公共地址，就能实现IPv4私有网络中的所有IPv6设备穿越IPv4公共网络与远程IPv6网络中的所有IPv6设备之间的通信。
当然，IPv4私有网络中的IPv6设备穿越IPv4公共网络同样能与远程IPv4私有网络中的IPv6设备进行通信，只需要两个本发明的网络地址变换装置100就能实现了。
虽然经过对本发明结合具体实施例进行描述，对于本技术领域的技术人员，根据上文的叙述后作出的许多替代、修改与变化将是显而易见。因此，当这样的替代、修改和变化落入附后的权利要求的精神和范围之内时，应该被包括在本发明中。

Claims (7)

1、一种网络地址变换方法，其特征在于，适用于IPv4私有网络中的IPv6设备穿越IPv4公共网络与远程网络中的IPv6设备之间的通信，所述方法包含以下步骤：
当所述IPv4私有网络中的IPv6设备向所述远程网络中的IPv6设备进行通信时：
a、接收所述IPv4私有网络中的IPv6设备发送来的IPv4数据包，读取所述IPv4数据包中的所述IPv4私有网络中的IPv6设备的IPv4私有地址和IPv6地址，并将获得的所述IPv4私有地址转换成IPv4公共地址；
b、记录所述步骤a中获得的IPv4私有地址、IPv6地址和IPv4公共地址，并在存储它们三者之间的映射关系后，将转换后的所述数据包转发给远程网络中的IPv6设备；
当所述远程网络中的IPv6设备向所述IPv4私有网络中的IPv6设备进行通信时：
c、接收所述远程网络中的IPv6设备发送来的IPv4数据包，读取所述IPv4数据包中的所述IPv4公共地址和所述IPv4私有网络中的IPv6设备的IPv6地址；
d、根据所述步骤b中获得的映射关系，将所述步骤c中获得的所述IPv4公共地址转换成步骤a中获得IPv4私有地址，并将转换后的所述数据包转发给IPv4私有网络中的IPv6设备。
2、如权利要求1所述的网络地址变换方法，其进一步特征在于，所述远程网络是IPv6网络或IPv4网络。
3、如权利要求1所述的网络地址变换方法，其进一步特征在于，所述IPv4私有网络中的IPv6设备是同时支持IPv4协议和IPv6协议的双栈主机或双栈路由器。
4、一种网络地址变换装置，其特征在于，适用于IPv4私有网络中的IPv6设备穿越IPv4公共网络与远程网络中的IPv6设备之间的通信，所述装置包含网络接口模块和管理模块，其中：
所述网络接口模块，用于当所述IPv4私有网络中的IPv6设备向所述远程网络中的IPv6设备进行通信时，接收所述IPv4私有网络中的IPv6设备发送来的IPv4数据包，并将经所述管理模块转换后的数据包转发给远程网络中的IPv6设备；当所述远程网络中的IPv6设备向所述IPv4私有网络中的IPv6设备进行通信时，接收所述远程网络中的IPv6设备发送来的IPv4数据包，并将经所述管理模块转换后的数据包转发给IPv4私有网络中的IPv6设备；
所述管理模块，包含地址转换单元、IPv4公共地址存储单元和映射表存储单元，其中：
所述地址转换单元，用于当所述IPv4私有网络中的IPv6设备向所述远程网络中的IPv6设备进行通信时，读取所述网络接口模块接收到的所述IPv4数据包中的所述IPv4私有网络中的IPv6设备的IPv4私有地址和IPv6地址，并将获得的所述IPv4私有地址转换成存储在所述IPv4公共地址存储单元中的所述网络地址变换装置的IPv4公共地址；当所述远程网络中的IPv6设备向所述IPv4私有网络中的IPv6设备进行通信时，读取所述网络接口模块接收到的所述IPv4数据包中的所述网络地址变换装置的IPv4公共地址和所述IPv4私有网络中的IPv6设备的IPv6地址，根据所述管理模块的映射表存储单元中存储的映射关系，将获得的所述IPv4公共地址转换成IPv4私有地址；
所述IPv4公共地址存储单元，用于存储所述网络地址变换装置的IPv4公共地址；
所述映射表存储单元，用于记录所述地址转换单元在所述IPv4私有网络中的IPv6设备向所述远程网络中的IPv6设备进行通信时中获得的所述IPv4私有地址、IPv6地址和所述网络地址变换装置的IPv4公共地址，并存储它们三者之间的映射关系。
5、如权利要求4所述的网络地址变换装置，其进一步特征在于，所述装置还包括管理员接口模块，***管理员通过所述管理员接口模块配置所述IPv4公共地址存储单元中的IPv4公共地址和/或查看存储在所述映射表存储单元中的信息。
6、如权利要求4所述的网络地址变换装置，其进一步特征在于，所述远程网络是IPv6网络或IPv4网络。
7、如权利要求4所述的网络地址变换装置，其进一步特征在于，所述IPv4私有网络中的IPv6设备是同时支持IPv4协议和IPv6协议的双栈主机或双栈路由器。
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