CN1809033A

CN1809033A - 网络地址转换的硬件实现方法

Info

Publication number: CN1809033A
Application number: CNA2006100202973A
Authority: CN
Inventors: 游游; 赵承志; 王步伟
Original assignee: NANSHAN ZHIQIAO MICRO ELECTRONICS CO Ltd SICHUAN
Current assignee: NANSHAN ZHIQIAO MICRO ELECTRONICS CO Ltd SICHUAN
Priority date: 2006-02-16
Filing date: 2006-02-16
Publication date: 2006-07-26

Abstract

本发明涉及网络技术，特别涉及网络地址转换方法。本发明解决了现有NAT技术，转换速度慢，耗费***资源，降低***效率的问题，公开了一种直接在FPGA/CPLD，ASIC等硬件基础上实现的网络地址转换方法。本发明的网络地址转换方法，首先按照预订格式，在NAT模块中建立规则表；从数据包中抽取五元组并输入NAT模块，在NAT模块中，五元组与规则表进行匹配，根据规则表的内容决定转换类型，最后，计算出需要转换的IP地址和PORT号。本发明的有益效果是，能充分发挥硬件的速度优势，转换速度快，效率高。本发明的技术方案，主要用于网络芯片的设计。

Description

网络地址转换的硬件实现方法

技术领域

本发明涉及网络技术，特别涉及网络地址转换方法。

背景技术

由于IPv4网络协议本身的不足，加之现在越来越多的网络设备接入，网络地址正面临着被分配耗尽的危险。为了缓解这个问题，网络地址转换(NAT)技术被提出并得到了应用。NAT技术可以将网络数据流中的多个关键元素，尤其是网络地址按一定规律进行转换，在局部范围内形成互不冲突的地址/端口组合，从而提高网络地址的利用效率。现有NAT技术通常有两种方式：

1.采用软件方式实现，即网络数据包全部交由CPU，依靠软件的方式从包内检出五个关键元素(SIP，SPORT，DIP，DPORT，PROTOCOL)，再根据要求完成源地址转换——SNAT，即转换SIP或SPORT，或目的地址转换——DNAT，即转换DIP或DPORT。此方法的缺点是，数据包从通讯端口到CPU必须经过PCI总线、***RAM通道、南桥通道等转换过程，才能交给软件处理，软件执行NAT转换还需要进行大量计算和频繁的RAM读写，尤其是对每个包都要进行一次，耗费了大量CPU时间和***资源，使整个***在完成NAT功能时效率骤降。

2.采用NP(网络处理器)方式实现，NP在对网络包处理的速度和效率上较高，但最终仍然是基于微代码的执行过程，速度比不上硬件。在从包中检出五元组的过程中NP比CPU的效率高，但在进行NAT地址转换时，仍然要依赖于微代码的计算和频繁的RAM读写才能确定要转换的地址，在这个方面，NP的效率也并不高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是针对现有NAT技术，转换速度慢，耗费***资源，降低***效率的缺点，提供一种直接在FPGA/CPLD，ASIC等硬件基础上实现的网络地址转换方法。

本发明解决所述技术问题，采用的技术方案是，网络地址转换的硬件实现方法，包括如下步骤：

a.按照预定格式配置规则表；

b.从数据包中抽取五元组，与规则表进行匹配；

c.若匹配上某一表项，则根据表项内容对网络地址进行转换；

d.若未匹配上表项，则输出未匹配信号。

本发明的有益效果是，能充分发挥硬件的速度优势，将繁杂的搜索和转换计算过程固化后得到高速执行，支持小数据包的线速处理。硬件在实现时，各个功能模块相对独立，NAT的运行不会以减低其它模块的效率为代价。同时，硬件对RAM的读写效率非常高，读写的数据格式也能够精简，能进一步提高转换效率。保证了***在开启NAT功能时整体数据流的处理过程仍然能高速执行。

附图说明

图1是本发明的流程图；

图2是NAT模块的示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例，信息描述本发明的技术方案。

本发明的技术方案是，网络地址转换的硬件实现方法，包括如下步骤：

a.按照预定格式配置规则表；

b.从数据包中抽取五元组，与规则表进行匹配；

d.若未匹配上表项，则输出未匹配信号；

具体的是，所述网络地址包括IP地址和PORT号；

进一步的是，所述步骤c中IP地址的转换为随机转换、指定范围转换或罗列选取；

所述步骤c中PORT号的转换为随机转换或指定范围转换；

更进一步的是，所述步骤c中网络地址转换包括源地址转换和目的地址转换。

本发明的网络地址转换方法，首先，按照预定格式，在NAT模块中建立规则表。从数据包中抽取五元组，包括源地址：SIP，SPORT；目的地址：DIP，DPORT；以及PROTOCOL。将上述五元组输入NAT模块。在NAT模块中，五元组与规则表进行匹配，根据规则表的内容决定做哪一种转换：源地址转换——SNAT；或目的地址转换——DNAT。最后，计算并得出需要转换的IP地址和PORT号(MIP和MPORT)。

上述规则表包括五元组内容、匹配规则、做何种转换，即DNAT或SNAT、IP的转换范围、PORT的转换范围等参数。从数据包中抽取五元组，搜索整个规则表，根据五元组和匹配规则确定是否匹配上某一表项。如果未匹配上表项，则输出未匹配信号，以便其他模块进行处理；如果匹配上表项，则根据表项内容对IP和PORT进行转换。程序流程参见图1，NAT模块结构见图2。

实施例1

IP地址的转换分三种方式：一为随机范围转换，即范围不固定；二为指定范围转换，这要求用户在规则表中预先对基值和偏移量进行配置；三为罗列选取，即转换的值在一个罗列的表项中随机选择一个，这也要求用户在规则表中预先对罗列表进行配置。

假设转换之前的IP地址均为192.168.0.1，在随机范围转换模式下，得到的MIP会是一个任意的IP地址，比如：123.89.67.251。在指定范围转换模式下，得到的MIP会是一定范围内的任意IP地址，这里的范围取决于规则表中的配置(基地址+偏移量)。比如：规则表的配置为：基地址＝119.160.2.0，偏移量＝50，则得到的MIP是119.160.2.0至119.160.2.50范围内的一个任意IP地址，如119.160.2.34。在罗列选取模式下，得到的MIP会是规则表中所罗列的IP地址的其中之一。比如规则表罗列的地址有三个：0号地址：120.2.7.13，1号地址：120.2.7.39，2号地址：120.2.7.254；根据192.168.0.1的低2位的数值01，得到的MIP应该取1号地址：120.2.7.39。将转换后的MIP安要求输出。

实施例2

PORT号的转换分两种方式：一为随机范围转换，即范围不固定；二为指定范围转换，这要求用户在规则表中预先对基值和偏移量进行配置。

假设转换之前的PORT号均为80，在随机范围转换模式下，得到的MPORT会是一个不大于65535的任意的PORT号，比如：8880。在指定范围转换模式下，得到的MPORT是一定范围内的任意值，这里的范围取决于规则表中的配置(基值+偏移量)。比如：规则表的配置为：基地址＝3000，偏移量＝80，则得到的MPORT是3000至3080范围内的一个任意值，如3056。将转换后的MPORT按要求输出。

上述实施例中，若网络地址是源地址——SIP，SPORT；则对应的转换为源地址转换——SNAT。若网络地址为目的地址——DIP，DPORT；则对应的转换为目的地址转换——DNAT。

Claims

1.网络地址转换的硬件实现方法，包括如下步骤：

a.按照预定格式配置规则表；

b.从数据包中抽取五元组，与规则表进行匹配；

d.若未匹配上表项，则输出未匹配信号。

2.根据权利要求1所述的网络地址转换的硬件实现方法，其特征在于：所述网络地址包括IP地址和PORT号。

3.根据权利要求2所述的网络地址转换的硬件实现方法，其特征在于：所述步骤c中IP地址的转换为随机转换、指定范围转换或罗列选取。

4.根据权利要求2所述的网络地址转换的硬件实现方法，其特征在于：所述步骤c中PORT号的转换为随机转换或指定范围转换。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的网络地址转换的硬件实现方法，其特征在于：所述步骤c中网络地址转换包括源地址和目的地址转换。