[發(fā)明專利]端到端運(yùn)營商級路由器和家庭網(wǎng)關(guān)組合的IPv4/IPv6分組轉(zhuǎn)換方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810240337.4
• 申請日: 2008-12-17
• 公開（公告）號: CN101431478A
• 公開（公告）日: 2009-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李星;包叢笑;陳茂科;張弘;朱韻成;吳建平
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: H04L12/56
• 分類號: H04L12/56;H04L12/66
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 朱 琨

技術(shù)領(lǐng)域

端到端運(yùn)營商級路由器和家庭網(wǎng)關(guān)組合的IPv4/IPv6分組轉(zhuǎn)換方法屬于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為全世界最重要的信息基礎(chǔ)設(shè)施，但目前互聯(lián)網(wǎng)廣泛使用的第四版網(wǎng)絡(luò)協(xié)議IPv4的地址的尋址范圍只有2³²，即43億地址，根據(jù)目前IPv4地址的分配速度，預(yù)計(jì)在2011年之后，IPv4地址即將分配完畢。

目前中國網(wǎng)民人口的絕對數(shù)已經(jīng)成為世界第一，但互聯(lián)網(wǎng)的普及率只有19％，低于全世界的平均水平(21％)，并遠(yuǎn)低于世界發(fā)達(dá)國家的水平(70％)。同時(shí)，平均每個(gè)中國網(wǎng)民僅有0.6個(gè)IPv4地址。因此，對于中國來說，IPv4地址是無法滿足需求的。這個(gè)問題對于印度等其它亞洲國家和非洲國家來說，都是非常嚴(yán)重的。

為了解決IPv4地址不夠用的問題，國際互聯(lián)網(wǎng)工程組(IETF)設(shè)計(jì)了第六版網(wǎng)絡(luò)協(xié)議IPv6，它的地址尋址范圍有2¹²⁸，能夠滿足需求。但由于種種原因，IPv6協(xié)議于IPv4協(xié)議是不兼容的，不能很好的互聯(lián)互通。當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)的理念是用“雙協(xié)議棧”的方法解決互聯(lián)互通的問題，但近十年IPv6推廣的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)證明，不能訪問IPv4眾多網(wǎng)絡(luò)信息資源，不能與IPv4眾多的用戶通信的IPv6網(wǎng)絡(luò)是不可能發(fā)展起來的。

地址轉(zhuǎn)換和協(xié)議轉(zhuǎn)換是解決IPv4和IPv6互聯(lián)互通的方法，如IETF標(biāo)準(zhǔn)中定義的NAT-PT(RFC2766)，但NAT-PT是基于狀態(tài)的轉(zhuǎn)換方法，可擴(kuò)展性差，已經(jīng)被IETF歸為歷史標(biāo)準(zhǔn)，為期待更好的IPv4/IPv6過渡和共存標(biāo)準(zhǔn)讓路。

近期，各研究組織向IETF提交的IPv4/IPv6過渡和共存的標(biāo)準(zhǔn)草案有從IPv6向IPv4發(fā)起訪問IPv4/IPv6過渡技術(shù)的NAT64和從IPv6向IPv4及從IPv4向IPv6雙向發(fā)起訪問的無狀態(tài)(或最小狀態(tài))地址前綴IPv4/IPv6過渡技術(shù)IVI。無狀態(tài)的地址轉(zhuǎn)換和協(xié)議轉(zhuǎn)換方法，具有可擴(kuò)展性，但其IPv4到IPv6之間采用1∶1地址映射，不能夠有效地利用緊缺的IPv4地址資源，因此只能用于IPv6的服務(wù)器到IPv4服務(wù)器或客戶機(jī)及IPv4服務(wù)器/客戶機(jī)到IPv6服務(wù)器的地址互訪。有狀態(tài)的地址轉(zhuǎn)換和協(xié)議轉(zhuǎn)換的方法，可以支持IPv4到IPv6地址之間1∶N的映射，并且可擴(kuò)展性稍好于NAT-PT，但僅支持IPv6客戶機(jī)發(fā)起的通信，具有很大的局限性。

本發(fā)明的基本原理是在無狀態(tài)地址轉(zhuǎn)換和協(xié)議轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)上，利用傳輸層端口可以區(qū)別通信進(jìn)程的原理，把IPv4地址和傳輸層端口映射到指定的IPv6聚類地址之中，從而把IPv4到IPv6之間1∶1的無狀態(tài)映射擴(kuò)展到1∶N映射，可以充分利用緊缺的IPv4地址資源，具有很好的可擴(kuò)展性，并能保持雙向發(fā)起通信的能力。因此可以全面系統(tǒng)地解決IPv4和IPv6共存和過渡的問題，具有非常大的應(yīng)用前景。

本發(fā)明的基本特征包括：1)采用IPv4地址加傳輸層端口嵌入IPv6地址的第一類編碼格式在運(yùn)營商的一個(gè)IPv6地址的子集與運(yùn)營商的一個(gè)IPv4地址加傳輸層端口的子集之間建立唯一的映射關(guān)系；2)采用IPv4地址嵌入IPv6地址的第二類編碼格式在全球IPv4地址與運(yùn)營商的一個(gè)IPv6地址的子集之間建立唯一的映射關(guān)系；3)采用二級轉(zhuǎn)換方法，在全球IPv4網(wǎng)絡(luò)和運(yùn)營商的IPv6網(wǎng)絡(luò)邊界間采用無狀態(tài)的第一級轉(zhuǎn)換方法；在運(yùn)營商的IPv6網(wǎng)絡(luò)和采用IPv4/IPv6雙棧協(xié)議的主機(jī)用戶邊界采用最小狀態(tài)的第二級轉(zhuǎn)換方法，利用最小狀態(tài)的端口沖突避免算法。4)利用域名轉(zhuǎn)換的方法把IPv4域名記錄轉(zhuǎn)換為IPv6域名記錄；5)接入IPv6單棧網(wǎng)絡(luò)的多個(gè)IPv4/IPv6計(jì)算機(jī)用戶可以共享同一個(gè)IPv4地址并與全球IPv4網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行雙向發(fā)起的端對端的通信，同時(shí)可以和全球IPv6網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行全功能通信。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于在保持無狀態(tài)和最小狀態(tài)的情況下，采用二級轉(zhuǎn)換方法實(shí)現(xiàn)端到端IPv4/IPv6分組包轉(zhuǎn)換方法，在全球IPv4網(wǎng)絡(luò)和運(yùn)營商的IPv6網(wǎng)絡(luò)邊界間采用基于無狀態(tài)的第一級轉(zhuǎn)換方法的運(yùn)營商級轉(zhuǎn)換路由器，在運(yùn)營商的IPv6網(wǎng)絡(luò)和采用IPv4/IPv6雙棧協(xié)議的主機(jī)用戶之間采用基于最小狀態(tài)的第二級轉(zhuǎn)換方法的家庭網(wǎng)關(guān)，使接入IPv6單棧網(wǎng)絡(luò)的多個(gè)IPv4/IPv6雙棧協(xié)議用戶可以共享同一個(gè)IPv4地址并與全球IPv4網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行雙向發(fā)起的端對端的通信，同時(shí)可以和全球IPv6網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行全功能通信。本發(fā)明中分別連入IPv4、IPv6網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)端到端通信結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。