一种IPv6-in-IPv4隧道包的网络地址转换方法
【专利摘要】本发明提供一种IPv6-in-IPv4隧道包的网络地址转换方法，包括：用NAT 6in4设备替换网络地址转换NAT设备，其特征在于，NAT 6in4设备接收6in4隧道端点发送的数据包并判断该数据包是否为Protocol字段是41的6in4隧道包，并根据判断结果进行相应地址转换操作；解决了目前6in4隧道技术在有网络地址转换器的网络环境下无法工作的问题，实现了对用户透明，且升级成本低；不仅降低了用户管理的复杂程度，更易于操作；而且在节约成本的同时，提高了用户使用率。
【专利说明】 一种I Pv6-1 η-1 Ρν4隧道包的网络地址转换方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种网络地址转换的方法，具体涉及一种IPv6-1n-1Pv4隧道包的网络地址转换方法。
【背景技术】
[0002]随着互联网技术的发展和使用互联网人数的不断上升，一人多终端已成为当今的主要趋势。在这种情况下，对IP地址的需求变得更为迫切。自从20世纪90年代初IPv6技术被首次提出，就引起了业界的广泛关注，并被认为将最终取代IPv4的位置。然而，如何使IPv4平滑过渡到IPv6成为问题的关键，同时也需要一段相当长时间。
[0003]实现上述过渡的技术分为双栈、翻译和隧道三种。其中，隧道技术是指将IPv6数据包封装进IPv4数据包的负载部分，把IPv4当作IPv6的链路层，使IPv6数据包可以通过原有的IPv4路由基础设施传播。在不升级IPv4核心网络的情况下，6in4隧道将IPv6封装进明确组态过的IPv4隧道以实现IPv6业务在现有IPv4基础设施上的传输(图3)。
[0004]虽然6in4隧道已经得到了广泛应用，然而当6in4隧道的两个端点之间存在NAPT设备时，将无法正常进行隧道通信。
[0005]NAPT (Network Address Port Translat1n)，即网络端口地址转换方式，是目前网络中应用最多的网络地址转换技术，被广泛应用于各种类型Internet接入方式和各种类型的网络中。NAPT将多个内部地址映射为一个合法公网地址，但以不同的协议端口号与不同的内部地址相对应，即〈内部地址+内部端口 >与〈外部地址+外部端口 >之间的转换。
[0006]通过NAPT，可使一组主机共享唯一的外部地址。当位于内部网络中的主机通过NAT设备向外部主机发起会话请求时，NAT设备就会查询NAT表中是否有相关的会话记录，如果有，就会将内部IP地址及端口同时进行转换，再转发出去；如果没有，则在进行IP地址和端口转换的同时，还会在NAT表中增加一条该会话的记录。当外部主机接收到数据包后，利用接收到的合法公网地址及端口作为目的IP地址及端口来响应，此时，NAT设备接收到外部回来的数据包，再根据NAT表中的记录把目的地址及端口转换成对应的内部IP地址及端口，随之转发给该内部主机。
[0007]然而，NAPT技术对IPv4数据包进行网络地址转换时，只适用于常见的TCP/UDP协议包，对其IPv4包头及TCP/UDP包头中的相关字段进行网络地址转换，而无法发现和处理6in4隧道包。当6in4隧道的两个端点之间存在NAPT设备时(如图4)，由于NAPT设备无法对6in4隧道包进行正确的网络地址转换，返回的6in4隧道包将不能被正确送至6in4隧道的第一端点，从而导致6in4隧道技术无法在有NAT的网络环境下正常工作。
【发明内容】
[0008]针对现有技术的问题，本发明提出一种IPv6-1n-1Pv4隧道包的网络地址转换方法，对识别出来的6in4隧道包进行两层(或多层)网络地址转换，解决了 6in4隧道技术在有网络地址转换器的网络环境下无法工作的缺陷，实现了对用户透明，且升级成本低；不仅降低了用户管理的复杂程度，更易于操作；而且在节约成本的同时，提高了用户使用率。
[0009]本发明的目的是采用下述技术方案实现的:
[0010]一种IPv6-1n-1Pv4隧道包的网络地址转换方法，包括:用NAT6in4(IPv6-1n-1Pv4)设备替换网络地址转换NAT设备；
[0011]优选的，NAT 6in4设备接收6in4隧道端点发送的数据包并判断该数据包是否为Protocol字段是41的6in4隧道包。
[0012]优选的，内网6in4隧道第一端点与外网IPv6服务器通信时，所述NAT 6in4设备对6in4隧道第一端点发往6in4隧道第二端点的6in4隧道包进行源地址转换。
[0013]进一步地，所述源地址转换包括:将所述6in4隧道包的源IPv4地址及内层源IPv6地址转换为NAT 6in4设备分配的外部IPv4地址及IPv6地址；若IPv6上层协议为TCP/UDP时，对其源端口号进行转换。
[0014]进一步地，所述NAT 6in4设备对6in4隧道第二端点返回的6in4隧道包进行目的地址转换。
[0015]进一步地，根据6in4映射表，将所述6in4隧道包的目的IPv4地址及目的IPv6地址分别转换为6in4隧道第一端点的IPv4地址及IPv6地址，当IPv6上层协议为TCP/UDP时，对其目的端口号进行转换。
[0016]优选的，所述方法包括下述步骤:
[0017]a)接收IPv4数据包，首先判断Protocol字段是否为41，得到第一判定结果；
[0018]b)当所述第一判定结果为否时，采用NAPT方式进行网络地址转换；
[0019]c)当所述第一判定结果为是时，判断源地址字段是否属于内网地址，得到第二判定结果；
[0020]d)当所述第二判定结果为是时，判断内层IPv6源地址与外层IPv4源地址是否有嵌入关系，得到第三判定结果；
[0021]e)当所述第二判定结果为否时，判断内层IPv6目的地址与外层IPv4目的地址是否有嵌入关系，得到第四判定结果；
[0022]f)当所述第三判定结果为是时，转至步骤j);
[0023]g)当所述第三判定结果为否时，丢弃该数据包；
[0024]h)当所述第四判定结果为是时，转至步骤k);
[0025]i)当所述第四判定结果为否时，丢弃该数据包；
[0026]j)将6in4隧道包从6in4隧道第一端点发送至6in4隧道第二端点；
[0027]k)从6in4隧道第二端点返回6in4隧道第一端点；
[0028]优选的，所述步骤j)包括:
[0029]j1:接收来自6in4隧道第一端点发送的6in4报文，判断6in4映射表中是否存在与该6in4报文对应的映射表项，得到第五判定结果；所述6in4报文包括！IPv4包头中的IPv4源地址、IPv6包头中源IPv6地址的前缀长度PrefixLen和TCP/UDP包头中的内部源端口号;
[0030]j2:当所述第五判定结果为是时，根据所述映射表项，对6in4报文中的各相关字段进行转换，其中，所述源IPv6地址的转换方式为:根据所述映射表项中的源IPv6地址前缀长度PrefixLen，将源IPv6地址的第Pref ixLen位到第PrefixLen+32位区间替换为所述映射表项中的外部IPv4地址，转至步骤4 ；
[0031]j3:当所述第五判定结果为否时，根据接收到的6in4报文中的各相关字段，分配外部源IPv4地址及外部源端口号，创建对应的映射表项；该新的映射表项包括:内部源IPv4地址、内部源端口号、源IPv6地址前缀长度PrefixLen、分配的外部源IPv4地址和分配的外部源端口号，转至步骤2 ;
[0032]j4:通过WAN 口发送所述6in4报文。
[0033]进一步地，所述步骤k)包括:
[0034]k1:接收到6in4隧道第二端点返回的6in4隧道包时，根据接收到的数据包IPv4包头中的IPv4目的地址、TCP/UDP包头中的目的端口号，判断6in4映射表中是否存在与该6in4报文对应的映射表项，得到第六判定结果；
[0035]k2:当所述第六判定结果为否时，丢弃该6in4隧道包，流程结束；
[0036]k3:当所述第六判定结果为是时，根据所述映射表项，对6in4报文中IPv4包头中的目的IPv4地址、IPv6包头中的目的IPv6地址进行转换，其中目的IPv6地址的转换方式为:根据所述映射表项中的源IPv6地址前缀长度PrefixLen，将目的IPv6地址的第PrefixLen位到第(PrefixLen+32)位区间替换为所述映射表项中的内部源IPv4地址；
[0037]k4:判断该6in4报文中IPv6的负载是否为TCP/UDP，得到第七判定结果；
[0038]k5:当所述第七判定结果为是时，根据所述映射表项，对IPv6负载中TCP/UDP包头中的目的端口号进行转换，转步骤k9;
[0039]k6:当所述第七判定结果为否时，判断该6in4报文中IPv6的负载是否为ICMPv6，得到第八判定结果；
[0040]k7:当所述第八判定结果为是时，根据所述映射表项，对IPv6负载中ICMPv6包中的相关字段进行转换，转步骤k9;
[0041]k8:当所述第八判定结果为否时，转步骤k9;
[0042]k9:将所述6in4报文从LAN 口发送出去。
[0043]与最接近的现有技术比，本发明的优异效果为:
[0044](I)本发明提出一种IPv6-1n-1Pv4隧道包的网络地址转换方法，解决了目前6in4隧道技术在有网络地址转换设备(Network Address Translat1n,NAT)的网络环境下无法工作的问题，并且不对隧道端点产生影响，是一种对用户透明的解决方案。
[0045](2)本发明提出的基于IPv4地址和IPv6地址前缀长度等数据域的6in4表项查询和创建的方法，尽可能使用了精简的数据域集合，去除冗余，有利于提高地址转换效率。
[0046](3)所述对6in4隧道包进行网络地址转换的方法基于实际工作通信协议和6in4隧道技术而设计，其操作方法简单实用，并具有可扩展性，便于实际操作；对解决6in4隧道技术在现实网络中的应用问题发挥了极大的实际指导意义。
【专利附图】
【附图说明】
[0047]图1为本发明提供的6in4隧道包进行网络地址转换的方法流程图；
[0048]图2为本发明提供的6in4隧道包格式示意图；
[0049]图3为【背景技术】提供的6in4隧道通信示意图；
[0050]图4为【背景技术】提供的包含NAPT设备的6in4隧道通信示意图；
[0051]图5为本发明提供的加入NAT 6in4设备的6in4隧道通信示意图；
[0052]图6为本发明步骤j的方法流程图。
[0053]图7为本发明步骤k的方法流程图。
【具体实施方式】
[0054]下面结合附图对本发明做进一步说明。
[0055]如图2所示，一种IPv6-1n-1Pv4隧道包的网络地址转换方法，如图5所示，用NAT6in4设备替换网络地址转换NAT设备；
[0056]如图1所示，所述NAT 6in4设备接收6in4隧道端点发送的数据包并判断该数据包是否为6in4隧道包；其中，所述6in4隧道包为Protocol字段是41的IPv4数据包。
[0057]当内网6in4隧道第一端点与外网IPv6服务器通信时，所述NAT 6in4设备对6in4隧道第一端点发往6in4隧道第二端点的6in4隧道包进行源地址转换。
[0058]所述源地址转换包括:将所述6in4隧道包的源IPv4地址及内层源IPv6地址转换为NAT6in4设备分配的外部IPv4地址及IPv6地址；若IPv6上层协议为TCP/UDP时，对其源端口号进行转换；
[0059]所述NAT 6in4设备对6in4隧道第二端点返回的6in4隧道包进行目的地址转换；
[0060]根据6in4映射表，将所述6in4隧道包的目的IPv4地址及目的IPv6地址转换为6in4隧道第一端点的IPv4地址及IPv6地址，当IPv6上层协议为TCP/UDP时，对其目的端口号进行转换；
[0061]所述方法包括下述步骤:
[0062]a)接收一个IPv4数据包，首先判断Protocol字段是否为41，得到第一判定结果；
[0063]b)当所述第一判定结果为否时，采用NAPT方式进行网络地址转换；
[0064]c)当所述第一判定结果为是时，判断源地址字段是否属于内网地址，得到第二判定结果；
[0065]d)当所述第二判定结果为是时，判断内层IPv6源地址与外层IPv4源地址是否有嵌入关系，得到第三判定结果；
[0066]e)当所述第二判定结果为否时，判断内层IPv6目的地址与外层IPv4目的地址是否有嵌入关系，得到第四判定结果；
[0067]f)当所述第三判定结果为是时，转至步骤j);
[0068]g)当所述第三判定结果为否时，丢弃该数据包；
[0069]h)当所述第四判定结果为是时，转至步骤k);
[0070]i)当所述第四判定结果为否时，丢弃该数据包；
[0071]如图6所示，j)将6in4隧道包从6in4隧道第一端点发送至6in4隧道第二端点；所述步骤j)包括:
[0072]j1:接收来自6in4隧道第一端点发送的6in4报文，判断6in4映射表中是否存在与该6in4报文对应的映射表项，得到第五判定结果；所述6in4报文包括！IPv4包头中的IPv4源地址、IPv6包头中源IPv6地址的前缀长度PrefixLen和TCP/UDP包头中的内部源端口号;
[0073]j2:当所述第五判定结果为是时，根据所述映射表项，对6in4报文中的各相关字段进行转换，其中，所述源IPv6地址的转换方式为:根据所述映射表项中的源IPv6地址前缀长度PrefixLen，将源IPv6地址的第PrefixLen位到第PrefixLen+32位区间替换为所述映射表项中的外部IPv4地址，转至步骤4 ；
[0074]j3:当所述第五判定结果为否时，根据接收到的6in4报文中的各相关字段，分配外部源IPv4地址及外部源端口号，创建对应的映射表项；该新的映射表项包括:内部源IPv4地址、内部源端口号、源IPv6地址前缀长度PrefixLen、分配的外部源IPv4地址和分配的外部源端口号，转至步骤2 ;
[0075]j4:通过WAN 口发送所述6in4报文。
[0076]如图7所示，k)从6in4隧道第二端点返回6in4隧道第一端点；所述步骤k)的具体过程为:
[0077]k1:接收到6in4隧道第二端点返回的6in4隧道包时，根据接收到的数据包IPv4包头中的IPv4目的地址、TCP/UDP包头中的目的端口号，判断6in4映射表中是否存在与该6in4报文对应的映射表项，得到第六判定结果；
[0078]k2:当所述第六判定结果为否时，丢弃该6in4隧道包，流程结束；
[0079]k3:当所述第六判定结果为是时，根据所述映射表项，对6in4报文中IPv4包头中的目的IPv4地址、IPv6包头中的目的IPv6地址进行转换，其中目的IPv6地址的转换方式为:根据所述映射表项中的源IPv6地址前缀长度PrefixLen，将目的IPv6地址的第PrefixLen位到第(PrefixLen+32)位区间替换为所述映射表项中的内部源IPv4地址；
[0080]k4:判断该6in4报文中IPv6的负载是否为TCP/UDP，得到第七判定结果；
[0081]k5:当所述第七判定结果为是时，根据所述映射表项，对IPv6负载中TCP/UDP包头中的目的端口号进行转换，转步骤k9;
[0082]k6:当所述第七判定结果为否时，判断该6in4报文中IPv6的负载是否为ICMPv6，得到第八判定结果；
[0083]k7:当所述第八判定结果为是时，根据所述映射表项，对IPv6负载中ICMPv6包中的相关字段进行转换，转步骤k9;
[0084]k8:当所述第八判定结果为否时，转步骤k 9；
[0085]k9:将所述6in4报文从LAN 口发送出去。
[0086]最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的【具体实施方式】进行修改或者等同替换，而这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。
【权利要求】
1.一种隧道包的网络地址转换方法，包括:用嫩I 61=4设备替换网络地址转换嫩I设备，其特征在于，嫩I 61114设备接收61=4隧道端点发送的数据包并判断该数据包是否为？1~0如⑶1字段是41的61=4隧道包，并根据判断结果进行地址转换操作。
2.如权利要求1所述的网络地址转换方法，其特征在于，内网61=4隧道第一端点与外网1？卩6服务器通信时，所述嫩I 61114设备对61=4隧道第一端点发往61=4隧道第二端点的61=4隧道包进行源地址转换。
3.如权利要求2所述的网络地址转换方法，其特征在于，所述源地址转换包括:将所述61114隧道包的源1？？4地址及内层源1？？6地址转换为嫩I 61=4设备分配的外部1？？4地址及1？%地址；若1？%上层协议为扣?/^)?时，对其源端口号进行转换。
4.如权利要求1所述的网络地址转换方法，其特征在于，所述嫩I61114设备对61=4隧道第二端点返回的61=4隧道包进行目的地址转换。
5.如权利要求4所述的网络地址转换方法，其特征在于，根据61=4映射表，将所述61114隧道包的目的1？^4地址及目的1？^6地址分别转换为61=4隧道第一端点的1？^4地址及1？%地址，当1？%上层协议为了⑶/仙？时，对其目的端口号进行转换。
6.如权利要求1所述网络地址转换方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤: 3-)接收1？卩4数据包，首先判断？1*01:0(301字段是否为41，得到第一判定结果； 幻当所述第一判定结果为否时，采用方式进行网络地址转换； 0)当所述第一判定结果为是时，判断源地址字段是否属于内网地址，得到第二判定结果； (1)当所述第二判定结果为是时，判断内层1？%源地址与外层源地址是否有嵌入关系，得到第三判定结果； 6)当所述第二判定结果为否时，判断内层1？%目的地址与外层目的地址是否有嵌入关系，得到第四判定结果； 当所述第三判定结果为是时，转至步骤』)； 8)当所述第三判定结果为否时，丢弃该数据包； 10当所述第四判定结果为是时，转至步骤10 ； 1)当所述第四判定结果为否时，丢弃该数据包； 1将6化4隧道包从6化4隧道第一端点发送至6化4隧道第二端点； 10从61114隧道第二端点返回61114隧道第一端点。
7.如权利要求6所述的网络地址转方法，其特征在于，所述步骤包括: 扣接收来自61=4隧道第一端点发送的61=4报文，判断61=4映射表中是否存在与该61打4报文对应的映射表项，得到第五判定结果；所述61=4报文包括:1？？4包头中的1？？4源地址、1？^6包头中源1？^6地址的前缀长度？1~6？匕1611和扣?/口0？包头中的内部源端口号；』2:当所述第五判定结果为是时，根据所述映射表项，对61=4报文中的各相关字段进行转换，其中，所述源1？%地址的转换方式为:根据所述映射表项中的源1？%地址前缀长度将源1？、6地址的第位到第位区间替换为所述映射表项中的外部1?4地址，转至步骤4 ； 』3:当所述第五判定结果为否时，根据接收到的61=4报文中的各相关字段，分配外部源1？乂4地址及外部源端口号，创建对应的映射表项；该新的映射表项包括:内部源1？^4地址、内部源端口号、源1卜6地址前缀长度分配的外部源1？卩4地址和分配的外部源端口号，转至步骤2 ； 』4:通过I他口发送所述61=4报文。
8.如权利要求6所述的网络地址转换方法，其特征在于，所述步骤10的具体过程为:接收到61=4隧道第二端点返回的61=4隧道包时，根据接收到的数据包1？？4包头中的1？^4目的地址、扣?/口0？包头中的目的端口号，判断61=4映射表中是否存在与该61打4报文对应的映射表项，得到第六判定结果； 1^:当所述第六判定结果为否时，丢弃该61=4隧道包，流程结束； 当所述第六判定结果为是时，根据所述映射表项，对61=4报文中包头中的目的1？？4地址、1？%包头中的目的1？？6地址进行转换，其中目的1？？6地址的转换方式为:根据所述映射表项中的源1”6地址前缀长度？1~6打11611，将目的1？%地址的第？1~6？匕1611位到第$^604611+32)位区间替换为所述映射表项中的内部源1？^4地址；
判断该61114报文中1？^6的负载是否为扣?/^)?，得到第七判定结果； 当所述第七判定结果为是时，根据所述映射表项，对1卜6负载中扣?/口0？包头中的目的端口号进行转换，转步骤4； 当所述第七判定结果为否时，判断该61=4报文中1？^6的负载是否为100\6，得到第八判定结果； 当所述第八判定结果为是时，根据所述映射表项，对1?6负载中100^6包中的相关字段进行转换，转步骤4； 匕8:当所述第八判定结果为否时，转步骤匕9； 、将所述61=4报文从“X 口发送出去。
【文档编号】H04L29/12GK104468864SQ201410814612
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月24日 优先权日:2014年12月24日
【发明者】胡紫巍, 张庚, 周静, 赵钦 申请人:国家电网公司, 中国电力科学研究院, 江苏省电力公司