基于SDN的IPv4/IPv6转换系统和方法与流程

本发明涉及计算机网络技术领域，尤其涉及一种基于SDN的IPv4/IPv6转换系统和方法。

背景技术：

在今天互联网已经成为获取知识的重要源泉，无论个人、学校、企业都以各种各样的方式接入了互联网。校园网与互联网的连接确实给师生员工提供了极大的方便，但是这也给管理带来了严峻的考验。在校园网络中主要需要考虑以下几个问题：

1.网络可持续发展问题

运营一个网络，不仅仅要有初期的软硬件投入，还需要有不断的运营费用。如果完全依靠学校的资金来维持网络运营，可能给学校带来不小经济负担。这就需要充分发挥网络的可营业性，实现健康的自主盈亏方式，从而促进学校网络的可持续发展。因此，引入网络计费是可持续发展的必由之路。

2.网络的管理

互联网给师生们带来了极大的便利，但是网络设备有时也会出现故障，这就需要备用方案，一旦网络出现故障时，网络可以自动切换，保障师生正常的网络访问。因此，在校园网中加入了SDN技术，保障校园网的正常、有序的运行。

SDN指的是软件定义网络，你可以这样去理解SDN：如果将网络中所有的网络设备视为被管理的资源，那么参考操作系统的原理，可以抽象出一个网络操作系统(Network OS)的概念-这个网络操作系统一方面抽象了底层网络设备的具体细节，同时还为上层应用提供了统一的管理视图和编程接口。这样，基于网络操作系统这个平台，用户可以开发各种应用程序，通过软件来定义逻辑上的网络拓扑，以满足对网络资源的不同需求，而无需关心底层网络的物理拓扑结构。

SDN的最重要特征：将传统网络设备的数据转发(data plane)和路由控制(control plane)两个功能模块相分离，通过集中式的控制器(Controller)以标准化的接口对各种网络设备进行管理和配置，那么这将为网络资源的设计、管理和使用提供更多的可能性，从而更容易推动网络的革新与发展。

迁移(Migration)就是把一个虚拟机从一台物理主机搬到另一台物理主机，动态(Live)就是在迁移过程中虚拟机正常工作不影响用户的使用。对系统管理员来说，动态迁移是个非常有用的工具，当计划对一个物理主机进行更新或者升级(update/upgrade)的时候，管理员不需要关闭这个物理主机上的虚拟机，只是在更新或者升级前把虚拟机动态迁移到另外一个物理主机，等更新或者升级工作完成后，在迁移回来。从用户的角度来看，好像这个过程没有发生。虚拟机虽然迁来迁去，但丝毫不会影响用户的使用。迁移(Migration)就是把一个虚拟机从一台物理主机搬到另一台物理主机，动态(Live)就是在迁移过程中虚拟机正常工作不影响用户的使用。对系统管理员来说，动态迁移是个非常有用的工具，当计划对一个物理主机进行更新或者升级(update/upgrade)的时候，管理员不需要关闭这个物理主机上的虚拟机，只是在更新或者升级前把虚拟机动态迁移到另外一个物理主机，等更新或者升级工作完成后，在迁移回来。从用户的角度来看，好像这个过程没有发生。虚拟机虽然迁来迁去，但丝毫不会影响用户的使用。迁移(Migration)就是把一个虚拟机从一台物理主机搬到另一台物理主机，动态(Live)就是在迁移过程中虚拟机正常工作不影响用户的使用。对系统管理员来说，动态迁移是个非常有用的工具，当计划对一个物理主机进行更新或者升级(update/upgrade)的时候，管理员不需要关闭这个物理主机上的虚拟机，只是在更新或者升级前把虚拟机动态迁移到另外一个物理主机，等更新或者升级工作完成后，在迁移回来。从用户的角度来看，好像这个过程没有发生。虚拟机虽然迁来迁去，但丝毫不会影响用户的使用。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提出了一种基于SDN的IPv4/IPv6转换系统和方法，能够很好地解决当IVI服务器出现故障时，在局域网内如何实现IPv4访问IPv6资源的问题。

根据本发明一方面提供了一种基于SDN的IPv4和IPv6转换系统，包括：IPv6/IPv4双栈客户端、IVI服务器、SDN交换机，其中：

所述IPv6/IPv4双栈客户端配置有IPv6地址和IPv4地址；

所述IVI服务器用于将从所述SDN交换机接收到的IPv4数据包转换成IPv6数据包后，返回给所述SDN交换机；

所述SDN交换机用于从所述IPv6/IPv4双栈客户端接收IPv4数据包，并且所述SDN交换机用于判断所述IVI服务器是否正常运行，在所述IVI服务器运行正常时，所述SDN将从所述IPv6/IPv4双栈客户端接收到的IPv4数据包转发至IVI服务器，并将所述IVI服务器返回的IPv6数据包通过IPv6路线发送出去；在所述IVI服务器运行异常时，所述SDN交换机将从所述IPv6/IPv4双栈客户端接收到的IPv4数据包通过备用IPv4路线转发出去。

其中，所述系统还包括：

汇聚层交换机，其用于接收所述IPv6/IPv4双栈客户端的IPv4数据包，并将其转发至SDN交换机，还用于接收所述SDN交换机转发的IPv6数据包，并将其转发至核心交换机；NAT服务器，其用于接收所述SDN交换机转发的IPv4数据包，并将其通过IPv4备用路线转发至核心交换机；

核心交换机，用于将接收到的IPv6数据包或Ipv4数据包转发至外网。

其中，所述SDN交换机根据从所述IPv6/IPv4双栈客户端接收到的IPv4数据包和从IVI服务器返回的IPv6数据包，判断所述IVI服务器是否异常。

其中，当所述SDN交换机确定从所述IPv6/IPv4双栈客户端接收到的IPv4数据包和从IVI服务器返回的IPv6数据包完全一致时，确定所述IVI服务器运行异常；或者，当所述SDN交换机确定IVI服务器转换后的IPv6数据包有丢包时，确定所述IVI服务器运行异常。

其中，所述SDN交换包括五个端口，第一端口用于接收所述IPv6/IPv4双栈客户端的IPv4数据包，第二端口用于将所述IPv4数据包转发至IVI服务器，第三端口用于接收从所述IVI服务器返回的IPv6数据包，第四端口用于将所述IPv6数据包通过IPv6线路转发出去，第五端口用于将所述IPv4数据包通过IPv4备用线路转发出去。

根据本发明另一方面提供了一种基于SDN的IPv4和IPv6转换方法，包括：

SDN交换机用于从IPv6/IPv4双栈客户端接收IPv4数据包；所述IPv6/IPv4双栈客户端配置有IPv6地址和IPv4地址；

所述SDN交换机用于判断IVI服务器是否正常运行；

在所述IVI服务器运行异常时，所述SDN交换机将从所述IPv6/IPv4双栈客户端接收到的IPv4数据包通过备用IPv4路线转发出去；

在所述IVI服务器运行正常时，所述SDN将从所述IPv6/IPv4双栈客户端接收到的IPv4数据包转发至IVI服务器；

所述IVI服务器用于将从SDN交换机接收到的IPv4数据包转换成IPv6数据包后，返回给所述SDN交换机；

所述SDN交换机将所述IVI服务器返回的IPv6数据包通过IPv6路线发送出去。

其中，所述方法还包括：

汇聚层交换机接收所述IPv6/IPv4双栈客户端的IPv4数据包，并将其转发至所述SDN交换机；

所述SDN交换机将所述IVI服务器返回的IPv6数据包通过IPv6路线发送出去，包括：

所述汇聚层交换机接收所述SDN交换机转发的IPv6数据包，并将其转发至核心交换机；

所述在所述IVI服务器运行异常时，所述SDN交换机将从所述IPv6/IPv4双栈客户端接收到的IPv4数据包通过备用IPv4路线转发出去，包括：

NAT服务器接收所述SDN交换机转发的IPv4数据包，并将其通过IPv4备用路线转发至核心交换机；所述核心交换机用于将接收到的IPv6数据包或Ipv4数据包转发至外网。

其中，所述SDN交换机用于判断IVI服务器是否正常运行，包括：

所述SDN交换机根据从所述IPv6/IPv4双栈客户端接收到的IPv4数据包和从IVI服务器返回的IPv6数据包，判断所述IVI服务器是否异常。

其中，所述SDN交换机根据从所述IPv6/IPv4双栈客户端接收到的IPv4数据包和从IVI服务器返回的IPv6数据包，判断所述IVI服务器是否异常，包括：

当所述SDN交换机确定从所述IPv6/IPv4双栈客户端接收到的IPv4数据包和从IVI服务器返回的IPv6数据包完全一致时，确定所述IVI服务器运行异常；

当所述SDN交换机确定IVI服务器转换后的IPv6数据包有丢包时，确定所述IVI服务器运行异常。

其中，所述SDN交换包括五个端口，第一端口用于接收所述IPv6/IPv4双栈客户端的IPv4数据包，第二端口用于将所述IPv4数据包转发至IVI服务器，第三端口用于接收从所述IVI服务器返回的IPv6数据包，第四端口用于将所述IPv6数据包通过IPv6线路转发出去，第五端口用于将所述IPv4数据包通过IPv4备用线路转发出去。

通过本发明的上述方案，能够提供IPv4和IPv6无线接入服务，可以访问IPv4、IPv6站点，并且通过在IPv4客户端或IPv4/IPv6双栈客户端通过IPv4地址访问IPv6资源，并且IVI服务器出现故障的情况下，通过SDN交换机实现数据包的正常转发。

附图说明

图1是本发明一示例性实施例示出的基于SDN的IPv4/IPv6转换系统结构示意图；

图2是本发明一示例性实施例示出的基于SDN的IPv4/IPv6转换方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

本发明一示例性实施例示出的一种基于SDN的IPv4/IPv6转换系统，包括：IPv6/IPv4双栈客户端、IVI服务器、SDN交换机，其中：

所述IPv6/IPv4双栈客户端配置有IPv6地址和IPv4地址；

所述IVI服务器用于将从所述SDN交换机接收到的IPv4数据包转换成IPv6数据包后，返回给所述SDN交换机；

所述SDN交换机用于从所述IPv6/IPv4双栈客户端接收IPv4数据包，并且所述SDN交换机用于判断所述IVI服务器是否正常运行，在所述IVI服务器运行正常时，所述SDN将从所述IPv6/IPv4双栈客户端接收到的IPv4数据包转发至IVI服务器，并将所述IVI服务器返回的IPv6数据包通过IPv6路线发送出去；在所述IVI服务器运行异常时，所述SDN交换机将从所述IPv6/IPv4双栈客户端接收到的IPv4数据包通过备用IPv4路线转发出去。

所述系统还包括：

汇聚层交换机，其用于接收所述IPv6/IPv4双栈客户端的IPv4数据包，并将其转发至SDN交换机，还用于接收所述SDN交换机转发的IPv6数掘包，并将其转发至核心交换机；

NAT服务器，其用于接收所述SDN交换机转发的IPv4数据包，并将其通过IPv4备用路线转发至核心交换机；

核心交换机，用于将接收到的IPv6数据包或Ipv4数据包转发至外网。

由于NAT服务器所获得的IPv4数据包中的IPv4地址是局域网中的私网地址，NAT服务器还需要将IPv4数据包中的IPv4地址转换成外网中的公网地址，然后将IPv4数据包转发至核心交换机。

如图1所示，用户访问IPv4站点的数据流程，以www.XXXX.com为例：

1、用户在浏览器中输入www.XXXX.com，IPv4数据包通往无线网络到达各层AP。

2、AP将IPv4数据包转发给接入层交换机。

3、接入层交换机将IPv4数据包转发给汇聚层交换机wireless-3750。

4、wireless-3750交换机将IPv4数据包转发给SDN交换机。

5、SDN交换机做出判断，如果IPv4数据包有丢失，或者上联IVI服务器链路不通，则直接将IPv4数据包转发给NAT服务器；如果上联链路通畅或者没有数据丢失，则将IPv4数据包转发给IVI服务器。

6、IPv4数据到达IVI服务器后，IVI服务器对IPv4数据包进行转换，将IPv4数据包转换为IPv6数据包，然后转发给SDN交换机。

7、SDN交换机从IVI服务器接收到IPv6数据包，随后SDN交换机交转换后的IPv6数据包转发给wireless-3750交换机。

8、然后wireless-3750交换机将IPv6数据包转发给核心交换机，核心交换机根据路由规则把IPv6数据包发送到防火墙。

9、IPv6数据包通过CERNET2网络走到一级IVI服务器，一级IVI服务器根据事先设定的转换规则，将IPv6数据包转换成IPv4数据包，最后路由到www.XXXX.com。

用户防问IPv6站点的数据流程，以ipv6.XXXXcom为例：

1、用户在浏览器中输入ipv6.XXXX.com，IPv6数据请求包通往无线网络到达各层AP。

2、AP将IPv6数据包转发给接入层交换机。

3、接入层交换机将IPv6数据包转发给汇聚层交换机wireless-3750。

4、wireless-3750交换机将IPv6数据包直接转发给核心交换机，核心交换机根据路由规则把IPv6数据包发送到防火墙。

5、IPv6数据包通过CERNET2网络走到一级IVI服务器，一级IVI服务器在接收到IPv6数据包时，将不对数据包做任何处理，直接通过IVI服务器访问ipv6.XXXX.com。

所述SDN交换机根据从所述IPv6/IPv4双栈客户端接收到的IPv4数据包和从IVI服务器返回的IPv6数据包，判断所述IVI服务器是否异常。

其中，当所述SDN交换机确定从所述IPv6/IPv4双栈客户端接收到的IPv4数据包和从IVI服务器返回的IPv6数据包完全一致时，确定所述IVI服务器运行异常；或者，当所述SDN交换机确定IVI服务器转换后的IPv6数据包有丢包时，确定所述IVI服务器运行异常。

其中，所述SDN交换包括五个端口，第一端口用于接收所述IPv6/IPv4双栈客户端的IPv4数据包，第二端口用于将所述IPv4数据包转发至IVI服务器，第三端口用于接收从所述IVI服务器返回的IPv6数据包，第四端口用于将所述IPv6数据包通过IPv6线路转发出去，第五端口用于将所述IPv4数据包通过IPv4备用线路转发出去。

SDN能提供基于应用的多出口路由，根据丢包率、网络通畅情况等，SDN将用户请求转发到不同的出口。

如图1所示，对于SDN交换机来讲：

正常的数据流为portl-＞port2，port4-＞port3，然后数据从正常线路出网；

但是，当二级IVI设备出问题或者port2、port4所在的链路故障时，数据流改为port1-＞port5，数据从备用线路出网。

通过在交换机上安装RYU控制系并运行脚本，程序周期性检测port2和port4的端口状态，如果down掉，则复制流量到备用线路；检测从port2出去的包个数，以及进入port4的包个数，做差，达到阈值则复制流量到备用线路；同时，流量复制到备用链路后，port4收到的流量需要被drop。

切换到备用线路后，还需要检测IVI链路是否恢复，计算port4和port2的包个数差值，来检测IVI是否恢复，如果恢复流量仍按照port1-＞port2，port4-＞port3转发。

在校园网中实现无感知的接入网络，在用户首次web认证之后，获取无感知接入网络的体验，不需要繁琐的web认证登录。本发明中还使用Web推送http交互的形式进行认证，便于管理员向用户推送网页通知或广告。

Mac By Pass认证协议采用终端的MAC地址radius认证，只要在SMP服务器记录了该终端的MAC地址，该终端即可接入网络。

用户第一次关联SSID时，AC获取用户的MAC地址，AC封装该MAC地址，先到SMP服务器进行MAC BY PASS认证。

如果认证失败，AC记录本次用户认证失败的状态，当用户浏览器访问网络的时候，AC根据用户mac by pass认证失败的记录，推送web认证界面给用户。

如果认证成功，AC记录用户在线状态，不推送web界面给用户，用户可直接上网，用户获得一个IPv4和一个IPv6地址。

图2为根据本发明一示例性实施例示出的一种基于SDN的IPv4和IPv6转换方法，包括：

SDN交换机用于从IPv6/IPv4双栈客户端接收IPv4数据包；所述IPv6/IPv4双栈客户端配置有IPv6地址和IPv4地址；

所述SDN交换机用于判断IVI服务器是否正常运行；

在所述IVI服务器运行异常时，所述SDN交换机将从所述IPv6/IPv4双栈客户端接收到的IPv4数据包通过备用IPv4路线转发出去；

在所述IVI服务器运行正常时，所述SDN将从所述IPv6/IPv4双栈客户端接收到的IPv4数据包转发至IVI服务器；

所述IVI服务器用于将从SDN交换机接收到的IPv4数据包转换成IPv6数据包后，返回给所述SDN交换机；

所述SDN交换机将所述IVI服务器返回的IPv6数据包通过IPv6路线发送出去。

其中，所述方法还包括：

汇聚层交换机接收所述IPv6/IPv4双栈客户端的IPv4数据包，并将其转发至所述SDN交换机；

所述SDN交换机将所述IVI服务器返回的IPv6数据包通过IPv6路线发送出去，包括：

所述汇聚层交换机接收所述SDN交换机转发的IPv6数据包，并将其转发至核心交换机；

所述在所述IVI服务器运行异常时，所述SDN交换机将从所述IPv6/IPv4双栈客户端接收到的IPv4数据包通过备用IPv4路线转发出去，包括：

NAT服务器接收所述SDN交换机转发的IPv4数据包，并将其通过IPv4备用路线转发至核心交换机；所述核心交换机用于将接收到的IPv6数据包或Ipv4数据包转发至外网。

其中，所述SDN交换机用于判断IVI服务器是否正常运行，包括：

所述SDN交换机根据从所述IPv6/IPv4双栈客户端接收到的IPv4数据包和从IVI服务器返回的IPv6数据包，判断所述IVI服务器是否异常。

其中，所述SDN交换机根据从所述IPv6/IPv4双栈客户端接收到的IPv4数据包和从IVI服务器返回的IPv6数据包，判断所述IVI服务器是否异常，包括：

当所述SDN交换机确定从所述IPv6/IPv4双栈客户端接收到的IPv4数据包和从IVI服务器返回的IPv6数据包完全一致时，确定所述IVI服务器运行异常；

当所述SDN交换机确定IVI服务器转换后的IPv6数据包有丢包时，确定所述IVI服务器运行异常。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。