一种基于sopc的nat的实现方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及计算机网络领域，尤其涉及一种网络地址转换方法。
【背景技术】
[0002]NAT:Network Address Translat1n，网络地址转换。
[0003]SOPC:System-on-ProgrammabIe~Chip,即可编程片上系统。
[0004]ICMP:Internet Control Message Protocol，Internet 控制报文协议。它是 TCP/IP协议族的一个子协议，用于在IP主机、路由器之间传递控制消息。
[0005]CAM:Content Addressable Memory,内容可寻址存储器。
[0006]目前NAT的实现主要有三种方法，第一种是纯软件实现，载体通常为通用CPU;第二种是基于FPGA硬件实现；第三种是基于网络处理器(NP)实现。
[0007]通过纯软件实现的方法处理方式灵活，技术成熟，但缺点也很明显，处理速度比较慢，时延大，需要占用大量CPU时间，内存消耗大。
[0008]通过FPGA实现的方法处理速度快，时延小。如果仅用单纯逻辑实现，通常只能实现一些功能比较简单的NAT处理，且不及纯软件实现应用灵活、需要消耗大量逻辑资源。
[0009]通过NP实现的方法处理速度快，但价格昂贵，应用不够灵活。
[0010]综上所述，现有技术存在以下问题:
1、通过单纯逻辑进行NAT实现对功能复杂度有限制；
2、针对具体应用，现有通过FPGA或者NP的实现方式应用均不够灵活；
3、针对小型应用，现有的实现方式体积大，功耗高，成本高。
【发明内容】
[0011]为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种可灵活实现NAT处理、处理速度快、成本低、功耗低的NAT的实现方法。
[0012]为了解决上述技术问题，本发明的另一个目的是提供一种可灵活实现NAT处理、处理速度快、成本低、功耗低的NAT的实现装置。
[0013]本发明所采用的技术方案是:
一种基于SOPC的NAT的实现方法，其包括步骤:S1，对数据包进行信息提取；S2，将数据包存入缓冲区，同时将提取的信息提交给学习/处理模块；S3，学习/处理模块判断自己能否处理此信息，如果能处理，则进入步骤S4，否则将接收到的信息提交给处理器并进入步骤S5 ;S4，学习/处理模块根据以前学习的内容进行处理，然后将处理结果提交给NAT处理模块；S5，处理器对接收到信息进行处理，并将处理结果返回给学习/处理模块；S6，学习/处理模块学习处理器的结果，并将处理结果提交给NAT处理模块；S7，NAT处理模块、NAT逆处理模块根据接收的处理结果对缓冲区中的数据包进行处理。
[0014]优选的，步骤SI所述信息包括源MAC地址、以太网协议类型、IP协议类型、以太网源！P、以太网目的IP、ICMP标识符、ICMP序列号、源端口号、目的端口、IP包的16位标识、IP包的3位标志及13位片偏移、IP首部检验和、ICMP/TCP/UDP的检验和。
[0015]优选的，步骤S2中所述提交给学习/处理模块的信息包括源IP、目的IP、源端口号(TCP、UDP)、目的端口(TCP、UDP), IP包的16位标识、IP包的3位标志及13位片偏移及协议类型。
[0016]优选的，所述步骤S3具体包括子步骤:S31，首先通过数据包的3位标志及13位片偏移判断该数据包是否为IP分片包，如果是分片包，则不能处理此信息，否则进入步骤S32 ;S32，用信息中的源IP、源端口、目的IP、目的端口、协议类型进行CAM查询，如果存在有效项，则表示学习/处理模块能处理此信息并进入步骤S4，否则表示不能处理此信息并进入步骤S33 ;S33，将接收到的信息提交给处理器并进入步骤S5。
[0017]优选的，所述步骤S4具体为??从CAM的输出中获取匹配单元的地址，从存储模块中读出该地址单元的内容，作为处理结果返回给NAT处理模块，同时将对应的老化计数器清零。
[0018]优选的，步骤S5中所述的信息为私网数据或公网数据，所述步骤S5具体包括子步骤:S51，对私网数据进行处理，并将处理结果返回给学习/处理模块；或者S52，对公网数据进行处理，并将处理结果返回给学习/处理模块。
[0019]优选的，所述步骤S51具体包括子步骤:S511，用源端口号作为私网端口查找表的索引，从存储器中取出该序号的对应表项，判断表项的有效标识位是否有效，如果有效则进入步骤S512，否则转至步骤S519 ;S512，判断指针标识位是否有效，如果有效则转至步骤S517，否则转至步骤S513 ;S513，判断协议字段、源IP字段是否匹配，如果匹配则转至步骤S514，否则转至步骤S519 ; S514，用替换端口的内容对源端口进行替换，并判断外网网关有效标识位是否有效，如果有效则转至步骤S516，否则转至步骤S515 ;S515，数据包可直接送达或采用默认网关，转至步骤S518 ;S516，数据包需经过该外网网关转发，转至步骤S518 ；S517，通过IP指针找到IP查找表，历遍有效标识位有效的表项，如果存在协议字段、源IP字段匹配项，则转至步骤S514，否则转至步骤S519 ;S518，查表成功，转至步骤S5111 ;S519，若动态模式位置位，则随机分配一个未使用的公网IP、端口，并将相应信息添加到NAT配置表中，转至步骤S5111 ;S5110，查表失败，数据包丢弃，转至步骤S5111 ;S5111，将处理结果返回给学习/处理模块，转至步骤S511，开始下一次查表；所述步骤S52具体包括子步骤:S521，用目的端口号作为公网端口查找表的索引，从存储器中取出该序号的对应表项，判断表项的有效标识位是否有效，如果无效则转至步骤S5210，如果有效则转至步骤S522 ；S522，判断指针标识位是否有效，如果无效则转至步骤S523，如果有效则转至步骤S525 ；S523，判断协议字段、外网IP字段是否匹配，如果匹配则转至骤S524，否则转至步骤S5210 ;S524，用替换端口的内容、内网IP的内容对目的端口、目的IP进行替换，转至步骤S529 ;S525，通过IP指针找到IP查找表，历遍有效标识位有效的表项，如果存在协议字段、外网IP字段匹配，且当远程IP有效标识有效时，远程IP、远程端口也匹配的匹配项时则转至步骤S526，如果没有则转至步骤S5210 ;S526，判断内网IP有效标识是否有效，如果有效则转至步骤S527，否则转至步骤S528 ;S527，用IP查找表中的替换端口、内网IP对目的端口、目的IP进行替换，转至步骤S529 ;S528，用IP查找表中的替换端口、端口查找表中的内网IP对目的端口、目的IP进行替换，转至步骤S529 ;S529，查表成功，转至步骤S5211 ;S5210，查表失败，转至步骤S5211 ;S5211，将处理结果返回给学习/处理模块，转至步骤S521，开始下一次查表。
[0020]优选的，所述步骤S5还包括子步骤:S50，对接收到的信息进行IP分片包处理；所述步骤S50具体包括子步骤:S501，判断是否为IP分片包，如果是分片包则转至步骤S502 ；S502，判断是否为IP分片包的首包，如果是则转至步骤S503，否则转至步骤S504 ;S503，将首包按非分片包的处理方式进行处理，并将缓存中该分片包的其它分片也按该方式处理，转至步骤S505 ;S504，将分片包信息缓存，转至步骤S505 ;S505，转至步骤S501步，开始下一次处理。
[0021]优选的，所述步骤S7具体包括子步骤:S71，根据学习/处理模块输出的结果，结合提取模块的输出、数据缓冲模块中的数据包内容，实现私网到公网TCP、UDP数据包的源IP、源端口替换，即完成NAT处理；S72，根据学习/处理模块输出的结果，结合提取模块的输出、数据缓冲模块中的数据包内容，实现公网到私网TCP、UDP数据包的目的IP、目的端口替换，即完成NAT逆处理；S73，重新计算IP首部校验和、TCP校验和、UDP校验和。
[0022]一种基于SOPC的NAT的实现装置，其用于实施基于SOPC的NAT的实现方法，其包括:处理器模块，用于对学习/处理模块输出的数据包信息进行查表处理，并将处理结果返回给学习/处理模块；学习/处理模块，其分别与提取模块和处理器模块相连，主要有两个作用:一是接收提取模块的输出，检查学习内容中是否有符合项，如果有符合项则将存储的对应结果输出给NAT处理模块，如果没有符合项则将接收的数据直接提交给处理器模块，并记录该数据，以便在学习过程中与处理结果建立一一对应关系；二是学习处理器输出的数据包处理结果，即将数据包信息输入与数据包处理结果间建立一一对应的关系，以便对后续数据包中有相同输入条件的数据包直接进行处理，以减轻处理器模块的负荷，提高数据包的处理能力，然后将结果输出给NAT处理模块；提取模块，其与以太网接口模块相连，用于提取数据包信息；以太网接口，包括用于连接私网的私网以太网接口和用于连接公网的以太网接口 ；数据缓冲模块，其连接于提取模块和NAT处理模块或NAT逆处理模块之间，用于缓存数据包；NAT处理模块，其分别与提取模块、数据缓冲模块、学习/处理模块和以太网接口连接，其用于接收学习/处理模块的输出，并结合提取模块的输出、数据缓冲模块中的数据包内容，实现私网到公网的NAT处理；NAT逆处理模块，其分别与提取模块、数据缓冲模块、学习/处理模块和以太网接口连接，其用于接收学习/处理模块的输出，并结合提取模块的输出、数据缓冲模块中的数据包内容，实现公网到私网的NAT逆处理。
[0023]本发明的有益效果是:
本发明通过基于SOPC实现了 NAT处理，充分发挥处理器和逻辑处理各自的长处，合理分配各自的实现功能，并采用了学习/处理模块来弥补处理器模块处理能力的不足，采用先