CN101616192B - IPv4地址和端口复用的分级转换方法 - Google Patents
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Abstract
IPv4地址和端口复用的分级转换方法属于计算机网络通信技术领域，其特征在于，分级对IPv4分组和IPv6分组进行转换，第一级利用无状态的IPv4/IPv6地址和协议转换方法在IPv4地址和特定的IPv6地址间建立转换关系，第二级利用IPv6/IPv6地址和端口转换方法使多个用户的IPv6地址通过端口复用的方法共享特定的IPv6地址，因此可以根据需求采用不同的复用比，通过有限的IPv4地址使大量的IPv6用户与全球IPv4互联网进行双向发起的通信，本发明可以有效地解决IPv4/IPv6的互联互通问题，推进互联网从IPv4向IPv6的过渡。
Description
技术领域
IPv4地址和端口复用的分级转换方法属于计算机互联网通信技术领域。
背景技术
互联网已经成为全世界最重要的信息基础设施，但目前互联网广泛使用的第四版网络协议IPv4的地址的寻址范围只有232，即43亿地址，根据目前IPv4地址的分配速度，预计在2011年之后，IPv4地址即将分配完毕。
目前中国网民人口的绝对数已经成为世界第一，但互联网的普及率只有22％，远低于世界发达国家的水平(70％)。同时，平均每个中国网民仅有0.6个IPv4地址。因此，对于中国来说，IPv4地址是无法满足需求的。这个问题对于印度等其它亚洲国家和非洲国家来说，都是非常严重的。
为了解决IPv4地址不够用的问题，国际互联网工程组(IETF)设计了第六版网络协议IPv6，它的地址寻址范围有2128，能够满足需求。但由于种种原因，IPv6协议于IPv4协议是不兼容的，不能很好的互联互通。当时设计的理念是用“双协议栈”的方法解决互联互通的问题，但近十年IPv6推广的经验和教训证明，不能访问IPv4众多网络信息资源，不能与IPv4众多的用户通信的IPv6网络是不可能发展起来的。
地址转换和协议转换是解决IPv4和IPv6互联互通的方法，无状态的地址转换和协议转换方法，具有可扩展性，但无状态的转换方法需要用户使用特定的IPv6地址，不允许使用自动配置的IPv6地址。同时，IPv4地址是紧缺资源，需要更好地利用。
本发明的基本原理是在无状态地址转换和协议转换的基础上，增加IPv6/IPv6端口复用地址转换网关，根据需求把IVI地址利用端口复用转换为大量的IPv6地址。
本发明的基本特征包括：1)采用IPv4地址嵌入IPv6地址的第一类编码格式在IPv4地址与运营商的一个IPv6地址的子集IVI6地址之间建立唯一的映射关系；2)采用二级转换方法，采用IPv4地址和端口范围嵌入IPv6地址的第二类编码格式通过IPv6/IPv6转换网关，根据需求定义复用比，把少量的IVI6地址转换为大量IPv6地址，供IPv6用户与IPv4互联网通信用。
发明内容
IPv4地址和端口复用的分级转换方法，其特征在于，依次含有以下步骤：步骤(1)初始化
步骤(1.1)在IPv4和IPv6网络之间设立一个IVI转换网关，并定义第一类编码格式：把IPv4地址直接嵌入所述IPv6地址的编码格式，构成一个IPv6地址，在运营商基于32位聚类前缀的所述IPv6地址格式中的第32+n位嵌入32位IPv4地址，n＜32，同时在第64+n到128位之间空余位填充全0，其中：当所述IPv4地址为所述运营商准备给IPv6主机使用的IPv4地址时，构成IVI6地址，当所述IPv4地址为包含所述运营商自己在内的全球IPv4地址，又不属于所述IPv6主机的IPv4地址时，构成IVIG6地址，所述IVI6和IVIG6统称为IVI地址由此在所述IPv4地址和IPv6地址的子集之间形成一一对应的双向映射关系，
步骤(1.2)在IPv6主干网和IPv6园区网之间设立IPv6/IPv6端口复用地址转换网关，并定义第二类编码格式：即把IPv4地址加传输层端口编码嵌入所述IPv6地址的编码格式，在基于运营商32位聚类前缀的所述IPv6地址编码格式中的第32+n位嵌入32位IPv4地址，n＜32，构成IVI前缀，在当64+n到第96位之间如有空余位时填充全0，在第96位至111位嵌入地址复用比M，在第112位至128位嵌入端口位移值k，0≤k≤M-1，所述M表示一个所述IPv4地址通过IPv6/IPv6端口复用地址转换网关同时供多个IPv6计算机使用的计算机个数，
步骤(1.3)对于不同的园区网定义不同的IPv4地址复用比，并根据用户的IPv6地址的使用情况，根据IVI6地址和特定的端口范围，与用户使用的IPv6地址间建立一一对应的映射关系，即用户在与IPv4互联网通信时，只能使用特定的端口范围；
步骤(2)IPv4计算机向IPv6计算机发起通信，其中源地址为IPv4计算机的地址，目的地址为IPv6计算机的IPv6地址的IPv4镜像，其端口为所述IPv6计算机所允许使用的端口；
步骤(3)：所述IVI转换网关接收分组，依次执行步骤(3.1)-步骤(3.4)；
步骤(3.1)：所述目标地址按步骤(1.1)按设定的第一类编码格式把IPv4地址转换为IVI6地址，
步骤(3.2)：所述源地址按步骤(1.1)设定的第一类编码格式把IPv4地址转换为IVIG6地址，
步骤(3.3)：按RFC2765执行除地址转换之外的其它处理程序，并重新计算传输层校验和，从而形成所述IPv6分组；
步骤(3.4)：向所述IPv6/IPv6转换网关发送步骤(3.3)形成的第一类编码格式的IPv6分组；
步骤(4)：IPv6/IPv6端口复用地址转换网关接到步骤(3.4)发送的所述IPv6分组后，执行以下步骤(4.1)-步骤(4.3)，形成第二类编码格式的IPv6分组并发送，
步骤(4.1)：根据目标地址和目标端口把第一类编码格式的IPv6地址转换为第二类编码格式的IPv6地址；
步骤(4.2)：重新计算传输层校验和，并形成IPv6分组；
步骤(4.3)：向所述IPv6计算机发送步骤(4.2)中所述IPv6分组；
步骤(5)：所述IPv6计算机接收分组；
步骤(6)：所述IPv6计算机向IPv4计算机发送IPv6分组，其中源地址地址为IPv6计算机的地址，源端口为所述IPv6计算机所允许使用的源端口，目的地址为IPv4计算机的IPv4地址的镜像，即IVIG6地址；
步骤(7)：所述IPv6/IPv6转换网关接收IPv6分组，按以下步骤形成新的IPv6分组，
步骤(7.1)：验证源端口，如符合对应的端口范围，执行步骤(7.1)，否则丢弃分组，返回步骤(7)；
步骤(7.2)：把第二类编码格式的IPv6地址转换为第一类编码格式的IPv6地址；
步骤(7.3)：重新计算传输层校验和并形成IPv6分组，
步骤(7.4)：向所述IVI转换网关发送步骤(7.3)中所述的IPv6分组；
步骤(8)：IVI转换网关接收IPv6分组步骤(7.3)发送的所述IPv6分组，通过以下步骤(8.1)-步骤(8.3)形成IPv4分组并发送，
步骤(8.1)：所述目标地址按步骤(1.1)设定的IPv6地址编码格式转换为IPv4地址，
步骤(8.2)：所述源地址按步骤(1.1)设定的IPv6地址编码格式转换为IPv4地址，
步骤(8.3)：按RFC2765执行除地址转换之外的其它处理程序，并重新计算传输层校验和，从而形成所述IPv4分组；
步骤(8.4)：向IPv4计算机发送步骤(8.3)形成的IPv4分组；
步骤(9)：所述IPv4计算机接收步骤(8.4)发送的IPv4分组；
附图说明
图1：IPv4地址和端口复用的分级转换方法的网络连接方式；
图2：IPv4地址和端口复用的分级转换方法的工作流程图；
图3：IPv4地址嵌入IPv6地址的定义格式。
具体实施方式和方法案例
本发明的连接方式如图1所示，其中IVI转换网关为第一级转换，把IPv4分组转换为基于第一类编码格式的IPv6分组，6/6端口复用转换网关为第二级转换网关，跟据端口复用比，把第一类编码格式的分组转换为第二类编码格式的分组。
本发明的工作流程如图2所示。
本发明的IVI转换网关的映射规则如图3所示，通信流程举例如下：
如运营商的IPv6地址的前缀为2001:da8::/32，所选用的IVI4地址为202.38.108.0/24，则第一类编码格式IVI6地址范围为2001:da8:ffca:266c:0::/64，如所选用的复用比为256，所选用的计算机为202.38.108.2，端口为4097，则该IPv6计算机的第二类编码格式的IPv6地址为2001:da8:ffca:266c:200::100:1/128，如通信的IPv4计算机的IPv4地址为18.181.0.31，则第一类编码格式IVIG6的地址为2001:da8:ff12:b500:1f00::/72，对于IPv4计算机不需要第二类编码格式，通信流程为：
(1)IPv4计算机18.181.0.31需要与IPv6计算机2001:da8:ffca:266c:200::100:1的4097端口发起通信，则在IPv4网络中18.181.0.31需要对202.38.108.2的4097端口发起通信，因为这是对应于IVI6＝2001:da8:ffca:266c:200::的IVI4，即IPv4分组的源地址和目标地址分别为：
18.181.0.31←→202.38.108.2，目标端口为4097。
(2)在IVI转换网关中，18.181.0.31转换为2001:da8:ff12:b500:1f00::，202.38.108.2转换为2001:da8:ffca:266c:200::，即IPv6分组的源地址和目标地址分别为：2001:da8:ff12:b500:1f00::←→2001:da8:ffca:266c:200::。
(3)在6/6端口复用转换网关中，源地址不变，根据目标端口4097，目标地址由2001:da8:ffca:266c:200::转换为2001:da8:ffca:266c:200::100:1/，即IPv6分组的源地址和目标地址分别为：2001:da8:ff12:b500:1f00::←→2001:da8:ffca:266c:200::100:1。
(4)返回的IPv6分组的源地址和目标地址分别为：2001:da8:ffca:266c:200::100:1/←→2001:da8:ff12:b500:1f00::。
(5)在6/6端口复用转换网关中，源端口4079符合转换范围源地址由2001:da8:ffca:266c:200::100:1转换为2001:da8:ffca:266c:200::，目标地址不变，即IPv6分组的源地址和目标地址分别为：2001:da8:ffca:266c:200::←→2001:da8:ff12:b500:1f00::。
(6)通过IVI转换网关，转换为IPv4分组的源地址和目标地址分别为：202.38.108.2←→18.181.0.31。
注意对于由IPv6计算机发起的通信，其源端口必须符合给定的端口范围，否则分组将被6/6端口复用转换网关丢弃。这个规定可以由修改IPv6计算机的操作系统实现。
利用本发明定义的方法，可以在共享IPv4地址的情况下，利用端口复用技术使IPv6计算机与IPv4互联网进行双向发起的通信。
Claims (1)
1.IPv4地址和端口复用的分级转换方法，其特征在于，依次含有以下步骤：
步骤(1)初始化
步骤(1.1)在IPv4和IPv6网络之间设立一个IVI转换网关，并定义第一类编码格式：把IPv4地址直接嵌入IPv6地址的编码格式，构成一个IPv6地址，在运营商基于32位聚类前缀的所述IPv6地址格式中的第32+n位嵌入32位IPv4地址，0<n<32，同时在第64+n到128位之间空余位填充全0，其中：当所述IPv4地址为所述运营商准备给IPv6主机使用的IPv4地址时，构成IVI6地址，当所述IPv4地址为包含所述运营商自己在内的全球IPv4地址，又不属于所述IPv6主机的IPv4地址时，构成IVIG6地址，所述IVI6和IVIG6统称为IVI地址由此在所述IPv4地址和IPv6地址的子集之间形成一一对应的双向映射关系，
步骤(1.2)在IPv6主干网和IPv6园区网之间设立IPv6／IPv6端口复用地址转换网关，并定义第二类编码格式：即把IPv4地址加传输层端口编码嵌入IPv6地址的编码格式，在基于运营商32位聚类前缀的所述IPv6地址编码格式中的第32+n位嵌入32位IPv4地址，0<n<32，构成IVI前缀，在当64+n到第96位之间如有空余位时填充全0，在第96位至111位嵌入地址复用比M，在第112位至128位嵌入端口位移值k，0≤k≤M-1，所述M表示一个所述IPv4地址通过IPv6／IPv6端口复用地址转换网关同时供多个IPv6计算机使用的计算机个数，
步骤(1.3)对于不同的园区网定义不同的IPv4地址复用比，并根据用户的IPv6地址的使用情况，根据IVI6地址和特定的端口范围，与用户使用的IPv6地址间建立一一对应的映射关系，即用户在与IPv4互联网通信时，只能使用特定的端口范围；
步骤(2)IPv4计算机向IPv6计算机发起通信，其中源地址为IPv4计算机的地址，目标地址为IPv6计算机的IPv6地址的IPv4镜像，其端口为所述IPv6计算机所允许使用的端口；
步骤(3)：所述IVI转换网关接收分组，依次执行步骤(3.1)-步骤(3.4)；
步骤(3.1)：目标地址按步骤(1.1)按设定的第一类编码格式把IPv4地址转换为IVI6地址，
步骤(3.2)：所述源地址按步骤(1.1)设定的第一类编码格式把IPv4地址转换为IVIG6地址，
步骤(3.3)：按RFC2765执行除地址转换之外的其它处理程序，并重新计算传输层校验和，从而形成所述IPv6分组；
步骤(3.4)：向IPv6／IPv6转换网关发送步骤(3.3)形成的第一类编码格式的IPv6分组；
步骤(4)：IPv6／IPv6端口复用地址转换网关接到步骤(3.4)发送的所述IPv6分组后，执行以下
步骤(4.1)-步骤(4.3)，形成第二类编码格式的IPv6分组并发送，
步骤(4.1)：根据目标地址和目标端口把第一类编码格式的IPv6地址转换为第二类编码格式的IPv6地址；
步骤(4.2)：重新计算传输层校验和，并形成IPv6分组；
步骤(4.3)：向所述IPv6计算机发送步骤(4.2)中所述IPv6分组；
步骤(5)：所述IPv6计算机接收分组；
步骤(6)：所述IPv6计算机向IPv4计算机发送IPv6分组，其中源地址地址为IPv6计算机的地址，源端口为所述IPv6计算机所允许使用的源端口，目标地址为IPv4计算机的IPv4地址的镜像，即IVIG6地址；
步骤(7)：所述IPv6／IPv6转换网关接收IPv6分组，按以下步骤形成新的IPv6分组，
步骤(7.1)：验证源端口，如符合对应的端口范围，执行步骤(7.1)，否则丢弃分组，返回步骤(7)；
步骤(7.2)：把第二类编码格式的IPv6地址转换为第一类编码格式的IPv6地址；
步骤(7.3)：重新计算传输层校验和并形成IPv6分组，
步骤(7.4)：向所述IVI转换网关发送步骤(7.3)中所述的IPv6分组；
步骤(8)：IVI转换网关接收IPv6分组步骤(7.3)发送的所述IPv6分组，通过以下步骤(8.1)-步骤(8.3)形成IPv4分组并发送，
步骤(8.1)：所述目标地址按步骤(1.1)设定的IPv6地址编码格式转换为IPv4地址，
步骤(8.2)：所述源地址按步骤(1.1)设定的IPv6地址编码格式转换为IPv4地址，
步骤(8.3)：按RFC2765执行除地址转换之外的其它处理程序，并重新计算传输层校验和，从而形成所述IPv4分组；
步骤(8.4)：向IPv4计算机发送步骤(8.3)形成的IPv4分组；
步骤(9)：所述IPv4计算机接收步骤(8.4)发送的IPv4分组。
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| CN200910089342.4A CN101616192B (zh) | 2009-07-16 | 2009-07-16 | IPv4地址和端口复用的分级转换方法 |
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| CN101616192A CN101616192A (zh) | 2009-12-30 |
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| CN200910089342.4A Active CN101616192B (zh) | 2009-07-16 | 2009-07-16 | IPv4地址和端口复用的分级转换方法 |
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