CN1585376A - 一种地址转换方法及实现该方法的混合地址转换路由器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地址转换方法，是在本地IP网中设置一个IPv4/IPv6地址转换路由器，两个终端设备之间经过本地IP网发送数据时，数据发送方终端设备接入本地IP网的第一个三层设备收到要发送的数据后，判断IP数据报文中携带的三层地址是IPv4地址还是IPv6地址，如果是IPv4地址，则按目的地址正常转发；如果是IPv6地址，则将所收到的报文封装在IPv4数据包中，发送给混合地址转换路由器，由该混合地址转换路由器进行相应的处理。本发明还同时公开了一种混合地址转换路由器，采用该方法和路由器，能在网络设备改动最小的情况下，支持IPv4和IPv6地址在网中的混合使用，从而实现IPv4向IPv6网络的平滑过渡，有效保护了运营商的原有投资。

Description

一种地址转换方法及实现该方法的混合地址转换路由器

技术领域

本发明涉及IP地址转换技术，尤其涉及一种地址转换方法及实现该方法的混合地址转换路由器。

背景技术

在IP网络规划中，由于IP地址资源短缺，并且涉及到网络优化的问题，因此IP地址方案的设计至关重要。好的IP地址解决方案不仅可以减少网络负荷，还能为网络日后的扩展打下良好的基础。在IPv4体系中，IP地址又是宽带网络中的重要资源，如何充分利用地址资源是十分重要的。

在传统的IP网络中，主要采用的是IPv4网络通信协议，随着Internet的不断发展，IPv4逐渐暴露出许多不足，其中最严重、也是最迫切需要解决的就是IP地址空间耗尽和骨干路由器中路由表过于庞大的问题，这两个问题直接导致了下一代因特网协议-IPv6的诞生。IPv6除了能很好地解决上述问题外，与IPv4相比，IPv6还具有地址空间编址管理、分组处理效率、对移动性、安全性和QoS的支持等诸多明显的优势。

但是，由于Internet的规模以及目前网络中数量庞大的IPv4用户和设备，IPv4网络的基础架构已经相当完善，IPv4到IPv6的过渡不可能一次性实现。而且，目前许多企业和用户的日常工作越来越依赖于Internet，它们无法容忍在协议过渡过程中出现的问题，运营商不可能完全抛弃现有的IPv4网络，所以IPv4到IPv6的过渡是一个循序渐进的过程，只能采用不断向IPv6演进的方式。于是，就出现了同一IP网络中IPv4和IPv6并存，带来了IPv4与IPv6地址之间相互转换的问题。

实际上，IPv6在设计的过程中考虑到了IPv4到IPv6的过渡问题，并提供了一些特性使过渡过程简化，例如：IPv6地址可以使用IPv4兼容的地址，自动由IPv4地址产生；也可以在IPv4的网络上构建隧道，连接IPv6孤岛等等。虽然，针对IPv4到IPv6的过渡已提出了许多解决机制，它们的实现原理和应用环境各有侧重，但是，所有的IPv4-＞IPv6过渡方案都不是十分完善，在实际组网应用中也存在较多问题。

下面分别以六种有代表性的现有技术方案，说明从IPv4到IPv6过渡目前所存在的问题：

1)双栈策略。

实现IPv6结点与IPv4结点互通的最直接的方式是在IPv6结点中加入IPv4协议栈。具有双协议栈的结点称作“IPv6/v4结点”，这些结点既可以收发IPv4分组，也可以收发IPv6分组。它们可以使IPv4与IPv4结点互通，也可以直接使IPv6与IPv6结点互通。该方案具体的工作原理是：若目的地址是一个IPv4地址，则使用IPv4；若目的地址是“IPv4兼容”的IPv6地址，则将IPv6分组封装在IPv4报文里；若目的地址是其它类型的兼容地址，则使用IPv6，并进行必要的封装。IPv6/v4结点可以只支持手工配置隧道，也可以既支持手工配置也支持自动隧道。

由于双栈结点同时支持IPv4/v6协议，因此必须配置IPv4和IPv6地址。结点分别使用IPv4机制，如DHCP获取IPv4地址，使用IPv6协议机制，如无状态自动配置获取IPv6地址。每个结点所配置的IPv4和IPv6地址之间不必有关联，但是对于支持自动隧道的双栈结点，必须配置有与IPv4地址兼容的IPv6地址，地址格式是前96位为0+IPv4地址。

在本方案中，系统在预先设置的地址解析库中进行IP地址查询，查到IP地址之后，解析库向应用层返回IPv6地址、或返回IPv4地址、或返回IPv6和IPv4地址。那么，对前两种情况，应用层将分别使用IPv6或IPv4与对端通信；对第三种情况，应用层必须做出选择使用哪个地址，即使用哪个IP协议，具体选择哪个地址与应用环境有关。

双栈技术虽然互通性好、易于理解，适用于IPv4地址不缺乏的企业或运营商，起到临时过渡支持IPv6网络的作用。但由于每个IPv6节点都需要配置一个IPv4地址的IPv6地址，比较浪费IPv4地址；而且，双栈技术需要在原有IPv4节点上开发一些新的功能，对现有IPv4的设备改动较大，现有设备很多无法作出这样大的改动；另外，投资太大，没有很好地保护运营商的原有投资。

2)隧道技术。

在IPv6发展初期，必然有许多局部的纯IPv6网络，这些IPv6网络被IPv4骨干网隔离开，成为IPv6孤岛，为使这些IPv6孤岛互通，就采取隧道技术的方式来解决。也就是，利用穿越现存IPv4因特网的隧道技术将许多个IPv6孤岛连接起来，逐步扩大IPv6的实现范围。该隧道技术的工作原理是：在IPv6网络与IPv4网络间的隧道入口处，路由器将IPv6的数据分组封装入IPv4中，IPv4分组的源地址和目的地址分别是隧道入口和出口的IPv4地址，在隧道的出口处再将IPv6数据分组取出转发给目的节点。

本方案中，需要预先对隧道进行配置，包括：人工配置隧道(ConfiguredTunneling)和自动配置隧道(Automatic Tunneling)两种。人工配置隧道是指IPv6-in-IPv4隧道的目的端IPv4地址是由封装IPv6分组数据的IPv4节点预先配置的；而自动配置隧道是指IPv6-in-IPv4隧道的目的端IPv4地址不需要事先配置，但所涉及的节点必须使用IPv4兼容的IPv6地址作为目的地址，隧道端口根据该IPv4兼容的IPv6地址直接产生隧道端口的IPv4目的地址，然后建立隧道。

隧道技术只要求在隧道的入口和出口处进行修改，对其它部分没有要求，非常容易实现。但是，IPv4网络只不过是IPv6网络间的构造隧道的外部环境，并不能实现IPv4节点与IPv6节点间的直接通信，只能实现IPv6与IPv6间的互通。而且，人工配置隧道不适合规模大的网络；自动配置隧道所使用的IPv4兼容的IPv6地址同样限制了网络的适用范围。

3)隧道代理(TB，Tunnel Broker)。

由于在隧道技术中，采用手工配置隧道的扩展性很差，因此TB的主要目的就是简化隧道的配置，提供自动的配置手段。TB的结构如图1所示，其中，隧道代理(TB)负责根据用户，即双栈结点的要求建立、更改和拆除隧道，还负责将用户的IPv6地址和名字信息存放到DNS中，TB可以在多个隧道服务器中选择一个作为隧道末端(TEP)。隧道服务器(Tunnel Server)是一个双栈服务器，连接到IPv6网络上的隧道末端，它从隧道代理处接收命令，对隧道进行必要的操作。

TB的基本工作原理是：首先，双栈结点向TB提供身份和认证信息；双栈结点通过认证后，向TB提供自己的IPv4地址，即隧道端口的IPv4地址，还向TB提供双栈结点自己的名字和类型，类型是指为主机还是路由器；TB收到双栈结点提供的相关信息后，根据一些规则，如负载均衡原则来选定一个隧道服务器作为隧道的末端，同时为双栈结点分配一个IPv6地址前缀，地址前缀的长度根据对应类型而不同；并给隧道分配一个生存时间，将分配的IPv6地址前缀在DNS中进行注册；对隧道服务器进行配置，并且把相关的配置信息通知双栈主机。这样，就可在IPv4网络上建立起隧道，主机可以通过隧道服务器接入IPv6网络。

对于已建立起IPv6的因特网服务提供商(ISP)来说，使用TB技术为网络用户的扩展提供了一个方便的手段，TB可以看作是一个虚拟的IPv6 ISP，为已经连接到IPv4网络上的用户提供连接到IPv6网络的手段。但是，该TB技术并不能实现IPv4节点与IPv6节点间的直接通信，只能实现IPv6与IPv6间的互通。另外，需要加入的新设备过多，投资太大；并且限制了用户必须是双栈结点。

4)双栈转换机制(DSTM)。

DSTM的组成结构如图2所示，分为：DSTM域和IPv4网络两部分，DSTM域包括：DHCPv6服务器，为IPv6网络中的双栈主机分配一个临时的IPv4全网唯一地址，同时保留这个临时分配的IPv4地址与主机IPv6永久地址之间的映射关系，此外提供IPv6隧道的隧道末端(TEP)信息；动态隧道端口(DTI)，用于将IPv4报文打包到IPv6报文中；DSTM主机，与DHCPv6客户端协同工作，实现IPv6地址与IPv4地址之间的解析，每个DSTM主机上都有一个IPv4端口。

假设一个DSTM主机要与对端通信，DSTM基本的工作原理如图2中步骤1到步骤8所示：DSTM主机向DNS发出查询信息，要求返回对端的IPv4地址；DNS返回对端的IPv4地址，这里DNS不要求必须处在DSTM域里；应用层发出的第一个IPv4数据包到达DTI后；DSTM主机向DHCPv6服务器发出请求，请求一个临时的IPv4地址；DHCPv6服务器返回一个IPv4地址；DTI将该返回的IPv4分组打包，发给DSTM边缘路由器，即TEP；TEP将收到的分组拆包，同时记录IPv4地址与IPv6地址的对应信息；TEP将IPv4分组发给通信对端。

对于从对端发给DSTM主机的IPv4分组，由于在DSTM边缘路由器中已经记录有IPv4地址和IPv6地址的对应信息，因此DSTM边缘路由器可将收到的IPv4分组打包到IPv6分组里，发给DSTM主机。

可见，使用DSTM之后，对于应用层来说是透明的，应用层仍通过IPv4地址工作；对于网络来说也是透明的，DSTM域的网络上只传输IPv6分组，而IPv4网络上只传输IPv4分组。但是，本方案要求主机程序支持DSTM机制，对边缘路由器也需要进行大的改动。

5)协议转换技术。

其主要思想是：在IPv6节点与IPv4节点之间借助中间的协议转换服务器进行通信，此协议转换服务器的主要功能是把网络层协议头进行IPv6/IPv4间的转换，以适应对端的协议类型要求。

协议转换又分为两种：无状态IP/ICMP转换(SIIT，Stateless IP/ICMPTranslation)和网络地址转换-协议转换(NAT-PT，Network Address Translation-Protocol Translation)。其中，SIIT单独对IP分组和ICMP分组报文进行协议转换，不记录一个流的状态；NAT-PT是SIIT技术和IPv4网络中动态地址翻译技术的结合，它利用SIIT技术的工作机制，又利用传统的IPv4下的NAT技术来动态地给访问IPv4节点的IPv6节点分配IPv4地址。

如图3所示，SIIT的工作机理是：

当IPv4主机A要访问IPv6主机B时，主机A的IPv4地址是没有限定的全球IPv4地址，主机B的IPv6地址必须是形如：：FFFF：0：a.b.c.d的IPv4翻译地址，且低32位是SIIT分配的全球IPv4地址。当主机A发出的访问主机B的分组到达SIIT时，分组中目的地址是主机B的低32位地址，SIIT判断出此地址属于其管理的IPv6-Only节点的IPv4地址空间，即做相应的IPv4到IPv6的协议分组头转换，把源地址转换成IPv4的映射地址，目的地址转换成IPv4的翻译地址，再把此IPv6分组传给主机B。

当主机B访问主机A时，主机B发出的分组中源地址是主机B的翻译地址，目的地址是主机A的映射地址，当IPv6的分组到达SIIT协议转换器时，SIIT判断出目的地是IPv4的映射地址，就要对该分组进行IPv6到IPv4的协议分组头转换，再把转换后的IPv4分组传给主机A。

如图4所示，NAT-PT处于IPv6和IPv4网络的交界处，可实现IPv6主机与IPv4主机之间的互通，需要完成IPv4和IPv6协议头之间的协议转换和能使通信双方相互识别的地址转换，也就是说，IPv4网中的主机用一个IPv4地址标识IPv6网络中的一个主机，同样，IPv6网中的主机用一个IPv6地址标识IPv4网络中的一个主机。

当IPv4主机B要与IPv6主机A通信时，先向IPv6网络中的DNS发出请求对主机A进行名字解析，该请求在途径NAT-PT时，NAT-PT上的DNS应用层网关(ALG)对其内容进行修改，即将请求类型转换，之后，转发给IPv6网络内的DNS；DNS返回的应答中包含主机A的IPv6地址，该应答在途径NAT-PT时，又被DNS-ALG将请求类型恢复，同时从IPv4地址池中分配一个地址，替换应答中的IPv6地址，并记录地址池地址与IPv6地址之间的映射信息；主机B在收到DNS应答后，即可以正常方式进行通信。数据分组再经过NAT-PT时，NAT-PT对分组头信息进行修改，由于在NAT-PT中已经记录了IPv4地址池地址与IPv6地址之间的映射信息，因此可以按原有记录的信息对地址进行转换。

上述方案中，虽然SIIT技术能有效解决IPv4节点与IPv6节点的互通，但其需要有一个备用的全局IPv4地址池来给与IPv4节点通信的IPv6节点分配IPv4地址，又由于IPv4地址空间优先，该备用的全局IPv4地址池不能很大，如此，就可能出现IPv4地址池分配地址不足的问题，不适合规模很大的网络。而NAT-PT能解决SIIT技术中备用全局IPv4地址池分配地址不足的问题，但却存在不能支持所有应用的问题，包括：1)应用层协议中如果包含有IP地址、端口等信息的应用程序，如果不将高层报文中的IP地址进行变换，则这些应用程序就无法工作，如FTP、STMP等。2)含有在应用层进行认证、加密的应用程序无法在此协议转换中工作。3)IPv4网络中不能存在IPv6结点，反之亦然。

6)SOCKS64。

参见图5所示，客户端C向目的端D发起连接，通过两个新增的功能块实现SOCKS网关机制：一个是在客户端里引入SOCKS库，它处在应用层和Socket之间，对应用层的Socket API和DNS名字解析API进行替换，这个过程称为“SOCKS化”；另一个是SOCKS网关，安装在IPv6/v4双栈结点上，是一个增强型的SOCKS服务器，能实现客户端C和目的端D之间任何协议组合的中继。当客户端C上的SOCKS库发起一个请求后，由网关产生一个相应的线程负责对连接进行中继。SOCKS库与网关之间通过SOCKS，如SOCKSv5协议通信，它们之间的连接是“SOCKS化”连接，不仅包括业务数据也包括控制信息；而网关G和目的端D之间的连接未作改动，属于正常连接。目的端D上的应用程序并不知道客户端C的存在，它认为通信对端是网关G。

SOCKS网关机制的关键是名字解析的实现，由于通信双方的地址格式不同，所以在名字解析的过程中必须进行一些处理，SOCKS网关机制中使用DNS名字解析代理的方法。也就是说，应用层无须改动，由SOCKET库将应用层发出的Socket调用改为由SOCKS客户主机向SOCKS服务器发出的Socket调用。

SOCKS64网关是一个双栈主机，它可以同时和IPv4或IPv6节点进行通信，SOCKS64的客户只与SOCKS64网关直接通信，与IPv4或IPv6节点的通信实际上由SOCKS64网关来完成。这种机制不需要修改DNS或者地址映射，可满足IPv4与IPv6节点的互操作。

该方案中，由于所有互操作都靠SOCKS64双栈代理服务器来转发完成，SOCKS64代理服务器相当于高层软件网关，实现的代价很大，并需要在客户端具有支持SOCKS代理的软件，对于用户来讲不是透明的，只能作为临时性的过渡技术。

当然，现有的解决方案还有：传输层中继(Transport Relay)技术、应用层网关代理技术等等，但这些技术对于IPv4到IPv6的过渡同样存在不同程度的缺陷。

综合以上多种IPv4到IPv6的过渡方案来看，不同的过渡策略各有优劣、应用环境不同，根据运营商具体的网络情况不同而应用，但所有的过渡技术中要么需要对网络设备，甚至用户终端设备进行较大的改动；要么就要求网络中的所有设备都支持双栈结构的，并没有一种方案是对网络改动最小且要求支持双栈结构设备最少的。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种地址转换的实现方法，在网络设备改动最小的情况下，支持IPv4和IPv6地址在网中的混合使用，从而实现IPv4向IPv6网络的平滑过渡，有效保护了运营商的原有投资。

本发明的另一目的在于提供一种混合地址转换路由器，具有IPv4/IPv6双栈结构，能同时支持IPv4和IPv6协议，从而支持IPv4到IPv6网络的平滑过渡。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种地址转换方法，在本地IP网出口处设置支持IPv4/IPv6双栈结构的混合地址转换路由器，

a.两个终端设备之间经过本地IP网发送数据时，该方法包括：数据发送方终端设备接入本地IP网的第一个三层设备收到要发送的数据后，判断IP数据报文中携带的三层地址是IPv4地址还是IPv6地址，如果是IPv4地址，则按目的地址正常转发；如果是IPv6地址，则将所收到的报文封装在IPv4数据包中，发送给混合地址转换路由器；

b.混合地址转换路由器从所收到的IPv4数据包中提取出封装的IPv6数据，判断是否需要地址转换，如果不需要，则直接按目的地址发送；否则，先对目的地址进行转换，然后再按转换后的目的地址进行发送。

其中，所述终端设备为IPv6设备，或为IPv4设备。则所述判断是否需要地址转换为：判断是否为IPv4设备向IPv6设备发送的数据；或为判断是否为IPv6设备向IPv4设备发送的数据；或为判断是否为IPv6设备经过本地IPv4网向IPv6设备发送的数据。

上述方案中，所述第一个三层设备和混合地址转换路由器经由至少一个不支持IPv4/IPv6双栈结构的路由设备互连。所述IPv4地址为本地IP网内部分配的IPv4私网地址，或为IPv4公网地址。

本发明还提供了一种混合地址转换路由器，包括IPv4/IPv6双栈结构，该路由器还包括：

主控模块，用于网络中设备和路由信息的维护管理，与交换结构模块相连；

交换结构模块，用于设备内部模块间的数据交换，与主控模块、业务模块和地址转换模块相连；

地址转换模块，包括由至少一个转换模块组成的转换模块阵列，用于IPv4/IPv6报文地址间的转换；

业务模块，负责正常报文的转发和IP业务的处理，业务模块通过自身提供的外部接口与外部网络连接，并通过自身提供的内部接口与本地IP网相连。

其中，所述业务模块为具有均衡转换模块间负荷功能的业务模块。所述业务模块与快速以太网、或千兆以太网、或基于SDH的分组网(POS，Packet OverSDH)、或异步转移模式ATM网相连。

由于IPv4地址资源日益紧张以及IPv6的不断发展，从IPv4过渡到IPv6是必然趋势，本发明只需在本地IPv4网的出口处设置一个支持双栈结构的IPv4/IPv6混合地址转换路由器，所有IPv4/IPv6地址转换操作全部由该路由器完成；另外，只需对终端设备接入IP网的第一个三层设备的处理做微小改动，其它网络设备的结构和处理无需做任何改变，因此，本发明所提供的地址转换方法及实现该方法的混合地址转换路由器，具有以下的优点和特点：

1)本发明使原有的IPv4终端可持续使用，不会因IPv6的介入而废弃，从而保护了个人用户的投资；

2)本发明中，用户终端不用支持IPv4/IPv6双栈，可以是独立的IPv6终端；

3)本发明中，用户可以自行升级为IPv6终端，网络不会因为IPv6终端的加入而大范围变动；

4)本发明中，除了IPv4/IPv6混合地址转换路由器，其它网络设备都无需支持IPv4/IPv6双栈，不用对现有的IPv4网络设备做大量改变，即可通过地址转换实现本发明的组网，实现IPv4设备与IPv6设备的互通，也就是说，不需要设备大范围的升级即可实现IPv4到IPv6网络的平滑过渡，有效地保护了运营商现有的投资；

5)个人用户访问本地网服务，不需要经过地址转换，因此VoIP、VOD、H.323、ICQ、SMTP等不受限制；

6)本地网，如城域网内服务器使用IPv6地址就可以提供对外的Internet服务，不受地址转换性能的限制；

7)IPv4/IPv6混合地址组网可以根据配置好的策略有选择地进行地址转换，控制灵活，组网方便；

8)由于仅对部分需要转换的报文进行转换，大部分报文做正常的路由转发，从而减轻了混合地址转换路由器设备的负担，减少了因地址转换给网络带来的低效率问题，提高了地址转换性能；

9)本发明的混合地址转换路由器具有自动流量分配功能，需要做地址转换的数据流均匀流向地址转换模块，且支持FTP、SMTP、H.323、ICQ等多种应用层网关。

附图说明

图1为TB的组成结构示意图；

图2为DSTM的组成结构及工作原理示意图；

图3为SIIT技术的工作原理示意图；

图4为NAT-PT技术的工作原理示意图；

图5为SOCKS64技术的工作机制示意图；

图6为本发明混合地址转换路由器的组成结构示意图；

图7为本发明应用时的组网结构图；

图8为本发明地址转换方法实现的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。

本发明的核心思想是：在本地IP网中设置一个IPv4/IPv6地址转换路由器，并且，在每个终端设备接入本地IP网的第一个三层设备中增加一个地址类型的判断，使所有需要进行IPv4和IPv6转换的数据包经过本地IP网传输时，全部送至IPv4/IPv6地址转换路由器，由该路由器进行地址转换以及相应的处理。如此，只需要该IPv4/IPv6地址转换路由器支持双栈结构，而且只需对终端接入IP网络的第一个三层设备的处理做微小改动，其它网络设备的结构和处理无需做任何改变，即可实现IPv4设备与IPv6设备的互通。

本发明所涉及的IPv4/IPv6混合地址转换路由器(CATR，Coexistent AddressTranslate Router)通常设置于本地IP网的网络出口处，该CATR采用IPv4/IPv6双栈结构，同时支持IPv4、IPv6路由和转发，可同时处理来自内部和外部的IPv4/IPv6报文，并支持IPv4和IPv6的地址转换。这里，CATR可以设置于骨干网的网络出口处；对于有多个小网，如企业网、公司网经过网络汇聚层连入骨干网的情况，该CATR也可以设置于网络汇聚层上，相当于设置在各个小网的网络出口处。

CATR的组成结构如图6所示，包括：主控模块、交换结构模块、地址转换模块和业务模块。其中，主控模块负责网络中路由信息的维护管理、设备本身的管理等；交换结构模块负责设备内部各模块之间的数据交换；地址转换模块负责IPv4/IPv6报文地址间的相互转换，地址转换模块进一步包含若干个独立的转换模块，是一个转换模块阵列，地址转换的具体实现方式可以采用现有的成熟技术，如NAT-PT等，并同时实现ALG等功能；业务模块负责正常报文的转发、IP业务的处理等，业务模块提供业务接口，可以接快速以太网、千兆以太网以及POS、ATM等，业务模块提供分布式路由处理能力，实现路由查找和转发。业务模块可分为两部分：一部分处理外部网络的数据报文和业务，另一部分处理本地网的数据报文和业务，连接外部网络的业务模块提供外部接口连接到外部Internet，可以连接到省网或国家网骨干上，该接口可以连接IPv6网络，也可以连接到IPv4网络；连接本地网的业务模块提供内部接口接收和发送IPv4数据报文，其中包括封装了IPv6数据的IPv4报文。

所述的内部接口可配置若干策略，根据策略识别需要做地址转换的数据包，如图6所示，虚线表示需要转换的数据流，实线表示不需要转换的数据流，具体的配置策略包括以下三种：

1)对经由内部接口来自于本地网第一个三层设备的数据包，如果本地网为IPv4网，则该数据包分为三种情况：第一种是从IPv4设备发送给IPv6设备的数据包；第二种是从IPv6设备发送给IPv4设备的数据包；第三种是从IPv6设备经过IPv4网络传输发送给IPv6设备的数据包。那么，CATR提取出数据包，如果该数据包目的地址是IPv6地址，即访问的是IPv6服务器，则直接按照IPv6路由转发；如果该数据包源地址为IPv6地址、目的地址为IPv4地址，即访问的是IPv4服务器，则送至相应的转换模块进行地址转换。如果本地网为IPv6网，则存在IPv6设备发给IPv4设备、IPv4设备发给IPv6设备或IPv4设备经过IPv6网发给IPv4设备的数据包，处理方案类似，目的地址为IPv4的直接转发，源地址为IPv4、目的地址为IPv6的，送至相应的转换模块。

2)对经由内部接口来自于本地网IPv4主机的数据，如果访问的是IPv4服务器，即目的地址为IPv4，则直接按照IPv4路由转发；如果访问的是IPv6服务器，即目的地址为IPv6，则送至相应的转换模块进行地址转换，这里本地网为IPv4网。

3)对来自外部接口的数据包，同样也根据数据包中的内容判断，以本地网为IPv4网为例，如果访问的是IPv4服务器，则直接按照IPv4路由转发；如果访问的是IPv6服务器，则送至相应的转换模块进行地址转换。

由于本发明CATR中的地址转换模块有一个以上转换模块，因此本发明CATR中的业务模块还具有转换模块间均衡的功能，可以使转换流量均匀的在各转换模块之间分配，实现转换的负荷分担，从而降低单个转换模块的性能要求和实现难度。转换模块的均衡策略可以基于源IP、目的IP，也可以是更为精细的IP流分类。分配的基本策略是：使转换相同的数据流在同一个转换模块中处理，同时使流量在各转换模块间尽量均匀。由于负荷分担分布式处理，每个转换模块负担较小，可以使转换模块具有足够的处理能力。

图7为本发明应用时的组网结构图，如图7所示，本地IPv4网，如城域网或省网内可以同时存在IPv4地址和IPv6地址，终端设备如终端用户的计算机既可以使用IPv4地址，也可以使用IPv6地址；网络出口采用CATR进行地址管理和转换。那么，本地终端设备发送给外网的数据，经过二层(L2)设备，如L2交换机、第一个三层(L3)设备，如L3交换机传输到本地IPv4网中，再经过网络传输，从与外网连接的网络出口发送至外网。

在本地IPv4网的网络出口处设置有一个CATR，传输过程中，终端设备接入本地IP网的第一个L3设备要对当前收到的数据包中的三层IP地址进行判断，即判断该三层IP地址是IPv4地址还是IPv6地址，确定是否需要封装；数据包传到CATR，CATR也会根据数据包中的IP地址进行相应处理。同样，从外网向本地终端设备传输的数据，即数据包返回时也要进行对应的处理，具体地说就是，外网向本地终端设备传输的数据从CATR进入本地IPv4网后，CATR对该数据包进行分析，如果是发送给IPv4设备的，直接按目的地址转发；如果是发给IPv6设备的，则先进行地址转换，然后再按转换后的地址发送。

可以看出，在本地IPv4网中，终端设备接入本地IPv4网的第一个三层设备不用支持IPv4/IPv6双栈，只需作微小的改动，确切地说，只需增加一个地址类型的判断和对IPv6数据的封装；并且，在第一个三层设备与CATR之间存在的路由设备也可以是普通的IPv4设备，不用支持IPv4/IPv6双栈，且不用作任何改动。

基于图7所示的组网结构，以某终端设备向外部网络发送数据为例，如图8所示，本发明地址转换的实现方法具体包括以下的步骤：

步骤801～804：终端设备向外网传输的数据经过该终端设备接入本地IPv4网的第一个三层设备时，该三层设备判断当前收到的IP报文中携带的三层地址为IPv4地址还是IPv6地址，如果是IPv4地址则按目的地址正常流程转发，即直接按目的路由转发；如果是IPv6地址，则将此报文封装在一个IPv4数据包中，该封装后的IPv4数据包的目的IPv4地址是CATR的地址，源IPv4地址是该三层设备的地址，这样，被封装的IPv4数据包就可以经过本地网正常的路由转发，到达设置于网络出口的CATR，由CATR进行相应的处理。

这里，本地IPv4网内部分配的地址可以是IPv4私网地址，也可以是IPv4公网地址；在第一个三层设备与CATR之间存在的路由设备可以是普通的IPv4设备，不用支持IPv4/IPv6双栈；第一个三层设备也不用支持IPv4/IPv6双栈。

步骤805～808：CATR接收并解析所收到的IPv4数据包，从IPv4数据包中提取出封装的IPv6数据，判断是否需要进行地址转换，如果不需要，比如目标地址是IPv6地址，则按目的地址路由直接转发；否则，比如源地址是IPv6、目标地址为IPv4的情况，则CATR选择一个转换模块对该数据包进行地址转换，并按转换后的目的地址发送该IP数据包。

这里的CATR采用IPv4/IPv6双栈结构，同时支持IPv4、IPv6路由和转发，可同时处理来自内部和外部的IPv4/IPv6报文，并支持IPv4和IPv6的地址转换，采用现有的NAT-PT技术实现地址转换。但是，CATR根据配置策略，只对数据报文有选择地进行地址转换，通常仅对需要转换的数据报文，如：仅对IPv6报文进行地址转换，而对大部分IPv4报文只做正常的路由转发。所述的配置策略就是指在内部接口设置的配置策略。

上述方案是指将CATR设置于骨干网，一般，对于较大的城市或地区，也可在网络的汇聚层实现CATR，通过降低CATR网络层次，实现分布式的地址转换，可以提高地址转换的性能。

本发明的方案不仅可以用于IPv4网和IPv6网间设备的数据传输，也可以用于同一网内，IPv4设备和IPv6设备间的数据传输，总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的保护范围。

Claims (8)

1、一种地址转换方法，其特征在于，在本地IP网出口处设置支持IPv4/IPv6双栈结构的混合地址转换路由器，

a.两个终端设备之间经过本地IP网发送数据时，该方法包括：数据发送方终端设备接入本地IP网的第一个三层设备收到要发送的数据后，判断IP数据报文中携带的三层地址是IPv4地址还是IPv6地址，如果是IPv4地址，则按目的地址正常转发；如果是IPv6地址，则将所收到的报文封装在IPv4数据包中，发送给混合地址转换路由器；

b.混合地址转换路由器从所收到的IPv4数据包中提取出封装的IPv6数据，判断是否需要地址转换，如果不需要，则直接按目的地址发送；否则，先对目的地址进行转换，然后再按转换后的目的地址进行发送。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述终端设备为IPv6设备，或为IPv4设备。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一个三层设备和混合地址转换路由器经由至少一个不支持IPv4/IPv6双栈结构的路由设备互连。

4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述IPv4地址为本地IP网内部分配的IPv4私网地址，或为IPv4公网地址。

5、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述判断是否需要地址转换为：判断是否为IPv4设备向IPv6设备发送的数据；或为判断是否为IPv6设备向IPv4设备发送的数据；或为判断是否为IPv6设备经过本地IPv4网向IPv6设备发送的数据。

6、一种混合地址转换路由器，其特征在于，包括IPv4/IPv6双栈结构，该路由器还包括：

主控模块，用于网络中设备和路由信息的维护管理，与交换结构模块相连；

交换结构模块，用于设备内部模块间的数据交换，与主控模块、业务模块和地址转换模块相连；

地址转换模块，包括由至少一个转换模块组成的转换模块阵列，用于IPv4/IPv6报文地址间的转换；

业务模块，负责正常报文的转发和IP业务的处理，业务模块通过自身提供的外部接口与外部网络连接，并通过自身提供的内部接口与本地IP网相连。

7、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述业务模块为具有均衡转换模块间负荷功能的业务模块。

8、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述业务模块与快速以太网、或千兆以太网、或基于SDH的分组网(POS，Packet Over SDH)、或异步转移模式ATM网相连。

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