CN1711739B - 支持穿过网络地址转换机制的 6to4 遂道协议的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种用于穿过网络地址转换机制支持6to4遂道协议的方法。所述方法包括以下步骤：接收被封装到IPv4分组中的外发IPv6分组；将所述外发分组的IPv4报头中的专用IPv4源地址转换为公用IPv4源地址；在IPv4网络上传输所述已转换分组；其特征在于：还包括存储6to4源地址的专用IPv4地址和接口ID值的组合，以进行对返回分组的相反地址转换。还要求保护一种相应设备。

Description

支持穿过网络地址转换机制的 6to4 遂道协议的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种支持穿过网络地址转换机制的6to4遂道协议的方法和设备。

背景技术

如IETF文档RFC 1631、RFC 2663和RFC 3022中所述，网络地址转换(”NAT”)将第一地址域的IPv4地址(专用IPv4地址)转换为第二地址域的IPv4地址(公用IPv4地址)。对经过NAT的外发(outgoing)分组的源地址和对进入(incoming)分组的目的地地址执行该转换。典型地，NAT是在路由器中所集成的功能，例如，用于利用不同和不兼容的IP寻址方案使两个IPv4网络相连。

存在两种基本类型的NAT：或者所述处理在于一一对应地代替地址(即，每个第一域地址与唯一的第二域地址相关联)，或者使多个第一域地址与单个第二域地址相关联。在此文的上下文中，将第一种NAT类型称为“N:N NAT”，并将第二种NAT类型称为“X:Y NAT”。

与使用X:Y NAT相关的问题在于：如果NAT的转换表仅由IP地址映射信息组成，则其将不允许唯一地识别源主机，因为在转换期间，将X专用地址转换为Y公用地址(Y＜X)，这导致信息的丢失。结果，NAT必须使用附加会话信息，以便能够进行相反转换，并支持双向通信。但是，在分组的IP报头中不存在任何字段以明白地识别会话，于是，需要针对IP上运行的每个协议对“复用/解复用标识符”(在此文档中缩写为“复用标识符”)进行定义。诸如TCP和UDP的协议具有“端口”的概念，NAT使用其来创建查找表，以使反向转换成为可能。针对在其它IP传输协议上或直接在IP上运行的应用程序，必须针对每个协议来识别专用会话信息。已经提出了替代方案，以使那些“无端口协议”明显地穿过NAT。例如，

C.Huitema的文档“Teredo：Tunneling IPv6over UDP throughNATs”(2002年9月17日的Internet草案)描述了用于向位于NAT设备之后的IPv6节点提供服务的替代方法。然而，在UDP上传输IPv6产生了额外的开销，因此，对性能有影响。此外，必须将额外的特定服务器引入到网络中，且必须升级IPv6主机。

在2001年10月的文档“Realm Specific IP：Framework”RFC 3102中描述了另一替代方案。然而，关于在前一段落中描述的协议，需要额外的服务器，且必须升级主机。

从www.6to4.jp/settings/nat.html可获得的文档“Setup of6to4(NAT version)”描述了NAT的功能性，其中，利用针对外发(outbound)或返回(inbound)分组的公用IPv4地址或专用IPv4地址对封装在IPv4分组中的IPv6分组的6to4报头的IPv4地址部分进行更新。

发明内容

本发明涉及一种用于穿过NAT支持6to4遂道协议(其也为无端口协议)的方法，在RFC 3015中对所述协议进行了定义。该6to4协议针对IPv6站点定义了机制，以在IPv4网络上与其它IPv6站点或与本地IPv6网络进行通信，无需明确的遂道建立。

所述方法包括以下步骤：

接收封装到IPv4分组中的外发IPv6分组，

将在外发分组的IPv4报头中的专用IPv4源地址转换为公用IPv4源地址，

在IPv4网络上传输已转换的分组；

其特征在于还包括以下步骤：

存储6to4源地址的专用IPv4地址与接口ID值的关联，以对返回分组进行相反地址转换。

当送回响应分组时，通过目的地主机保存接口标识符的值。将其用作复用标识符，以使设备能够向正确的主机发送进入分组，利用先前存储的地址代替目的地地址。

根据本发明的特定实施例，该方法还包括以下步骤：

接收IPv4网络上的返回分组；

确定返回分组是否封装了IPv6分组；

在肯定的情况下，检索被封装的IPv6分组的目的地地址的接口ID，并利用该接口ID来检索相应的存储的专用IPv4地址，并因此更新IPv4报头中的目的地地址；

在第一网络上转发已修改的6to4分组。

根据本发明的特定实施例，该方法还包括以下步骤：

将外发分组的IPv6报头中的6to4源地址的IPv4地址部分变为公用IPv4地址。

根据本发明的特定实施例，该方法还包括以下步骤：

将返回分组的6to4目的地地址的IPv4地址部分变为相应的专用IPv4地址。

图1示出了通过各自路由器由IPv4网络相连的两个IPv6网络。左边网络的路由器连接到或包括了NAT，所述NAT不是N:N NAT类型就是X:Y NAT类型。

例如，在图1中，如果主机3希望响应由主机1发送过来的分组，主机3将使响应分组的目的地地址基于在从路由器r2接收到的IPv6分组中所包含的IPv6源地址。此IPv6源地址包含主机1的专用IPv4地址。

路由器r2根据此分组的IPv6报头建立响应分组的IPv4报头；更准确地，从主机3的IPv6目的地地址中提取IPv4目的地地址，即IPv4目的地地址将与主机1的专用IPv4地址相同。将决不递送此响应分组(或者其将被误转)，因为该专用IPv4地址在IPv4网络上不能适当被识别。

这通过上述附加特征得到解决，根据所述附加特征，外发(6to4)分组的内部IPv6报头适合于与外部IPv4报头相干，如由NAT处理所修改的，。

根据本发明的特定实施例，该方法还包括以下步骤：至少修改IPv4报头的字段，如校验和，其值取决于6to4源地址。

根据本发明的特定实施例，通过用于辅助网络地址转换机制的应用层网关来执行存储第一网络的6to4分组的接口ID和源地址的关联的步骤、作为接口ID的功能的修改返回分组的目的地地址的步骤、改变6to4地址的IPv4部分的步骤。

本发明的另一目的是支持穿过NAT支持6to4遂道协议的设备，所述设备包括：

网络地址转换机制，用于将封装IPv6分组的外发IPv4分组的专用源地址改变为公用源地址；

其特征在于还包括：

应用程序，针对外发分组，存储在IPv6网络的主机的6to4源地址中所包括的专用IPv4地址；并利用具有相同接口ID的、所存储的专用IPv4地址作为6to4目的地地址来更新返回分组的6to4目的地地址。

根据本发明的实施例，应用程序还适合于执行对外发分组的附加处理，其中附加处理包括用设备的公用IPv4地址代替外发分组的6to4源地址的专用IPv4地址部分。

附图说明

在对非限制性实施例的描述中将呈现本发明的其它特征和优点，借助于附图对所述实施例进行解释，其中：

图1是根据本发明实施例，利用网络地址转换(NAT)、通过IPv4网络相连的两个IPv6网络的图；

图2是作为现有技术的“6to4”地址格式的图。

图3是作为现有技术的，示出了如何将IPv6分组封装到IPv4分组中的图；

图4是示出了根据本实施例，对IPv4报头和被封装的IPv6报头进行的修改的图。

具体实施方式

图1是通过IPv4网络相连的两个IPv6网络A和B的图。网络A包括两个主机1和2，通过6to4路由器r1与IPv4网络相连。类似地，网络B包括两个主机3和4以及6to4路由器r2。通过将IPv6/IPv4边缘路由器置于IPv6网络和IPv4网络之间，可以通过所谓的6to4遂道将孤立的IPv6群相连。

图2示出了IPv6地址格式。向每个IPv6网络分配唯一的“6to4格式前缀”，包括3比特格式前缀(“FP”)、称为“IPv6顶级聚集体”的13比特预定标识符(“TLA”)、全局唯一的IPv4地址(“V4ADDR”)、16比特站点级聚集体标识符(“SLAID”)、和64比特链路级主机标识符(接口ID)。后两种标识符形成主机的本地唯一标识符。例如，接口ID是主机的MAC地址。此外，例如，其可以等于主机的专用、本地唯一的IPv4地址。

利用6to4路由器的遂道的建立是以针对分组的目的地地址中的特定字段使用预定值为条件的。如2001年2月的RFC 3056中所述，级联FP和TLA字段必须具有值“2002”。

针对网络A和B的6to4地址前缀分别是“2002：V4ADDR-r1/48”和“2002：V4ADDR-r2/48”，其中V4ADDR-r1/48和V4ADDR-r2/48是分配给遂道端点(分别为路由器r1和路由器r2)的全局唯一IPv4地址。

通过路由器通知，利用由分配给IPv6网络的6to4前缀和主机的本地唯一标识符(SLA/接口ID)组成的IPv6地址，对IPv6网络的主机进行配置，或进行自动配置。

注意，可以在孤立的6to4主机之间直接定义6to4遂道，而无需通过6to4路由器。在此情况下，遂道端点的IPv4地址是主机的IPv4地址。

向6to4边缘路由器转发IPv6网络上具有包括不同于网络的6to4前缀的6to4前缀的目的地地址的所有分组。路由器负责将IPv6分组封装在IPv4分组中，如图3所示。可以将封装IPv6的这种分组的IPv4报头称为“外部”报头，而可以将被封装的IPv6分组的IPv6报头称为“内部”报头。IPv4报头包含遂道端点的IPv4源和目的地地址(即，路由器的“V4ADDR”地址)。IPv6报头包含主机的IPv6源和目的地地址。

提取由目的地路由器接收到的被封装的6to4分组，并向适当的主机转发本地IPv6分组。

图4示出了在本封装方案中的IPv4和IPv6报头。针对6to4协议，在外部IPv4报头中的“协议”字段具有值“41”。可以在RFC 2460中找到与IPv6报头的内容有关的更多细节。注意，标记为“改变”的项目是根据本实施例对报头的修改。

虽然传统的N:N NAT和X:Y NAT仅对分组的外部报头进行操作(在内部报头中的IPv4地址保持不变)，但根据本实施例的NAT还影响内部报头级处的转换。

如图1所示，根据本实施例，通过针对6to4协议所需的特定处理的应用层网关来辅助NAT。如RFC 2663中所定义的，ALG是特定应用程序转换代理，其允许在一个地址领域中的主机上的应用程序连接到在不同领域中的主机上运行的其对应部分。在本实例中，将ALG连同NAT一起集成到路由器中。

6to4ALG对由在6to4协议上运行的应用程序发送过来的分组进行操作。其检测分组的6to4前缀，并针对所检测的分组，执行以下处理：

(a)在内部IPv6报头中，利用外发分组或进入分组的公用IPv4地址代替6to4前缀的专用IPv4地址(“V4ADDR”)。

(b)根据6to4前缀对字段进行更新。具体地，涉及到校验和。例如，例如，这应用于传输报头校验和(例如，TCP或UDP报头)。还应用于嵌入了6to4前缀的任何上层字段，如在其处于FTP的情况下(例如，在FTP分组的净荷(EPTR字段)中必须替换这个前缀)。

然后，恢复在内部和外部报头之间的相干性。这解决了不正确的分组递送的问题，特别地，对6to4分组的响应分组通过NAT功能。例如，当图1的主机3响应主机1时，响应主机(路由器2)将使用修改6to4前缀中的公用IPv4地址来产生主机3响应分组的IPv4目的地地址。然后，将响应分组正确地发送到路由器r1。

为了同样的原因，避免了不正确的DNS记录、错误地配置的转发数据库和路由表。

(c)根据本实施例，6to4ALG还具有使外发和返回业务分组唯一地相关联的任务。6to4ALG执行以下处理。NAT ALG维持用于将返回分组的6to4目的地地址映射到由远程主机返回的分组的正确专用6to4主机地址的列表。其从外发分组获得“复用标识符”，以便使此映射得以执行。

根据本实施例，从外发分组的IPv6报头的字段中获得复用标识符。事实上，根据本实施例，将已经存在于IPv6报头中的标识符选择为复用标识符。根据其由远程主机保存并且对于发起网络来说是唯一的特征来选择此标识符。

根据本实施例，6to4源地址的“接口ID”字段由6to4ALG用作外发分组的来源的唯一标识符。此字段对应于以下所述定义的唯一性和保存标准。“保存”并不意味着标识符必须保持在报头内的相同位置处，而仅仅是6to4ALG能够从报头中的预定位置中恢复其。在此情况下，当然，远程主机将在响应中交换源和目的地地址，于是，报头内的标识符的位置改变。

因此，6to4ALG维持具有以下内容的表格：

接口ID	发送外发分组的主机的IPv4地址(在NAT的转换之前外发分组的源地址)
		…	…

表1

还能够以6to4地址的列表的形式来存储此表格，因为这些地址已经包含标识符。

针对从站点1发起的每个外发会话，利用“6to4条目”来完成该表格。针对每个返回分组，根据在返回分组的目的地地址中的接口ID标识符，6to4ALG将提取在本地网络上有效的相应专用IPv4地址，并在本地网络上转发分组之前，利用所提取的值来代替返回分组中的目的地地址。

“6to4条目”保持有效，直到由NAT功能管理的会话超时期满为止。

尽管本实施例涉及IP寻址，但可以将本发明的原理应用于其它无端口协议，诸如ICMP、ESP和GRE。复用标识符的选择标准保持与本实施例中相同。针对ESP，可以使用“SPI”字段，而针对GRE，呼叫ID字段是适当的。

Claims (8)

1.一种支持穿过网络地址转换机制模块的6to4遂道协议的方法，包括以下步骤：

-接收被封装到IPv4分组中的外发IPv6分组，

-将所述外发IPv6分组的IPv4报头中的专用IPv4源地址转换为公用IPv4源地址，

-在IPv4网络上传输已转换分组；

其特征在于还包括以下步骤：

-存储6to4源地址的专用IPv4地址和接口ID值的关联，以对返回分组进行相反地址转换。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于还包括以下步骤：

-接收IPv4网络上的返回分组；

-确定所述返回分组是否封装了IPv6分组；

-在肯定的情况下，检索被封装的IPv6分组的目的地地址的接口ID，并利用所述接口ID来检索相应的存储的专用IPv4地址，并因此更新所述IPv4报头中的目的地地址；

-在第一网络上转发已修改的6to4分组。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于还包括以下步骤：

-将外发分组的IPv6报头中的6to4源地址的IPv4地址部分改变为公用IPv4地址；以及

-将返回分组的6to4目的地地址的IPv4地址部分改变为相应的专用IPv4地址。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于还包括以下步骤：至少修改IPv4报头的字段，其值取决于6to4源地址。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于通过用于辅助网络地址转换机制模块的应用层网关模块来执行存储第一网络的6to4分组的接口ID和专用IPv4源地址的关联的步骤、以及作为接口ID的函数来修改返回分组的6to4目的地地址的IPv4地址部分或外发分组的6to4源地址的IPv4地址部分的步骤。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于通过用于辅助网络地址转换机制模块的应用层网关模块来实现改变6to4地址的IPv4部分的步骤。

7.一种支持穿过网络地址转换机制模块的6to4遂道协议的设备，包括：

-网络地址转换机制(NAT)模块，用于将封装IPv6分组的外发IPv4分组的专用源地址改变为公用源地址；

其特征在于还包括：

应用程序(ALG)模块，针对外发分组，存储在IPv6网络的主机的6to4源地址中所包括的专用IPv4地址；并利用具有与6to4目的地地址相同接口ID的、所存储的专用IPv4地址来更新返回分组的6to4目的地地址。

8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于应用程序模块还适合于执行对外发分组的附加处理，其中所述附加处理包括：利用设备的公用IPv4地址代替外发分组的6to4源地址的专用IPv4地址部分。

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