[发明专利]端到端运营商级路由器和家庭网关组合的IPv4/IPv6分组转换方法

说明书

技术领域

端到端运营商级路由器和家庭网关组合的IPv4/IPv6分组转换方法属于计算机网络技术领域。

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19％，低于全世界的平均水平(21％)，并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，如IETF标准中定义的NAT-PT(RFC2766)，但NAT-PT是基于状态的转换方法，可扩展性差，已经被IETF归为历史标准，为期待更好的IPv4/IPv6过渡和共存标准让路。

近期，各研究组织向IETF提交的IPv4/IPv6过渡和共存的标准草案有从IPv6向IPv4发起访问IPv4/IPv6过渡技术的NAT64和从IPv6向IPv4及从IPv4向IPv6双向发起访问的无状态(或最小状态)地址前缀IPv4/IPv6过渡技术IVI。无状态的地址转换和协议转换方法，具有可扩展性，但其IPv4到IPv6之间采用1∶1地址映射，不能够有效地利用紧缺的IPv4地址资源，因此只能用于IPv6的服务器到IPv4服务器或客户机及IPv4服务器/客户机到IPv6服务器的地址互访。有状态的地址转换和协议转换的方法，可以支持IPv4到IPv6地址之间1∶N的映射，并且可扩展性稍好于NAT-PT，但仅支持IPv6客户机发起的通信，具有很大的局限性。

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，利用传输层端口可以区别通信进程的原理，把IPv4地址和传输层端口映射到指定的IPv6聚类地址之中，从而把IPv4到IPv6之间1∶1的无状态映射扩展到1∶N映射，可以充分利用紧缺的IPv4地址资源，具有很好的可扩展性，并能保持双向发起通信的能力。因此可以全面系统地解决IPv4和IPv6共存和过渡的问题，具有非常大的应用前景。

本发明的基本特征包括：1)采用IPv4地址加传输层端口嵌入IPv6地址的第一类编码格式在运营商的一个IPv6地址的子集与运营商的一个IPv4地址加传输层端口的子集之间建立唯一的映射关系；2)采用IPv4地址嵌入IPv6地址的第二类编码格式在全球IPv4地址与运营商的一个IPv6地址的子集之间建立唯一的映射关系；3)采用二级转换方法，在全球IPv4网络和运营商的IPv6网络边界间采用无状态的第一级转换方法；在运营商的IPv6网络和采用IPv4/IPv6双栈协议的主机用户边界采用最小状态的第二级转换方法，利用最小状态的端口冲突避免算法。4)利用域名转换的方法把IPv4域名记录转换为IPv6域名记录；5)接入IPv6单栈网络的多个IPv4/IPv6计算机用户可以共享同一个IPv4地址并与全球IPv4网络进行双向发起的端对端的通信，同时可以和全球IPv6网络进行全功能通信。

发明内容

本发明的目的在于在保持无状态和最小状态的情况下，采用二级转换方法实现端到端IPv4/IPv6分组包转换方法，在全球IPv4网络和运营商的IPv6网络边界间采用基于无状态的第一级转换方法的运营商级转换路由器，在运营商的IPv6网络和采用IPv4/IPv6双栈协议的主机用户之间采用基于最小状态的第二级转换方法的家庭网关，使接入IPv6单栈网络的多个IPv4/IPv6双栈协议用户可以共享同一个IPv4地址并与全球IPv4网络进行双向发起的端对端的通信，同时可以和全球IPv6网络进行全功能通信。本发明中分别连入IPv4、IPv6网络的主机端到端通信结构图如图1所示。