CN100372347C - 扩展边界网关协议的4over6隧道封装及解封装方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于IPv4与IPv6网络互联方法，其特征在于通过在4over6双栈路由器之间建立I-BGP的peer关系，并且路由器之间使用BGP-MP协议互相传递各自连接的IPv4孤立网络的路由可达信息，完成隧道的自动配置；其中数据平面的处理包括对IPv4分组的封装操作和对IPv6分组的解封装操作。由于使用了自动建立隧道的机制，路由器需要保存IPv4网络地址与IPv6地址的对应关系，该对应关系存放在封装表结构中，并通过BGP-MP协议来更新，从而实现自动的IPv4 over IPv6配置。它配置简单、适用性广，能够运用在复杂拓扑结构下的IPv4和IPv6网络互联。

Description

扩展边界网关协议的4over6隧道封装及解封装方法

技术领域

使用BGP-MP扩展的4over6隧道中的封装及解封装方法属于互联网技术领域，尤其涉及IPv4与IPv6网络互联的隧道技术。

背景技术

由于IPv4地址空间严重不足，基于IPv6的下一代互联网将得到迅速发展。然而，由于IPv4互联网已具有相当规模和广泛的应用程序，因此IPv4网络必然在今后长期存在，形成与下一代IPv6网络逐步融合的过程。随着IPv6骨干网络建立，需要引入一种新技术将IPv4终端用户通过快速高效的IPv6骨干网络连接起来以提高网络的服务质量。此外，随着IPv4网络的逐步废弃，将产生IPv4网络不连通的过渡阶段，在此阶段中IPv6网络作为连通多个IPv4网络的桥梁，需要基于此实现不同IPv4网络之间的通信。

IPv6和IPv4网络的地址结构截然不同，IPv6和IPv4网络的互联技术成为互联网发展的一个重要难题。虽然目前已出现了不少IPv6和IPv4网络的互联技术，如RFC2893、RFC2529、RFC3056、RFC3053和一些IETF draft，然而这些技术集中在IPv6 over IPv4技术上。也就是说，孤立的IPv6网络之间如何通过IPv4主干网互相连接。上述技术定义了在这种网络拓扑结构下，如何通过建立在IPv6上的隧道实现IPv4网络之间的交互。

随着IPv6网络的发展以及今后IPv4网络的逐步废弃，IPv6将成为网络互联的核心，因而有可能出现IPv4网络之间通过IPv4协议不再连通的情况。此外，对于IPv6网络提供了高速高质量分组传输的情况来说，IPv4网络之间采用基于IPv6骨干网络的传输通信也是一种可能的高质量传输方式。因此，有必要考虑如何通过建立IPv4 over IPv6的隧道实现IPv4网络之间的交互。虽然目前有IPv4 over IPv6的相关技术(比如6to4)，但是这些技术使用了特殊的IPv6地址，无法对网络的变化做出自动的配置，因此应用范围受到了限制。

本发明提出了一种在IPv6网络上实现IPv4网络互联的自动隧道建立方法，简称4over6。通过在4over6双栈路由器之间建立I-BGP的peer关系，并且路由器之间使用BGP-MP协议互相传递各自连接的IPv4孤立网络的路由可达信息，完成隧道的自动配置。其中数据平面的处理包括对IPv4分组的封装操作和对IPv6分组的解封装操作。由于使用了自动建立隧道的机制，路由器需要保存IPv4网络地址与IPv6地址的对应关系，该对应关系存放在封装表结构中，并通过BGP-MP协议来更新。

发明内容

本发明的目的在于设计使用BGP-MP扩展的4over6隧道中的双栈路由器在封装报文时所需要查询的封装表，包括封装表的数据结构以及查询、维护的算法。

本发明所提出的方法的特征在于：对IPv4分组进行封装操作，对IPv6分组进行解封装操作；封装时使用的IPv6目的地址通过查询封装表得到；封装表储存了IPv4网络地址(包括前缀长度)与IPv6地址对应关系；封装表提供了更新记录的接口，可用于对记录的删除、添加和更新操作；封装表提供了查询记录的接口，可根据某个给定的IPv4主机地址查询与之匹配的IPv4网络地址，从而返回对应的IPv6地址用作封装操作，在查询的时候使用了按照网络前缀从大到小的顺序进行匹配；封装表使用了便于快速、有效搜索网络地址的数据结构。该方法依次含有以下步骤：

步骤(1)在各个4over6双栈路由器中通过一个扩展的边界网关协议BGP-MP模块确定基于边界网关协议的点对点关系，每个路由器都通过扩展的边界网关协议BGP-MP把路由信息发送给其余的路由器，其中包括发送方路由器的IPv4网络地址及自身虚接口IPv6地址，接收方路由器在收到BGP-MP消息后在本地路由表中加入IPv4地址对应的项，并且在封装表中加入BGP-MP消息中IPv4网络地址和IPv6虚接口地址的对应关系；

在所述封装表中还应该具有以下接口：

更新记录接口，用于对接收方4over6封装表的记录的更新和删除操作；

查询记录接口，用于根据收到的IPv4主机地址查询封装表中对应的IPv4网络地址，并把相应的IPv6地址返回给本地虚接口以便该虚接口使用此IPv6地址对IPv4分组进行封装；

步骤(2)当4over6双栈路由器在收到IPv4分组的时候，依次完成以下步骤：

步骤(2.1)根据该IPv4分组的目的地址查询本地转发表，将分组交给本地虚接口处理；

步骤(2.2)该虚接口根据IPv4目的地址调用封装表的查询接口；

步骤(2.3)封装表接收到查询请求后，按照前缀从大倒小的顺序查找封装表，直到找到匹配的IPv4网络地址，然后将对应的IPv6地址返回给虚接口；

步骤(2.4)虚接口使用查询到的IPv6地址对IPv4分组进行封装，形成IPv6隧道包；

步骤(2.5)双栈路由器将封装好的IPv6分组通过查询本地IPv6转发表后发送出去；

步骤(3)当4over6双栈路由器接收到IPv6分组后依次执行以下步骤：

步骤(3.1)判断该IPv6分组的”下一协议号”域是否是IPv4类型，如果是的话则执行下面的步骤：

步骤(3.2)将该IPv6分组的IPv6头去掉，还原载荷中的相应IPv4分组；

步骤(3.3)路由器通过查找本地IPv4转发表将还原出来的IPv4分组发送出去；

步骤(4)当4over6双栈路由器接收到BGP-MP消息，需要更新4over6路由信息时，依次执行以下步骤：

步骤(4.1)调用封装表的更新接口，传入待更新的IPv4网络地址和IPv6地址；

步骤(4.2)在封装表中顺序查找与传入的IPv4网络地址相同的项，如果找到则用传入的IPv6地址更新该项中的IPv6地址；

步骤(4.3)如果没有找到，则在封装表中插入一项，其IPv4网络地址和IPv6地址就使用传入的地址；

步骤(5)当4over6路由器收到路由不可达的BGP-MP消息时，需要删除路由器中的路由信息以及调用封装表模块执行以下步骤：

步骤(5.1)调用封装表的删除接口，传入待删除的IPv4网络地址；

步骤(5.2)在封装表中顺序查找IPv4网络地址与传入的地址相同的项，如果找到，则将该项删除。

本发明目前已运用在清华大学所研制的4over6服务器中，在全国各地已部署了8个节点，实现了IPv6网络上的IPv4网络互通。

附图说明

图1.封装表数据结构示意图；

图2.4over6系统拓扑示意图；

图3.4over6系统封装解封装流程图。

具体实施方式

在4over6系统中，最基本的组成是两个孤立IPv4网络和一个IPv6主干网，其中主干网与两个IPv4网络之间分别用一台4over6路由器连接起来。这种连接方式可以用图2来表示。

以图2所示的拓扑为例，从分组转发的角度来看，当网络A中的IPv4分组想要到达网络B的时候，必然需要经过4over6路由器A的封装和4over6路由器B的解封装过程。由于封装表中存放着IPv4网络地址与IPv6地址的对应关系，A在对IPv4分组进行封装的时候通过查找封装表可以得知其目的IPv4地址(网络B)所对应的PE路由器IPv6地址(4over6路由器B的IPv6地址)，然后用此地址进行封装即可。

从路由控制的角度来看，4over6路由器之间建立了BGP的peer关系，每个路由器都通过MP-BGP扩展的消息将路由信息发送给其余的路由器。在图2的拓扑中，路由器B将网络B的网络地址以及路由器B自身的虚接口IPv6地址通过MP-BGP消息发送给路由器A，A收到消息后在本地的路由表中加入相应的项，同时在封装表中加入网络B的网络地址与路由器B的虚接口IPv6地址的对应关系；同时路由器A也向B通过MP-BGP发送网络A的地址信息，当双方的路由表和封装表都建立完毕之后，就可以进行正常的4over6通信(即封装一解封装)过程了。

图1描述了封装表数据结构的设计。如图所示，整个封装表使用一个Zones数组(大小为33)记录指向不同前缀长度的IPv4网络地址的Hash表的指针，每一个hash表中所记录的所有项的IPv4目的地址都具有相同的前缀长度。在hash表的每一项中，记录了IPv4网络地址和对应的下一跳双栈4over6路由器IPv6虚接口地址。

对封装表所提供的三个操作(更新、删除和查询)接口的执行流程则描述如下：

更新记录的接口如下：

void ect_update(struct in_addr dst_addr，unsigned int dst_mask，struct in6_addr vif_addr)；

参数：

dst_addr要更新的目的IPv4网络地址

dst_mask该网络地址的前缀长度

vif_addr该目的网络地址对应的双栈4over6路由器的IPv6虚接口地址

返回值：

无

封装表更新操作的具体步骤为：

1.计算dst_addr的hash值

2.对mask对应的hash表的相应位置：

a)锁定该位置

b)若找到和dst_addr相同的表项

i.更新该项的地址域值(即改写该表项的IPv6地址为vif_addr)

c)若没有找到相同的表项

i.将dst_addr和vif_addr加入hash表的对应位置

d)对该位置解除锁定

删除记录的接口如下：

void ect_delete(struct in_addr dst_addr，unsigned int dst_mask)；

参数：

dst_addr要删除的目的IPv4网络或主机地址

dst_mask该网络地址的掩码长度(二进制位“1”的个数)

返回值：

无

执行流程(封装表维护模块接收到消息后的操作)：

1.计算dst_addr的hash值

2.对mask对应的hash表的相应位置：

a)锁定该位置

b)若找到和dst_addr相同的表项

i.将表项从hash表中删除

c)对该位置解除锁定

int ect_query(struct_in_addr dst_addr，struct in6_addr^*vif_addr)；

参数：

dst_addr要查询的目的IPv4地址

vif_addr查询结果通过此参数(指针)返回

返回值：

如果函数查询成功(即找到了对应的IPv6地址)，返回0，否则返回-1。

执行流程：

1.对目的地址dst_addr计算hash值

2.对于zones中的每一个hash表，作如下操作(按照掩码长度从大到小的顺序)：

a)锁定hash表中该dst_addr的hash值对应的位置

b)在此位置的链表中查找目的地址为dst_addr的表项

c)解除对该位置的锁定

d)若找到，返回结果

e)若未找到，继续搜索下一个hash表

Claims (1)

1.扩展边界网关协议的4over6隧道封装及解封装方法，其特征在于，该方法一次含有以下步骤：

步骤(1)在各个4over6双栈路由器中通过一个扩展的边界网关协议BGP-MP模块确定基于边界网关协议的点对点关系，每个路由器都通过扩展的边界网关协议BGP-MP把路由信息发送给其余的路由器，其中包括发送方路由器的IPv4网络地址及自身虚接口IPv6地址，接收方路由器在收到BGP-MP消息后在本地路由表中加入IPv4地址对应的项，并且在封装表中加入BGP-MP消息中IPv4网络地址和IPv6虚接口地址的对应关系；

在所述封装表中还应该具有以下接口：

更新记录接口，用于对接收方4over6封装表的记录的更新和删除操作；

查询记录接口，用于根据收到的IPv4主机地址查询封装表中对应的IPv4网络地址，并把相应的IPv6地址返回给本地虚接口以便该虚接口使用此IPv6地址对IPv4分组进行封装；

步骤(2)当4over6双栈路由器在收到IPv4分组的时候，依次完成以下步骤：

步骤(2.1)根据该IPv4分组的目的地址查询本地转发表，将分组交给本地虚接口处理；

步骤(2.2)该虚接口根据IPv4目的地址调用封装表的查询接口；

步骤(2.3)封装表接收到查询请求后，按照前缀从大倒小的顺序查找封装表，直到找到匹配的IPv4网络地址，然后将对应的IPv6地址返回给虚接口；

步骤(2.4)虚接口使用查询到的IPv6地址对IPv4分组进行封装，形成IPv6隧道包；

步骤(2.5)双栈路由器将封装好的IPv6分组通过查询本地IPv6转发表后发送出去；

步骤(3)当4over6双栈路由器接收到IPv6分组后依次执行以下步骤：

步骤(3.1)判断该IPv6分组的”下一协议号”域是否是IPv4类型，如果是的话则执行下面的步骤：

步骤(3.2)将该IPv6分组的IPv6头去掉，还原载荷中的相应IPv4分组；

步骤(3.3)路由器通过查找本地IPv4转发表将还原出来的IPv4分组发送出去；

步骤(4)当4over6双栈路由器接收到BGP-MP消息，需要更新4over6路由信息时，依次执行以下步骤：

步骤(4.1)调用封装表的更新接口，传入待更新的IPv4网络地址和IPv6地址；

步骤(4.2)在封装表中顺序查找与传入的IPv4网络地址相同的项，如果找到则用传入的IPv6地址更新该项中的IPv6地址；

步骤(4.3)如果没有找到，则在封装表中插入一项，其IPv4网络地址和IPv6地址就使用传入的地址；

步骤(5)当4over6路由器收到路由不可达的BGP-MP消息时，需要删除路由器中的路由信息以及调用封装表模块执行以下步骤：

步骤(5.1)调用封装表的删除接口，传入待删除的IPv4网络地址；

步骤(5.2)在封装表中顺序查找IPv4网络地址与传入的地址相同的项，如果找到，则将该项删除。

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