IPv4地址和埠復用的IPv6地址構造方法

2023-05-31 20:11:36

專利名稱：IPv4地址和埠復用的IPv6地址構造方法
技術領域：
IPv4地址和埠復用的IPv6地址構造方法屬於計算機網際網路通信技術領域。
背景技術：
網際網路已經成為全世界最重要的信息基礎設施，但目前網際網路廣泛使用的第四版 網絡協議IPv4的地址的尋址範圍只有232，即43億地址，根據目前IPv4地址的分配速度， 預計在2011年之後，IPv4地址即將分配完畢。 目前中國網民人口的絕對數已經成為世界第一，但網際網路的普及率只有25% ，遠 低於世界發達國家的水平(70%)。同時，平均每個中國網民僅有0.6個IPv4地址。因此， 對於中國來說，IPv4地址是無法滿足需求的。這個問題對於印度等其它發展中國家來說， 都是非常嚴重的。 解決上述問題目前基本上有兩種技術路線，即採用下一代網際網路協議標準(IPv6) 和採用地址轉換埠映射技術(NAPT)。 國際網際網路工程組(IETF)設計的第六版網絡協議IPv6，它的地址尋址範圍有 2128，能夠滿足網際網路長期發展的需求。但由於種種原因，IPv6協議於IPv4協議是不兼容 的，不能互聯互通。IETF建議的方法是同時運行IPv4和IPv4協議，即雙棧方法。但IPv4 地址的缺乏使雙棧實施發生困難。同時雙棧的建設成本和運行成本也大於單獨運行IPv4 或IPv6單棧的成本。 目前工業界大量使用的是地址轉換埠映射技術(NAPT)，其基本原理是基於互聯 網通信的五元組概念，即"協議、原地址、原埠 、目的地址、目的埠 "唯一地確定一個通信 的進程。埠的尋址範圍為216，即65，536個。因此，如果每個計算機的通信進程只有l個， 則從理論上講1個IPv4地址通過地址轉換埠映射可以同時支持6萬個以上的計算機通 信。在NAPT中，這個映射關係由轉換設備維護。 因此，NAPT可以解決近期的IPv4地址短缺的問題，IPv6可以從根本上解決IPv4 地址短缺的問題。目前缺乏的是把NAPT和IPv6有效地結合起來的技術。
本發明的基本原理是在無狀態、不需要使用信令的條件下，地址轉換埠映射技 術由計算機系統或家庭網關來實現，而不是像NAPT那樣由轉換設備維護。本發明的基本特 徵包括1)採用餘數的方法定義每一個計算機能夠使用的埠範圍；2)利用16位2進位編 碼，構成了擴展的IPv4地址表示方法；3)用擴展的前綴長度來定義IPv4地址為多個計算 機共享的程度；4)定義擴展的IPv4地址嵌入IPv6地址的編碼方法，並包含所允許的埠 範圍，因此能夠使多個計算機在無狀態，不需要信令的模式下共享單個IPv4地址，因此可 以有效地解決IPv4地址的短缺問題，促進向IPv6的過渡。

發明內容
IPv4地址和埠復用的IPv6地址構造方法，其特徵在於構造包含埠信息的48 位的擴展IPv4地址，在保持IPv6第71位u-bit的意義不變的情況下，該48位擴展IPv4地址可以在跳過64至71位的情況下，分段嵌入到IPv6地址中，因此任意一個復用埠的 IPv4地址可以用不同的IPv6地址表示，並且這些IPv6地址包含所允許的埠範圍，因此能 夠使多個計算機在無狀態的模式下共享單個IPv4地址，有效地解決IPv4地址的短缺問題， 促進網際網路從IPv4向IPv6的過渡； 當R臺計算機(R必須為2的整數次方)共享一個IPv4地址時，採用餘數的方法 定義第i個計算機能夠使用的埠 P，其公式為i = P% R，其中^為模運算符；
利用16位2進位編碼，規定計算機可以使用的傳輸層埠範圍，其中最高位的 4bit表示復用比參數，其餘的12bit表示標識偏置值，在此基礎上構成了擴展的IPv4地址 表示方法，a. b. c. d. e. f ，其中a. b. c. d為原有IPv4地址，e. f為埠復用編碼方法，具體描 述如下 (14)當復用比為1時，e.f的範圍為0.0，使用同一個IPv4地址的計算機可以支 持65， 536個並發通信進程，這是非共享IPv4地址的情況； (15)當復用比為2時，e. f的範圍為16.0至IJ 16. l，共享同一個IPv4地址的2臺 計算機每臺均可以支持32， 786個並發通信進程； (16)當復用比為4時，e. f的範圍為32.0到32. 3，共享同一個IPv4地址的4臺 計算機每臺均可以支持16， 384個並發通信進程； (17)當復用比為8時，e. f的範圍為48.0到48. 7，共享同一個IPv4地址的8臺 計算機每臺均可以支持8， 192個並發通信進程； (18)當復用比為16時，e. f的範圍為64. 0到64. 15，共享同一個IPv4地址的16 臺計算機每臺均可以支持4， 096個並發通信進程； (19)當復用比為32時，e. f的範圍為80. 0至lj80. 31，共享同一個IPv4地址的32 臺計算機每臺均可以支持2， 048個並發通信進程； (20)當復用比為64時，e. f的範圍為96. 0到96. 63，共享同一個IPv4地址的64 臺計算機每v均可以支持1， 024個並發通信進程； (21)當復用比為128時，e.f的範圍為112. 0到112. 127，共享同一個IPv4地址 的128臺計算機每臺均可以支持512個並發通信進程； (22)當復用比為256時，e. f的範圍為128. 0到128. 255，共享同一個IPv4地址 的256臺計算機每臺均可以支持256個並發通信進程； (23)當復用比為512時，e. f的範圍為144. 0到144. 255和145. 0到145. 255，共
享同一個IPv4地址的512臺計算機每臺均可以支持128個並發通信進程； (24)當復用比為1， 024時，e. f的範圍為160. 0到160. 255、 161. 0到161. 255、和
163. 0到163. 255，共享同一個IPv4地址的1024臺計算機每臺均可以支持64個並發通信
進程； (25)當復用比為2， 048時，e. f的範圍為176. 0到176. 255、 177. 0到177. 255、和 183. 0到183. 255、共享同一個IPv4地址的2048臺計算機每臺均可以支持32個並發通信 進程； (26)當復用比為4， 096時，e. f的範圍為192. 0到192. 255、 193. 0到193. 255、和 207. 0到207. 255、共享同一個IPv4地址的4096臺計算機每臺均可以支持32個並發通信 進程；
因此，擴展的IPv4地址表示方法用以小數點分開的6段10進位數字來表示IPv4 地址，其中前4段與現有的IPv4地址表示方法一致，後2段為上述共16位表示分為2個8 位2進位的10進位表示方法，因此可以唯一地描述IPv4地址和埠復用的地址；
用擴展的前綴長度來定義該IPv4地址為多個計算機共享的程度，表示方法為
a. b. c. d/p 其中p的計算方法為(32+復用比)，其範圍為32-44,32表示1臺計算機使用該 IPv4地址，33表示2臺計算機共享使用該IPv4地址，34表示4臺計算機共享使用該IPv4 地址，...，44表示4， 096臺計算機共享使用該IPv4地址。


圖1 :IPv4地址和埠復用表示及編的定義格式；
圖2 :擴展的IPv4地址嵌入IPv6地址的定義格式；
具體實施方式
和方法案例 按照以上定義方法，方別給出餘數表示方法，擴展的IPv4地址表示方法，前綴長 度表示方法和擴展的IPv4地址嵌入IPv6地址的表示方法的案例。
(1)餘數表示方法 根據公式i = P % R，如R = 128 ，則第i臺計算機所能夠使用的埠範圍為
nX128+i，艮卩i， 128+i，256+i，384+i，512+i，640+i，768+i，896+i， 1024+i，......，其中n的
取值範圍為0-511， i的取值範圍為0-127。注意這個埠的範圍對於目標埠和原埠都 是適用的。對於目標埠的情況，其他IPv4計算機連接到同一 IPv4目標地址，不同目標端 口的請求將被送到根據上述公式定義的不同的計算機。對於原埠的情況，使用同一 IPv4 地址的不同的計算機必須嚴格遵守上述公式定義的埠，否則網絡將會把不符合規定的分 組丟棄。計算機主機或家庭網關負責產生或轉換原埠以符合上述公式的定義。
(2)擴展的IPv4地址表示方法 擴展的IPv4地址表示方法如圖1所示。注意其最大的復用率定義為4096，每個計 算機可以同時使用的埠數為16。根據網際網路上的統計，每個計算機的最大並發進程的數 量一般小於500個，因此選擇復用率大於256是會影響使用的。 如原始的IPv4地址為166. 111. 8. 10，復用率為256，第8臺計算機(從0開始計 算)，則擴展的IPv4地址表示為
166. 111. 8. 10. 128. 8 即這臺計算機與其它255臺計算機共享166. 111. 8. 10，這臺計算機僅能夠使用該 166. 111. 8. 10的256分之一的埠範圍，即8， 264， 392， 520， 648， 776， 904， 1032，. . 等等。
(3)前綴長度表示方法 如原始的IPv4地址為166. 111. 8. IO，復用率為256，則前綴長度表示方法為
166. 111. 8. 10. 128. 8/40 當僅表示服用比，不需表示具體到哪臺計算機是，也可以表示為
166.111.8.10/40 此表示方法當前綴長度小於等於32，則與目前的IPv4地址表示方法完全一致，當 前綴長度大於32，則意味著多個計算機共享這個IPv4地址。其復用率可以由前綴長度計算出來。即40-32 = 8，復用率為28 = 256。 (4)擴展的IPv4地址嵌入IPv6地址的表示方法 擴展的IPv4地址嵌入IPv6地址的表示方法如圖2所示。 注意到為了保證IPv6地址的第71位，即u-bit的意義不變，需要按圖2的編碼方式確定分段的位置。 如IPv6前綴為2001:da8:ff00: :/40，原始的IPv4地址為166. 111.8. IO，復用率為256，第8臺計算機，則對應的IPv6地址為
2001:da8:ffa6:6f08:OOOa:80:8::/96 注意IPv4地址的10進位表示方法已經轉換成為IPv6地址的16進位表示方法。
利用本發明定義的方法，可以唯一表示多個計算機共享單個IPv4地址的規則，當把使用這個規則的IPv4地址嵌入到IPv6地址中，能夠使多個計算機在無狀態，不需要信令的模式下共享單個IPv4地址，因此可以有效地解決IPv4地址的短缺問題，促進網際網路從IPv4向IPv6的過渡。
權利要求
IPv4地址和埠復用的IPv6地址構造方法，其特徵在於構造包含埠信息的48位的擴展IPv4地址，在保持IPv6第71位u-bit的意義不變的情況下，該48位擴展IPv4地址可以在跳過64至71位的情況下，分段嵌入到IPv6地址中，因此任意一個復用埠的IPv4地址可以用不同的IPv6地址表示，並且這些IPv6地址包含所允許的埠範圍，因此能夠使多個計算機在無狀態的模式下共享單個IPv4地址，有效地解決IPv4地址的短缺問題，促進網際網路從IPv4向IPv6的過渡；
2. 根據權利要求書1所述的IPv4地址和埠復用的IPv6地址構造方法，其特徵在於， 當R臺計算機(R必須為2的整數次方)共享一個IPv4地址時，採用餘數的方法定義第i 個計算機能夠使用的埠 P，其公式為i = P% R，其中^為模運算符；
3. 根據權利要求書1所述的IPv4地址和埠復用的IPv6地址構造方法，其特徵在於， 利用16位2進位編碼，規定計算機可以使用的傳輸層埠範圍，其中最高位的4bit表示復 用比參數，其餘的12bit表示標識偏置值，在此基礎上構成了擴展的IPv4地址表示方法， a. b. c. d. e. f，其中a. b. c. d為原有IPv4地址，e. f為埠復用編碼方法，具體描述如下(1) 當復用比為1時，e.f的範圍為0.0，使用同一個IPv4地址的計算機可以支持 65， 536個並發通信進程，這是非共享IPv4地址的情況；(2) 當復用比為2時，e. f的範圍為16. 0到16. l，共享同一個IPv4地址的2臺計算機 每臺均可以支持32， 786個並發通信進程；(3) 當復用比為4時，e. f的範圍為32. 0到32. 3，共享同一個IPv4地址的4臺計算機 每臺均可以支持16， 384個並發通信進程；(4) 當復用比為8時，e. f的範圍為48. 0到48. 7，共享同一個IPv4地址的8臺計算機 每臺均可以支持8， 192個並發通信進程；(5) 當復用比為16時，e. f的範圍為64. 0到64. 15，共享同一個IPv4地址的16臺計 算機每臺均可以支持4， 096個並發通信進程；(6) 當復用比為32時，e. f的範圍為80. 0到80. 31，共享同一個IPv4地址的32臺計 算機每臺均可以支持2， 048個並發通信進程；(7) 當復用比為64時，e. f的範圍為96. 0到96. 63，共享同一個IPv4地址的64臺計 算機每v均可以支持1， 024個並發通信進程；(8) 當復用比為128時，e. f的範圍為112. 0到112. 127，共享同一個IPv4地址的128 臺計算機每臺均可以支持512個並發通信進程；(9) 當復用比為256時，e. f的範圍為128. 0到128. 255，共享同一個IPv4地址的256 臺計算機每臺均可以支持256個並發通信進程；(10) 當復用比為512時，e. f的範圍為144. 0到144. 255和145. 0到145. 255，共享同 一個IPv4地址的512臺計算機每臺均可以支持128個並發通信進程；(11) 當復用比為1， 024時，e. f的範圍為160. 0到160. 255、 161. 0到161. 255、和163. 0 到163. 255，共享同一個IPv4地址的1024臺計算機每臺均可以支持64個並發通信進程；(12) 當復用比為2， 048時，e. f的範圍為176. 0到176. 255、 177. 0到177. 255、和183. 0 到183. 255、共享同一個IPv4地址的2048臺計算機每臺均可以支持32個並發通信進程；(13) 當復用比為4， 096時，e. f的範圍為192. 0到192. 255、 193. 0到193. 255、和207. 0 到207. 255、共享同一個IPv4地址的4096臺計算機每臺均可以支持32個並發通信進程；因此，擴展的IPv4地址表示方法用以小數點分開的6段10進位數字來表示IPv4地 址，其中前4段與現有的IPv4地址表示方法一致，後2段為上述共16位表示分為2個8位 2進位的10進位表示方法，因此可以唯一地描述IPv4地址和埠復用的地址；
4.根據權利要求書1所述的IPv4地址和埠復用的IPv6地址構造方法，其特徵在於， 用擴展的前綴長度來定義該IPv4地址為多個計算機共享的程度，表示方法為a. b. c. d/p其中P的計算方法為(32+復用比)，其範圍為32-44,32表示1臺計算機使用該IPv4 地址，33表示2臺計算機共享使用該IPv4地址，34表示4臺計算機共享使用該IPv4地 址，...，44表示4， 096臺計算機共享使用該IPv4地址。
全文摘要
IPv4地址和埠復用的IPv6地址構造方法屬於計算機網絡通信技術領域，其特徵在於，採用餘數的方法定義每一個計算機能夠使用的埠範圍，並利用16位2進位編碼來表示，構成了擴展的IPv4地址表示方法。當把使用這個表示方法的IPv4地址嵌入到IPv6地址中，能夠使多個計算機在無狀態，不需要信令的模式下共享單個IPv4地址，因此可以有效地解決IPv4地址的短缺問題，促進網際網路從IPv4向IPv6的過渡。
文檔編號H04L29/12GK101783818SQ20101010161
公開日2010年7月21日 申請日期2010年1月27日 優先權日2010年1月27日
發明者包叢笑, 李星 申請人:清華大學