[发明专利]IPv4地址和端口复用的IPv6地址构造方法

说明书

技术领域

IPv4地址和端口复用的IPv6地址构造方法属于计算机互联网通信技术领域。

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25％，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发展中国家来说，都是非常严重的。

解决上述问题目前基本上有两种技术路线，即采用下一代互联网协议标准(IPv6)和采用地址转换端口映射技术(NAPT)。

国际互联网工程组(IETF)设计的第六版网络协议IPv6，它的地址寻址范围有2¹²⁸，能够满足互联网长期发展的需求。但由于种种原因，IPv6协议于IPv4协议是不兼容的，不能互联互通。IETF建议的方法是同时运行IPv4和IPv4协议，即双栈方法。但IPv4地址的缺乏使双栈实施发生困难。同时双栈的建设成本和运行成本也大于单独运行IPv4或IPv6单栈的成本。

目前工业界大量使用的是地址转换端口映射技术(NAPT)，其基本原理是基于互联网通信的五元组概念，即“协议、原地址、原端口、目的地址、目的端口”唯一地确定一个通信的进程。端口的寻址范围为2¹⁶，即65,536个。因此，如果每个计算机的通信进程只有1个，则从理论上讲1个IPv4地址通过地址转换端口映射可以同时支持6万个以上的计算机通信。在NAPT中，这个映射关系由转换设备维护。

因此，NAPT可以解决近期的IPv4地址短缺的问题，IPv6可以从根本上解决IPv4地址短缺的问题。目前缺乏的是把NAPT和IPv6有效地结合起来的技术。

本发明的基本原理是在无状态、不需要使用信令的条件下，地址转换端口映射技术由计算机系统或家庭网关来实现，而不是像NAPT那样由转换设备维护。本发明的基本特征包括：1)采用余数的方法定义每一个计算机能够使用的端口范围；2)利用16位2进制编码，构成了扩展的IPv4地址表示方法；3)用扩展的前缀长度来定义IPv4地址为多个计算机共享的程度；4)定义扩展的IPv4地址嵌入IPv6地址的编码方法，并包含所允许的端口范围，因此能够使多个计算机在无状态，不需要信令的模式下共享单个IPv4地址，因此可以有效地解决IPv4地址的短缺问题，促进向IPv6的过渡。

发明内容

IPv4地址和端口复用的IPv6地址构造方法，其特征在于构造包含端口信息的48位的扩展IPv4地址，在保持IPv6第71位u-bit的意义不变的情况下，该48位扩展IPv4地址可以在跳过64至71位的情况下，分段嵌入到IPv6地址中，因此任意一个复用端口的IPv4地址可以用不同的IPv6地址表示，并且这些IPv6地址包含所允许的端口范围，因此能够使多个计算机在无状态的模式下共享单个IPv4地址，有效地解决IPv4地址的短缺问题，促进互联网从IPv4向IPv6的过渡；

当R台计算机(R必须为2的整数次方)共享一个IPv4地址时，采用余数的方法定义第i个计算机能够使用的端口P，其公式为i＝P％R，其中％为模运算符；

利用16位2进制编码，规定计算机可以使用的传输层端口范围，其中最高位的4bit表示复用比参数，其余的12bit表示标识偏置值，在此基础上构成了扩展的IPv4地址表示方法，a.b.c.d.e.f，其中a.b.c.d为原有IPv4地址，e.f为端口复用编码方法，具体描述如下：

(14)当复用比为1时，e.f的范围为0.0，使用同一个IPv4地址的计算机可以支持65,536个并发通信进程，这是非共享IPv4地址的情况；

(15)当复用比为2时，e.f的范围为16.0到16.1，共享同一个IPv4地址的2台计算机每台均可以支持32,786个并发通信进程；

(16)当复用比为4时，e.f的范围为32.0到32.3，共享同一个IPv4地址的4台计算机每台均可以支持16,384个并发通信进程；

(17)当复用比为8时，e.f的范围为48.0到48.7，共享同一个IPv4地址的8台计算机每台均可以支持8,192个并发通信进程；