一種基于sopc的nat的實現(xiàn)方法及裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及計算機網(wǎng)絡領域，尤其涉及一種網(wǎng)絡地址轉換方法。
【背景技術】
[0002]NAT:Network Address Translat1n，網(wǎng)絡地址轉換。
[0003]SOPC:System-on-ProgrammabIe~Chip,即可編程片上系統(tǒng)。
[0004]ICMP:Internet Control Message Protocol，Internet 控制報文協(xié)議。它是 TCP/IP協(xié)議族的一個子協(xié)議，用于在IP主機、路由器之間傳遞控制消息。
[0005]CAM:Content Addressable Memory,內(nèi)容可尋址存儲器。
[0006]目前NAT的實現(xiàn)主要有三種方法，第一種是純軟件實現(xiàn)，載體通常為通用CPU;第二種是基于FPGA硬件實現(xiàn)；第三種是基于網(wǎng)絡處理器(NP)實現(xiàn)。
[0007]通過純軟件實現(xiàn)的方法處理方式靈活，技術成熟，但缺點也很明顯，處理速度比較慢，時延大，需要占用大量CPU時間，內(nèi)存消耗大。
[0008]通過FPGA實現(xiàn)的方法處理速度快，時延小。如果僅用單純邏輯實現(xiàn)，通常只能實現(xiàn)一些功能比較簡單的NAT處理，且不及純軟件實現(xiàn)應用靈活、需要消耗大量邏輯資源。
[0009]通過NP實現(xiàn)的方法處理速度快，但價格昂貴，應用不夠靈活。
[0010]綜上所述，現(xiàn)有技術存在以下問題:
1、通過單純邏輯進行NAT實現(xiàn)對功能復雜度有限制；
2、針對具體應用，現(xiàn)有通過FPGA或者NP的實現(xiàn)方式應用均不夠靈活；
3、針對小型應用，現(xiàn)有的實現(xiàn)方式體積大，功耗高，成本高。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0011]為了解決上述技術問題，本發(fā)明的目的是提供一種可靈活實現(xiàn)NAT處理、處理速度快、成本低、功耗低的NAT的實現(xiàn)方法。
[0012]為了解決上述技術問題，本發(fā)明的另一個目的是提供一種可靈活實現(xiàn)NAT處理、處理速度快、成本低、功耗低的NAT的實現(xiàn)裝置。
[0013]本發(fā)明所采用的技術方案是:
一種基于SOPC的NAT的實現(xiàn)方法，其包括步驟:S1，對數(shù)據(jù)包進行信息提取；S2，將數(shù)據(jù)包存入緩沖區(qū)，同時將提取的信息提交給學習/處理模塊；S3，學習/處理模塊判斷自己能否處理此信息，如果能處理，則進入步驟S4，否則將接收到的信息提交給處理器并進入步驟S5 ;S4，學習/處理模塊根據(jù)以前學習的內(nèi)容進行處理，然后將處理結果提交給NAT處理模塊；S5，處理器對接收到信息進行處理，并將處理結果返回給學習/處理模塊；S6，學習/處理模塊學習處理器的結果，并將處理結果提交給NAT處理模塊；S7，NAT處理模塊、NAT逆處理模塊根據(jù)接收的處理結果對緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)包進行處理。
[0014]優(yōu)選的，步驟SI所述信息包括源MAC地址、以太網(wǎng)協(xié)議類型、IP協(xié)議類型、以太網(wǎng)源！P、以太網(wǎng)目的IP、ICMP標識符、ICMP序列號、源端口號、目的端口、IP包的16位標識、IP包的3位標志及13位片偏移、IP首部檢驗和、ICMP/TCP/UDP的檢驗和。
[0015]優(yōu)選的，步驟S2中所述提交給學習/處理模塊的信息包括源IP、目的IP、源端口號(TCP、UDP)、目的端口(TCP、UDP), IP包的16位標識、IP包的3位標志及13位片偏移及協(xié)議類型。
[0016]優(yōu)選的，所述步驟S3具體包括子步驟:S31，首先通過數(shù)據(jù)包的3位標志及13位片偏移判斷該數(shù)據(jù)包是否為IP分片包，如果是分片包，則不能處理此信息，否則進入步驟S32 ;S32，用信息中的源IP、源端口、目的IP、目的端口、協(xié)議類型進行CAM查詢，如果存在有效項，則表示學習/處理模塊能處理此信息并進入步驟S4，否則表示不能處理此信息并進入步驟S33 ;S33，將接收到的信息提交給處理器并進入步驟S5。
[0017]優(yōu)選的，所述步驟S4具體為??從CAM的輸出中獲取匹配單元的地址，從存儲模塊中讀出該地址單元的內(nèi)容，作為處理結果返回給NAT處理模塊，同時將對應的老化計數(shù)器清零。
[0018]優(yōu)選的，步驟S5中所述的信息為私網(wǎng)數(shù)據(jù)或公網(wǎng)數(shù)據(jù)，所述步驟S5具體包括子步驟:S51，對私網(wǎng)數(shù)據(jù)進行處理，并將處理結果返回給學習/處理模塊；或者S52，對公網(wǎng)數(shù)據(jù)進行處理，并將處理結果返回給學習/處理模塊。
[0019]優(yōu)選的，所述步驟S51具體包括子步驟:S511，用源端口號作為私網(wǎng)端口查找表的索引，從存儲器中取出該序號的對應表項，判斷表項的有效標識位是否有效，如果有效則進入步驟S512，否則轉至步驟S519 ;S512，判斷指針標識位是否有效，如果有效則轉至步驟S517，否則轉至步驟S513 ;S513，判斷協(xié)議字段、源IP字段是否匹配，如果匹配則轉至步驟S514，否則轉至步驟S519 ; S514，用替換端口的內(nèi)容對源端口進行替換，并判斷外網(wǎng)網(wǎng)關有效標識位是否有效，如果有效則轉至步驟S516，否則轉至步驟S515 ;S515，數(shù)據(jù)包可直接送達或采用默認網(wǎng)關，轉至步驟S518 ;S516，數(shù)據(jù)包需經(jīng)過該外網(wǎng)網(wǎng)關轉發(fā)，轉至步驟S518 ；S517，通過IP指針找到IP查找表，歷遍有效標識位有效的表項，如果存在協(xié)議字段、源IP字段匹配項，則轉至步驟S514，否則轉至步驟S519 ;S518，查表成功，轉至步驟S5111 ;S519，若動態(tài)模式位置位，則隨機分配一個未使用的公網(wǎng)IP、端口，并將相應信息添加到NAT配置表中，轉至步驟S5111 ;S5110，查表失敗，數(shù)據(jù)包丟棄，轉至步驟S5111 ;S5111，將處理結果返回給學習/處理模塊，轉至步驟S511，開始下一次查表；所述步驟S52具體包括子步驟:S521，用目的端口號作為公網(wǎng)端口查找表的索引，從存儲器中取出該序號的對應表項，判斷表項的有效標識位是否有效，如果無效則轉至步驟S5210，如果有效則轉至步驟S522 ；S522，判斷指針標識位是否有效，如果無效則轉至步驟S523，如果有效則轉至步驟S525 ；S523，判斷協(xié)議字段、外網(wǎng)IP字段是否匹配，如果匹配則轉至驟S524，否則轉至步驟S5210 ;S524，用替換端口的內(nèi)容、內(nèi)網(wǎng)IP的內(nèi)容對目的端口、目的IP進行替換，轉至步驟S529 ;S525，通過IP指針找到IP查找表，歷遍有效標識位有效的表項，如果存在協(xié)議字段、外網(wǎng)IP字段匹配，且當遠程IP有效標識有效時，遠程IP、遠程端口也匹配的匹配項時則轉至步驟S526，如果沒有則轉至步驟S5210 ;S526，判斷內(nèi)網(wǎng)IP有效標識是否有效，如果有效則轉至步驟S527，否則轉至步驟S528 ;S527，用IP查找表中的替換端口、內(nèi)網(wǎng)IP對目的端口、目的IP進行替換，轉至步驟S529 ;S528，用IP查找表中的替換端口、端口查找表中的內(nèi)網(wǎng)IP對目的端口、目的IP進行替換，轉至步驟S529 ;S529，查表成功，轉至步驟S5211 ;S5210，查表失敗，轉至步驟S5211 ;S5211，將處理結果返回給學習/處理模塊，轉至步驟S521，開始下一次查表。
[0020]優(yōu)選的，所述步驟S5還包括子步驟:S50，對接收到的信息進行IP分片包處理；所述步驟S50具體包括子步驟:S501，判斷是否為IP分片包，如果是分片包則轉至步驟S502 ；S502，判斷是否為IP分片包的首包，如果是則轉至步驟S503，否則轉至步驟S504 ;S503，將首包按非分片包的處理方式進行處理，并將緩存中該分片包的其它分片也按該方式處理，轉至步驟S505 ;S504，將分片包信息緩存，轉至步驟S505 ;S505，轉至步驟S501步，開始下一次處理。
[0021]優(yōu)選的，所述步驟S7具體包括子步驟:S71，根據(jù)學習/處理模塊輸出的結果，結合提取模塊的輸出、數(shù)據(jù)緩沖模塊中的數(shù)據(jù)包內(nèi)容，實現(xiàn)私網(wǎng)到公網(wǎng)TCP、UDP數(shù)據(jù)包的源IP、源端口替換，即完成NAT處理；S72，根據(jù)學習/處理模塊輸出的結果，結合提取模塊的輸出、數(shù)據(jù)緩沖模塊中的數(shù)據(jù)包內(nèi)容，實現(xiàn)公網(wǎng)到私網(wǎng)TCP、UDP數(shù)據(jù)包的目的IP、目的端口替換，即完成NAT逆處理；S73，重新計算IP首部校驗和、TCP校驗和、UDP校驗和。
[0022]一種基于SOPC的NAT的實現(xiàn)裝置，其用于實施基于SOPC的NAT的實現(xiàn)方法，其包括:處理器模塊，用于對學習/處理模塊輸出的數(shù)據(jù)包信息進行查表處理，并將處理結果返回給學習/處理模塊；學習/處理模塊，其分別與提取模塊和處理器模塊相連，主要有兩個作用:一是接收提取模塊的輸出，檢查學習內(nèi)容中是否有符合項，如果有符合項則將存儲的對應結果輸出給NAT處理模塊，如果沒有符合項則將接收的數(shù)據(jù)直接提交給處理器模塊，并記錄該數(shù)據(jù)，以便在學習過程中與處理結果建立一一對應關系；二是學習處理器輸出的數(shù)據(jù)包處理結果，即將數(shù)據(jù)包信息輸入與數(shù)據(jù)包處理結果間建立一一對應的關系，以便對后續(xù)數(shù)據(jù)包中有相同輸入條件的數(shù)據(jù)包直接進行處理，以減輕處理器模塊的負荷，提高數(shù)據(jù)包的處理能力，然后將結果輸出給NAT處理模塊；提取模塊，其與以太網(wǎng)接口模塊相連，用于提取數(shù)據(jù)包信息；以太網(wǎng)接口，包括用于連接私網(wǎng)的私網(wǎng)以太網(wǎng)接口和用于連接公網(wǎng)的以太網(wǎng)接口 ；數(shù)據(jù)緩沖模塊，其連接于提取模塊和NAT處理模塊或NAT逆處理模塊之間，用于緩存數(shù)據(jù)包；NAT處理模塊，其分別與提取模塊、數(shù)據(jù)緩沖模塊、學習/處理模塊和以太網(wǎng)接口連接，其用于接收學習/處理模塊的輸出，并結合提取模塊的輸出、數(shù)據(jù)緩沖模塊中的數(shù)據(jù)包內(nèi)容，實現(xiàn)私網(wǎng)到公網(wǎng)的NAT處理；NAT逆處理模塊，其分別與提取模塊、數(shù)據(jù)緩沖模塊、學習/處理模塊和以太網(wǎng)接口連接，其用于接收學習/處理模塊的輸出，并結合提取模塊的輸出、數(shù)據(jù)緩沖模塊中的數(shù)據(jù)包內(nèi)容，實現(xiàn)公網(wǎng)到私網(wǎng)的NAT逆處理。
[0023]本發(fā)明的有益效果是:
本發(fā)明通過基于SOPC實現(xiàn)了 NAT處理，充分發(fā)揮處理器和邏輯處理各自的長處，合理分配各自的實現(xiàn)功能，并采用了學習/處理模塊來彌補處理器模塊處理能力的不足，采用先