分布式架構下nat地址池的自適應分配方法和系統(tǒng)的制作方法

文檔序號：7689798閱讀：331來源：國知局

專利名稱：分布式架構下nat地址池的自適應分配方法和系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及通信網技術，尤其涉及一種分布式架構下NAT地址池的自適應分配方法和系統(tǒng)。
背景技術：
NAT (Network Address Translation,網絡地址轉換)技術是一種把內網私有IP地址翻譯成公網IP地址的技術，被用來緩解目前IP空間枯竭的問題。NAT技術通常被應用在路由器、防火墻、ISDN路由器或者單獨的NAT 設備中，主要包括以下三種類型靜態(tài)NAT (StaticNAT)、動態(tài)地址NAT (PooledNAT)禾B NAPT (Port—Level NAT,網絡地址端口轉換)。隨著網絡的發(fā)展和對設備功能性要求的提高，集中式的設備往往難以滿足實際的需求，因此分布式處理架構應運而生。以防火墻等安全設備為例，由于安全設備在進行攻擊檢測及主動防御時需要消耗大量的CPU資源，單純采用集中方式處理的安全設備很難突破其在性能和帶寬上的瓶頸，因此引入_了圖1所示的分布式處理架構業(yè)務處理單元(業(yè)務板)和接口單元(接口板)分離，在各個業(yè)務板上完成業(yè)務的分布式處理，以及通過接口板進行發(fā)送處理；其中，主控板用于進行業(yè)務板和接口板的業(yè)務配置和管理?？梢钥闯?，在分布式處理架構中，由于報文流需要在不同的業(yè)務板上進行NAT處理，那么在各個業(yè)務板共用NAT地址池資源的情況下，就會存在五元組沖突的可能性。如圖2所示，私有源IP地址為192.168丄1、源端口為 21的報文流(1)和私有源IP地址為192.168丄2、源端口為21的報文流(2) 分別從接口板上的接口 l被發(fā)送到業(yè)務板l、 2進行NAT處理，處理后的公網源IP為lOO丄l.l，源端口為1025，則兩條數(shù)據流會產生五元組沖突，其結果是NAT處理后兩條數(shù)據流合并為一條數(shù)據流，這樣返回的反向報文就沒有辦法被轉換成原本地兩條數(shù)據流，即反向報文無法送回原來的設備，從而，導致網絡業(yè)務無法得到正常處理，同時可能帶來網絡安全方面的問題。因此，在分布式處理架構中，需要有效的進行地址池資源管理，以避免業(yè)務板處理過程中的五元組沖突?，F(xiàn)有的地址池資源管理所采用的，是按照業(yè)務板進行地址池資源靜態(tài)劃分的方式，主要包括以下兩種(1) 對于地址池資源按照IP地址進行劃分，即各個業(yè)務板使用不同的公網IP地址；具體的，是在業(yè)務板啟動后，根據地址池資源和整機業(yè)務板數(shù)量，劃分得到屬于本業(yè)務板的地址使用范圍。例如在2個業(yè)務板的情況下，對于地址池A(100丄l.l 100.1丄10)，業(yè)務板1使用的地址范圍為100.1丄1 100.1丄5，業(yè)務板2使用的地址范圍為100丄1.6-100丄1.10;在業(yè)務板處理報文流時，業(yè)務板從自己所使用的地址池中選取地址作為源地址，端口選擇可以是任意可用值。請結合圖3A，顯示了按照IP地址劃分地址池資源時報文流的處理情況，其中，報文流(1)在業(yè)務板進行NAT處理后源IP變?yōu)閘OO丄l.l，而報文流(2) 上業(yè)務板進行NAT處理后源IP變?yōu)?00丄1.6;可以看出，即使不同業(yè)務板所分配的端口相同，也不會出現(xiàn)五元組沖突的問題。(2) 對于地址池資源按照端口范圍進行劃分，即各個業(yè)務板使用的公網IP地址范圍相同，但是端口范圍不同；具體的，是在業(yè)務板啟動后獲得靜態(tài)的端口范圍參數(shù)。例如在2個業(yè)務板的情況下，如果用戶可使用的端口范圍是1025-65535，則業(yè)務板1使用的端口范圍為1025-00，業(yè)務板2使用的端口范圍為01-65535;在業(yè)務板處理報文流時，業(yè)務板從自己所使用的端口范圍中分配端口。請結合圖3B，顯示了按照端口范圍劃分地址池資源時報文流的處理情況，其中，報文流(l)在業(yè)務板進行NAT處理后源端口變?yōu)?025，而報文流 (2)上業(yè)務板進行NAT處理后源端口變?yōu)?0001;可以看出，即使不同業(yè)務板所分配的IP地址相同，也不會出現(xiàn)五元組沖突的問題。雖然上述技術方案能夠通過靜態(tài)配置完全避免資源分配沖突的問題，且實現(xiàn)簡單方便；但是，仍然存在以下問題 (1)適用范圍存在限制；例如，由于地址池是靜態(tài)劃分的，因此無法解決動態(tài)NAT，如Easy IP情況下五元組沖突的問題；再例如，對于地址池范圍小于業(yè)務板數(shù)量情況不適用；舉例來說，如果地址池資源為100丄1.1 00丄1.5，而業(yè)務板個數(shù)為6，則必然有一個業(yè)務板不能獲得地址池資源的分配。(2) 處理能力存在限制；由于接口板的報文流并不是均勻分發(fā)給各個業(yè)務板的，因此可能存在一個業(yè)務板上地址池資源已經耗盡，而其余業(yè)務板的地址池資源并遠未到達上限的情況。例如，如果業(yè)務板1由于報文流比較多而使用完所分配的端口資源(1025 一OO)，則其對于新接收的報文流進行處理時，就會由于分配端口失敗而導致處理失敗，進而導致報文被丟棄；同時，業(yè)務板2上由于報文流比較少，端口資源還有很多未被使用。顯然，地址池的靜態(tài)配置往往導致整機遠未達到最大規(guī)格的情況下，已經難以正常處理業(yè)務的情況。(3) 靈活性差；由于地址池資源是靜態(tài)劃分的，即使在某些業(yè)務板故障或者不在位的情況下，其地址池資源也不能由其他業(yè)務板，造成地址池資源的閑置和浪費。綜上所述，目前分布式處理架構下NAT資源的分配方案存在諸多不足，現(xiàn)有技術尚無妥善的解決方案。發(fā)明內容本發(fā)明的實施例旨在提供分布式架構下NAT地址池的自適應分配方案，以有效提高NAT資源的利用率。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的實施例提供了一種分布式架構下NAT地址池的自適應分配方法，適用于由主控板、一個以上業(yè)務板和接口板構成的分布式處理架構；在主控板中統(tǒng)一管理NAT資源項，包括閑置的NAT資源項和已分配給各業(yè)務板的NAT資源項，該NAT資源項由成對的公網IP和端口構成；以及，執(zhí)行以下步驟Sl、該主控板根據各業(yè)務板的請求，執(zhí)行閑置的NAT資源項到相應的業(yè)務板的一次分配；S2、該業(yè)務板執(zhí)行該主控板分配的NAT資源項到所處理的報文流的二次分配。本發(fā)明的實施例還提供了一種分布式架構下NAT地址池的自適應分配系統(tǒng)，適用于由主控板、一個以上業(yè)務板和接口板構成的分布式處理架構；包括NAT地址池，設置在該主控板上，包括閑置的NAT資源項和已分配給各業(yè)務板的NAT資源項，該NAT資源項由成對的公網IP和端口構成；NAT—次分配單元，設置在所述主控板上，與所述NAT地址池連接，用于根據各業(yè)務板的請求，執(zhí)行閑置的NAT資源項到相應的業(yè)務板的一次分配；NAT二次分配單元，設置在所述業(yè)務板上，與所述NAT—次分配單元的輸出連接，用于執(zhí)行所分配的NAT資源項到所處理的報文流的二次分配。由上述技術方案可知，本發(fā)明的實施例通過根據業(yè)務板的報文量，動態(tài) 調整NAT資源分配，具有以下有益效果1、實現(xiàn)NAT資源的充分利用；2、避免NAT轉換后五元組的沖突；3、具有較佳的靈活性和適應性。通過以下參照附圖對優(yōu)選實施例的說明，本發(fā)明的上述以及其它目的、特征和優(yōu)點將更加明顯。

圖1為現(xiàn)有技術中安全設備分布式處理架構示例的結構框圖；圖2顯示了分布式處理架構下，NAT處理所存在的問題；圖3A、 3B分別顯示了按照IP地址和端口范圍劃分地址池資源時，報文流的處理情況；圖4顯示了本發(fā)明所提供的分布式架構下NAT地址池的自適應分配方法一實施例的流程圖；圖5為圖4所示實施例中，觸發(fā)業(yè)務板請求/釋放NAT資源項的實施例的流程圖；圖6為圖4所示方法中，NAT地址池組織邏輯的一個具體示例；圖7為圖4所示方法中，主控板NAT資源塊組織的一個具體示例；圖8為圖4所示方法中，業(yè)務板管理NAT資源塊的一個具體示例；圖9為圖4所示方法中，業(yè)務板上NAT資源塊位圖維護的一個具體示圖10A、 10B為圖4所示方法中，業(yè)務板上NAT資源項的二次分配和釋放過程的流程圖；圖11顯示了本發(fā)明所提供的分布式架構下NAT地址池的自適應分配系統(tǒng)一實施例的框圖；圖12顯示了本發(fā)明所提供的分布式架構下NAT地址池的自適應分配系統(tǒng)另一實施例的框圖；圖13A 圖13C為圖11和圖12所示系統(tǒng)中，具體部件的實施例框圖。
具體實施方式
下面將詳細描述本發(fā)明的具體實施例。應當注意，這里描述的實施例只用于舉例說明，并不用于限制本發(fā)明。首先必須說明的是，本發(fā)明所提供的技術方案適用于由主控板、一個以上業(yè)務板和接口板構成的分布式處理架構，主要克服現(xiàn)有技術中分布式處理架構下NAT地址池靜態(tài)配置所存在的諸多缺陷。在實際應用中，接口板可以與主控板合設，即將全局接口設置在主控板上，通過交換網絡進行與業(yè)務板之間的報文流收/發(fā)，也就是說，主控板同時作為接口板來面向所有的業(yè)務板提供接口服務，而不再設立獨立的接口板。此時，分布式處理架構從物理實現(xiàn)的角度，可以被表述為由設有全局接口的主控板和一個以上業(yè)務板構成的分布式處理架構。值得注意的是，即使全局接口設置在主控板上，其與主控板仍分別實現(xiàn) 不同的邏輯功能，因此本發(fā)明實施例從邏輯功能的角度，仍將接口板與主控板分離描述。但本領域普通技術人員可以理解，這僅僅意味著本發(fā)明實施例所適用的分布式處理架構具有接口板功能，實現(xiàn)該功能的全局接口可以設置在主控板上，也可以設置在獨立的接口板上。本發(fā)明的基本思路在于，由主控板進行NAT資源的統(tǒng)一管理，由業(yè)務板根據所處理報文流的情況從主控板獲取/釋放所需的NAT資源，以實現(xiàn)NAT資源的充分利用，并保證NAT轉換不致發(fā)生五元組沖突。較佳的，NAT資源引入分級管理的思想，由主控板進行NAT資源塊的管理，由業(yè)務板進行資源塊中資源的管理，以提高資源分配的效率。下面就結合具體實施例加以說明。請參見圖4，顯示了本發(fā)明所提供的分布式架構下NAT地址池的自適應分配方法一實施例。其中，在主控板中統(tǒng)一管理NAT資源項，包括閑置的NAT資源項和己分配給各業(yè)務板的NAT資源項，該NAT資源項由成對的公網IP和端口構成；具體來說，每個NAT資源項對應唯一的"IP+端口"對，因此可以把整個NAT地址池看成由連續(xù)的NAT資源項組成。為了便于管理，可以通過主控板分組保存閑置的NAT資源項和分配給各業(yè)務板的資源項的方式，實現(xiàn)在主控板中對NAT資源項的統(tǒng)一管理。較佳的，該分組保存可以通過鏈表來實現(xiàn)。可以看出，無論實際如何進行分配，所有的NAT資源項都在主控板中獲得統(tǒng)一的全局控制，因此不會發(fā)生不同業(yè)務板分配有相同NAT資源項的情況，從而避免后續(xù)業(yè)務板根據NAT資源進行NAT轉換時可能存在的五元組沖突。在上述NAT資源全局控制的基礎上，NAT地址池通過以下步驟實現(xiàn) 自適應分配51、主控板根據各業(yè)務板的請求，執(zhí)行閑置的NAT資源項到相應的業(yè)務板的一次分配；即報文流量較高的業(yè)務板能夠從主控板獲得較多的 NAT資源。具體的，在主控板分組保存閑置的NAT資源項和分配給各業(yè)務板的資源項的情況下，本步驟可以通過以下方式實現(xiàn)將NAT資源項從閑置的NAT資源組中轉移到相應的業(yè)務板資源組中，并通過板間通信通知該業(yè)務板。同時，為了提高效率，主控板所進行的一次分配一般為同時分配多個NAT資源項。52、業(yè)務板執(zhí)行該主控板分配的NAT資源項到所處理的報文流的二次分配，也就是針對每一個報文流，分配一個NAT資源項。具體的，本步驟S2包括521、將本板當前可分配的NAT資源項二次分配給報文流，并為二次分配的NAT資源項設置已分配標志；522、對報文流釋放的NAT資源項，取消該NAT資源項的已分配標志，使其重新成為本板當前可分配的資源項。通過上述步驟S1 S2可以看出，本技術方案可以通過NAT資源項的全局管理有效的避免五元組沖突，還可以在分布式環(huán)境下實現(xiàn)根據各個業(yè)務板NAT業(yè)務量來適應性分配NAT資源，從而提高NAT資源的利用率。較佳的，步驟S1還包括主控板將各業(yè)務板釋放的NAT資源項重新設置為閑置的NAT資源項。本步驟的作用在于適應業(yè)務板流量的變化，動態(tài)調整業(yè)務板上的NAT 資源，從而實現(xiàn)NAT資源的最大利用，克服現(xiàn)有技術中地址池資源分配存在的資源占用問題和使用不均勻的問題。具體的，在主控板分組保存閑置的NAT資源項和分配給各業(yè)務板的資源項的情況下，本步驟可以通過以下方式實現(xiàn)將該NAT資源項從相應的業(yè)務板資源組中轉移到閑置的NAT資源組中。為了實現(xiàn)主控板和業(yè)務板之間NAT資源項的有效轉移，請參見圖5，可以執(zhí)行以下步驟501、業(yè)務板識別本板當前可分配的NAT資源項；502、當可分配的NAT資源項數(shù)量小于預設的第一閾值時，業(yè)務板向主控板請求獲取一定數(shù)量的NAT資源項，并執(zhí)行步驟S1，使主控板根據各業(yè)務板的請求，執(zhí)行閑置的NAT資源項到相應的業(yè)務板的一次分配；503、當可分配的NAT資源項數(shù)量大于預設的第二閾值時，業(yè)務板向主控板釋放一定數(shù)量的NAT資源項，并執(zhí)行步驟S1，使主控板將各業(yè)務板釋放的NAT資源項重新設置為閑置的NAT資源項。其中，第一閾值和第二閾值可以由管理員根據實際需要進行設置，且上述步驟可以周期性執(zhí)行。通過上述較佳實施例可以看出，當業(yè)務板NAT資源不足時，主控板能夠將NAT資源項分配給業(yè)務板；當業(yè)務板NAT資源項出現(xiàn)過剩，可以將NAT資源返回給主控板，供主控板調配。因此，本技術方案不但可以有效的避免五元組沖突，還可以在分布式環(huán)境下實現(xiàn)根據各個業(yè)務板 NAT業(yè)務量動態(tài)調整各個業(yè)務板上NAT資源分配情況，達到最大化的 NAT資源利用率的目標。更佳的，為了實現(xiàn)高效快速的資源分配，本發(fā)明實施例采用資源塊的方式對NAT資源進行管理，即NAT地址池按連續(xù)的資源塊進行組織，每個資源塊為一些連續(xù)的資源組成。如圖6所示，顯示了以資源塊方式組織時，NAT地址池組織邏輯的一個具體示例。該地址池范圍是(訓丄1.1 100丄U0)，可用端口范圍一共是63K (即 1025到65535)，則以按照公網IP地址順序排列，且每一公網IP地址下按照端口順序排列的方式，可以獲得10X63K的連續(xù)的NAT資源項。對連續(xù)的NAT資源項加以分塊，可以考慮按照每塊1024個資源來進行組織，形成NAT資源i央，在本實施例中，每個NAT資源塊由"IP+端口范圍" 標識；其中，具體大小可以根據具體情況加以調整。每個NAT資源塊由NAT資源塊索引來標識，NAT資源池中資源塊的 NAT資源塊索引從0開始順序進行編號，從而可以通過NAT資源塊索引計算出它所標識的資源范圍。以圖6所示情況為例，NAT資源塊的IP地址= NAT資源塊索弓1/63 +NAT地址池起始地址;NAT資源塊的端口范圍是(NAT 資源塊索引X63X1024， (NAT資源塊索引X63 + 1) X1024 ))。顯然，主控板對于NAT資源項的統(tǒng)一管理，事實上是對NAT資源塊的統(tǒng)一管理。作為一個具體的實施例，步驟Sl中可以以鏈表的形式分組管理 NAT資源塊，如圖7所示。需要指出，具體NAT資源塊組織方式不一定必須是鏈表，這里只是舉例描述思想。在圖7所示實施例中，所有空閑可用的NAT資源塊放到一個空閑資源塊鏈表中管理；當業(yè)務板1向主控板申請NAT資源時，主控板從空閑資源塊鏈表中獲取閑置的NAT資源塊，將其移到業(yè)務板1的資源塊鏈表上同時通過板間通信通知業(yè)務板1;當業(yè)務板1向主控板釋放NAT資源時，將資源塊移動到空閑資源塊鏈表上，即重新設置為閑置的NAT資源塊。通過上述構造，主控板可以方便的實現(xiàn)NAT資源塊的一次分配和回收。同時，NAT資源塊中NAT資源項的二次分配和釋放，則由業(yè)務板進行。作為一個較佳實施例，如圖8所示，為業(yè)務板管理NAT資源塊的示例。業(yè)務板通過指針數(shù)組記錄本板上所有的NAT資源塊，通過第一函數(shù)指向本板當前所分配的NAT資源塊，通過第二函數(shù)記錄本板當前可分配的NAT資源塊數(shù)目。其中，指針數(shù)組ppstNatBlock對應記錄所述業(yè)務板上所有的NAT資源塊，指針不為空對應的都是本業(yè)務板的NAT資源塊；nextavailBlk為第一函數(shù)，用于在NAT資源分配時找到當前可分配用的NAT資源塊;而availblknum 為第二函數(shù)，表示本業(yè)務板可分配的NAT資源塊的個數(shù)，這個函數(shù)用于決定是否向主控板申請NAT資源塊或者釋放NAT資源塊。在業(yè)務板管理NAT資源塊的同時，業(yè)務板還需要對報文流進行NAT資源塊中的NAT資源項的分配，其中，通過為每一NAT資源塊設置的第三函數(shù)指向該NAT資源塊中當前可分配的NAT資源項。作為一個較佳的實施例，業(yè)務板可以按照位圖的形式記錄NAT資源塊中的NAT資源項，通過將相應的bit位置1為所述NAT資源項設置已分配標志，通過將相應的bit位置0為所述NAT資源項取消已分配標志。圖9顯示了一個具體的位圖維護情況，業(yè)務板通過位圖方式為每個NAT 資源塊維護1024個NAT資源項的使用情況；其中，數(shù)組ulPort[32]用于維護1024個NAT資源項的使用狀態(tài)，每個bit代表本塊內的一個NAT資源項 (IP+端口)， ulNextPortWord作為第三函數(shù)，表示下一個可分配的NAT資源項在本塊中的相對位置(ulNextPortWord/32為在數(shù)組ulPort [32]中的偏移位置，ulNextPortWord^32為在數(shù)組元素的bit偏移位置)。上述圖6 圖9示例了采用資源塊形式組織NAT資源項的具體情況，從中可以看出，主控板和業(yè)務板之間進行資源塊的交互而非單獨的NAT資源項的交互，能夠有效的減少業(yè)務板和主控板之間全局維護NAT資源使用所需的交互信息量。同時可以看出，NAT業(yè)務使用的資源分兩步完成，在主控板完成全局 NAT資源塊分配(一次分配)和回收，在業(yè)務板上完成具體NAT資源項的分配(二次分配)和釋放。具體的，業(yè)務板上NAT資源項的二次分配和釋放過程如圖IOA和圖IOB所示。圖10A顯示了業(yè)務板上NAT資源項分配過程的流程圖，包括以下步驟:5211、通過所述第一函數(shù)(nextavai舊lk)獲取當前所分配的NAT 資源塊；5212、找到NAT資源塊后，通過該NAT資源塊中的第三函數(shù) (ulNextPortWord)獲取當前可分配的NAT資源項；5213、將該NAT資源項分配給報文流，并為其設置已分配標志；具體的，可通過以下方法設置已分配標志通過ulNextPortWord/32找到其在資源數(shù)組ulPort[32]中的位置，通過ulNextPortWord^32找到其在數(shù)組元素的bit位置，將此bit位置為1。5214、在該NAT資源塊中査找是否存在下一可分配的NAT資源項，是則，執(zhí)行步驟S215，否則，執(zhí)行步驟S216;5215、將第三函數(shù)(ulNextPortWord)指向所述下一可分配的NAT 資源項；這里的策略是盡量保證后面的資源塊都是空白的，即后續(xù)資源塊中的NAT資源項都沒有被分配，以便于主控塊做回收處理；5216、將第三函數(shù)(ulNextPortWord)指向無效值，標識該NAT資源塊已分配并將第二函數(shù)(availblknum)執(zhí)行減1處理，此外，如果 availblknum小于第一闕值，則向主控板申請新的NAT資源塊，不再贅述；具體的，可通過以下方法標識該NAT資源塊已分配置 ulNextPortWord為全F，表示本塊已經分配完。5217、在指針數(shù)組(ppstNatBlock)中從頭查找可分配的NAT資源塊并將第一函數(shù)(nextavai舊lk)指向它，將該NAT資源塊的第三函數(shù)(ulNextPortWord )指向其一 NAT資源項。圖IOB顯示了業(yè)務板上NAT資源釋放過程的流程圖，包括以下步驟5221、對于報文流釋放的NAT資源項，根據其公網IP和端口號計算相應的NAT資源塊索引標識，以識別其所在的NAT資源塊；其中， NAT資源塊索引=(IPl-地址池首地址)X63 + Portl/1024。資源塊中的偏移位置=Portl°/。1024;5222、為該NAT資源塊中的相應NAT資源取消已分配標志；具體的，可采用以下操作對NAT資源塊中偏移位置對應的bit置0，完成資源釋放處理。5223、識別NAT資源塊的第三函數(shù)(ulNextPortWord)是否指向無效值，是則執(zhí)行步驟S224，否則執(zhí)行步驟S225;5224、說明釋放前該NAT資源塊中沒有可分配的NAT資源，則將第三函數(shù)(ulNextPortWord)指向該NAT資源項，并執(zhí)行步驟S225;5225、識別第一函數(shù)(nextavai舊lk)是否指向無效值，是則執(zhí)行步驟S226，否則執(zhí)行步驟S227;5226、說明釋放前該業(yè)務板中沒有可分配的NAT資源塊，則將第一函數(shù)(nextavai舊lk)指向該NAT資源塊；5227、識別NAT資源塊中是否所有的NAT資源項都己釋放完畢；5228、如果是，取消所述NAT資源塊的已分配標識并將第二函數(shù) (availblknum)執(zhí)行加1處理；此外，如果availblknum大于第二閾值，則向主控板釋放相應的NAT資源塊，不再贅述。本領域普通技術人員可以理解實現(xiàn)上述方法實施例的全部或部分步驟可以通過程序指令相關的硬件來完成，所述的程序可以存儲于一計算機可讀取存儲介質中，該程序在執(zhí)行時，在主控板中統(tǒng)一管理NAT資源項，包括閑置的NAT資源項和已分配給各業(yè)務板的NAT資源項，所述NAT資源項由成對的公網IP和端口構成；以及，執(zhí)行如下步驟51、所述主控板根據各業(yè)務板的請求，執(zhí)行閑置的NAT資源項到相應的業(yè)務板的一次分配；52、所述業(yè)務板執(zhí)行所述主控板分配的NAT資源項到所處理的報文流的二次分配。所述的存儲介質包括ROM/RAM (ReadonlyMemory/Random-Access Memory,只讀存儲器/隨機訪問內存)、磁碟或者光盤等。相應的，本發(fā)明實施例還提供了分布式架構下NAT地址池的自適應分配系統(tǒng)100，適用于由主控板、一個以上業(yè)務板和接口板構成的分布式處理架構，當然，該分布式處理架構中主控板和接口板可以合設。請參考圖11，包括NAT地址池lOl，設置在主控板上，用于保存NAT資源項，包括閑置的NAT資源項和已分配給各業(yè)務板的NAT資源項；該NAT資源項為 "IP+端口"的組合，由成對的公網IP和端口構成，即每一NAT資源項對應NAT地址池101中唯一的公網IP和端口對，而NAT地址池101由一個個連續(xù)的NAT資源項組成。NAT —次分配單元102，設置在主控板上，與NAT地址池101連接，用于根據各業(yè)務板的請求，執(zhí)行閑置的NAT資源項到相應的業(yè)務板的一次分配；由于各業(yè)務板可以根據本板實際處理的報文流情況實時發(fā)出請求，因此報文流量較高的業(yè)務板能夠從主控板獲得較多的NAT資源。NAT二次分配單元103，設置在業(yè)務板上，與NAT—次分配單元的輸出102連接，用于執(zhí)行所分配的NAT資源項到所處理的報文流的二次分配。可以看出，主控板進行全局NAT資源的統(tǒng)一控制，從而避免各個業(yè)務板上NAT處理的五元組沖突；以及，在分布式環(huán)境下實現(xiàn)根據各個業(yè)務板 NAT業(yè)務量來適應性分配NAT資源，從而提高NAT資源的利用率。較佳的，請結合圖12， NAT—次分配單元102還與NAT二次分配單元 103的輸出連接，用于將各NAT 二次分配單元103釋放的NAT資源項重新在NAT地址池101中設置為閑置的NAT資源項，以適應業(yè)務板流量的變化，動態(tài)調整業(yè)務板上的NAT資源，從而實現(xiàn)NAT資源的最大利用，克服現(xiàn)有技術中地址池資源分配存在的資源占用問題和使用不均勻的問題，達到最大化的NAT資源利用率的目標。作為具體的實施例，請參見圖13A 13C。圖13A顯示了 NAT地址池101的一個具體實施例，包括空閑NAT資源組1011，用于保存閑置的NAT資源項；各業(yè)務板NAT資源組1012，用于相應保存已分配給各業(yè)務板的NAT 資源項；資源轉移模塊1013，分別空閑NAT資源組1011、各業(yè)務板NAT資源組1012和NAT —次分配單元102連接，用于將一次分配給業(yè)務板的NAT 資源項從空閑NAT資源組1011中轉移到相應的業(yè)務板NAT資源組1012中，以及，將各業(yè)務板釋放的資源項從相應業(yè)務板NAT資源組1012中轉移到閑置的空閑NAT資源組1011中。較佳的，為了便于NAT資源的管理和分配，減少業(yè)務板和主控板之間的管理信息交互，NAT資源項可以以NAT資源塊的形式加以組織。該NAT 資源塊由對按照公網IP地址順序排列，且每一公網IP地址下按照端口順序排列的連續(xù)NAT資源項進行分塊獲得，且每個NAT資源塊以順序編號的 NAT資源塊索引標識，以便計算其標識的資源范圍。具體示例請結合圖6。在NAT資源項以NAT資源塊的形式加以組織的情況下，空閑NAT資源組1011和業(yè)務板NAT資源組1012都是以NAT資源塊的形式對NAT資源項加以保存，資源轉移模塊1013也是以NAT資源塊為單位，配合一次分配進行NAT資源在主控板內的轉移。為了便于NAT資源項/NAT資源塊的組織，作為一個具體實現(xiàn)方式，該空閑資源組1011和業(yè)務板資源組1012可以為鏈表。圖13B顯示了 NAT —次分配單元102的一個具體實施例，包括NAT—次分配模塊1021，用于根據業(yè)務板的請求，指令NAT地址池101將閑置的NAT資源項設置為已分配給業(yè)務板的NAT資源項，并通過板間通信將該NAT資源信息通知NAT 二次分配單元103;NAT資源回收模塊1022，用于根據業(yè)務板的資源釋放情況，指令 NAT地址池103將各業(yè)務板釋放的NAT資源項重新設置為閑置的NAT 資源項。在NAT資源項以NAT資源塊的形式加以組織的情況下，NAT —次分配模塊1021所分配的，以及NAT資源回收模塊1022所回收的，都是 NAT資源塊。圖13C顯示了 NAT二次分配單元103的一個具體實施例，包括NAT資源模塊1031 ，用于保存NAT —次分配單元102所分配的NAT 資源項；在NAT資源項以NAT資源塊的形式加以組織的情況下，其保存的是NAT資源塊；NAT 二次分配模塊1032，與NAT資源模塊1031連接，用于將本板當前可分配的NAT資源項二次分配給報文流，并為該二次分配的NAT 資源項設置已分配標志；NAT資源釋放模塊1033，與NAT資源模塊1031連接，用于取消報文流釋放的NAT資源項的已分配標志，使其重新成為本板當前可分配的資源項。在NAT資源項以NAT資源塊的形式加以組織的情況下，NAT 二次分配模塊1032和NAT資源釋放模塊1033都是對NAT資源塊內的NAT資源項執(zhí)行操作。特別是，NAT資源模塊1031包括指針數(shù)組，用于記錄業(yè)務板上所有的NAT資源塊；第一函數(shù)塊，用于指向當前所分配的NAT資源塊；第二函數(shù)塊，用于記錄當前可分配的NAT資源塊數(shù)目；同時，該指針數(shù)組的每一個NAT資源塊關聯(lián)有 NAT數(shù)組，用于記錄NAT資源塊中的NAT資源項第三函數(shù)塊，用于指向當前可分配的NAT資源項。從上述實施例可以看出，在NAT資源項以NAT資源塊的形式加以組織的情況下，能夠實現(xiàn)NAT資源的分層管理，即在主控板上完成NAT資源塊的分配，在業(yè)務板上完成具體NAT資源項的分配。較佳的，為了達到高效快速的資源分配，該NAT數(shù)組可以為位圖，相應的bit位置1標志所述NAT資源項已分配，相應的bit位置0標志所述NAT資源項未分配。同時，為了有效的實現(xiàn)NAT資源塊的分配和釋放，NAT二次分配單元 103還可以包括NAT資源控制模塊1034，與NAT資源模塊1031連接，用于識別本板當前可分配的NAT資源項；如果可分配的NAT資源項數(shù)量小于預設的第一閾值，向NAT—次分配單元102請求獲取一定數(shù)量的NAT資源項；如果可分配的NAT資源項數(shù)量大于預設的第二閾值時，向NAT —次分配單元102 釋放一定數(shù)量的NAT資源項。在NAT資源項以NAT資源塊的形式加以組織的情況下，該NAT資源控制模塊1034與NAT資源模塊1031的第二函數(shù)塊連接，以當前可分配的 NAT資源塊數(shù)目作為與第一/第二閾值比較的依據。雖然已參照幾個典型實施例描述了本發(fā)明，但應當理解，所用的術語是說明和示例性、而非限制性的術語。由于本發(fā)明能夠以多種形式具體實施而不脫離發(fā)明的精神或實質，所以應當理解，上述實施例不限于任何前述的細節(jié)，而應在隨附權利要求所限定的精神和范圍內廣泛地解釋，因此落入權利要求或其等效范圍內的全部變化和改型都應為隨附權利要求所涵蓋。2權利要求
1.一種分布式架構下NAT地址池的自適應分配方法，適用于由主控板、一個以上業(yè)務板和接口板構成的分布式處理架構；其特征在于，在主控板中統(tǒng)一管理NAT資源項，包括閑置的NAT資源項和已分配給各業(yè)務板的NAT資源項，所述NAT資源項由成對的公網IP和端口構成；以及，執(zhí)行以下步驟S1、所述主控板根據各業(yè)務板的請求，執(zhí)行閑置的NAT資源項到相應的業(yè)務板的一次分配；S2、所述業(yè)務板執(zhí)行所述主控板分配的NAT資源項到所處理的報文流的二次分配。
2. 根據權利要求1所述的分布式架構下NAT地址池的自適應分配方法，其特征在于，所述步驟Sl還包括所述主控板將各業(yè)務板釋放的 NAT資源項重新設置為閑置的NAT資源項。
3. 根據權利要求2所述的分布式架構下NAT地址池的自適應分配方法，其特征在于，所述主控板分組保存閑置的NAT資源項和分配給各業(yè) 務板的資源項；所述步驟Sl中主控板執(zhí)行閑置的NAT資源項到相應業(yè)務板的一次分配的步驟包括將所述NAT資源項從閑置的NAT資源組中轉移到相應的業(yè)務板資源組中，并通過板間通信通知所述業(yè)務板；所述步驟Sl中主控板將各業(yè)務板釋放的NAT資源項重新設置為閑置的NAT資源項的步驟包括將所述NAT資源項從相應的業(yè)務板資源組中轉移到閑置的NAT資源組中。
4. 根據權利要求3所述的分布式架構下NAT地址池的自適應分配方法，其特征在于，以鏈表的形式分組保存NAT資源項。
5. 根據權利要求2所述的分布式架構下NAT地址池的自適應分配方法，其特征在于，所述步驟S2包括 521、將本板當前可分配的NAT資源項二次分配給報文流，并為所述二次分配的NAT資源項設置已分配標志； 522、對報文流釋放的NAT資源項，取消所述NAT資源項的已分配標志，使其重新成為本板當前可分配的資源項。
6. 根據權利要求2所述的分布式架構下NAT地址池的自適應分配方法，其特征在于，還包括以下步驟501、業(yè)務板識別本板當前可分配的NAT資源項；502、當可分配的NAT資源項數(shù)量小于預設的第一閾值時，所述業(yè) 務板向主控板請求獲取一定數(shù)量的NAT資源項，并執(zhí)行步驟SI;503、當可分配的NAT資源項數(shù)量大于預設的第二閾值時，所述業(yè) 務板向主控板釋放一定數(shù)量的NAT資源項，并執(zhí)行步驟Sl。
7. 根據權利要求1-6任一所述的分布式架構下NAT地址池的自適應分配方法，其特征在于，所述統(tǒng)一管理的NAT資源項以NAT資源塊的形式組織；其中，所述NAT資源塊通過以下步驟獲得以按照公網IP地址順序排列，且每一公網IP地址下按照端口順序排列的方式，設置連續(xù)的NAT資源項；對所述連續(xù)的NAT資源項加以分塊，每個NAT資源塊以順序編號的NAT資源塊索引標識。
8. 根據權利要求7所述的分布式架構下NAT地址池的自適應分配方法，其特征在于，所述步驟SI包括主控板根據各業(yè)務板的請求，將閑置的NAT資源塊分配給相應的業(yè)務板，以及，將各業(yè)務板釋放的NAT資源塊重新設置為閑置的NAT資源塊；所述步驟S2包括業(yè)務板對報文流進行NAT資源塊中的NAT資源項的分配；其中，各業(yè)務板通過指針數(shù)組記錄本板上所有的NAT資源塊，通過第一函數(shù)指向本板當前所分配的NAT資源塊，通過第二函數(shù)記錄本板當前可分配的NAT資源塊數(shù)目，以及，通過為NAT資源塊設置的第三函數(shù)指向所述NAT資源塊中當前可分配的NAT資源項。
9. 根據權利要求8所述的分布式架構下NAT地址池的自適應分配方法，其特征在于，所述步驟S21包括、通過所述第一函數(shù)獲取所述當前所分配的NAT資源塊；、通過所述第三函數(shù)獲取當前可分配的NAT資源項；5213、將所述NAT資源項分配給報文流，并為所述NAT資源項設置已分配標志；5214、在所述NAT資源塊中查找是否存在下一可分配的NAT資源項，是則，執(zhí)行步驟S215，否則，執(zhí)行步驟S216;5215、將所述第三函數(shù)指向所述下一可分配的NAT資源項；5216、將所述第三函數(shù)指向無效值，標識所述NAT資源塊已分配并將所述第二函數(shù)執(zhí)行減1處理；5217、在所述指針數(shù)組中查找可分配的NAT資源塊并將所述第一函數(shù)指向所述NAT資源塊，將所述NAT資源塊的第三函數(shù)指向所述NAT 資源塊中的一NAT資源項；所述步驟S22包括5221、對于報文流釋放的NAT資源項，根據其公網IP和端口號計算相應的NAT資源塊索引標識，以識別其所在的NAT資源塊；5222、為所述NAT資源塊中的相應NAT資源項取消已分配標志；5223、識別所述NAT資源塊的第三函數(shù)是否指向無效值，是則執(zhí)行步驟S224，否則執(zhí)行步驟S225;5224、將所述第三函數(shù)指向所述NAT資源項，并執(zhí)行步驟S225;5225、識別第一函數(shù)是否指向無效值，是則執(zhí)行步驟S226，否則執(zhí) 行步驟S227;5226、將所述第一函數(shù)指向所述NAT資源塊；5227、識別所述NAT資源塊中是否所有的NAT資源都已釋放完畢；5228、如果是，取消所述NAT資源塊的已分配標識并將第二函數(shù)執(zhí) 行加1處理。
10. 根據權利要求9所述的分布式架構下NAT地址池的自適應分配方法，其特征在于，所述步驟S2中，業(yè)務板按照位圖的形式記錄NAT 資源塊中的NAT資源項，通過將相應的bit位置1為所述NAT資源項設置已分配標志，通過將相應的bit位置0為所述NAT資源項取消已分配標志o
11. 一種分布式架構下NAT地址池的自適應分配系統(tǒng)，適用于由主控板、一個以上業(yè)務板和接口板構成的分布式處理架構；其特征在于，包括NAT地址池，設置在所述主控板上，用于保存NAT資源項，包括閑置的NAT資源項和已分配給各業(yè)務板的NAT資源項，所述NAT資源項由成對的公網IP和端口構成；NAT—次分配單元，設置在所述主控板上，與所述NAT地址池連接，用于根據各業(yè)務板的請求，執(zhí)行閑置的NAT資源項到相應的業(yè)務板的一次分配；NAT二次分配單元，設置在所述業(yè)務板上，與所述NAT—次分配單元的輸出連接，用于執(zhí)行所分配的NAT資源項到所處理的報文流的二次分配。
12. 根據權利要求11所述的分布式架構下NAT地址池的自適應分配系統(tǒng)，其特征在于，所述NAT—次分配單元與所述NAT 二次分配單元的輸出連接，用于將各NAT二次分配單元釋放的NAT資源項重新在NAT 地址池中設置為閑置的NAT資源項。
13. 根據權利要求12所述的分布式架構下NAT地址池的自適應分配系統(tǒng)，其特征在于，所述NAT地址池包括空閑NAT資源組，用于保存閑置的NAT資源項；各業(yè)務板NAT資源組，用于相應保存已分配給各業(yè)務板的NAT資源項；資源轉移模塊，分別空閑NAT資源組、各業(yè)務板NAT資源組和NAT 一次分配單元連接，用于將一次分配給業(yè)務板的NAT資源項從空閑NAT 資源組中轉移到相應的業(yè)務板NAT資源組中，以及，將各業(yè)務板釋放的 NAT資源項從相應的業(yè)務板NAT資源組中轉移到空閑NAT資源組中。
14. 根據權利要求13所述的分布式架構下NAT地址池的自適應分配系統(tǒng)，其特征在于，所述空閑NAT資源組和各業(yè)務板NAT資源組為鏈表。
15. 根據權利要求12所述的分布式架構下NAT地址池的自適應分配系統(tǒng)，其特征在于，所述NAT—次分配單元包括NAT—次分配模塊，用于根據業(yè)務板的請求，指令所述NAT地址池將閑置的NAT資源項設置為己分配給業(yè)務板的NAT資源項，并通過板間通信將所述NAT資源信息通知所述NAT 二次分配單元；NAT資源回收模塊，用于指令所述NAT地址池將各業(yè)務板釋放的 NAT資源項重新設置為閑置的NAT資源項。
16. 根據權利要求12所述的分布式架構下NAT地址池的自適應分配系統(tǒng)，其特征在于，所述NAT二次分配單元包括NAT資源模塊，用于保存一次分配的NAT資源項； NAT二次分配模塊，與所述NAT資源模塊連接，用于將本板當前可分配的NAT資源項二次分配給報文流，并為所述二次分配的NAT資源項設置已分配標志；NAT資源釋放模塊，與所述NAT資源模塊連接，用于取消報文流釋放的NAT資源項的已分配標志，使其重新成為本板當前可分配的資源項。
17. 根據權利要求12所述的分布式架構下NAT地址池的自適應分配系統(tǒng)，其特征在于，所述NAT二次分配單元還包括NAT資源控制模塊，與所述NAT資源模塊連接，用于識別本板當前可分配的NAT資源項；如果可分配的NAT資源項數(shù)量小于預設的第一閾值，向所述NAT —次分配單元請求獲取一定數(shù)量的NAT資源項；如果可分配的NAT資源項數(shù)量大于預設的第二閾值時，向所述NAT —次分配單元釋放一定數(shù)量的NAT資源項。
18. 根據權利要求11-17任一所述的分布式架構下NAT地址池的自適應分配系統(tǒng)，其特征在于，所述NAT地址池中的NAT資源項以NAT資源塊的形式組織，其中所述NAT資源塊由對按照公網IP地址順序排列，且每一公網IP地址下按照端口順序排列的連續(xù)NAT資源項進行分塊獲得，且每個NAT資源塊以順序編號的NAT資源塊索引標識；則所述NAT資源模塊包括指針數(shù)組，用于記錄所述業(yè)務板上所有的NAT資源塊；第一函數(shù)塊，用于指向當前所分配的NAT資源塊；第二函數(shù)塊，與所述NAT資源控制模塊連接，用于記錄當前可分配的NAT資源塊數(shù)目；所述指針數(shù)組的每一個NAT資源塊關聯(lián)有 NAT數(shù)組，用于記錄NAT資源塊中的NAT資源項第三函數(shù)塊，用于指向當前可分配的NAT資源項。 19.根據權利要求18所述的分布式架構下NAT地址池的自適應分配系統(tǒng)，其特征在于，所述NAT數(shù)組為位圖，相應的bit位置1標志所述 NAT資源項已分配，相應的bit位置O標志所述NAT資源項未分配。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種分布式架構下NAT地址池的自適應分配方法和系統(tǒng)，適用于由主控板、一個以上業(yè)務板和接口板構成的分布式處理架構。該方法包括在主控板中統(tǒng)一管理由成對的公網IP和端口構成的NAT資源項，包括閑置的NAT資源項和已分配給各業(yè)務板的NAT資源項；主控板根據各業(yè)務板的請求，執(zhí)行閑置的NAT資源項到相應的業(yè)務板的一次分配；業(yè)務板執(zhí)行主控板分配的NAT資源項到所處理的報文流的二次分配。在較佳的實施例中，NAT資源項以資源塊的形式分級管理主控板進行NAT資源塊的分配，業(yè)務板進行NAT資源項的分配。通過本發(fā)明，實現(xiàn)NAT資源的充分利用，避免NAT轉換后五元組的沖突，以及，具有較佳的靈活性和適應性。
文檔編號H04L29/12GK101247421SQ20081008427
公開日2008年8月20日申請日期2008年3月28日優(yōu)先權日2008年3月28日
發(fā)明者常向青, 張雪鋒, 鄒旭東申請人:杭州華三通信技術有限公司

完整全部詳細技術資料下載