[发明专利]协议报文的传输方法、家庭网关及运营商级网络转换设备

说明书

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种协议报文的传输方法、家庭网关及运营商级网络转换设备。

背景技术

网络地址转换(Network Address Translation，NAT)属接入广域网(WAN)技术，是一种将私有(保留)地址转化为合法IP地址的转换技术，它被广泛应用于各种类型因特网接入方式和各种类型的网络中。NAT能够解决IP地址不足的问题。

家庭网关是伴随家庭网络概念提出而诞生的，是家庭网络设备汇聚，并与互联网互联的智能接入网关。

运营商级网络转换(Carrier Grade Network Address Translation，CGN)是一种在运营商网络中进行地址信息转换的技术。随着IPv4地址资源的枯竭，运营商迫切需要解决地址资源问题。运营商在内部使用私用(保留)地址，在运营商的因特网的入口处部署CGN设备是其中的一种技术。当用户访问因特网，内部IPv4地址在CGN设备上转换成公网地址，从因特网访问运营商网络，公网地址在CGN设备上转换成运营商的内部地址。

端口控制协议(Port Control Protocol，PCP)是解决NAT内部网络接收入向数据流的一种协议。当NAT内部网络的节点接收外部网络的流量时，如果内部节点没有和该流量的源端进行过连接，那么该流量在NAT设备上被丢弃。当流量经过NAT设备之前，使用PCP技术在NAT设备上建立关于该流量的NAT映射条目，当流量到来时，能够穿过NAT设备而到达到内部接收节点。PCP分为PCP客户端和PCP服务器端，PCP客户端使用PCP请求消息去PCP服务器端申请或者释放NAT映射条目。PCP客户端一般集成到用户终端或者家庭网关上，PCP服务器一般集成到CGN设备上。

典型的家庭网关包括但不限于：家庭SOHO路由器、DSL modem网关、IPTV机顶盒、家庭安全网关等。

典型的CGN设备包括但不限于：业务路由器、宽带接入服务器、防火墙、核心路由器、无线核心网网关GGSN/PGW等。

一些应用在协议载荷中携带客户端的IP地址和传输层端口，当使用NAT设备后会破坏应用的正常运行。应用的客户端向外部网络中的某个节点建立连接后，向外部网络的节点发送携带地址和端口的协议报文。当协议报文通过NAT设备时，报文的IP头部的地址和传输层的端口转换成公网地址和公网端口，但是如果协议载荷中的地址和端口没有转换，那么外部网络的节点从协议消息中解析出地址和端口就属于内部网络，当该节点通过这个地址和端口建立连接时，由于地址指定的目的不可达，所以不会成功建立连接。

对于上述NAT使用中的不足，可以使用一种ALG的技术进行解决。应用级网关(Application Layer Gateways，ALG)是一个软件组件，该组件能够管理特定应用协议，如协议字段的添加、删除和修改等。在NAT上部署ALG，当携带地址信息的协议消息通过NAT时，ALG监听协议报文，解析报文中的各个协议字段，将携带的内部网络地址和传输层端口转换成公网地址和公网端口，并在NAT上生成内部地址、内部端口和公网地址、公网端口相对应的映射条目。当协议消息到达外部网络目的后，目的节点能够解析协议报文中经转换后的公网地址和公网端口。

在NAT上使用ALG存在一些缺点，尤其在运营商级NAT(CGN)上更为明显。ALG的处理是针对特定的应用，如果需要支持一种新的应用，需要升级软件，扩展性较差，而且对运营商级设备频繁升级软件并不现实。再者，ALG一般是软件实现，对于应用协议进行深层处理，加重了NAT设备的负担。在运营商网络中的CGN设备部署在运营商网络到因特网的出口上，运营商网络中客户访问因特网数据流量比较大，如果在CGN上实现ALG，对CGN设备的性能有严重影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种协议报文的传输方法、家庭网关及运营商级网络转换设备，能够在CGN设备上不使用ALG功能的情况下，实现对协议报文载荷中的内部地址和内部端口的信息的转换。

为解决上述技术问题，本发明的一种协议报文的传输方法，包括：

家庭网关监听协议报文，解析出所述协议报文的载荷中的内部地址和内部端口的信息，向运营商级网络转换(CGN)设备申请外部地址和外部端口；

所述家庭网关在接收到所述CGN设备返回的外部地址和外部端口的信息后，将所述协议报文的载荷中的内部地址和内部端口的信息替换为所述外部地址和外部端口的信息，通过所述CGN设备转发所述协议报文。