基于CGN系统的NAT模块软件设计与实现

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1、武汉邮电科学研究院硕士学位论文基于CGN系统的NAT模块软件设计与实现DesignandImplementationofNATModuleSoftwareBasedonCGNSystem专业：通信与信息系统研究方向：数据通信导师：陈俊强研究生：高腾飞学号：20150011二〇一八年三月独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果：除了文中特别加以标注的地方外，没有任何剽窃、抄袭、造假等违反学术道德、学术规范的行为一，也没有侵犯任何其他人或组织的科研成果及专利。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了

2、明确的说明并表示了谢意。如有任何侵权行为，＇本人愿意为此独立承担全部责任。作者签名：签字曰期：７关干论文使用授权的说明本人全了解武汉邮电科学研究院（烽火科技集团）有关保留、使用学位论文的规￥定，本文知识产权归武汉邮电科学研究院所有，武汉邮电科学研究院有权保留送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅＾同意将本人的学位论文提交中国学术期刊（光盘电子杂志社全文出版并收入《中国学位论文全文数据库ｈ［＝］ＤＷ々开保密一年保密两年注：保密的学位论文在解密后遵守此协议（）签字日期－７作者签名：；／、导师签名：签字曰期：

3、？８＼ｎ武汉邮电科学研究院硕士学位论文摘要在网络技术蓬勃发展的今天，互联网用户及移动终端用户规模日益扩大，网络IPv4地址日益枯竭。与此同时，虽然使用IPv6地址能够从根本上解决网络地址枯竭的问题，但从实际的角度出发，IPv4向IPv6的演进将会是一个浩大又复杂的系统工程。如何更加高效地使用现有的IPv4地址就成了网络运营商及电信设备提供商急需解决的问题。网络地址转换（NAT）技术作为主流的缓解网络地址枯竭的解决方案，能够实现私网地址到公网地址1比1和N比1的转换，极大程度上减少了公网地址的使用。传统的NAT设备虽然能够实现网络地址转换的功能，但考虑到现网中

4、网络流量及转换规模的巨大，转控一体的NAT设备无法高效地对表项进行管理和维护，也无法保证转换的效率。本文立足于传统NAT设备的痛点，利用转控分离的设计思路实现NAT多实例的维护与管理，将NAT管理功能与NAT学习转发功能分别放在控制与转发平面上，实现了电信级NAT（CGN）系统在转发规模以及转发性能上的要求。与此同时，随着网络设备逐步向NFV演进，CGN系统的虚拟化也将逐步成为各大电信设备提供商的主要研究方向。针对这一研究方向，本文所设计的基于FOS软件开发平台的CGN软件系统也将支持在虚拟机上运行。文章首先介绍网络地址过渡技术，比较各过渡技术的优缺点，说明NAT

5、技术在过渡技术中的优越性，阐述CGN系统的NAT原理，CGN关键技术与常见部署方案。接着本文设计一种基于分布式架构的NAT模块，从转控分离的设计思路出发，阐明模块结构与软件实现流程。随后介绍了本文所运用的FOS软件开发平台，基于NAT模块的实现流程设计CGN系统的系统架构，数据结构与主要功能函数和算法。然后基于CGN系统的设计介绍了NAT多实例结构和可靠性的实现原理，从组件创建，命令行功能和NAT映射关系表三个方面实现单实例下的NAT组件。最后测试单实例下的NAT功能、规格及性能，其中主要功能包括静态NAT转换，动态NAT转换及特殊协议报文的NAT转换。测试结果表

6、明本文所实现的单实例NAT组件初步达到了CGN系统的设计要求。关键词：分布式；转控分离；CGN；NAT；多实例I武汉邮电科学研究院硕士学位论文AbstractWiththerapiddevelopmentofnetworktechnology,thenumberofInternetusersandmobileterminalusersisexpandingdaybyday,andthenetworkIPv4addressesaredepleting.Atthesametime,althoughtheuseofIPv6addressescanfundamentall

7、ysolvetheproblemofnetworkaddressexhaustion,butfromapracticalpointofview,theevolutionofIPv4toIPv6willbeavastandcomplexsystemengineering.HowtouseexistingIPv4addressesmoreefficientlyhasbecomeanissuethatnetworkoperatorsandtelecomequipmentprovidersurgentlyneedtosolve.Asamainstreamsolutiont

8、oaddr