CN101268668A - 具有同时本地和外部网络连接的多接口移动节点 - Google Patents

具有同时本地和外部网络连接的多接口移动节点 Download PDF

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CN101268668A CNA2006800341669A CN200680034166A CN101268668A CN 101268668 A CN101268668 A CN 101268668A CN A2006800341669 A CNA2006800341669 A CN A2006800341669A CN 200680034166 A CN200680034166 A CN 200680034166A CN 101268668 A CN101268668 A CN 101268668A
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Abstract

本发明涉及一种用于在分组交换网络中的节点管理的方法，其中第一节点作为第二节点的代理，两个节点都具有网络层地址和链路层地址，在网络层的网络层地址和在链路层的链路层地址都用于在分组交换网络中的通信。该方法包括由该第一节点执行下列步骤：该第一节点从该第二节点接收请求，以接收并转发寻址到该第二节点的网络层地址的分组，从而相同的网络层地址与第一节点和第二节点相关联，而该第一和第二节点具有不同的链路层地址。该第一节点向连接到该分组交换网络的节点通告第一节点链路层地址作为针对该第二节点的网络层地址的目的地地址，而该第二节点不通告。响应于通告，该第一节点接收去往该第二节点的网络层地址、具有该第一节点的链路层地址的分组；利用其链路层地址，把寻址到该第二节点的网络层地址的分组发送到该第二节点。

Description

具有同时本地和外部网络连接的多接口移动节点
技术领域
本发明涉及针对具有多个接口和同时进行本地和外网连接的移动节点的改善服务质量。
背景技术
因特网协议的当前版本(IPv4)已证明是健壮和易于实现的，而且是能共同使用的，并已经过规模改变的考验，最终适用于今天因特网的全球使用范围。自从1981年起，它还没有进行过实质的改变。
存在几个最初设计没有预见到的方面，包括因特网近来的指数增长以至于IPv4地址空间的耗尽，因特网以及因特网骨干维持较大路由表的能力的增长，简单配置的需求，在IP级的安全需求，对数据传送的实时性的更好的支持的需求(服务质量)，以及增加的移动性。
为了处理这些方面，已经开发了所知的IPv6的一套协议和标准。IPv6被设计为IPv4的进化版以及自然的增强。
所有IPv4的路由算法可以用于路由IPv6，唯一的区别在于IPv6的地址是128比特长，而在IPv4中是32比特长。在IPv6中的新路由能力包括供应商选择、主机移动性以及自动重寻址。
用IPv6邻居发现功能，IPv6解决了关于连接于同一链路的节点之间的交互的问题。这其中包括路由器发现、地址解析、下一站确定以及邻居不可到达检测、重定向以及邻居通告。
路由是基于子网前缀以及分组的目标IP地址。因此，当移动节点未连接于其本地链路时，被指定到该移动节点的分组不能到达该移动节点。该本地链路是该移动节点的本地IPv6子网前缀存在的链路。不管移动节点的移动，每次移动节点移动到新链路时，移动节点能够改变其IP地址以继续通信。然而，当该移动节点改变位置时，它不能保持传送以及较高层的连接。因此，当意识到具有计算能力的移动计算机和电话成为未来因特网的主要对象时，IPv6移动性支持尤其重要。
IPv6允许移动节点从一个链路移动到另一个，而无需改变该移动节点的IP地址。IPv6移动性在其本地链路的本地子网前缀内向该移动节点分配IP地址。该地址就是所知的节点的本地地址(HoA)。因此，不管该移动节点连接于因特网的当前点，被路由到该移动节点的本地地址的分组到达它们的目标地，而且在移动到新链路后，该移动节点能够继续与其它节点通信。
原则上，与移动IPv4一样，相同的基本组件也存在于移动IPv6中，除了在移动IPv6中没有外部代理外。当移动节点在本地时，寻址到其本地地址的分组使用传统的因特网路由机制被路由到该移动节点的本地链路。当移动节点移动到外部链路时，该移动节点将接收转交地址(CoA)，然后在漫游中使用该移动节点的新转交地址，向本地地址发送绑定更新。
在该移动节点登录其转交地址之后，本地代理执行代理邻居发现，其意味着该本地代理代表该移动节点组播邻居通告。然后，以IPv6封装将分组发送到该移动节点。
下面的说明基于在IP中使用的标准语言。通常链路层包括在操作***中的设备驱动器以及相应的网络接口卡和计算机。它们一起处理与线缆或所使用的任何类型媒介物理连接的所有硬件细节。网络层处理分组在网络中的移动。例如，在此发生分组的路由。链路层是因特网协议组中的最底层。
在移动IPv6下，即使远离本地时，移动节点(MN)也能够通过其本地地址而被达到。为此，该MN与转交地址(CoA)相关联，该转交地址提供关于该移动节点的当前位置的信息。MN的本地代理(HA)以及对方节点(CN)在缓存中的本地地址与转交地址之间建立绑定，从而指定到该移动节点的分组被直接发送到转交地址。如果MN位于其本地网络中，其注销该转交地址并直接以其本地地址接收分组。
为了使HA为节点截取通信，使用邻居发现协议的代理邻居通告。根据移动IPv6，如果在HA中存在针对MN的绑定的缓存项，该HA发送代理邻居通告，这样，在HA附近的节点的邻居缓存项被更新，所有到MN的通信被发送到HA的链路层地址。
在IETF中，正在进行怎样增强移动IPv6以支持带有多个接口的移动节点的讨论。同时使用多个接口增加了终端的服务质量，并更好地使用了网络容量。
建议在HA中允许带有过滤机制的多个绑定(即每个本地地址多个转交地址)，以在每个流的基础上传递(tunnel)到不同的CoA上(参见图1)。针对这一点，例如，该绑定更新能够包括IPv6首标的流标签作为过滤器。进一步，在绑定更新中引入新比特，以向HA通知多个同时绑定。在图1中，示出了连接到两个外网的MN。该MN已经在HA上注册两个CoA以及过滤参数，并经外网1接收一个流以及经外网2接收另一个流。
本发明所针对的内容是基于下面的一般性假设：
MN至少具有一个本地地址(HoA)以及多个接口
MN希望用多个接口同时使用同一本地地址以传送不同的流
当一个接口被连接到本地网络时，MN也希望使用多个接口
具有连接到该本地链路的多个路由器，即，本地代理不是该本地链路中的唯一路由器
当回到本地网络，即MN的一个接口被连接到该本地链路时，现有技术描述了两个可能的方法。
在第一种方法中，MN向HA发送BU并将其本地地址作为CoA，本地注册比特和有效期被设置为0，以使得其本地代理不再为它截取或传递(tunnel)分组。此时，本地代理从绑定缓存中删除所有绑定，并停止发送代理邻居通告。另一方面，MN开始在本地链路上发送邻居通告，这样，在路由器上的邻居缓存项被改变，所有的通信被直接发送到MN。
在第二种方法中，MN在本地链路上注销对接口的绑定，并停止使用该接口。此时，根据过滤规则，所有先前被发送到被注销的接口的通信被发送到所剩的注册过的接口上。
在两种情形中，MN不可能同时使用本地链路和外部链路。
对于该确定的问题的简单解决方法是：对于MN，即使在其本地链路上时也获得转交地址，而不直接使用本地地址。这样，不发送具有HoA作为CoA的BU，MN在HA上注册CoA并在BU中设置多个绑定位。
另外，需要MN使连接到本地链路的接口上的本地地址无效。
这种解决方法最大的缺点在于，在HA和MN之间的分组都被IP封装，这将导致较高的分组开销，虽然MN被连接到其本地链路上并能够接收直接发送到其HoA的分组。
本发明正是考虑到上述情况而提出的，其目的是即使有一个接口被连接到本地链路，也允许移动节点用多个接口使用一个本地地址，而不增加额外的分组开销。
发明内容
独立权利要求的主题实现了上述目的。本发明的有利实施例是从属权利要求的主题。
为了实现该目的，本发明提供了一种用于在分组交换网络中的节点管理的方法和***，其中第一节点作为第二节点的代理。两个节点都具有网络层地址和链路层地址，在网络层的网络层地址和在链路层的链路层地址都用于在分组交换网络中的通信。该第一节点从该第二节点接收请求，以接收并转发寻址到该第二节点的网络层地址的分组，由此，相同的网络层地址与第一节点和第二节点相关联，而该第一和第二节点具有不同的链路层地址。该第一节点向连接到该分组交换网络的节点通告其链路层地址作为针对该第二节点的网络层地址的目的地地址，而该第二节点不通告。响应于该通告，该第一节点接收去往该第二节点的网络层地址、具有该第一节点的链路层地址的分组，并且，该第一节点利用其链路层地址，把寻址到该第二节点的网络层地址的分组发送到该第二节点。
根据一有利实施例，在把寻址到该第二节点的网络层地址的分组发送到该第二节点期间，该第一节点和第二节点位于具有至少一个接口的同一链路上。
在另一个有利实施例中，该分组交换网络是IP网络。
本发明的另一个有利方面是，该第一节点是本地代理或媒介转换器或防火墙。
在本发明的另一个实施例中，该第二节点是移动节点。
根据另一个有利实施例，IP网络是本地网络。
在本发明的另一个有利实施例中，该移动节点被同时连接到本地网络和外部网络。
在本发明的另一个实施例中，该本地代理把该移动节点的网络本地地址映射到该移动节点的链路层地址。
根据另一个有利实施例，以作为针对该第二节点的网络层地址的目的地地址的该第一节点的链路层地址更新连接到该分组交换网络的节点的邻居缓存。
在本发明的另一个实施例中，停止向连接到该分组交换网络的节点通告该第一节点的链路层地址作为针对该第二节点的网络层地址的目的地地址，以及该第二节点通告其链路层地址作为针对该第二节点的网络层地址的目的地地址。
本发明的另一个实施例涉及用于在分组交换网络中的节点管理的***，其中该分组交换网络包括适于作为第二节点的代理的第一节点，两个节点都具有网络层地址和链路层地址，在网络层的网络层地址和在链路层的链路层地址被用于在分组交换网络中通信。该第一节点适于从该第二节点接收请求，以接收并转发寻址到该第二节点的网络层地址的分组，由此，相同的网络层地址与第一节点和第二节点相关联，而该第一和第二节点具有不同的链路层地址。该第一节点进一步适于向连接到该分组交换网络的节点通告其链路层地址作为针对该第二节点的网络层地址的目的地地址，而该第二节点不通告；响应于该通告，该第一节点进一步适于接收去往该第二节点的网络层地址、具有该第一节点的链路层地址的分组。该第一节点进一步适于利用其链路层地址，把寻址到该第二节点的网络层地址的分组发送到该第二节点。
即使该移动节点通过一个接口与本地链路连接，该本地代理也进行代理邻居通告。为此，对除了本地代理外的其它节点，MN在本地链路上是不可见的。MN向该本地代理通告其链路层地址，而该本地代理把去往该MN的通信转发到MN的链路层地址上。
附图说明
从下面以及正如在附图中所示的本发明各种实施例的更详细的说明中，进一步的特征以及优点将变得明显，其中：
图1示出了在外网中多个链路的使用；
图2示出了本地链路接口在本地代理的注册；
图3示出了在本地网中向移动节点的分组传送；
图4示出了根据本发明实施例的一般情形；以及
图5是根据本发明实施例的流程图。
具体实施方式
下面的段落将说明本发明的各种实施例，以及说明进一步的可替换的结构。
仅为了说明的目的，大部分实施例都是针对IP网络而说明的，并且在后续部分所使用的术语主要涉及IP术语。然而，针对IP架构所使用的术语以及对实施例的说明并不是把本发明的原理和思想限制到这些***中。
本发明涉及一种方法，其中移动节点可以同时使用多个接口，以增加服务质量并更好的利用网络容量。本地网络中的本地代理以及移动节点被增强以支持多个绑定，也允许经一个移动节点接口对外部网络以及经另一个移动节点接口对本地网络的同时使用。
下面将说明解决方案，其中即使一个接口被连接到本地链路，MN也能够用多个接口使用一个本地地址而没有另外的分组开销。为此，改变邻居发现(Neighbor Discovery)，即，即使MN被连接到本地链路而且MN没有向本地地址发送邻居通告，MN的本地代理也进行代理邻居发现。
当MN通过一个接口进入本地网络时，其接收由路由器之一或由本地代理发送的路由器通告。根据前缀，MN检测到这是本地链路。为了向本地代理发送绑定更新，MN必须知道本地代理的链路层地址。如果接收到的路由器通告是由MN的本地代理发送的，并可由本地代理比特组和在所改变的前缀信息选项中的全球IP地址确定，则MN能够通过包含在路由器通告中的源链路层地址选项知道本地代理的链路层链路地址。如果所接收的路由器通告是由另一个路由器发送的，则MN能够以其本地地址作为目标地址向本地代理的被请求节点组播地址和作为IP源地址的未指定地址发送邻居请求。接着，HA将向所有节点组播地址发送包括其链路层地址的邻居通告。
现在，当接收到邻居通告时，MN能够在其邻居缓存项中记录HA的链路层地址并发送BU。在这个绑定更新中，MN包含HoA作为CoA，并另外设置一比特以表示进一步使用多个绑定。这样，HA知道MN被同时连接到外网和本地网，以及HA必须连续地为MN代理邻居发现。
除了针对流的过滤参数外，MN在BU中包括其链路层地址(参见图2)。在图2中，MN在移动后经一个接口被连接到本地网络。MN在本地代理上一起注册其链路层地址和一些过滤参数。然后，本地代理更新其绑定缓存以及其邻居缓存，这样，针对MN的本地地址的项被映射到MN的链路层地址。否则，如果没有包括链路层地址，该本地代理将利用邻居发现协议来确定MN的链路层地址。但是由于本地代理为MN进行代理邻居发现，HA将用其自己的链路层地址来回复而不是用来自MN的链路层地址。
即使MN通过一个接口被连接到本地链路，本地代理也将继续为MN发送代理邻居通告。那意味着在链路上的各节点所接收的邻居通告包括HA的链路层地址，所以在链路上的其它节点的邻居缓存据此而被更新。然后，由相邻节点(例如接入路由器)向移动节点所发送的分组被首先传送到本地代理。
本地代理能够基于绑定缓存项中的过滤器确定在哪个路径上向MN发送这些分组。如果到达HA的分组与MN的HoA以及针对本地接口的过滤器匹配，那么它们不是IP封装的，不会传递至CoA。这些分组被转发到链路层并利用在HA的邻居缓存项中提供的MN的链路层地址，直接转发到MN。这样，没有附加的IP封装开销(参见图3)。
在图3中，本地代理根据过滤参数向移动节点发送通信。一个流经外网传递至移动节点的CoA2，而另一个流被直接发送到连接到本地链路的接口。
也必要对MN进行修改，即，不允许MN答复邻居请求以及发送邻居通告。因此，MN在本地链路上是不可见的，这意味着，除了本地代理，MN对其它节点而言是离线的。
当MN经一个接口被连接到本地链路并希望经该接口向CN发送分组时，其可以直接向默认的输出接入路由器发送这些分组，并把本地地址作为IP源地址。
为此，如果有预定的输出分组，移动节点必须进行下一跳(next-hop)确定，以获知下一跳的IP地址。因此，如果有针对目的地IP地址的项时，先检查目的地缓存。如果没有，MN执行针对前缀列表的最长前缀匹配，以确定该分组的目的地是在线还是离线。如果目的地是离线的，则从默认的路由器列表(例如本地代理)中选择路由器。
一旦知道了下一跳的IP地址，为了关于那个邻居的链路层信息，MN检查该邻居缓存。如果在该邻居缓存中没有记录，MN执行地址解析。但是，由于对于这些邻居，MN在本地链路上一定是不可见的，所以它以非指定地址作为IP源地址(即，本地地址不作为IP源地址)向所请求的节点组播地址发送邻居请求。邻居请求的目标地址被设置为邻居的IP地址。
该邻居将向所有节点地址组播邻居通告。在该邻居通告中，包括目标链路层选项，这样向MN告知该邻居的链路层地址，从而该MN能够更新其邻居缓存。
由于到邻居或经过邻居的通信可能失败，MN应当跟踪MN正向其发送分组的邻居的可到达状态。为此，使用定时器以等待该路径工作正常的肯定确认。在定时器期满之后，MN向该邻居发送单播邻居请求。该邻居以邻居通告向MN的源地址做出响应。由于本地代理的代理邻居通告，本地代理是邻居的邻居通告的接收者。该本地代理必须把该邻居通告发送到MN以确认可到达性。
路由器发送重定向消息，以对特定目的地而重定向主机到更好的下一跳路由器，或者向主机告知目的地实际上是邻居(即，在线)。如果由连接到本地链路的MN的接口所发送的分组触发路由器，以发送重定向消息，那么由于代理邻居通告，由本地代理接收该重定向消息。因此，该本地代理必须把该重定向消息发送到MN，以向该MN通告更好的目的地。
上述的解决方案也可以被用于更一般的情形，其中一个节点为在同一链路上的另一节点执行代码转换或过滤。
现有技术中的代理邻居通告被路由器用于不在链路上的节点。然后，该路由器将接收指定到该不在链路上的节点的分组。如果该节点再次在链路上，它将自己发送邻居通告并接收该分组。
接下来(参见图4)，虽然一特定节点(即在本地网络中除了一个节点(N2)外的所有节点)在链路上，一节点应该作为该特定其它节点的代理，把带有节点N5的IP地址的通信发送到节点N2的链路层地址。节点N2自身必须能够把带有节点N5的IP地址的通信发送到节点N5的链路层地址。在图4中，节点N2接收指向N5的所有通信，并在一些可能的处理之后把这些通信转发到N5。
为此，要求在节点N2的邻居缓存中与在本地网络中的其它节点的邻居缓存中，节点N5的映射是不同的。
另外，节点N2必须以其自己的链路层地址为节点N5发送代理邻居通告，以及不允许节点N5发送邻居通告。
该一般解决方案的关键特征如下所述。一个节点N5请求另一个节点N2接收并转发指定到N5的IP地址的分组。这样，在同一链路上的2个节点(N2和N5)者接收同一IP地址的分组(但具有不同的链路层地址)。这2个节点仅使用它们的正常IP和链路层地址与相互通信。N2以其链路层地址作为目的地地址，为N5的IP地址发送代理邻居通告。而另一个节点N5不发送邻居通告。N2知道N5的链路层地址，并把带有N5的IP地址的分组发送到N5的链路层地址。N5能够通过禁止N2发送代理邻居通告、并经其自己发送邻居通告来接管该接收。
上述的一般情况也在图5的流程图中示出，其中在步骤501中，第一节点从第二节点接收请求，以接收并转发寻址到该第二节点的网络层地址的分组。在步骤502中，该第一节点向连接到分组交换网络的节点通告该第一节点的链路层地址作为针对该第二节点的网络层地址的目的地地址。然后，在步骤503中，响应于通告，该第一节点接收去往该第二节点的网络层地址、具有该第一节点的链路层地址的分组。然后，在步骤504中，该第一节点利用其链路层地址把寻址到该第二节点的网络层地址的分组发送到该第二节点。
本发明的另一个实施例涉及使用硬件和软件实现以上所描述的各实施例。应该认识到，可以使用计算设备(处理器)例如通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑设备等，实现以上所提到的各种方法。也可以通过这些设备的组合执行或实现本发明的各实施例。
另外，也可以通过处理器所执行的软件模块或者直接以硬件实现本发明的各实施例。软件模块和硬件实现的组合也是可行的。软件模块可以被存储在诸如RAM、EPROM、EEPROM、闪存、寄存器、硬盘、CD-ROM、DVD等任何类型的计算机可读存储介质中。

Claims (20)

1、一种用于在分组交换网络中的节点管理的方法，其中第一节点作为第二节点的代理，两个节点都具有网络层地址和链路层地址，在网络层的网络层地址和在链路层的链路层地址都用于在分组交换网络中的通信，该方法包括由该第一节点执行的以下步骤：
从该第二节点接收(501)请求，以接收并转发寻址到该第二节点的网络层地址的分组，从而相同的网络层地址与第一节点和第二节点相关联，而该第一和第二节点具有不同的链路层地址；
向连接到该分组交换网络的节点通告(502)该第一节点的链路层地址作为针对该第二节点的网络层地址的目的地地址，而该第二节点不通告；
响应于该通告，接收(503)去往该第二节点的网络层地址、具有该第一节点的链路层地址的分组；以及
利用其链路层地址，把寻址到该第二节点的网络层地址的分组转发(504)到该第二节点。
2、如权利要求1所述的方法，其中在把寻址到该第二节点的网络层地址的分组转发到该第二节点期间，该第一节点和第二节点位于具有至少一个接口的同一链路上。
3、如权利要求1或2中任何一个所述的方法，其中该分组交换网络是IP网络。
4、如权利要求1至3中任何一个所述的方法，其中该第一节点是本地代理或媒介转换器或防火墙。
5、如权利要求1至4中任何一个所述的方法，其中该第二节点是移动节点。
6、如权利要求3至5中任何一个所述的方法，其中该IP网络是本地网络。
7、如权利要求6所述的方法，其中该移动节点被同时连接到该本地网络和外部网络。
8、如权利要求5至7中任何一个所述的方法，其中该本地代理把该移动节点的网络层本地地址映射到该移动节点的链路层地址。
9、如权利要求8所述的方法，其中以作为针对该第二节点的网络层地址的目的地地址的该第一节点的链路层地址来更新连接到该分组交换网络的节点的邻居缓存。
10、如权利要求1至9中任何一个所述的方法，进一步包括步骤：
停止向连接到该分组交换网络的节点通告该第一节点的链路层地址作为针对该第二节点的网络层地址的目的地地址；以及
接收由该第二节点做出的、第二节点的链路层地址作为针对该第二节点的网络层地址的目的地地址的通告。
11、一种用于在分组交换网络中的节点管理的***，其包括：
第一节点(HA)，适用于作为第二节点(MN)的代理，两个节点都具有网络层地址和链路层地址，在网络层的网络层地址和在链路层的链路层地址被用于在该分组交换网络中的通信，其中：
该第一节点(HA)适于从该第二节点(MN)接收请求，以接收并转发寻址到该第二节点的网络层地址的分组，从而相同的网络层地址与第一节点(HA)和第二节点(MN)相关联，而该第一节点(HA)和第二节点(MN)具有不同的链路层地址；
该第一节点(HA)进一步适于向连接到该分组交换网络的节点通告该第一节点的链路层地址作为针对该第二节点的网络层地址的目的地地址，而该第二节点(MN)不通告；
响应于该通告，该第一节点(HA)进一步适于接收去往该第二节点的网络层地址、具有该第一节点的链路层地址的分组；以及
该第一节点(HA)进一步适于利用其链路层地址，把寻址到该第二节点的网络层地址的分组转发到该第二节点(MN)。
12、如权利要求11所述的***，其中在该第一节点(HA)把寻址到该第二节点的网络层地址的分组转发到该第二节点(MN)的同时，该第一节点(HA)和第二节点(MN)位于具有至少一个接口的同一链路上。
13、如权利要求11或12所述的***，其中该分组交换网络是IP网络。
14、如权利要求11至13中任何一个所述的***，其中该第一节点是本地代理或媒介转换器或防火墙。
15、如权利要求11至14中任何一个所述的***，其中该第二节点是移动节点。
16、如权利要求13至15中任何一个所述的***，其中该IP网络是本地网络。
17、如权利要求16所述的***，其中该移动节点被同时连接到该本地网络和外部网络。
18、如权利要求15至17中任何一个所述的***，其中该本地代理把该移动节点的网络层本地地址映射到该移动节点的链路层地址。
19、如权利要求18所述的***，其中以作为针对该第二节点的网络层地址的目的地地址的该第一节点的链路层地址来更新连接到该分组交换网络的节点的邻居缓存。
20、如权利要求11至19中任何一个所述的***，其中：
该第一节点进一步适于停止向连接到该分组交换网络的节点通告该第一节点的链路层地址作为针对该第二节点的网络层地址的目的地地址；以及
该第二节点进一步适于接收把该第二节点的链路层地址作为针对该第二节点的网络层地址的目的地地址的通告。
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