CN104753793A - 在无状态IPv6配置下有状态管理接入终端的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在无状态IPv6配置下有状态管理接入终端的方法，是在移动路由器端执行，该方法包括以下步骤：与该接入终端建立连接；向该接入终端发送路由器宣告消息，该路由器宣告消息携带用以配置IPv6地址的IPv6前缀；接收从该接入终端发出的首个IPv6包，该IPv6包携带该接入终端所配置的IPv6地址；向该接入终端发出邻居请求消息；从该接入终端接收邻居宣告消息，该邻居宣告消息包含该接入终端的MAC地址；将该IPv6地址、该MAC地址与从IPv4已分配地址池中取得的IPv4地址建立映射关系条目，添加到一映射表中；以及使用该IPv4地址，按照IPv4有状态管理方式管理该接入终端。

Description

在无状态IPv6配置下有状态管理接入终端的方法

技术领域

本发明涉及网络通信领域，更具体地说，涉及在无状态（stateless）IPv6分配机制下有状态（statefull）管理其接入终端的方法。

背景技术

第二代互联网协议IPv4的全球IP地址已经接近枯竭。这一方面是由于地址资源数量的限制，另一方面是随着电子技术及网络技术的发展，有多的产品连入全球因特网。在这样的环境下，有着更丰富地址资源的IPv6应运而生。目前运营商、设备厂商正在将其网络和设备IPv6升级。由于因特网的规模以及网络中数量庞大的IPv4用户和设备，IPv4到IPv6的过渡不可能一次性实现。因此IPv4和IPv6协议间将有很长的共存期间。在目前的路由器中，普遍存在IPv4、IPv6协议栈一起运行的IPv4v6双栈。

IPv6引入了即插即用的新特性，这一特性要求无状态(stateless)地址分配。具体地说，路由器负责广播前缀信息，接入终端通过前缀信息自动配置主机的IPv6地址。

移动MIFI、CPE是共享移动网络的既有路由功能和WIFI功能的小型移动路由器，前者主要用于公共场所，后者偏向于家庭网络。新一代移动路由器基于高速移动通信网络LTE。移动运营商已经明确要求移动MIFI、CPE等设备必须支持IPv6技术，其中无状态IPv6分配是必选项。

矛盾的是，从移动运营商角度来说，要求统计移动MIFI、CPE的流量来作为资费计算的基础。这使得对接入路由器的终端进行有状态管理，比如流量统计、静态IP分配、IP地址过滤是必备的功能。现有IPv4MIFI、CPE设备当然具备这些管理功能，这得益于IPv4分配地址机制本身就是有状态的。而IPv6无状态分配时，由于路由器只负责广播前缀，无法进行前述的有状态管理。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种在无状态IPv6配置下有状态管理接入终端的方法。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提出一种在无状态IPv6配置下有状态管理接入终端的方法，是在移动路由器端执行，该方法包括以下步骤：与该接入终端建立连接；向该接入终端发送路由器宣告消息，该路由器宣告消息携带用以配置IPv6地址的IPv6前缀；接收从该接入终端发出的首个IPv6包，该IPv6包携带该接入终端所配置的IPv6地址；向该接入终端发出邻居请求消息；从该接入终端接收邻居宣告消息，该邻居宣告消息包含该接入终端的MAC地址；将该IPv6地址、该MAC地址与从IPv4已分配地址池中取得的IPv4地址建立映射关系条目，添加到一映射表中；以及使用该IPv4地址，按照IPv4有状态管理方式管理该接入终端。

在本发明的一实施例中，上述方法还包括当该IPv4地址变更时，重新协商IPv4地址并更新该映射表。

在本发明的一实施例中，上述方法还包括如果该接入终端发生地址冲突，在一冲突列表中记录发生冲突的第一IPv6地址；当收到该接入终端在冲突消失后以该第一IPv6地址发出的IPv6包，则将当前配置的第二IPv6地址记录到一备份链表中，并以该第一IPv6地址作为当前地址配置。

在本发明的一实施例中，上述方法还包括：当收到该接入终端再次使用该第二IPv6地址发出的IPv6包，则将当前使用的第一IPv6地址记录到一备份链表中，并以该第二IPv6地址作为当前地址使用。

在本发明的一实施例中，上述方法还包括当接收到IPv6包时，则执行下述流程：以该IPv6包中包含的源地址查询该映射表；如果未查到匹配的条目，则启动一定时器；缓存该IPv6包；进行DHCP协商以取得该IPv4地址；以及在取得该IPv4地址后，处理缓存的IPv6包，当该定时器超时而尚未取得该IPv4地址，则丢弃缓存的IPv6包。

在本发明的一实施例中，上述方法该有状态管理包括流量统计，该流量统计是在处理缓存的IPv6包后执行。

在本发明的一实施例中，上述方法在流量统计之后还包括转发IPv6包。

在本发明的一实施例中，上述方法该有状态管理包括流量统计、包过滤、固定IP地址以及黑名单中的一种或多种。

在本发明的一实施例中，上述方法该有状态管理包括固定IP地址，在收到IPv6包后，该固定IP地址的步骤包括：以该IPv6包中的源IPv6地址所对应的MAC地址查询一固定IP地址表；如果查到匹配的条目，则认定为正确的固定IPv6地址；如果未查到匹配的条目，则查询一DAD冲突列表；如果该DAD冲突列表有匹配记录，则将该源IPv6地址***一备份链表，并将该备份链表中的备份IPv6地址作为固定IPv6地址使用，如果DAD冲突列表没有匹配记录，则查询该备份链表；以及如果该备份链表有匹配记录，则将该备份链表中的备份IPv6地址作为固定IPv6地址配置，而将该源IPv6地址***该备份链表。

在本发明的一实施例中，上述方法向该接入终端发送路由器宣告消息的步骤响应于该接入终端发出的路由器请求消息而执行。

在本发明的一实施例中，上述方法向该接入终端发送路由器宣告消息的步骤是周期性的执行。

本发明由于充分利用现有的IPv4技术方案，对无状态下IPv6节点进行有状态管理。使得有共享移动流量需求的移动路由器MIFI、CPE等设备能够对各接入终端进行搜集使用情况、流量统计、用户定制及资费筹划等状态管理。而且，路由器不增加任何硬件、接入终端不增加额外的软硬件处理及协议改造，能够有效的管理IPv6接入终端。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1示出本发明的示例性实施环境。

图2示出本发明一实施例的有状态管理流程图。

图3示出本发明一实施例的流量统计流程图。

图4示出本发明一实施例的固定IP地址流程图。

具体实施方式

本发明的实施例描述一种在无状态IPv6配置下有状态管理接入终端的方法。也就是说，把无状态的IPv6接入终端通过一种技术手段进行有状态的管理。这样，MIFI、CPE等设备的使用者能够有效、安全的、有计划的管理其连接的设备(笔记本、手机、平板电脑、游戏机等)及运营成本(如资费)。

IPv6的一个重要特点是即插即用，这可以大大减少网络管理成本。但对作为末端直连节点的路由器，尤其移动路由器（如MIFI、CPE）来说，管理其接入终端几乎是必须的。例如，分析各接入终端的使用情况、流量等，从而统计整个MIFI的使用情况。例如，为安全考虑只有指定一些终端才能接入，指定一些终端分配指定的IP地址、IP包过滤、黑名单等等。现有的无状态IPv6地址分配没有这样的技术和方案。

当前IPv4机制下已经比较容易实现有状态管理，向IPv6的过渡和发展在很长一段时间内需要IPv4和IPv6双栈模式。基于这一情形，本发明的实施例是通过在IPv4和IPv6之间建立映射关系，再通过IPv4接入终端的有状态形态去管理IPv6接入终端。

图1示出本发明的示例性实施环境。参考图1所示，一个接入到蜂窝移动通信网络，例如各种模式的3G网络、LTE网络的移动路由器101可以向多个接入终端102a、102b、102c提供路由。移动路由器101与各接入终端102a、102b、102c之间既可以通过有线方式（例如USB连接线）连接，也可以通过无线方式（例如WIFI）连接。移动路由器101可以是MIFI、CPE等路由设备。各接入终端102a、102b、102c例如可以是笔记本、手机、平板电脑、游戏机或者其他需要联网的终端。移动路由器101和各接入终端102a、102b、102c均支持IPv4和IPv6双栈模式。

图2示出本发明一实施例的有状态管理流程图。这一流程是在移动路由器101中实施。参考图2所示，流程包括如下基本步骤：

在步骤201，路由器与接入终端建立连接。

例如，接入终端通过USB方式或者WIFI方式连接到路由器。

在步骤202，向接入终端发送路由器宣告消息(Router Advertisement,RA)。路由器宣告消息携带有用以配置IPv6地址的IPv6前缀。

通过这一消息，路由器向接入终端通告IPv6前缀及自己存在，并告知接入端此前缀可配置为IPv6地址。

根据邻居发现协议，步骤202可以是由路由器响应接入终端发出的路由器请求消息(Router solicitation,RS)而执行，也可以是由路由器主动地周期性执行。

在接入终端会解析RA前缀、DNS等信息，并配置全局IPv6地址及DNS信息。随后通过DAD(NS、NA)检测来确认是否地址唯一性，一旦确认唯一性之后，接入终端IPv6配置完成。下表1是节点IPv6全局地址。

全局IPv6地址	prefix+interface ID
		链路本地IPv6地址	fe80+interface ID

表1

步骤203，接收从接入终端发出的首个IPv6包，该IPv6包携带接入终端所配置的IPv6地址。

步骤204，向接入终端发出邻居请求消息(Neighbor Solicitation,NS)。

步骤205，从接入终端接收邻居宣告消息(Neighbor Advertisement,NA)。邻居宣告消息包含该接入终端的MAC地址。

步骤204及步骤205也是按照邻居发现协议执行。

步骤206，将IPv6地址、MAC地址与从IPv4已分配地址池中取得的IPv4地址建立映射关系条目，添加到一映射表中。

下表2示出IPv4、IPv6、Mac、接入终端映射关系表

终端名	MAC	IPv4地址	IPv6Interface ID
				Intel_Cor	XX:XX:XX:XX:XX:XX	192.168.0.2	8495:e279:a19b:6915
Iphone	YY:YY:YY:YY:YY:YY	192.168.0.3	8495:e279:a19b:6916

路由器使用MAC地址匹配DHCPv4的已分配地址表，并以IPv4地址、IPv6地址形成一个映射表。随后通过IPv6地址可以查找到对应的IPv4地址。

步骤207，使用该IPv4地址，按照IPv4有状态管理方式管理该接入终端。

也就是说，在建立了IPv6地址和IPv6地址后，将可以按照IPv4有状态管理方式来管理IPv6无状态接入。

在步骤206建立了映射关系后，如果由于某种原因，IPv4地址或IPv6地址发生了变化，则需要更新上述映射表。

具体地说，如果IPv4地址发生变更，例如IPv4地址租用时间到期、服务器异常等导致给客户端重分配另一个IPv4地址。这种情况可以延迟更新上述映射表，即重新协商IPv4地址的过程中只清除IPv4地址池，协商结束后再同步上述映射表。

当接入终端IPv6自动配置时，如果发生IP地址冲突，会重新生成InterfaceID，并基于新的Interface ID产生并使用新的IPv6地址（称之为第二IPv6地址）。后续如果发生冲突的两个接入终端相继离开网络后，如果其中一个接入终端再接入网络时，如果尝试原有的Interface ID而不使用新的Interface ID，那么IPv6地址会回到原有的IPv6地址（称之为第一IPv6地址）。为此，本发明的实施例增加一个IPv6Interface ID的备份链表，链表来自于地址自动配置阶段的DAD算法过程中RS、RA包的监听和搜集，如果出现地址冲突，路由器会记录冲突的第一IPv6地址作为备份地址。如果第二IPv6地址DAD再次冲突，那么第二IPv6地址也作为备份地址，依次类推。下表3是备份链表：

表3

在表3中，左侧是接入终端当前使用的IPv6地址，右侧是备份的IPv6地址。

此外，上述接入终端尝试第一IPv6地址时会把当前IPv6地址(第二IPv6地址)作为备份地址***到表3中。这样当接入终端再次接入网络时，可能由于地址冲突又使用了新的IPv6地址（即前述的第二IPv6地址），因为备份列表里已经记录了第二IPv6地址，将当前配置的第一IPv6地址重新记录到前述备份链表中，并以该第二IPv6地址作为当前地址配置。

另外，路由器每次开机后，接入终端第一次接入时，IPv6地址分配可能在IPv4地址分配之前完成，这样导致不能转发对应的IPv6包。在本发明的实施例中，设置由路由器暂时缓存IPv6包，同时开启一个定时器，如果定时器超时而IPv4地址还未分配到，则删除缓存的IPv6包，给源终端返回一个路由器未达到错误包。

在本发明的实施例中，有状态管理可包括流量统计、包过滤、固定IP地址、黑名单等中的一种或多种。

通常而言，为计算资费的目的会包含流量统计。按照IPv4映射表增加IPv6的流量，两个相加得出主机对应的流量。

图3示出本发明一实施例的流量统计流程图。参考图3，流程包括：

在步骤301，收到IPv6包；

在步骤302，以IPv6包中包含的源地址查询前述的映射表；

在步骤303，判断是否查到匹配的条目，如果查到匹配的条目，则直接进入步骤313，进行流量统计，否则进入步骤304；

在步骤304，判断定时器是否启动，如果未启动则进入步骤305，否则进入步骤306；

在步骤305，启动定时器；

在步骤306，判断定时器是否超时，如果超时，进入步骤311，否则进入步骤307；

在步骤307，缓存IPv6包；

在步骤308，进行DHCP协商以取得IPv4地址；

在步骤309，判断定时器是否出现超时告警，如果超时则进入步骤311，否则继续到步骤310；

在步骤310，判断DHCP协商是否成功，如果成功则进入步骤312，否则进入步骤311；

在步骤311，丢弃缓存的IPv6包；

在步骤312，在DHCP协商成功、取得该IPv4地址后，处理缓存的IPv6包；

在此，缓存的IPv6包既包括此次缓存的IPv6包，也包括此前缓存的IPv6包；

在步骤313，进行流量统计；

在步骤314，转发IPv6包。

在本实施例中，定时器的计时可以在一个独立于上述线程的一个单独的线程里完成，当定时超时时，通过例如中断方式通知主线程。

并且，上述线程中的步骤307-310也可以在另一个单独的线程里完成。即在步骤306后，启动该另一线程开始执行步骤307。在此过程中，主线程还会继续接收IPv6包。在步骤309中，可以由主线程向该另一线程通知定时器报警，使该另一线程中止。

过滤IP包一般以下几种方式：目标MAC和源MAC地址过滤、IP协议过滤及目标IP地址和源地址IP过滤。基本上使用上述映射表实施包过滤在本领域普通技术人员的能力之内，在此不展开描述。

固定IP地址是给指定的接入终端和MAC分配固定的IPv6地址。IPv4会维护一个地址配置表，DHCPv4按照此次配表进行分配地址。然而IPv6地址不是路由器来决定的，为了固定一个IPv6地址，可以先记录第一次配置的IPv6地址，后续流程将该地址作为接入终端的固定地址。如果本接入终端使用其他IPv6地址，那么路由器会认为是非法访问，这样达到固定IP地址的目的。

为此，IPv4固定IP地址表修改成跟上述表格一样格式，IPv6默认值为空，第一次配置之后填此项并保存到闪存中。

另外，接入终端可能为了解决冲突问题而产生IPv6地址变化，在此需要考虑并容许这种变化。

图4示出本发明一实施例的固定IP地址流程图。参考图4所示，流程如下：

在步骤401，路由器收到IPv6包。IPv6包中携带了源IPv6地址，即接入终端的IPv6地址。

在步骤402，路由器向接入终端发出邻居请求消息，

在步骤403，路由器从接入终端接收邻居宣告消息。邻居宣告消息包含该接入终端的MAC地址。

在步骤404，使用MAC地址查找固定IP地址表，判定固定IP地址表中是否记录过IPv6地址。当查询结果表明没有该接入终端的记录时，流程跳转到步骤405，否则流程进入查询结果表明存在该接入终端的记录时，流程进入步骤406。

在步骤405，该接入终端不是固定IP地址，作为正常包处理。

在步骤406，进一步判断该记录中的IPv6地址是否为非空。这一判断的意义在于确认IPv6是否是接入终端第一次使用，如果是，则此时记录中还没有IPv6地址（地址为空），流程直接跳到步骤417。如果地址非空，表明接入终端并非第一次使用该地址，进入步骤407。

在步骤407，判断接入终端的IPv6地址与固定IP地址表中的地址是否匹配，如果匹配，则进入步骤408，如果不匹配，则进入步骤409。

在步骤408，认为接入终端的IPv6地址是正确的固定IPv6地址，配置完成。

在步骤409，查询路由器中的DAD冲突列表，确认此接入终端的IPv6地址是否发生过地址冲突。

在步骤410，如果有匹配记录，表明此IPv6地址发生过冲突，进入步骤411，否则表明此IPv6地址未发生过冲突，进入步骤412。

接入终端使用的IPv6地址在DAD冲突列表有匹配记录的原因通常是接入终端经过重启、重新接入后，尝试使用造成冲突的原有IPv6地址（在此称为第一IPv6地址），而这时由于发生冲突的另一接入终端未接入，因此前述的接入终端得以成功地使用第一IPv6地址。但是，路由器中配置的前述的接入终端的IPv6地址实际上是前述的接入终端发生冲突后更改的另一IPv6地址（在此称为第二IPv6地址），因此对路由器来说，接入终端使用的IPv6地址发生了变化。不过，由于路由器中已经在DAD冲突列表中记录了这一冲突以及第一IPv6地址，因此在步骤411，可以将路由器当前配置的第二IPv6地址***备份链表（参见表3）中，而进一步在步骤412将冲突列表中的第一IPv6地址作为固定IPv6地址来配置。

另一方面，接入终端使用第一IPv6地址后，如果重新接入后又发生冲突，可能会再使用第二IPv6地址。这时第二IPv6地址在冲突列表中并没有匹配记录。因此在步骤413，查询备份链表。在步骤414，如果有匹配记录，即进入步骤415，将此第二IPv6地址作为固定IPv6地址来配置，而将当前配置的第一IPv6地址***备份链表中，进行二者的互换。如果没有匹配记录，则在步骤416将接入终端使用的IPv6地址作为非法地址，丢弃其IPv6包。

在步骤417，保存IPv6地址，配置完成。

在步骤418，将配置好的地址保存到闪存中。

黑名单是禁止指定MAC地址的接入终端接入路由器。这一管理直接使用MAC地址过滤即可，和IPv4处理方法一样。

本发明的上述实施例充分利用现有的IPv4技术方案，对无状态下IPv6节点进行有状态管理。使得有共享移动流量需求的移动路由器MIFI、CPE等设备能够对各接入终端进行搜集使用情况、流量统计、用户定制及资费筹划等状态管理。本发明的实施例利用现有的IPv4技术方案，路由器不增加任何硬件、接入终端不增加额外的软硬件处理及协议改造，能够有效的管理IPv6接入终端。

虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (11)

1.一种在无状态IPv6配置下有状态管理接入终端的方法，是在移动路由器端执行，该方法包括以下步骤：

与该接入终端建立连接；

向该接入终端发送路由器宣告消息，该路由器宣告消息携带用以配置IPv6地址的IPv6前缀；

接收从该接入终端发出的首个IPv6包，该IPv6包携带该接入终端所配置的IPv6地址；

向该接入终端发出邻居请求消息；

从该接入终端接收邻居宣告消息，该邻居宣告消息包含该接入终端的MAC地址；

将该IPv6地址、该MAC地址与从IPv4已分配地址池中取得的IPv4地址建立映射关系条目，添加到一映射表中；以及

使用该IPv4地址，按照IPv4有状态管理方式管理该接入终端。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括当该IPv4地址变更时，重新协商IPv4地址并更新该映射表。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

如果该接入终端发生地址冲突，在一冲突列表中记录发生冲突的第一IPv6地址；

当收到该接入终端在冲突消失后以该第一IPv6地址发出的IPv6包，则将当前配置的第二IPv6地址记录到一备份链表中，并以该第一IPv6地址作为当前地址配置。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：

当收到该接入终端再次使用该第二IPv6地址发出的IPv6包，则将当前使用的第一IPv6地址记录到一备份链表中，并以该第二IPv6地址作为当前地址使用。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括当接收到IPv6包时，则执行下述流程：

以该IPv6包中包含的源地址查询该映射表；

如果未查到匹配的条目，则启动一定时器；

缓存该IPv6包；

进行DHCP协商以取得该IPv4地址；以及

在取得该IPv4地址后，处理缓存的IPv6包，当该定时器超时而尚未取得该IPv4地址，则丢弃缓存的IPv6包。

6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，该有状态管理包括流量统计，该流量统计是在处理缓存的IPv6包后执行。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在流量统计之后还包括转发IPv6包。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该有状态管理包括流量统计、包过滤、固定IP地址以及黑名单中的一种或多种。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该有状态管理包括固定IP地址，在收到IPv6包后，该固定IP地址的步骤包括：

以该IPv6包中的源IPv6地址所对应的MAC地址查询一固定IP地址表；

如果查到匹配的条目，则认定为正确的固定IPv6地址；

如果未查到匹配的条目，则查询一DAD冲突列表；

如果该DAD冲突列表有匹配记录，则将该源IPv6地址***一备份链表，并将该备份链表中的备份IPv6地址作为固定IPv6地址使用，如果DAD冲突列表没有匹配记录，则查询该备份链表；以及

如果该备份链表有匹配记录，则将该备份链表中的备份IPv6地址作为固定IPv6地址配置，而将该源IPv6地址***该备份链表。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，向该接入终端发送路由器宣告消息的步骤响应于该接入终端发出的路由器请求消息而执行。

11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，向该接入终端发送路由器宣告消息的步骤是周期性的执行。