CN111226427B - 避免以太网类型pdu的arp广播期间的寻呼风暴的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

公开了用于在用户面功能(UPF)实体处获取地址解析协议(ARP)/IPv6邻居缓存而不对遍历的每个报文执行深度报文检测的方法和装置。本发明背后的原理是通过查找UPF实体中内置的ARP/IPv6邻居缓存，由UPF实体本身响应来自任何以太网客户端(UE或UE后的客户端或DN中的客户端)的ARP广播/ICMPv6邻居恳求多播，无论UPF实体充当核心以太网交换机还是核心以太网交换机在DN中。该方案被简化为始终在UPF处拦截ARP并基于本地ARP/IPv6邻居缓存对其进行响应。

Description

避免以太网类型PDU的ARP广播期间的寻呼风暴的方法和装置
本申请要求于2017年8月14日提交的申请号为IN201741028886、名称为“避免以太网类型PDU的ARP广播期间的寻呼风暴的方法和装置”的印度专利申请的优先权，所有这些通过引用整体并入本文。
技术领域
本文描述的主题一般涉及无线通信网络，尤其涉及避免通信网络中的地址解析协议广播期间的寻呼风暴。更具体地，涉及用于在UPF处获取ARP/IPv6邻居缓存而不对遍历的每个报文执行深度报文检测的方法和装置。
背景技术
地址解析协议(address resolution protocol,ARP)是因特网协议(Internetprotocol,IP)使用的一种协议，用于将IP网络地址映射到数据链路协议使用的硬件地址。术语地址解析是指在网络中查找计算机地址的过程。使用协议来“解析”地址，其中由在本地计算机上执行的客户端进程将一条信息发送到在远程计算机上执行的服务器进程。服务器接收的信息允许服务器唯一地识别网络***(其中该网络***的地址是所需的)，从而提供所需地址。当客户端从服务器收到包含所需地址的响应时，完成地址解析过程。
特别地，ARP将IP地址映射到在本地网络中识别的物理机器地址(也称为媒体访问控制(media access control)或MAC地址)。该协议作为OSI网络和OSI链路层之间接口的一部分在网络层下操作。通常称为ARP/IPv6邻居缓存(ARP/IPv6 Neighbour cache)的表格用于维护每个MAC地址与其对应的IP地址之间的相关性。ARP提供了用于形成此相关性并提供两个方向上的地址转换的协议规则。
因此，数据链路层使用ARP来提供两个基本功能：1)将IPv4地址解析为MAC地址，以及2)维护MAC到IP地址的缓存表。要将名称解析为IP地址，使用DNS服务；要将IP地址解析为MAC以太网地址，使用ARP服务。
对于IPv6，采用邻居发现(neighbour discovery)协议，其工作方式类似于ARP，但其不是将请求作为广播发送到整个LAN，而是发送到链路本地多播地址。
***维护此ARP查找表，其中存储有关哪些IP地址与哪些MAC地址关联的信息。当试图将报文发送到一IP地址时，***将首先查询此表以查看它是否已知道MAC地址。如果有缓存值，则不使用ARP。如果在ARP表中找不到该IP地址，***将使用ARP协议向网络发送广播报文，询问“谁拥有192.168.1.1”。因其是广播报文，其被发送到具体MAC地址，从而使得网络上的所有机器接收它。具有所请求的IP地址的任何机器将使用“我是192.168.1.1”的ARP报文进行回复，并且其包括可以接收针对该IP的报文的MAC地址。
协议数据单元(protocol data unit,PDU)是在网络的对等实体之间作为单元传送的信息，包含控制信息、地址信息或数据。在分层***中，PDU表示在给定层的协议中规定的数据单元，其由协议控制信息和用户数据组成。PDU是与OSI模型的初始四层相关的重要术语。在层1中，PDU是比特，在层2中是帧，在层3中是报文，在层4中是数据段。在层5及以上，PDU被称为数据。在5G网络的背景下，PDU会话是指在5G移动节点和网络之间建立的会话，用于承载IPv4或IPv6类型或以太网帧或任何非结构化类型的数据。因此，在5G网络中，当前3GPP已经定义了三种类型的PDU会话，即，IP PDU会话类型、以太网PDU会话类型和非结构化PDU会话类型。
3GPP正在讨论在5G架构中引入以太网PDU类型，其中用户设备(user equipment,UE)可以向5G核心网络请求以太网PDU类型，并且5G核心网络分配充当PDU锚点的用户面功能。该锚点UPF将充当通过该以太网PDU连接到同一LAN的所有UE的核心以太网交换机。如果连接到同一LAN中的以太网PDU的客户端涉及3GPP网络以外(即数据网络，称为DN)的客户端，那么在这种情况下，该DN中的以太网交换机可以充当该LAN的核心以太网交换机。在这种情况下，该UPF充当连接3GPP网络中的客户端的叶交换机之一。该UPF将把从3GPP网络中的以太网PDU客户端接收的以太网帧通过隧道传输到该DN中的此核心以太网交换机。
UE还可以充当以太网桥，允许UE后的客户端通过3GPP网络连接，其中UE充当本地交换机。重要的是，UE和/或UE后的客户端(用于桥接模式操作)如何获得其层3(IP)地址超出了3GPP的范围。
在传统的WLAN网络中，避免对所有WLAN客户端进行ARP广播是由WLAN控制器通过构建ARP/IPv6邻居缓存来处理的。这里，WLAN控制器托管L3地址管理功能或动态主机配置协议(dynamic host configuration protocol,DHCP)服务器，并且还参与数据面。
参考https://www.cisco.com/c/en/us/td/docs/wireless/controller/74/ configuration/guides/consolidated/b_cg74_CONSOLIDATED/b_cg74_CONSOLIDATED_ chapter_01100011.html，其中已经公开了无线LAN控制器目前充当ARP请求的代理。在收到ARP请求后，控制器以ARP响应进行响应，而不是将请求广播到每个WLAN客户端。这种情况有两个优点，即向客户端发送ARP请求的上游设备将不知道客户端的位置，并且保持了电池供电设备如移动电话和打印机的电量，因为它们不必响应每个ARP请求。
另外参考(通过深度报文检测的)DHCP监听和构建ARP/IPv6邻居缓存(DHCPSnooping(Through Deep Packet Inspection)And Building ARP/IPv6 NeighbourCache)，其可从http://packetlife.net/blog/2010/aug/18/dhcp-snooping-and- dynamic-arpinspection/获取，其中已经公开了DHCP监听允许Catalyst交换机遍历层2数据段检测DHCP流量并跟踪有哪些IP地址已分配给哪些交换机端口上的主机。此信息可用于一般故障排除，但专门用于辅助其他两项功能，即IP源防护和动态ARP检测。这些功能有助于缓解层2访问边缘的IP地址欺骗。
值得注意的是，监听L3地址分配(如DHCP监听)和直接从交换机回复ARP请求已经是有线LAN和无线LAN中的现有技术。
通信网络可以是4G LTE或5G网络。然而，基于蜂窝5G的以太网PDU会话和以太网LAN网络的独特之处在于蜂窝网络可能具有数百万用户，并且其中许多用户可能在某时都处于CM-IDLE状态。在锚点交换机(例如UPF实体)上通过每报文检测为如此多的用户会话进行DHCP监听的计算量是非常大的，并且它会在正常报文转发的支出周期内占用交换机的计算资源。此外，对于核心以太网交换机位于DN中和L3地址管理服务器(DHCP)位于DN中的情况，该DN中客户端的DHCP流量将不会遍历UPF。因此，在这种情况下，UPF不能监听DHCP报文。
此外，现有技术尚未在3GPP中讨论或解决以下问题，其中在UE和/或UE后的客户端以某种方式获得其层3地址(IP地址)之后，UE执行ARP请求或邻居发现协议请求以发现同一LAN中的其他UE/客户端的以太网MAC地址，并且该ARP请求/邻居发现协议(neighbourdiscovery protocol,NDP)请求由无线电接入网络(radio access network,RAN)通过隧道传送到核心网络用户面功能(user plane function,UPF)实体。此后，存在两种可能性，即：
场景1：如图1所示，如果UPF实体充当以太网交换机，它将广播ARP或多播NDP到LAN中的每个UE/客户端。由于UE通过隧道连接到通信网络，这样的广播/多播将导致在每个隧道上发送单独的ARP/NDP消息。
场景2：如图2所示，如果UPF实体后的数据网络(DN)充当以太网交换机，则UPF实体将把来自UE或UE后的客户端的ARP或NDP请求转发到DN，然后核心以太网交换机将在L2广播地址上发回ARP请求或在链路本地多播地址上发回NDP邻居恳求(neighboursolicitation)请求，这将导致UPF实体向LAN中的每个UE发送ARP或邻居恳求请求。
如果许多UE处于CM-IDLE状态，这会导致网络中大量的寻呼风暴。当数据网络名称(data network name,DNN)后的客户端也成为LAN的一部分并发出ARP/NDP(邻居发现协议)邻居恳求时，也会发生类似的问题。值得注意的是，寻呼或定位是网络发起端点位置查询的过程。它通过向所有小区发送信标(广播消息)来实施，以便使其中一个小区可以定位用户(IP地址)。处于CM-IDLE状态的UE向网络注册但没有建立信令连接。进一步地，UE如何获得其MAC地址和上层地址(IP)也超出了3GPP的范围。
因此，需要在UPF实体处构建ARP缓存/IPv6邻居缓存，而不对遍历的每个报文执行深度报文检测以监听DHCP请求，使得该ARP缓存/IPv6邻居缓存可用于避免5G网络中针对以太网PDU发出ARP请求或邻居恳求请求期间的寻呼风暴，以消除网络资源不必要的占用和浪费。
值得注意的是，从交换机中的本地ARP/IPv6邻居缓存响应ARP，而非向LAN中的每个节点广播，是众所周知的机制。因此，本发明所解决的目标技术问题是通过在UPF实体本身中构建ARP缓存/IPv6邻居缓存来避免5G网络中ARP广播/NDP多播期间的寻呼风暴。
避免5G网络中ARP广播/NDP多播期间的寻呼风暴的上述需求仅旨在提供传统***/机制/技术的一些问题的概述，并无意列举详尽。在阅读以下描述后，传统***/机制/技术上的其他问题以及本文所述的各种非限制性实施例的相应益处会变得更加明确。
发明内容
提供该发明内容是为了介绍与用于避免5G网络中以太网类型PDU的ARP广播/NDP多播期间的寻呼风暴的方法有关的构思，在下面的详细描述中对其进行进一步描述。本发明内容并非旨在标识所要求保护的主题的必要特征，也并非旨在用于确定或限制所要求保护的主题的范围。
本发明的一个目的是在UPF实体中构建ARP缓存/IPv6邻居缓存而不对遍历的每个报文进行深度报文检测，从而可以使用ARP缓存/IPv6邻居缓存来避免ARP广播/NDP多播。
本发明的另一个目的是提供一种用于会话管理功能(session managementfunction,SMF)实体的机制，以获知UPF实体中的哪个隧道的目的地指向哪个MAC地址。
本发明的另一个目的是更新UPF实体中存在的ARP/IPv6邻居缓存。
本发明的另一个目的是由DN更新UPF实体中的ARP/IPv6邻居缓存。
本发明的又一个目的是通过提供一种锚点UPF实体来解决以上技术问题，该锚点UPF实体在L3地址管理功能位于SMF实体或DN处时充当核心以太网交换机。
本发明的又一个目的是通过提供一种DN来解决以上技术问题，该DN在L3地址管理功能位于SMF实体或DN处时充当核心以太网交换机。
本发明的又一个目的是在充当核心以太网交换机的UPF实体处提供深度报文检测(DPI)。
本发明的又一个目的是在充当核心以太网交换机的DN处提供深度报文检测(DPI)。
本发明的又一个目的是提供来自UE的无故地址解析协议(gratuitous addressresolution protocol,GARP)或因特网控制消息协议版本6(Internet control messageprotocol version 6,ICMPv6)邻居通告(neighbour advertisement)以更新以太网交换机ARP缓存/IPv6邻居缓存。
本发明的又一个目的是避免以太网类型PDU的ARP广播/NDP多播期间的寻呼风暴。
根据本发明的第一方面，提供了一种在用户面功能(UPF)实体处获取用于终端用户设备的隧道中所见的层2(L2)地址的方法，所述方法包括以下步骤：所述UPF实体接收来自会话管理功能(SMF)实体的请求，所述请求用于请求通知由所述UPF实体在所述隧道上检测到的任意源L2地址；所述UPF实体在所述隧道上检测具有新的源L2地址的L2报文；所述UPF实体将在所述隧道上检测到的新的源L2地址发送给所述SMF实体；其中所述UPF实体和终止于终端用户设备的网络之间的隧道由会话管理功能(SMF)实体向所述UPF实体发起的用户面建立消息建立并与以太网类型协议数据单元(PDU)会话相关联；其中所述UPF实体处建立的所述隧道朝向接入网络(access network,AN)或数据网络(DN)。
在第一方面的一个实施方式中，本发明提供了一种用于所述SMF实体获知所述UPF实体中的哪个隧道的目的地指向哪个MAC地址的方法。
根据本发明的第二方面，提供了一种由会话管理功能(SMF)实体更新用户面功能(UPF)实体中的地址解析协议(ARP)缓存/IPv6邻居缓存的方法，所述方法包括以下步骤：所述SMF实体向所述UPF实体发送第一请求消息以更新所述ARP缓存/IPv6邻居缓存；其中所述第一请求消息包括更新ARP/IPv6邻居缓存消息、L3地址和L2地址映射；所述UPF实体用所述L2地址映射更新所述ARP缓存/IPv6邻居缓存；更新所述ARP缓存/IPv6邻居缓存后，所述UPF实体向所述SMF实体发送第一响应更新消息。
在第二方面的一个实施方式中，本发明提供了一种更新UPF实体中内置的ARP缓存/IPv6邻居缓存的方法。所述SMF实体向所述UPF实体发出N4 UPF配置更新请求，并携带所述更新ARP/IPv6邻居缓存命令以及所述L3地址到L2地址映射。所述UPF实体用提供的映射更新所述ARP/IPv6邻居缓存，并发送用户面UPF配置更新响应。
根据本发明的第三方面，提供了一种由数据网络(DN)的L3地址管理功能更新用户面功能(UPF)实体中的地址解析协议(ARP)/IPv6邻居缓存的方法，所述方法包括以下步骤：所述DN向网元功能(network element function,NEF)实体发送第一更新消息；其中所述第一更新消息包括L2地址和L3地址映射；所述NEF实体确定指示哪个会话管理功能正控制所述UPF实体的本地配置；所述NEF实体将所述第一更新消息发送到至少一个会话管理功能。
在第三方面的一个实施方式中，本发明提供了一种由所述DN更新所述UPF实体中内置的ARP/IPv6邻居缓存的方法。当所述L3地址管理功能位于所述DN处时，所述DN采用该方法向所述SMF实体通知所述L2地址到L3地址映射，以便所述SMF实体可以更新所述UPF实体中的ARP/IPv6邻居缓存。
根据本发明的第四方面，提供了一种在会话管理功能(SMF)实体中执行L3地址管理功能以更新用户面功能(UPF)中的地址解析协议(ARP)/IPv6邻居缓存的方法，其中所述UPF实体是核心以太网交换机，所述方法包括以下步骤：所述UPF实体从终端用户设备接收包括层2(L2)上的第一请求消息的第一请求消息，所述消息包括所述终端用户设备的源媒体访问控制；所述UPF实体将所述第一请求消息转发给所述SMF实体；所述SMF实体向所述UPF实体发送第一响应消息；所述UPF实体向所述终端用户设备转发所述第一响应消息；所述SMF实体向所述UPF实体发送第一请求更新消息，以更新所述ARP/IPv6邻居缓存；其中所述第一请求更新消息包括更新ARP/IPv6邻居缓存消息、L3地址和L2地址映射；所述UPF实体用所述L2地址映射更新ARP/IPv6邻居缓存；更新所述ARP/IPv6邻居缓存后，所述UPF实体向所述SMF实体发送第一响应更新消息。
在第四方面的一个实施方式中，本发明提供所述SMF实体处的L3地址管理功能，用于以太网PDU会话以及LAN中的UE/DN后的客户端。所述L3地址管理功能可以是DHCP服务器或IPv6地址分配功能。
根据本发明的第五方面，提供了一种在会话管理功能(SMF)实体中执行层3(L3)地址管理功能以更新用户面功能(UPF)实体中的地址解析协议(ARP)/IPv6邻居缓存的方法，其中数据网络(DN)是核心以太网交换机，所述方法包括以下步骤：所述核心以太网交换机从所述终端用户设备接收包括层2(L2)上的第一请求消息的第一请求消息，所述消息包括所述终端用户设备的源媒体访问控制；所述核心以太网交换机向所述SMF实体转发所述第一请求消息；所述SMF实体向所述核心以太网交换机发送第一响应消息，以提供L3地址分配；其中所述第一响应消息包括由所述SMF转发的所述L3地址分配；所述核心以太网交换机向所述终端用户设备转发所述第一响应消息；如本发明第一方面所指示的，所述SMF获取UPF实体处用于所述终端用户设备的所述L2地址；所述SMF实体向所述UPF发送第一请求更新消息以更新所述ARP/IPv6邻居缓存；其中所述第一请求更新消息包括更新ARP/IPv6邻居缓存消息、L3地址和L2地址映射；所述UPF实体用所述L2地址映射更新所述ARP/IPv6邻居缓存；更新所述ARP/IPv6邻居缓存后，所述UPF实体向所述UPF实体发送第一响应更新消息。
在第五方面的一个实施方式中，本发明提供了一种在所述DN分配L3地址时在所述UPF实体处更新ARP/IPv6邻居缓存的方法。
根据本发明的第六方面，提供了一种在数据网络(DN)分配层3(L3)地址时在用户面功能(UPF)实体处更新地址解析协议(ARP)/IPv6邻居缓存的方法，其中所述UPF实体是核心以太网交换机，所述方法包括以下步骤：会话管理功能(SMF)实体请求通知由所述UPF实体检测到的任意源层2(L2)地址；其中所述L2地址是由所述UPF实体在用于所述UPF实体处UE的隧道上或者在用于所述DN中的客户端的隧道上检测的；所述UPF实体在所述隧道上检测具有新的源L2地址的L2报文；所述UPF实体将在所述隧道上检测到的新的源L2地址发送给所述SMF实体；所述DN向所述SMF实体发送包括L2地址和L3地址映射的第一更新消息；所述SMF实体将包括L2地址和L3地址映射的所述第一更新消息转发给所述UPF实体，以更新所述ARP/IPv6邻居缓存；更新所述ARP/IPv6邻居缓存后，所述UPF实体向所述SMF实体发送第一响应更新消息。
在第六方面的一个实施方式中，本发明提供了一种在所述DN分配L3地址时在所述UPF实体处更新ARP/IPv6邻居缓存的方法。
根据本发明的第七方面，提供了一种执行无故地址解析协议(gratuitousaddress resolution protocol,GARP)/ICMPv6邻居通告以更新以太网交换机ARP/IPv6邻居缓存的方法，所述方法包括以下步骤：应用层发起设备触发消息请求，以通过网元功能(NEF)实体为3GPP用户设备(UE)发起GARP/ICMPv6邻居通告；其中所述设备触发请求消息包括外部ID以表示用户设备(UE)；如果所述外部ID属于有效UE，则所述NEF实体将所述设备触发请求消息转发给接入管理功能(access management function,AMF)实体；所述AMF实体将所述设备触发请求消息转发给终端用户设备；所述终端用户设备向所述AMF实体发送设备触发响应消息；所述AMF实体将所述设备触发响应消息转发给所述NEF实体；所述NEF实体将所述设备触发响应消息转发给所述应用层；所述用户设备在接收到所述设备触发消息时发起GARP/ICMPv6邻居通告消息。
在第七方面的一个实施方式中，本发明提供一种执行无故地址解析协议(GARP)/ICMPv6邻居通告以更新以太网交换机ARP/IPv6邻居缓存的方法。UE/UE后的客户端/DN中的客户端在获知层3地址之后，执行无故ARP/ICMPv6邻居通告以更新所述以太网交换机(可以是UPF实体或所述UPF实体后的DN)ARP/IPv6邻居缓存。通过这种方式所述交换机获知所述ARP/IPv6邻居缓存，其中所述UE可以通过上述设备触发消息触发，为其自身或其后的客户端发起所述GARP/IPv6邻居通告，而所述DN中的客户端通过超出3GPP范围的某些应用手段触发。
根据本发明的第八方面，提供了一种网元，用于获取用于终端用户设备的隧道中所见的层2(L2)地址，所述网元包括：处理器单元，用于在所述隧道上检测具有新的源L2地址的L2报文；收发器模块，用于接收关于请求通知在所述隧道上检测到的任意源L2地址的请求；所述收发器模块还用于发送在所述隧道上检测到的新的源L2地址；存储器单元，可操作地耦合到所述处理器单元和所述收发器模块；其中所述网元和终止于所述终端用户设备的网络之间的隧道由会话管理功能(SMF)实体向所述网元发起的用户面建立消息建立并与以太网类型协议数据单元(PDU)会话相关联；其中所述网元处建立的隧道朝向接入网络(AN)或数据网络(DN)。
根据本发明的第九方面，提供了一种网络功能实体，用于通过L3地址管理功能更新网络装置中的地址解析协议(ARP)/IPv6邻居缓存，所述网络功能实体包括：处理单元，用于确定指示哪个会话管理功能(SMF)正控制所述网络装置的本地配置；收发器模块，用于接收第一更新消息；其中所述第一更新消息包括L2地址和L3地址映射；所述收发器模块还用于将所述第一更新消息发送到至少一个SMF。
与现有技术相比，本发明避免了5G网络中ARP广播/NDP多播期间不必要地占用和耗费网络资源的寻呼风暴。本发明建议在UPF实体处构建ARP/IPv6邻居缓存，而不对遍历的每个报文执行深度报文检测。
以上关于第一实施方式提及的各种选项和优选实施例也适用于其他实施方式。
附图说明
参考附图进行详细描述。在附图中，参考编号最左边的数字标识首次出现该参考编号的图。相同的数字贯穿附图使用来表示相同的特征和组件。
图1示出了根据本主题的问题的一实施例的网络部署场景，其中UPF实体充当以太网交换机并向LAN中的每个UE广播ARP/多播ICMPv6邻居恳求。
图2示出了根据本主题的问题的另一实施例的网络部署场景，其中DNN充当以太网交换机并向LAN中的每个UE广播ARP/多播ICMPv6邻居恳求。
图3示出了根据本主题一实施例的SMF实体构建MAC地址到N4会话映射的过程。
图4示出了根据本主题另一实施例的ARP/IPv6邻居缓存更新过程。
图5示出了根据本主题另一实施例，通过NEF、SMF实体将MAC、L3地址映射从DN更新到UPF实体。
图6示出了根据本主题另一实施例的当UPF实体是核心以太网交换机时SMF实体中的L3地址管理功能和UPF实体中ARP/IPv6邻居缓存的更新。
图7示出了根据本主题另一实施例的当核心以太网交换机在DN中时该DN中的L3地址管理功能和UPF实体中ARP/IPv6邻居缓存的更新。
图8示出了根据本主题另一实施例的当UPF实体是核心以太网交换机时UPF实体处的深度报文检测和ARP/IPv6邻居缓存构建。
图9示出了根据本主题另一实施例的DN中的核心交换机和充当到DN的隧道节点的UPF实体。
图10示出了根据本主题另一实施例的UE，其执行无故ARP或ICMPv6邻居通告以更新ARP/IPv6邻居缓存。
图11示出了根据本主题另一实施例的网络装置。
图12示出了根据本主题另一实施例的网络功能实体。
应理解，附图的目的是说明本发明的构思，可能未按比例绘制。
具体实施方式
本发明可以以多种方式实施，作为过程、装置、***、物质组合、计算机可读介质例如计算机可读存储介质、或其中程序指令通过光学或电子通信链路发送的计算机网络。在本说明书中，这些实施方式或本发明可以采用的任何其他形式都可以称为技术。一般而言，可以在本发明的范围内改变所公开过程的步骤的顺序。
下面提供本发明的一个或多个实施例的详细描述以及说明本发明原理的附图。本发明结合这些实施例进行了描述，但是本发明不限于任何实施例。并且本发明包括许多替换、修改和等效物。在以下描述中阐述了许多具体细节，以便提供对本发明的透彻理解。提供这些细节是出于示例的目的，并且可以在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下根据本公开来实践本发明。为了清楚起见，没有详细描述与本发明相关的技术领域中已知的技术材料，以免不必要地模糊本发明。
在以下详细描述中，阐述了许多具体细节以便提供对本发明的透彻理解。然而，本领域技术人员可以理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践本发明。在其他情况下，没有详细描述众所周知的方法、过程和组件、模块、单元和/或电路，以免模糊本发明。
尽管本发明的实施例在这方面不受限制，但是利用诸如“处理”、“计算”、“测算”、“确定”、“建立”、“分析”、“检查”等术语进行的讨论可以指代计算机、计算平台、计算***或其他电子计算设备的操作和/或过程，其将表示为计算机寄存器和/或存储器内的物理(例如，电子)量的数据操作和/或转换为类似地表示为计算机寄存器和/或存储器或可存储指令的其他信息非瞬时性存储介质内的物理量的其他数据以执行操作和/或过程。
尽管本发明的实施例在这方面不受限制，但是这里使用的术语“多个”和“很多”可以包括例如“多个”或“两个或更多个”。在整个说明书中可能使用术语“多个”或“很多”来描述两个或更多个组件、设备、元件、单元、参数等。除非明确说明，否则本文描述的方法实施例不限于特定顺序或序列。另外，所描述的方法实施例或其元件中的一些可以在同一时间点或同时发生或同时执行。
本发明在于在UPF实体上构建ARP/IPv6邻居缓存而不对遍历的每个报文执行深度报文检测，以使ARP/IPv6邻居缓存可用于避免5G网络中以太网类型PDU的ARP广播/ICMPv6邻居恳求多播期间的寻呼风暴。
在本发明中，公开了用于在UPF实体处构建ARP/IPv6邻居缓存的方法。
虽然已经公开了用于在用户面功能(UPF)实体处构建地址解析协议(ARP)/IPv6邻居缓存而不对遍历网络的每个报文执行深度报文检测的方法的各方面，但是本发明可以在任意数量的不同计算***、环境和/或配置中实施，实施例在以下示例性***、设备/节点/装置和方法的上下文中进行了描述。
此后，借助于示意图和一个或多个示例解释本公开的实施例。然而，提供这样的示意图和示例的目的是为了说明，以便更好地理解本公开，不应该被解释为对本公开范围的限制。
在以太网中，网络设备之间的通信需要以太网地址或MAC地址。此类设备向包含48比特或6个八位字节的以太网地址、包含32比特或4个八位字节的IPv4地址、包含128比特或16个八位字节的IPv6地址发送报文或从其接收报文。ARP处理两种报文：ARP请求和ARP回复。当发送方想知道目的地IP节点的MAC地址时，它将ARP请求广播到网络中的每个主机。目的地节点以单播模式通过ARP回复向发送方发送带有MAC地址的回复。类似地，对于IPv6情况，邻居发现处理两种报文：ICMPv6邻居恳求，作为多播发送到连接到链路层多播网络的所有设备；以及ICMPv6邻居通告，作为单播回复发送到发起该ICMPv6邻居恳求的设备。
UE与数据网络之间的关联提供PDU连接服务。关联类型可以是IP、以太网或非结构化的。3GPP正在讨论在5G架构中引入以太网PDU类型，以便UE可以向该5G核心网络请求以太网PDU类型。
对于使用以太网PDU会话类型建立的PDU会话，会话管理功能(SMF)实体和充当PDU会话锚点的UPF实体可以支持与PDU会话携带以太网帧的事实相关的特定行为。对于该PDU会话，5G核心网络(5GC)不向UE分配MAC或IP地址。
SMF实体是网元或网元中执行会话建立、修改和释放的逻辑模块，包括UPF实体和AN节点之间的隧道维护、UE IP地址分配和UP功能的管理选择和控制、对于与外部DN交互的支持(用于传输由外部DN等进行PDU会话授权/认证的信令)。SMF实体基于所选择的PDU类型执行IP地址管理过程。如果选择IPv4 PDU类型，则将IPv4地址分配给UE。类似地，如果选择了IPv6 PDU类型，则分配IPv6前缀。
UPF实体是网元或网元中处理PDU会话的用户面路径的逻辑模块。提供数据网络接口的UPF实体支持PDU会话锚点的功能。SMF实体向UPF实体发送的用于PDU会话的流量检测和路由信息与用于流量的检测和路由的网络实例相关联。对于不同的PDU会话，UPF实体可以由单个SMF或多个SMF控制。SMF实体使用UPF实体流量检测能力来控制流量报告、QoS强制和流量路由。
在5G架构中引入以太网PDU类型允许UE向5G核心网络请求以太网PDU类型，并且5G核心网络分配充当PDU锚点的用户面功能。该锚点UPF实体将充当通过以太网PDU连接到同一LAN的所有UE的核心以太网交换机。UE还可以充当以太网桥，允许UE后的客户端通过3GPP网络连接，其中UE充当本地交换机。
如3GPP TS 23.501第5.6.10.2条最新草案中捕获的当前协议，对于以太网PDU，SMF实体不参与任何地址分配。UE如何获得其MAC地址和上层地址(IP)超出了3GPP的范围，UE和/或UE后的客户端(用于桥接模式操作)如何获得其层3(IP)地址也超出了3GPP的范围。
本发明背后的原理是通过查找UPF实体中内置的ARP/IPv6邻居缓存，由UPF实体本身响应来自任何以太网客户端(UE或UE后的客户端或DN中的客户端)的ARP广播/ICMPv6邻居恳求多播，无论UPF实体充当核心以太网交换机还是核心以太网交换机在DN中。该方案被简化为始终在UPF实体处拦截ARP/ICMPv6邻居恳求并基于本地ARP/IPv6邻居缓存对其进行响应。
值得注意的是，如上所述，从交换机中的本地ARP/IPv6邻居缓存响应ARP/ICMPv6邻居恳求而非向LAN中的每个节点广播/多播是众所周知的机制。因此，本发明关注如何在UPF实体本身中构建ARP/IPv6邻居缓存。
作为终端用户，例如UE/UE后的客户端/DN中的客户端，以太网客户端执行ARP/ICMPv6邻居恳求请求以发现在同一LAN中的其他UE/UE后的客户端/DN中的客户端的以太网MAC地址，其中该ARP/ICMPv6邻居恳求请求由RAN通过隧道传送到核心网络UPF实体，此后，存在两种可能性。如图1所示，第一种场景是指，如果UPF实体充当以太网交换机，它将向LAN中的每个UE广播ARP/邻居恳求。如图2所示，第二种场景是指，如果UPF实体后的DN充当以太网交换机，则UPF实体将ARP/ICMPv6邻居恳求转发到DN，然后DN将在L2广播地址上发回ARP广播/在L2多播地址上多播ICMPv6邻居恳求(这将导致UPF实体向LAN中的每个UE发送ARP/ICMPv6邻居请求)。值得注意的是，如果许多UE处于CM-IDLE状态，则这些场景中的每个都会在网络中导致大量的寻呼风暴。当DNN后的客户端也成为LAN的一部分并发出ARP/ICMPv6邻居恳求时，也存在类似的问题。值得注意的是，图1和图2中的图示是针对ARP提供的，而这些问题也适用于当ICMPv6邻居恳求处于多播时的IPv6邻居发现。没有为IPv6邻居发现提供单独的说明，本领域技术人员会理解ARP和IPv6邻居发现这两种背景下的说明。
为解决5G网络中以太网类型PDU的ARP广播/ICMPv6邻居恳求多播期间发生的至今尚未在3GPP中讨论或解决的寻呼风暴问题，在第一实施方式中，本发明提供了一种在用户面功能(UPF)实体处获取用于终端用户设备的隧道中所见的层2(L2)地址的方法，该方法包括以下步骤：UPF实体接收来自会话管理功能(SMF)实体的请求，该请求用于请求通知由UPF实体在该隧道上检测到的任意源L2地址；UPF实体在该隧道上检测具有新的源L2地址的L2报文；UPF实体将该隧道上检测到的新的源L2地址发送给SMF实体；其中UPF实体和终止于该终端用户设备的网络之间的隧道由会话管理功能(SMF)实体向UPF实体发起的用户面建立消息建立并与以太网类型协议数据单元(PDU)会话相关联；其中UPF实体处建立的该隧道朝向接入网络(AN)或数据网络(DN)。
在该实施方式中，本发明提供了一种供SMF实体获知UPF实体中的哪个隧道的目的地指向哪个MAC地址的方法。
连接到通信***(例如通过UE连接到5G***(5GS))的LAN上的实体可以由DN分配IP地址，但这并没有定义。因此，很明显，SMF实体不知道UPF实体中的哪个隧道(可以是N3隧道或朝向DN的隧道)用于将流量路由到哪个(些)MAC地址。SMF需要具有这种知识，尤其是对于以太网PDU会话的L3地址管理功能不与SMF实体在一起的情况(即，DHCP/IPv6路由器不与SMF实***于同一位置)。
图3根据本主题的第一实施例示出了SMF实体构建MAC地址到N4会话映射的过程，用于在UPF实体处构建ARP/IPv6邻居缓存的端到端解决方案。在SMF实体建立N4会话并且已经向UPF实体通知要创建的隧道(N3隧道或朝向DN的隧道)之后，SMF实体发送N4消息以向UPF实体订阅每当在UPF实体处创建的隧道上见到新的源MAC地址时通知SMF实体。此类订阅应针对与以太网类型PDU会话相关联的N4会话完成。
值得注意的是，N4会话类似于SMF实体使用N4建立请求消息在接入网络和UPF实体之间或在UPF实体与DN之间为PDU会话建立的隧道。因此，“隧道”在UPF实体与AN之间或在UPF实体和DN之间。SMF实体所完成的是建立该隧道的信令消息(N4建立请求)。
特别地，为每个PDU会话或朝向DN的每个隧道在SMF和UPF之间建立会话。在SMF和UPF之间交换使用与该PDU会话相关的这些会话参数。例如，为了使SMF实体获知在PDU会话隧道/朝向DN的隧道上见到哪个MAC地址，需要将所见的MAC地址的有关信息通过该会话从UPF携带到SMF。
因此，SMF实体可仅当以太网PDU会话的L3地址管理功能在SMF实体之外(即，在DN中)时才订阅该通知。当UPF实体在隧道上见到具有新MAC地址的L2报文时，UPF实体立即向SMF实体通知针对该N4会话所见的新MAC地址。
这种方法的一个优点是，作为由DN更新UPF实体中的ARP/IPv6邻居缓存的一部分，如果NEF实体没有配置哪个UPF实体由哪个(些)SMF实体控制，它最终会将<L3地址，MAC地址>、UPF地址映射转发给所有SMF实体。因此，从UPF实体获得源MAC通知的SMF实体将是可以更新UPF实体的唯一SMF实体。
这种方法的另一个优点是，作为由DN更新UPF实体中的ARP/IPv6邻居缓存的一部分，如果核心以太网交换机在DN中并且UPF实体不充当核心以太网交换机，那么L3地址管理功能无法通过接收的DHCP/IPv6 SLAAC请求获取UPF实体地址。此外，如果发送L3地址发现请求的客户端在DN中(而不是UE或UE后的客户端)，则该请求将完全不通过UPF实体。因此在这种情况下，L3地址管理功能不能向SMF实体提供任何UPF实体地址。因此，SMF实体可以找到哪个UPF实体要更新ARP/IPv6邻居缓存的唯一方法是通过采用本发明的第一实施方式。
在第二实施方式中，本发明提供了一种由会话管理功能(SMF)实体更新用户面功能(UPF)实体中的地址解析协议(ARP)/IPv6邻居缓存的方法，该方法包括以下步骤：SMF实体向UPF实体发送第一请求消息以更新ARP/IPv6邻居缓存；其中该第一请求消息包括更新ARP/IPv6邻居缓存消息、L3地址和L2地址映射；UPF实体用L2地址映射更新ARP/IPv6邻居缓存；更新ARP/IPv6邻居缓存后，UPF实体向SMF实体发送第一响应更新消息。
在该实施方式中，本发明提供了一种更新UPF实体中内置的ARP/IPv6邻居缓存的方法。SMF实体向UPF实体发出N4 UPF配置更新请求，并携带更新ARP/IPv6邻居缓存命令以及L3地址到L2地址映射。UPF使用提供的映射更新ARP/IPv6邻居缓存，并发送N4 UPF配置更新响应。
图4根据本主题的第二实施例示出了SMF实体如何在UPF实体中更新ARP/IPv6邻居缓存。SMF实体向UPF实体发出N4 UPF配置更新请求，并携带更新ARP/IPv6邻居缓存命令以及L3地址到L2地址映射。UPF实体使用提供的映射更新ARP/IPv6邻居缓存，并发送N4UPF配置更新响应。
在第三实施方式中，本发明提供了一种由数据网络(DN)的L3地址管理功能更新用户面功能(UPF)实体中的地址解析协议(ARP)/IPv6邻居缓存的方法，该方法包括以下步骤：DN向网元功能(NEF)实体发送第一更新消息；其中该第一更新消息包括L2地址和L3地址映射；NEF实体确定指示哪个会话管理功能正控制UPF实体的本地配置；NEF实体将该第一更新消息发送到至少一个会话管理功能实体。
在该方法中，在向NEF实体发送该第一更新消息之前，该方法执行以下步骤：UPF实体发送包括动态主机配置协议(DHCP)请求或因特网协议版本6(IPv6)路由器恳求的第一请求消息至DN中的L3地址管理功能；该L3地址管理功能分配L3地址；DN向UPF实体发送包括L3地址分配命令的第一响应消息。该第一更新消息可选地包括从其接收L3地址发现请求的UPF实体的第二标识符。如果没有可用的本地配置或者在该第一更新消息中没有接收到UPF实体的标识符，则NEF实体将该第一更新消息转发到网络中的所有SMF实体。该L3地址分配命令包括DHCP请求或IPv6路由器恳求。
在该实施方式中，本发明提供了一种由DN更新UPF实体中内置的ARP/IPv6邻居缓存的方法。当L3地址管理功能在DN处时，DN采用该方法向SMF实体通知L2地址到L3地址映射，以便SMF实体可以更新UPF实体中的ARP/IPv6邻居缓存。
图5根据本主题的第三实施例示出了从DN到UPF实体并经由NEF实体、SMF实体更新MAC、L3地址映射。当由DN更新UPF实体中的ARP/IPv6邻居缓存时，如果L3地址管理功能位于DN处，则需要由DN将L2地址到L3地址映射通知给SMF实体的过程，以便SMF实体可以更新UPF实体中的ARP/IPv6邻居缓存。
一旦DN中的L3地址管理功能从客户端接收到由UPF实体通过隧道传送的L3地址分配请求，DN中的L3地址管理功能就充当应用程序，并使用下面的详细说明来更新NEF实体：
1.更新<MAC地址，L3地址映射>的请求以及(如果可用时)从其接收到L3地址发现请求的UPF实体的标识符。这意味着UPF实体标识符是可选的。在核心以太网交换机位于DN中的某些情况下，DN中的L3地址管理功能可能不可用。
2.如果NEF实体具有哪个(些)SMF实体正控制UPF实体的本地配置，NEF实体仅将该更新请求转发给那个(些)SMF实体。否则它将发送给所有SMF实体。
3.如果从NEF实体到SMF实体接收到UPF实体标识符，那么SMF实体可以通过采用本发明的第二实施方式直接更新该UPF实体上的ARP/IPv6邻居缓存。
4.如果没有从NEF实体到SMF实体接收到UPF实体标识，则在更新UPF实体中的ARP/IPv6邻居缓存时，只有之前(通过当SMF实体获知到UPF实体中的哪个隧道的目的地指向哪个MAC地址时定义的通知)已经获知哪个UPF实体已经见过该MAC地址的SMF实体会按照定义将该ARP/IPv6邻居缓存更新请求转发到相应UPF。
值得注意的是，当L3地址管理功能在SMF实体处时，以太网PDU会话以及LAN中的UE/DN后的客户端的L3地址管理功能位于该SMF实体本身。该L3地址管理功能可以是DHCP服务器或IPv6 SLAAC管理功能。在这种场景下，有两种情形需要考虑。
情形1：UPF实体是核心以太网交换机
情形2：核心以太网交换机位于DN中。
在第四实施方式中，本发明提供了一种在会话管理功能(SMF)实体中执行L3地址管理功能以更新用户面功能(UPF)实体中的地址解析协议(ARP)/IPv6邻居缓存的方法，其中该UPF实体是核心以太网交换机，该方法包括以下步骤：UPF实体从终端用户设备接收包括层2(L2)上的第一请求消息的第一请求消息，该消息包括该终端用户设备的源媒体访问控制；UPF实体将该第一请求消息转发给SMF实体；SMF实体向UPF实体发送第一响应消息；UPF实体向该终端用户设备转发该第一响应消息；SMF实体向UPF实体发送第一请求更新消息，以更新该ARP/IPv6邻居缓存；其中该第一请求更新消息包括更新ARP/IPv6邻居缓存消息、L3地址和L2地址映射；UPF实体用L2地址映射更新ARP/IPv6邻居缓存；更新ARP/IPv6邻居缓存后，UPF实体向SMF实体发送第一响应更新消息。
在该方法中，第一请求消息是动态主机配置协议(DHCP)请求，终端用户设备是用户设备或用户设备后的客户端。
在该实施方式中，本发明提供位于SMF实体处的L3地址管理功能，用于以太网PDU会话以及LAN中的UE/DN后的客户端。L3地址管理功能可以是DHCP服务器或IPv6 SLAAC管理功能。
情形1的方案1：
图6示出了对于情形1当SMF实体分配L3地址时，在UPF实体处更新ARP/IPv6邻居缓存的呼叫流程顺序。当SMF实体接收DHCP请求或IPv6路由器恳求时，该DHCP请求或IPv6路由器恳求在UPF实体将其接收的以太网PDU照原样通过隧道传送给SMF实体时在L2以太网帧上接收。SMF实体从该L2帧识别客户端的源MAC。SMF实体通过发送DHCP响应/IPv6路由器通告将L3地址分配给客户端之后，SMF实体通过采用本发明的第二实施方式更新UPF实体中的ARP/IPv6邻居缓存。
在第五实施方式中，本发明提供了一种在会话管理功能(SMF)实体中执行层3(L3)地址管理功能以更新用户面功能(UPF)实体中的地址解析协议(ARP)/IPv6邻居缓存的方法，其中数据网络(DN)是核心以太网交换机，该方法包括以下步骤：核心以太网交换机从终端用户设备接收包括层2(L2)上的第一请求消息的第一请求消息，该消息包括该终端用户设备的源媒体访问控制；核心以太网交换机向SMF实体转发该第一请求消息；SMF实体向核心以太网交换机发送第一响应消息，以提供L3地址分配；其中该第一响应消息包括由SMF转发的L3地址分配；核心以太网交换机向终端用户设备转发该第一响应消息；如本发明第一实施例所指示的，SMF获取UPF实体处的终端用户设备的L2地址；SMF实体向UPF发送第一请求更新消息，以更新ARP/IPv6邻居缓存；其中该第一请求更新消息包括更新ARP/IPv6邻居缓存消息、L3地址和L2地址映射；UPF实体用L2地址映射更新ARP/IPv6邻居缓存；更新ARP/IPv6邻居缓存后，UPF实体向SMF实体发送第一响应更新消息。
在该方法中，第一请求消息是动态主机配置协议(DHCP)请求，终端用户设备是用户设备或用户设备后的客户端。
在该实施方式中，本发明提供了一种在DN分配L3地址时在UPF实体处更新ARP/IPv6邻居缓存的方法。
情形2的方案1：
当核心以太网交换机在DN中时，L3地址分配请求仍将携带发送它的客户端的源MAC地址到达SMF实体。因此，如上所述的情形1的方案也适用于该情形。
上文公开的两种方案的优点在于它们完全受3GPP控制，从而使运营商能够通过采用落入3GPP网络控制范围内的方案来保护其网络免受寻呼风暴的影响。进一步地，这些方案不是计算密集型的，因此不会不必要地占用网络资源。
当L3地址管理功能在DN处时，有两种情况需要考虑。
情形1：UPF实体是核心以太网交换机
情形2：核心以太网交换机位于DN中。
在第六实施方式中，本发明提供了一种当数据网络(DN)分配层3(L3)地址时更新用户面功能(UPF)实体中的地址解析协议(ARP)/IPv6邻居缓存的方法，其中该UPF实体是核心以太网交换机，该方法包括以下步骤：会话管理功能(SMF)实体请求通知由UPF实体检测到的任意源层2(L2)地址；其中该L2地址是由UPF实体在用于UPF实体处UE的隧道上或者在用于DN中客户端的隧道上检测的；UPF实体在该隧道上检测具有新的源L2地址的L2报文；UPF实体将在该隧道上检测到的该新的源L2地址发送给SMF实体；DN向SMF实体发送包括L2地址和L3地址映射的第一更新消息；SMF实体将包含L2地址和L3地址映射的第一更新消息转发给UPF实体，以更新ARP/IPv6邻居缓存；更新ARP/IPv6邻居缓存后，UPF实体向SMF实体发送第一响应更新消息。
在该方法中，在订阅关于UPF实体在隧道上检测到的任意源L2地址的通知之后，该方法执行以下步骤：终端用户设备向UPF实体发送包括DHCP请求或IPv6路由器恳求的第一请求消息；UPF实体将包括DHCP请求或IPv6路由器恳求的该第一请求消息转发给DN。
在该方法中，将在该隧道上检测到的新的源L2地址通知于交换机之后，该方法执行以下步骤：DN向UPF实体发送包括DHCP响应或IPv6路由器通告的第一响应消息；UPF实体将包括DHCP响应或IPv6路由器通告的该第一响应消息转发给终端用户设备。
重要的是，该终端用户设备是用户设备或用户设备后的客户端。该隧道是UPF实体处的N4建立和隧道建立，并与以太网类型协议数据单元(PDU)会话相关联。
在该实施方式中，本发明提供了一种当DN分配L3地址时在UPF实体处更新ARP/IPv6邻居缓存的方法。
情形1的方案2：
图7示出了对于情形1当DN分配L3地址时在UPF实体处更新ARP/IPv6邻居缓存的呼叫流程顺序。这里，对于每个N4会话，SMF实体向UPF实体订阅每当UPF实体在与该N4会话相关联的UPF实体隧道上见到新的MAC时通知它。当UPF实体在给定隧道(可能携带DHCP请求/IPv6 RS)上见到具有特定源MAC地址的第一L2报文时，UPF实体通过采用本发明的第一实施方式来通知SMF实体。
当DN中的L3地址管理功能接收DHCP请求或IPv6路由器恳求时，该DHCP请求或IPv6路由器恳求在UPF实体将其接收的以太网PDU照原样通过隧道传送给DN时在L2以太网帧上接收。DN从该L2帧识别客户端的源MAC。DN通过发送DHCP响应/IPv6路由器通告将L3地址分配给客户端之后，DN首先通过采用本发明的第三实施方式来针对<L2地址，L3地址>映射更新SMF实体。一旦接收到它，SMF实体采用本发明的第二实施方式更新UPF实体中的ARP/IPv6邻居缓存。
情形2的方案2：
对于核心以太网交换机在DN中的情形2，L3地址分配请求仍将携带发送它的客户端的源MAC地址到达DN中的L3地址管理功能。因此，如上所述的情形1的方案也适用于该情形。
上文公开的两种方案的优点在于它们完全受3GPP控制，从而使运营商能够通过采用落入3GPP网络控制范围内的方案来保护其网络免受寻呼风暴的影响。进一步地，这些方案不是计算密集型的，因此不会不必要地占用网络资源。
值得注意的是，本发明中公开的两种方案不影响UE或任何其他3GPP网络功能。最重要的是，UPF实体/DN中的核心交换机不需要获知UE的连接管理(connectionmanagement,CM)状态。进一步地，无论哪个客户端发送ARP，都可以从ARP/IPv6邻居缓存本身发送对ARP的响应。
重要的是，还可以在UPF实体处执行深度报文检测(DPI)。这里，无论L3地址管理服务在何处运行(SMF实体或DN)，MAC地址到L3地址映射都是由用户面实体(UPF或DN中的以太网交换机)通过深度报文检测来获知的。已经存在用于有线和无线LAN以太网的交换机处DPI以及ARP/IPv6邻居缓存的获知。
图8示出了当UPF实体是核心以太网交换机时，UPF实体处的深度报文检测和ARP/IPv6邻居缓存构建。当锚点UPF实体充当核心以太网交换机时，锚点UPF实体拦截UE/UE后的客户端/DN中的客户端与UPF实体后的L3地址分配服务器(例如，DHCP服务器)之间交换的L3地址发现报文。通过该拦截，UPF实体获知哪个IP地址被分配给哪个L2 MAC并构建ARP/IPv6邻居缓存。此处所需的报文检测很少，因为不需要任何状态检测或复杂的层7协议逻辑。随后，当任意客户端发送ARP请求时，UPF实体本身都会响应该ARP。UPF实体代表拥有ARP请求中发送的IP地址的实体来响应发送ARP的任意客户端。
图9示出了DN中的核心交换机和UPF实体充当到DN的隧道节点。这里，当锚点UPF实体将以太网报文通过隧道传送到DNN并且DNN具有用于LAN的核心以太网交换机时，UPF实体仅充当到UPF实体后的DN中的以太网交换机的隧道节点。对L3地址发现报文(例如，DHCP或IPv6 SLAAC)的拦截以及ARP/IPv6邻居缓存的构建可以在DN中完成。当UE发送ARP请求时，UPF实体会将该请求通过隧道传送到DN。DN本身通过从ARP/IPv6邻居缓存返回结果来响应ARP请求。
重要的是，当UPF实体是核心以太网交换机或当核心以太网交换机在DN中时，可以考虑是否可以仅为UE和UE后的客户端构建ARP/IPv6邻居缓存。然而，充当核心交换机的UPF实体(用于情形1)和充当核心交换机的DN(用于情形2)也许并不能确切地获知哪个MAC地址属于UE和UE后的客户端以及哪个MAC地址属于DN中的客户端。
该方案的一个优点是它不需要任何信令到诸如SMF实体、UPF实体和NEF实体的3GPP网元。其缺点是采用报文监听和深度报文检测是计算密集型的。UPF/DN中的核心以太网交换机需要对每个报文执行DPI以监听哪个报文携带DHCP/IPv6 SLAAC地址分配。这会浪费影响转发性能的交换机处的CPU周期。进一步地，对于核心以太网交换机部署在DN中的情形，3GPP网络需要依赖于在3GPP网络外部实施的DPI方案，其对3GPP网络运营商来说根本不安全/可靠。避免寻呼风暴的任何方案应该在3GPP运营商控制的网络内，而不依赖于第三方网络交换机实施的方案。因此，在UPF实体处执行DPI可能不值得考虑。
在第七实施方式中，本发明提供了一种执行无故地址解析协议(GARP)/ICMPv6邻居通告以更新以太网交换机ARP/IPv6邻居缓存的方法，该方法包括以下步骤：应用层发起设备触发消息请求，以通过网元功能(NEF)实体为UE发起GARP/ICMPv6邻居通告；其中该设备触发请求消息包括外部ID以表示用户设备(UE)；如果该外部ID属于有效UE，则NEF实体将该设备触发请求消息转发给接入管理功能(AMF)实体；AMF实体将该设备触发请求消息转发给终端用户设备；终端用户设备向AMF实体发送设备触发响应消息；AMF实体将该设备触发响应消息转发给NEF实体；NEF将该设备触发响应消息转发给应用层。
在该方法中，如果该外部ID指示UE是DN后的客户端，则不将该设备触发请求消息转发到AMF实体。终端用户设备是用户设备或用户设备后的客户端。
在该实施方式中，本发明提供了一种执行无故地址解析协议(GARP)/ICMPv6邻居通告以更新以太网交换机ARP/IPv6邻居缓存的方法。
图10示出了当核心交换机执行无故ARP/ICMPv6邻居通告以更新ARP/IPv6邻居缓存时的呼叫流程。在该方案中，UE/UE后的客户端/DN中的客户端在获知层3地址之后，执行无故ARP/ICMPv6邻居通告以更新以太网交换机(可以是UPF实体或UPF实体后的DN)ARP/IPv6邻居缓存，其中UE在收到设备触发时为其自身或代表其后的客户端发起GARP/ICMPv6邻居通告，DN中的客户端根据3GPP范围外的应用触发发起GARP/ICMPv6邻居通告。交换机通过此获知ARP/IPv6邻居缓存。当任意客户端发送ARP请求/ICMPv6邻居恳求时，交换机本身使用ARP响应/ICMPv6邻居通告来回应而不是广播它。
重要的是，在IP地址分配过程中，分配IP地址的实体(例如DHCP服务器)基于客户端特定参数得到外部ID。该外部ID用于向NEF发起设备触发请求。应用层(DHCP服务器或任何IP地址分配服务)可以使用TS 23.502中已为此定义的设备触发服务。
基于对外部ID是否属于有效UE进行认可，NEF将向AMF发起设备触发请求。如果该外部ID恰好是DN后的客户端的ID，那么它在3GPP网络中将没有任何有效的订阅，因此在这种情况下NEF不会启动设备触发。
在第八实施方式中，本发明提供一种网元(100)，用于获取用于终端用户设备的隧道中所见的层2(L2)地址。如图11所示，该网元包括：处理器单元(101)，用于在该隧道上检测具有新的源L2地址的L2报文；收发器模块(104)，用于接收关于请求通知在该隧道上检测到的任意源L2地址的请求；该收发器模块还用于发送在该隧道上检测到的新的源L2地址；以及存储器单元(102)，可操作地耦合到该处理器单元和收发器模块；其中该网元和终止于终端用户设备的网络之间的隧道由会话管理功能(SMF)实体向该网元发起的用户面建立消息建立并与以太网类型协议数据单元(PDU)会话相关联；其中该网元处建立的隧道朝向接入网络(AN)或数据网络(DN)。
该存储器单元还用于用层3(L3)地址到L2地址映射更新地址解析协议(ARP)/IPv6邻居缓存。该收发器模块还用于接收第一请求消息以更新ARP/IPv6邻居缓存并在更新ARP/IPv6邻居缓存之后发送第一响应更新消息。该第一请求消息包括更新ARP/IPv6邻居缓存消息、L3地址和L2地址映射。
该收发器模块还用于接收包括L2上的第一请求消息的第一请求消息，该消息包括终端用户设备的源媒体访问控制，将该第一请求消息发送给SMF实体，从SMF实体接收第一响应消息，将该第一响应消息发送到终端用户设备，接收第一请求更新消息以更新ARP/IPv6邻居缓存并在更新ARP/IPv6邻居缓存之后发送第一响应更新消息。值得注意的是，该第一请求更新消息包括更新ARP/IPv6邻居缓存消息、L3地址和L2地址映射。该存储器单元还用于用L2地址映射更新ARP/IPv6邻居缓存。终端用户设备是用户设备(UE)或UE后的客户端或DN中的客户端等。
在第九实施方式中，本发明提供一种网络功能实体(200)，用于通过L3地址管理功能更新网络装置中的地址解析协议(ARP)/IPv6邻居缓存。如图12所示，网络功能实体包括：处理单元(201)，用于确定指示哪个会话管理功能(SMF)正控制该网络装置的本地配置；收发器模块(203)，用于接收第一更新消息；其中该第一更新消息包括L2地址和L3地址映射；该收发器模块还用于将该第一更新消息发送给至少一个SMF。
该收发器模块还用于：如果没有可用的本地配置或者如果网络装置标识符未包括在该第一更新消息中，则将该第一更新消息发送到网络中的所有SMF实体。
该第一更新消息可选地包括从其接收L3地址发现请求的网络装置的第二标识符。
本发明公开了在UPF实体处构建ARP/IPv6邻居缓存而不对遍历网络的每个报文执行深度报文检测以避免5G网络中以太网类型PDU的ARP广播期间的寻呼风暴的方法。本发明背后的原理是通过查找UPF实体中内置的ARP/IPv6邻居缓存，使UPF实体本身响应来自任何以太网客户端(UE或UE后的客户端或DN中的客户端)的ARP广播，无论UPF实体充当核心以太网交换机还是核心以太网交换机是在DN中。该方案被简化为始终在UPF实体处拦截ARP并基于本地ARP/IPv6邻居缓存对其进行响应。
值得注意的是，本发明的方法可用于避免ARP广播(对于IPv4的情况)和IPv6邻居恳求请求多播(对于IPv6的情况)。ARP广播中的寻呼问题对于IPv6邻居请求多播也一样。因此，也可以从UPF实体中内置的缓存返回邻居恳求的响应，而不是将其多播到L2网络中的每一者。
本领域技术人员可以理解，任何已知的或新的算法都可以用于实施本发明。然而，需要注意的是，本发明提供一种无论使用任何已知或新的算法都能够在现有网络中实施具有流量工程的分段路由的方法，而无需升级产品以支持更高的MSD从而实现上述益处和技术进步。
本领域的普通技术人员可以意识到，结合本说明书中公开的实施例中描述的示例，单元和算法步骤可以通过电子硬件或计算机软件和电子硬件的组合来实施。功能是由硬件还是软件执行取决于技术方案的特定应用和设计制约条件。本领域技术人员可以使用不同的方法来为每个特定应用实施所描述的功能，但是不应该认为该实施超出了本发明的范围。
在本发明提供的几个实施例中，应该理解的是，所公开的方法可以采用其他方式实施。例如，所描述的装置实施例仅是示例性的。例如，单元划分仅是逻辑功能划分，可以是实际实施中的其他划分。例如，多个单元或部件可以组合或集成到另一个***中，或者某些特征可以忽略或不执行。另外，所展示或讨论的交互耦合或直接耦合或通信连接可以通过一些接口来实施。装置或单元之间的间接耦合或通信连接可以通过电子的、机械的或其他形式实施。
当所述功能以软件功能单元的形式实施或作为独立产品出售或使用时，所述功能可以存储在计算机可读存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案基本上、或者对现有技术有贡献的部分、或者技术方案的一部分可以以软件产品的形式实现。所述计算机软件产品存储在存储介质中，并且包括用于指示计算机节点(可以是个人计算机、服务器或网络节点)执行本发明实施例中描述的方法的全部或部分步骤的若干指令。上述存储介质包括：可以存储程序代码的任何介质，例如USB闪存驱动器、移动硬盘、只读存储器(read-onlymemory,ROM)、随机存取存储器(random access memory,RAM)、磁盘或光盘。
除非另有详细说明，否则彼此通信的设备不需要彼此连续通信。另外，彼此通信的设备可以通过一个或多个中介直接或间接地通信。
当在此描述单个设备或物品时，显而易见的是，可以使用多于一个设备/物品(无论它们是否合作)来代替单个设备/物品。类似地，在这里描述多于一个设备或物品(无论它们是否合作)的情况下，显而易见的是，可以使用单个设备/物品来代替所述多于一个设备或物品或者可以使用不同数量的设备/物品代替所示数量的设备或程序。设备的功能和/或特征可替代地由一个或多个未明确地描述为具备这样的功能/特征的其他设备实施。因此，本发明的其他实施例不需要包括所述设备本身。
虽然使得能够在UPF实体处实施ARP/IPv6邻居缓存而不对每个报文执行DPI以避免5G网络中以太网类型PDU的ARP广播/因特网控制消息协议版本6(ICMPv6)邻居恳求求多播期间的寻呼风暴的方法和装置的实施方式已经用特定于特征和/或方法的语言进行了描述，应当理解，本公开不必限于所描述的特定特征或方法。相反，已公开的特定特征和方法是在UPF实体处构建ARP/IPv6邻居缓存的实施方式的示例。

Claims (7)

1.一种在用户面功能实体处构建ARP/IPv6邻居缓存的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
所述用户面功能实体接收来自会话管理功能实体的请求，所述请求用于请求通知由所述用户面功能实体在隧道上检测到的任意源L2地址；
所述用户面功能实体在所述隧道上检测具有新的源L2地址的L2报文；
所述用户面功能实体将在所述隧道上检测到的所述新的源L2地址发送给所述会话管理功能实体；
所述用户面功能实体接收来自所述会话管理功能实体的第一请求更新消息，其中，所述第一请求更新消息包括L3地址和L2地址映射；
所述用户面功能实体响应所述第一请求更新消息，用所述L3地址和L2地址映射更新ARP/IPv6邻居缓存。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，终端用户设备是用户设备UE或所述UE后的客户端。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述用户面功能实体将在所述隧道上检测到的所述新的源L2地址发送给所述会话管理功能实体，包括：
所述用户面功能实体发送动态主机配置协议DHCP请求给所述会话管理功能实体，其中，所述DHCP请求包括所述新的源L2地址。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述用户面功能实体和终止于终端用户设备的网络之间的所述隧道由所述会话管理功能实体向所述用户面功能实体发起的用户面建立消息建立并与以太网类型协议数据单元PDU会话相关联，所述用户面功能实体处建立的所述隧道朝向接入网络AN。
5.一种用户面功能实体，其特征在于，所述用户面功能实体用于执行根据权利要求1至4任一项所述的方法。
6.一种构建ARP/IPv6邻居缓存的***，其特征在于，所述***包括所述用户面功能实体和会话管理功能实体，
其中，所述会话管理功能实体用于向所述用户面功能实体发送请求，所述请求用于请求通知由所述用户面功能实体在所述隧道上检测到的任意源L2地址；
所述用户面功能实体用于执行根据权利要求1至4任一项所述的方法。
7.一种非暂态计算机可读存储介质，存储有计算机指令，当一个或多个处理器执行所述计算机指令时，使得所述一个或多个处理器执行根据权利要求1至4任一项所述的方法。
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