CN101005444B - 一种快速切换的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种快速切换的方法及装置，属于移动通信领域。本发明提供了一种实现快速切换的方法，所述方法在移动前网络的接入路由器PAR和移动后网络的接入路由器NAR之间建立固定隧道关系，并执行以下步骤：在接入路由器PAR和NAR处建立移动节点MN的当前主机路由信息；所述接入路由器和所述移动节点根据移动节点MN的当前主机路由信息封装报文，并通过所述隧道进行报文传送。本发明还提供了一种快速切换装置，包括隧道建立模块，主机路由建立模块，邻居关系建立模块，传送模块。采用本发明所述的技术方案可以只需要建立一个隧道，可以大大提高路由器的效率，且使切换过程更加平滑。

Description

一种快速切换的方法及装置
技术领域
本发明涉及移动通信领域，特别涉及一种在移动IPv6(IP版本6-IPVersion 6)中快速切换的方法及装置。 
背景技术
随着网络技术的发展以及大量可移动的终端的出现，如笔记本电脑、掌上电脑、手机、车载设备等，掀起了移动计算的热潮，越来越多的用户可以通过各种各样的终端，在任意地点通过公用移动无线网连接到Internet。为解决移动业务的需求，在网络层面上引入了移动IP(Mobile IP)技术。 
Mobile IP技术的基本原理是使移动节点在移动过程中始终可以用初始的IP地址进行IP通信，从而保证IP网络层承载的上层应用保持移动中的不中断和可接续性。 
目前随着网络规模的扩大，IPv6技术以其庞大的地址空间等优势将逐渐取代目前的IPv4(IP版本4-IP Version4)技术。基于IPv6的Mobile IP，即移动IPv6(Mobile IPv6)技术，借助IPv6自身的技术优势和对Mobile IPv4技术的改进，正成为Mobile IP领域的新贵，越来越被逐步广泛地应用起来。 
参见图1，为移动IPv6的拓扑图，家乡网络和外地网络分别通过家乡网关和外地网关与Internet相连。 
其中移动节点(MN-Mobile Node)是在因特网上可以从一条网络移动到 另一条网络，并且仍能保持正在进行的通信节点，只要知道该节点的家乡地址就可以与其进行通信。 
通信伙伴(CN-Correspondence Node)是与移动节点正在通信的具有同等地位的节点，该节点可以是移动的，或者是固定的。 
家乡代理(HA-Home Agent)是有一个端口与移动节点的家乡网络相连的路由器。当移动节点移动至外地网络时，它将负责截取那些发给移动节点的家乡地址的信息包，然后利用隧道机制转发给移动节点，并处理维护移动节点的目前位置信息。 
家乡网络(Home Link)是指一个节点的缺省网络，也是与节点的家乡IP地址具有相同网络前缀的网络。 
外地网络(Foreign Link)是除了家乡网络以外的网络，其网络前缀与节点的家乡IP地址的网络前缀不同。 
转交地址(CoA：Care-of Address)是当移动节点移动至外地网络时所获得的相关IP地址，一个移动节点可以同时有多个转交地址。 
移动IPv6的工作过程如下： 
步骤A：当移动节点连接到它的家乡网络上时，它将采取与其它的固定节点一样的方式工作。该移动节点在家乡网络上被分配给一个地址，称为家乡地址(Home Address)。此地址是永久分配给该节点的，与固定节点的地址相同。当移动节点移动时，其家乡地址不会改变。在移动IPv6中包括全球单播的家乡地址和网络-本地家乡地址。 
步骤B：移动节点通过IPv6的邻居发现机制检测自己是否已漫游至外地网络上。IPv6的外地网关会周期地发送路由器宣告消息，其中包含该外地网 络的前缀，移动节点收到外地网关的路由器宣告消息后，检查其中的外地网络的前缀与家乡网络的前缀不同，则认为已漫游至外地网络。 
步骤C：若移动节点发现自己已经移动到外地网络上时，它将在收到的路由器宣告信息的基础上，通过有状态或者无状态的地址自动配置过程，获得外地网络上相关IP地址，称为转交地址(CoA-Care-of Address)。此时移动节点同时拥有家乡地址和转交地址。 
步骤D：移动节点将自己的这个转交地址通过“绑定更新”消息注册到家乡代理上。 
移动节点也可以将此转交地址通过“绑定更新”消息注册通知给它的通信伙伴。注册前，移动节点和通信伙伴之间需要先执行Return Routability检测过程，即移动节点先发送家乡初始化Home Init Test测试消息和转交初始化Care-of Init Test测试消息给通信伙伴，后者处理后，返回Home Test消息和Care-of Test消息给移动节点。 
步骤E：根据“绑定更新”消息注册的对象不同，数据包的传递方式有以下两种形式： 
a)三角路由方式： 
移动节点的通信伙伴如果不知道其转交地址，就将按照移动节点的家乡地址将数据包发送到移动节点的家乡网络上，然后其家乡代理将截取到这些数据包，再根据移动节点当前的转交地址，利用隧道机制将这些数据包转发给移动节点。 
而移动节点发给通信伙伴的报文也会先通过反向隧道发给家乡代理，再由家乡代理转交给通信伙伴。 
由于在这种方式下，通信伙伴和移动节点之间的数据包都要通过家乡代理来中转，所以称为“三角路由”方式。 
b)路由优化方式： 
若通信伙伴通过“绑定更新”知道移动节点的转交地址，它就会利用IPv6的路由报头直接将数据包传送给移动节点。数据包的第一目的地址是转交地址，第二目的地址才是家乡地址。所以数据包会直接发给外地网络中的移动节点，而不需要经过家乡代理中转。 
相反方向上，移动节点发给通信伙伴的数据包源地址是转交地址，而家乡地址保存在数据包的目的地扩展头中。这样，数据包也可以不经过反向隧道发给家乡代理，而是直接发给通信伙伴。 
这种方式，对应“三角路由”方式，称为“路由优化”方式。 
由于移动IPv6的移动节点在网络间切换会导致业务中断，所以在互联网工程任务组IETF中的RFC4068中描述了一种快速切换的方法。其中引入了以下4个新概念： 
PAR：Previous Access Router，移动前网络的接入路由器 
NAR：New Access Router，移动后网络的接入路由器 
PCoA：移动前网络的转交地址 
NCoA：移动后网络的转交地址 
IETF中的RFC4068(faster handover)的中心思想是在“绑定更新”之前，提前得到相邻网络的信息，生成相邻网络的IP地址，一旦移动到相邻网络的行为发生，在IETF中的RFC3775规定的绑定更新完成之前，就在PAR和MN之间建立隧道，保持流量不断，网络结构参见图2。 
参见图3，快速切换过程为以下步骤： 
步骤301：MN在PAR网络中时发送RtSolPr(Router Solicitation for ProxyAdvertisement-对代理公告的路由器请求消息)消息给PAR，请求AP(AccessPoint-接入点)和网络信息，发送RtSolPr消息的时机可以是发送ND(NeighborDiscover-邻居发现)消息的时候。 
步骤302：PAR应答PrRtAdv(PrRtAdv：Proxy Router Advertisement-代理路由器公告)，包含相邻网络(也就是NAR)的信息，包括相邻网络路由器和AP的信息。 
如果返回的AP信息为空，说明网络不支持快速切换，则MN终止快速切换过程，如果不为空，MN为移动到NAR作准备，生成NCoA。 
步骤303：如果MN判断移动要发生了，发送FBU(Fast Binding Update-快速绑定更新)，要求PAR把给MN的流重定向给NCoA的隧道。 
步骤304：PAR收到FBU后，绑定PCoA和NCoA，然后发HI消息到NAR，检查NCoA是否合法。 
步骤305：NAR收到HI后回复Hack消息，确认其合法性。 
步骤306：PAR给MN和NAR回复FBack报文，之后保存NCoA和PCoA映射关系，建立PAR到MN的隧道，将CN到MN的流量重定向到隧道。 
步骤307：当MN与PAR断开连接移动到NAR后，还没有完成IETF中的RFC3775规定的绑定更新前，这时候用NCoA作为源IP地址，CN会认为报文非法，而PCoA在NAR网络中又是非法地址。根据数据包的流向分别进行下述操作： 
MN发向CN的流量，在MN上进行隧道封装，内层IP头源IP地址为PCoA， 
目的地址为CN地址，外层IP头源地址为NCoA，目的地址为PAR地址。报文经过NAR会到达PAR，PAR根据源地址NCoA和PCoA映射关系，知道这个报文为隧道报文，将外层IP头去掉，用内层IP头继续转发到CN。 
CN发向MN的流量，在CN上IP头源地址为CN地址，目的地址为PCoA地址。 
报文到达PAR时，PAR根据NCoA和PCoA映射关系，将报文进行隧道封装，外层IP头源地址为PAR地址，目的地址为NCoA地址。 
步骤308：当MN的绑定更新完成后，MN和PAR都把隧道删除。之后MN使用NCoA直接和CN通信。 
现有技术在步骤207，208，采用了PAR和MN之间建立隧道方式保证MN完成NCoA的绑定更新之前的流量不中断，但是这种隧道方法会产生以下几个问题： 
由于网络MN数量很大，同一时刻在PAR和NAR网络间切换的MN数目有可能很多，因为隧道的转发过程比普通报文转发过程复杂很多，这会大大降低PAR的转发效率。 
由于MN和PAR间隧道只在MN移动到NAR后，MN没有完成NCoA绑定更新之 
前有效，隧道生存时间很短，短时间内路由器的控制模块会向转发模块发送两条隧道建立和取消消息。同一时刻在PAR和NAR网络间切换的MN数目很大时，路由器的控制模块和转发模块间会有大量的隧道建立和取消消息，导致路由器性能下降。 
需要MN这种终端设备支持隧道，增加了终端设备实现的复杂度。 
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的PAR需要和大量MN产生临时大量隧道的问题，提供了一种实现快速切换的方法及装置。所述技术方案如下： 
本发明提供一种实现快速切换的方法，在移动前网络的接入路由器PAR和移动后网络的接入路由器NAR之间建立固定隧道关系，并执行以下步骤： 
步骤A：在接入路由器PAR和NAR处建立移动节点MN的当前主机路由信息； 
其中所述步骤A进一步包括： 
A1、所述移动节点发送当前的PCoA信息给所述PAR； 
A2、所述PAR更改所述MN的主机路由信息为当前PCoA，并将此信息通告给所述NAR； 
A3、所述PAR和所述NAR据此建立所述移动节点MN的当前主机路由信息。步骤B：报文在CN发出后到达所述接入路由器PAR时，所述接入路由器PAR根据所述移动节点MN的当前主机路由信息封装报文，并通过所述隧道进行报文传送。 
所述步骤A1具体为： 
移动节点MN发送绑定更新消息给PAR，所述的绑定更新消息中包含当前的PCoA； 
所述步骤A2具体为： 
PAR根据当前PCoA更改到达PCoA的主机路由，且向NAR发送切换初始化消息(HI)，所述初始化消息包含移动节点的二层链路地址，当前的PCoA。 
所述步骤A1具体为：所述的绑定更新消息中包括NCoA。 
所述步骤A2具体为：所述的初始化消息中包括NCoA，PCoA邻居表入口所属的接口应该同NCoA邻居表的接口一致。 
所述方法还包括： 
B1、所述移动节点向通信伙伴发送报文，所述报文的IP头源地 址为所述移动节点的PCoA，目的地址为所述通信伙伴地址； 
B2、NAR接收到MN发送给CN的数据包后，通过常规路由的方式发送给CN。 
所述步骤B具体包括： 
B1、所述通信伙伴向移动节点发送报文，所述报文的IP头源地址为通信伙伴地址，所述目的地址为移动节点的PCoA； 
B2、数据包在CN发出后到达PAR时，PAR根据配置好的隧道进行封装将流量发送到NAR，NAR解封装后将报文发送给MN。 
所述步骤B2具体包括：NAR为MN当前的PCoA建立代理邻居表，NAR收到目的地址为PCoA的报文后，根据所代理邻居表将报文发送给MN。 
所述步骤B2具体包括： 
B21、NAR为MN当前的PCoA建立代理邻居表，NAR收到目的地址为PCoA的报文后，NAR查找所述代理邻居表得到MN的地址信息并暂时缓存数据包； 
B22、NAR确认MN已经移动到NAR的链路时，NAR将缓存的数据包发送给MN当MN。 
所述步骤B22具体包括： 
B221、MN移动到NAR的链路时，发送快速邻居公告(FNA)，邻居公告需要包含移动节点的当前PCoA选项； 
B222、NAR接收到MN的快速邻居公告后，将缓存的数据包发送给MN。 
还包括步骤C：MN完成绑定更新后，将绑定更新完成消息通知PAR和NAR，PAR和NAR删除PCoA的主机路由。 
本发明还提供一种快速切换装置，包括隧道建立模块，主机路由建立模块，邻居关系建立模块，传送模块； 
所述隧道建立模块用于在PAR和NAR之间建立一条固定隧道关系； 
所述主机路由建立模块，用于在PAR和NAR处建立PCoA的当前主机路 由； 
所述的邻居关系建立模块，用于NAR根据PCoA的当前主机路由为MN当前的PCoA建立代理邻居表； 
所述传送模块，用于接入路由器根据所查找的代理邻居表将数据包传送给移动节点。 
还包括快速邻居公告模块，所述快速邻居公告模块用于移动节点MN移动到NAR的链路时，通知NAR移动节点已经到达新的链路。 
还包括快速主机路由信息删除模块，所述主机路由信息删除模块用于在所述移动节点绑定更新之后，所述PAR和所述NAR分别删除所述PCoA的主机路由信息。 
采用本发明所述的技术方案可以只需要建立一个隧道，可以大大提高路由器的效率，且在本方案中，切换过程并不需要NCoA来转发数据业务；所以对MN而言，NCoA的配置可以不需要提前做好配置，可以在MN移动到NAR后在做配置也可，这样可以使切换过程更加平滑。 
附图说明
图1是现有技术中移动IPV6的网络拓扑图； 
图2是现有技术中移动节点接入网络拓扑图； 
图3是现有技术中快速切换的流程图； 
图4为本发明一实施例的所述快速切换方法的流程图； 
图5为本发明一实施例的所述快速切换装置的示意图。 
具体实施方式
为了解决现有技术中存在的PAR需要和大量移动节点产生临时大量隧道的问题，本发明提供了一种快速切换的方法。 
本发明所述技术方案在MN移动到NAR后，还没有完成RFC3775规定的绑定更新前执行下列步骤，以减少隧道个数。 
首先，PAR和NAR之间建立隧道关系，这个隧道长期建立存在，不需要频繁建立、删除。隧道可以采用各种技术，如IP隧道、IPSEC隧道、MPLS隧道等。只要从同一个PAR移动到同一个NAR的MN，不管数目多少，都使用同一个PAR与NAR之间的隧道转发流量。PAR上隧道源为PAR地址，目的地址为NAR地址，NAR上隧道源为NAR地址，目的地址为PAR地址。 
隧道建立以后，参见图4，本方案包括以下步骤： 
步骤401：MN在PAR网络中时发送RtSoIPr(Router Solicitation for ProxyAdvertisement-对代理公告的路由器请求消息)消息给PAR，请求AP(AccessPoint-接入点)和网络信息，发送RtSolPr消息的时机可以是发送ND(NeighborDiscover-邻居发现)消息的时候。 
步骤402：PAR应答PrRtAdv(PrRtAdv：Proxy Router Advertisement-代理路由器公告)，包含相邻网络(也就是NAR)的信息，包括相邻网络路由器和AP的信息。 
如果返回的AP信息为空，说明网络不支持快速切换，则MN终止快速切换过程，如果返回的AP信息不为空，则MN生成建议的NCoA，从而为移动到NAR作准备。在本发明的具体实现中，NCoA也可以由NAR建议产生。 
步骤403：如果MN发生移动且要切换时，发送消息给PAR，发送消息中包含当前的PCoA。 
在本发明的具体实现中，MN发生移动且要切换时，可以通过发送FBU(Fast Binding Update-快速绑定更新)给PAR，绑定更新消息中包含当前的PCoA。 
在本发明的具体实现中，为了加快IP层的重配置，绑定更新消息中还可以包括建议的NCoA。 
步骤404：PAR接收到MN所发送的消息后，PAR更改到达当前PCoA的主机路由，并将此消息通告给NAR。 
在本发明的具体实现中，PAR接收到MN的快速绑定更新消息后，PAR更改到达当前PCoA的主机路由，且同时可以向NAR发送切换初始化消息(HI)，该初始化消息包含移动节点的二层链路地址，当前的PCoA和建议的NCoA；目的是将报文目的地址为PCoA的流量从PAR与NAR之间所建立的隧道转发。当有目的地址为为PCoA的报文时，PAR将其进行缓存。 
步骤405：NAR为MN当前的PCoA建立代理邻居表，NAR收到目的地址为PCoA的报文后，查找代理邻居表，如果没有查到所述PCoA的邻居表项，则丢弃该报文；如果查到所述PCoA的邻居表项则发送给MN。 
在本发明的具体实现中，如果PAR发送的HI消息中包含有建议的NCoA，则NAR收到HI后回复Hack消息，确认NCoA其合法性。PAR给MN和NAR回复FBack报文。如果PAR发送的HI消息中不含有建议的NCoA，则此步骤省去。 
NAR可以在收到从PAR发送过来的切换初始化消息后，不仅要为MN的NCoA建立代理邻居表，还需要为MN的PCoA建立代理邻居表；PCoA邻居表入口所属的接口应该同NCoA邻居表的接口一致。 
同时，本发明为了确保NAR所发送的报文能够被MN接收到，NAR可以在查到所述PCoA的邻居表项后暂时缓存数据包。当MN移动到NAR的链路 时，可以发送快速邻居公告(FNA)，邻居公告需要包含移动节点的当前PCoA选项，用来通知NAR移动节点已经到达新的链路；这样NAR缓存的数据包可以发送给MN。 
MN移动到NAR的链路后，还没有完成IETF的RFC3775规定的绑定更新前，这时候根据数据包的流向分别进行下述操作： 
A、MN发向CN的数据包：其数据包的源地址为PCoA，目的地址为CN；NAR接收到MN发送给CN的数据包后，不再通过隧道方式发送给PAR，而是直接通过常规路由的方式发送给CN； 
B、CN发向MN的数据包：其数据包的源地址为CN，目的地址为PCoA，数据包在CN发出后到达PAR时，PAR根据配置好的隧道进行封装将流量发送到NAR，NAR解封装后将报文发送给MN。 
步骤406：MN完成绑定更新后，将绑定更新完成消息通知PAR和NAR，PAR和NAR删除PCoA的主机路由。 
参见图5，本发明还提供了一种快速切换装置，包括隧道建立模块，主机路由建立模块，邻居关系建立模块，传送模块； 
所述隧道建立模块用于在PAR和NAR之间建立一条固定隧道关系； 
所述主机路由建立模块，用于在PAR和NAR处建立PCoA的当前主机路由； 
所述的邻居关系建立模块，用于NAR根据PCoA的当前主机路由为MN当前的PCoA建立代理邻居表； 
在本发明的具体实现中，如果NAR收到从PAR发送过来的切换初始化消息中包含NCoA，则NAR要为MN的NCoA建立代理邻居表； 
所述传送模块，用于接入路由器根据所查找的代理邻居表将数据包传送给移动节点。 
本发明所述一种快速切换装置，还包括快速邻居公告模块，所述快速邻居公告模块用于移动节点MN移动到NAR的链路时，通知NAR移动节点已经到达新的链路。 
移动节点发送快速邻居公告(FNA)时，邻居公告需要包含移动节点的当前PCoA选项，用来通知NAR移动节点已经到达新的链路；这样NAR缓存的数据包可以发送给MN。 
此外，本发明所述的一种快速切换装置，还包括快速主机路由信息删除模块，所述主机路由信息删除模块用于在所述移动节点绑定更新之后，所述PAR和所述NAR分别删除所述PCoA的主机路由信息。 
以上只是本发明的优选实施方式进行了描述，本领域的技术人员在本发明技术的方案范围内进行的通常变化和替换，都应包含在本发明的保护范围内。 

Claims (14)

1.一种实现快速切换的方法，其特征在于，在移动前网络的接入路由器PAR和移动后网络的接入路由器NAR之间建立固定隧道关系，并执行以下步骤：
步骤A：在所述接入路由器PAR和所述NAR处建立移动节点MN的当前主机路由信息；
其中所述步骤A进一步包括：
A1、所述移动节点发送当前的PCoA信息给所述PAR；
A2、所述PAR更改所述MN的主机路由信息为当前PCoA，并将此信息通告给所述NAR；
A3、所述PAR和所述NAR据此建立所述移动节点MN的当前主机路由信息；
步骤B：报文在通信伙伴CN发出后到达所述接入路由器PAR时，所述接入路由器PAR根据所述移动节点MN的当前主机路由信息封装报文，并通过所述隧道进行报文传送。
2.如权利要求1所述的实现快速切换的方法，其特征在于，所述步骤A1具体为：
移动节点MN发送绑定更新消息给PAR，所述的绑定更新消息中包含当前的PCoA。
3.如权利要求1所述的实现快速切换的方法，其特征在于，所述步骤A2具体为：
PAR根据当前PCoA更改到达PCoA的主机路由，且向NAR发送 切换初始化消息(HI)，所述初始化消息包含移动节点的二层链路地址，当前的PCoA。
4.如权利要求2所述的实现快速切换的方法，其特征在于，所述步骤A1具体为：所述的绑定更新消息中包括NCoA。
5.如权利要求3所述的实现快速切换的方法，其特征在于，所述步骤A2具体为：所述的初始化消息中包括NCoA，PCoA邻居表入口所属的接口应该同NCoA邻居表的接口一致。
6.如权利要求1所述的实现快速切换的方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述移动节点向通信伙伴发送报文，所述报文的IP头源地址为所述移动节点的PCoA，目的地址为所述通信伙伴地址；
NAR接收到MN发送给所述通信伙伴CN的报文后，通过常规路由的方式发送给所述CN。
7.如权利要求1所述的实现快速切换的方法，其特征在于，所述步骤B具体包括：
B1、通信伙伴向移动节点发送报文，所述报文的IP头源地址为通信伙伴地址，所述目的地址为移动节点的PCoA；
B2、报文在所述通信伙伴CN发出后到达PAR时，PAR根据配置好的隧道进行封装将报文发送到NAR，NAR解封装后将报文发送给MN。
8.如权利要求7所述的实现快速切换的方法，其特征在于，所述步骤B2具体包括：NAR为MN当前的PCoA建立代理邻居表，NAR收 到目的地址为PCoA的报文后，根据所代理邻居表将报文发送给MN。
9.如权利要求7所述的实现快速切换的方法，其特征在于，所述步骤B2具体包括：
B21、NAR为MN当前的PCoA建立代理邻居表，NAR收到目的地址为PCoA的报文后，NAR查找所述代理邻居表得到MN的地址信息并暂时缓存报文；
B22、NAR确认MN已经移动到NAR的链路时，NAR将缓存的报文发送给MN。
10.如权利要求9所述的实现快速切换的方法，其特征在于，所述步骤B22具体包括：
B221、MN移动到NAR的链路时，发送快速邻居公告(FNA)，邻居公告需要包含移动节点的当前PCoA选项；
B222、NAR接收到MN的快速邻居公告后，将缓存的报文发送给MN。
11.如权利要求1所述的实现快速切换的方法，其特征在于，还包括步骤C：MN完成绑定更新后，将绑定更新完成消息通知PAR和NAR，PAR和NAR删除PCoA的主机路由。
12.一种快速切换装置，其特征在于，包括隧道建立模块，主机路由建立模块，邻居关系建立模块，传送模块；
所述隧道建立模块用于在PAR和NAR之间建立一条固定隧道关系；
所述主机路由建立模块，用于在PAR和NAR处建立PCoA的当前 主机路由；
所述主机路由建立模块具体用于，移动节点发送当前的PCoA信息给PAR；PAR更改MN的主机路由信息为当前PCoA，并将此信息通告给NAR；PAR和NAR据此建立移动节点MN的当前主机路由信息；
所述的邻居关系建立模块，用于NAR为MN当前的PCoA建立代理邻居表；
所述传送模块，用于接入路由器根据所查找的代理邻居表将报文传送给移动节点。
13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，还包括快速邻居公告模块，所述快速邻居公告模块用于移动节点MN移动到NAR的链路时，通知NAR移动节点已经到达新的链路。
14.如权利要求12所述的装置，其特征在于，还包括快速主机路由信息删除模块，所述主机路由信息删除模块用于在所述移动节点绑定更新之后，所述PAR和所述NAR分别删除所述PCoA的主机路由信息。 
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