CN101009711A

CN101009711A - Ip地址的配置方法及其在子网间切换中的应用

Info

Publication number: CN101009711A
Application number: CNA2006100026191A
Authority: CN
Inventors: 陈岭
Original assignee: Siemens Ltd China
Current assignee: Siemens Ltd China
Priority date: 2006-01-26
Filing date: 2006-01-26
Publication date: 2007-08-01

Abstract

本发明公开了一种IP地址的配置方法，其中在相邻的IP子网中配置了不同的IP地址。此外，为相邻的IP子网还配置了一个子网标识符，由此在IP网络中检测网络终端的切换模式时：移动终端首先向ICMP服务器发送路由请求报文；然后，接收到该路由请求报文的ICMP服务器基于其子网标识符创建ICMP路由通告报文，并将该ICMP路由通告报文发送回该网络终端；最后，网络终端基于所接收的ICMP路由通告报文检测切换模式。当网络终端检测到子网间切换时，根据动态主机配置协议即可获取新子网中的IP地址，从而省略了ARP验证的过程。通过本发明的方法，加快了网络终端切换模式的检测速度，降低了在发生子网间切换时获取IP地址所需的时间，更能满足实时通信的需要。

Description

IP地址的配置方法及其在子网间切换中的应用

技术领域

本发明涉及IP(互联网协议)技术，尤其涉及一种IP地址的配置方法及其在子网间切换中的应用。

背景技术

无线网络(例如无线局域网)技术的发展正在日益改变着人们进行语音通信和数据通信的方式。其中，移动的数据业务因其方便性和灵活性已成为人们寻求的重点，因此，移动IP技术逐渐成为研究的重点。

IP地址是IP通信的依据。IPv4(Internet Protocol version 4)定义了32位地址格式，其能够支持4,294,967,296个地址。近年来，Internet(主要基于IPv4)正在以非常快的速度消耗IP公有地址资源。而现有技术中解决IP地址资源匮乏通常采用的方式是将IP网络分成多个IP子网(subnet)。在每个IP子网中，移动终端能够使用私有IP地址(如192.168.x.x)。私有IP地址在每个IP子网中都能够被再利用，相邻的IP子网可采用完全相同的IP配置，如图1所示，子网1被分配的私有地址为192.168.0.0，其子网掩码为255.255.0.0，子网2和3被分配和子网A相同的私有地址192.168.0.0，子网掩码也相同，这样就大大扩展了IP地址资源。例如，如果将城域网分成128个子网，每个子网使用一个B类IP地址范围(65,535个地址)，整个网络将能支持高达8,388,480个IP地址。

在移动IP通信期间，网络终端(假设其私有IP地址为192.168.0.1)有可能从一个接入点AP漫游到另一个AP，如果两个AP属于相同的IP子网，则网络终端需要进行的切换(handoff)在本申请中被称为子网内切换，该网络终端能够使用其IP地址继续通信；如果两个AP属于不同的IP子网，则网络终端需要进行的切换在本申请中被称为子网间切换。

在子网间的移动将可能导致网络终端的IP地址的改变。现有技术中，当网络终端发生子网间切换时，可采用动态主机配置协议DHCP来获取新IP子网中的IP地址，该获取过程包括如下四个步骤：

步骤1：发现步骤。因为DHCP服务器的IP地址对DHCP客户机MT1来说是未知的，DHCP客户机MT1以广播形式发送一个DHCP DISCOVER消息，网络上每一台安装了TCP/IP协议的主机都会接收到这种广播消息，但只有DHCP服务器才会做出响应。

步骤2：提供步骤。在网络中接收到DHCP DISCOVER消息的所有DHCP服务器都会做出响应，即从尚未出租的IP地址中选择一个用于分配给该DHCP客户机MT1的IP地址(例如192.168.0.1)，并向该MT1发送一个包含所选择的IP地址(192.168.0.1)和其他参数的DHCP OFFER消息。

步骤3：选择步骤。如果有多台DHCP服务器向该MT1发送了DHCPOFFER消息，则该MT1只接受第一个收到的DHCP OFFER消息，然后以广播方式返回一个DHCP REQUEST消息，该DHCP REQUEST消息中包含向它所选定的DHCP服务器请求IP地址的内容，以便通知所有的DHCP服务器它将选择某个DHCP服务器提供的一个IP地址。

步骤4：确认步骤。其提供的IP地址被接受的DHCP服务器在收到MT1返回的DHCP REQUEST消息后，向MT1发送一个DHCP ACK消息，以确认MT1可以使用它提供的IP地址(192.168.0.1)。至此，从DHCP服务器获取IP地址的过程就结束了。

只有当检测出了网络终端的切换模式后，即检测到网络终端发生了子网间切换时，才能后通过DHCP获取IP地址。由于TCP/IP协议是根据MAC地址和IP地址来标识网络连接的，因此，当IP地址改变的时候，TCP连接也就中断了。因而，在实时的IP通信，如VoIP中，切换模式的检测必须足够快(一般需要在几微秒之内)，才能够保证IP网络的服务质量。RFC2000规定了切换模式的常规检测方法，即通过ICMP(互联网控制报文协议，Internet Control Message Protocol)路由器定期地以广播或多播的方式传送的ICMP路由通告(RA)报文来检测切换模式的方法。该ICMP RA报文的格式如图2所示。当接收到该ICMP RA报文后，主机从该ICMP RA报文中解析出类型、IP地址、生存时间等字段中的相应内容，然后据此判断这些字段中的内容是否有所变化，如果是，则判断所在的子网已经发生变化，确定切换模式为子网间切换；否则就判断所在的子网没有发生变化，确定切换模式为子网内切换。不幸的是，由于IP地址可以在相邻的IP子网中被重复使用，因此ICMP RA报文也就有可能相同，因此，尽管网络终端当前所在的子网已经发生了变化，但网络终端仍将可能判断器切换模式为子网内切换。因此，如果当前需要进行子网间切换，则会由于上述被错误判断的切换模式而无法获取新子网中的IP地址，进而导致通信被迫中断。

而且，在现有技术中，在使用DHCP获取了IP地址之后，DHCP要求DHCP客户机向网络发送ARP(地址解析协议，Address Resolution Protocol)消息，以验证所分配的IP地址(192.168.0.1)是否可用，即验证该IP地址(192.168.0.1)是否正在被其他主机使用。这样做的原因在于，DHCP不能发现网络上非DHCP客户机已经在使用的IP地址，而且当网络上存在多个DHCP服务器时，一个DHCP服务器不能查出已被其他服务器租出去的IP地址。为此，DHCP协议要求客户机使用ARP来使所分配的IP地址生效。ARP协议采用广播消息的方法来获取网上IP地址对应的MAC地址。客户机向同一网段内的所有主机发送广播包，与之具有相同IP地址的主机收到该广播包后，会向该客户机返回一个响应消息。在大多数应用中，ARP响应超时定义都大于1秒，而且DHCP协议要求客户机在开始另一应用之前等待至少10秒。在该段时间内，MT1处于没有IP地址的状态下，MT中的任何会话都被暂时阻断，从而会影响通话质量。

由此可见，某网络终端在从一个IP子网漫游到另一个IP子网时，若该网络终端的原IP地址已被新IP子网中另一主机占用，该网络终端将需要重新获取新IP子网中的一个IP地址，因而将导致移动IP通信的暂时中断。并且，在通过DHCP获取一个新子网中的IP地址之后，还需通过ARP来验证该IP地址是否可用，这样才能使获得的IP地址生效，这将导致通信中断更长的时间。对要求实时通信的移动IP终端来说，这是不能满足要求的。

发明内容

本发明的目的在于首先提供一种IP地址的配置方法，然后在所述的IP地址配置方法的基础上，提供一种IP网络中检测网络终端切换模式的方法，以及一种获取IP地址的方法，由此克服现有技术中检测切换模式较慢，以及因网络终端进行子网间切换而导致的原子网IP地址丢失，进而使得网络终端的通信不得不暂时中断的问题。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种IP地址的配置方法，包括步骤如下：

相邻的IP子网被配置以不同的IP地址。

根据本发明的另一方面，IP网络中检测网络终端切换模式的方法，包括如下步骤：

为相邻的IP子网配置不同的IP地址和不同的子网标识符；

网络终端向互联网控制报文协议ICMP服务器发送路由请求报文；

接收到所述路由请求报文的ICMP服务器基于所述的子网标识符创建ICMP路由通告报文，并将该ICMP路由通告报文发送回所述网络终端；以及

网络终端基于所接收的ICMP路由通告报文检测切换模式。

在所述的检测切换模式的方法中，进一步包括如下步骤：

网络终端从所述ICMP路由通告报文中解析出所述子网标识符；以及

基于所述解析出的子网标识符检测切换模式。

在所述的检测切换模式的方法中，还进一步包括如下步骤：

网络终端比较所述解析出的子网标识符和其缓存的子网标识符；如果所述解析出的子网标识符和缓存的子网标识符相同，所述切换模式为子网内切换；如果所述解析出的子网标识符和缓存的子网标识符不同，所述切换模式为子网间切换。

其中，所述缓存的子网标识符为由网络终端所缓存的最新的子网标识符。

其中，所述网络终端基于所接收的ICMP路由通告报文中的子网标识符动态更新其中缓存的子网标识符。

在所述的检测切换模式的方法中，至少两个不相邻的IP子网可被配置以相同的子网标识符。

所述子网标识符可被手工配置或根据动态主机配置协议DHCP配置到DHCP服务器。

根据本发明的再一方面，一种获取IP地址的方法，包括如下步骤：

相邻的IP子网被配置以不同的IP地址；

网络终端在发生子网间切换时，根据动态主机配置协议获取新子网中的IP地址。

在所述的获取IP地址的方法中，至少两个不相邻的IP子网可被配置以相同的IP地址。所述每个IP子网内配置有地址池，用于存储所分配的IP地址。

由此可见，采用本发明的检测切换模式的方法，由于只需分析S-ID字段，因此节省了检测切换模式所需的时间。采用本发明的获取IP地址的方法，由于省略了ARP验证的过程，因此，在网络终端发生子网间切换时，获取新子网中的IP地址所需的时间被大大减少，降低了网络终端进行子网间切换时的延迟，更好地满足要求实时通信的用户需求。

附图说明

图1是现有技术中相邻IP子网间的IP地址配置示意图；

图2是现有技术中ICMP路由器通告报文格式的示意图；

图3是根据本发明检测切换模式的方法的一个实施例中使用的经扩展的ICMP通告报文的格式示意图；

图4根据本发明检测切换模式的方法的一个实施例的流程图；

图5是根据本发明获取IP地址的方法的一个实施例中的IP地址配置图；以及

图6是图5的实施例中的IP地址被重复使用的配置图。

具体实施方式

下面结合附图来详细介绍本发明方法的优选实施例。需要说明的是，下述实施例仅用于解释本发明，不对本发明构成任何限制。其中，相同的参考数字表示相同的内容。

在描述中，假设IPv4用作网络层协议，WLAN(802.11a/b/g)用作链路层协议。

首先，根据本发明的IP地址配置方法，相邻的子网将被配置以不同的IP地址。本发明中，子网相邻是指子网接入点(AP)的覆盖区域在地理上相邻。

根据本发明的另一方面，在本发明的切换模式检测方法的一个实施例中所使用的ICMP RA报文格式示意图如图3所示。在图3中，现有技术中的ICMP RA报文的末端附加了一个子网标识符S-ID(Sub-networkIdentity)，考虑到向IPv6的扩展等原因，该S-ID优选地为128位，用于标识一个IP子网。

在本发明的检测切换模式的方法进一步的实施例中，如图4所示，通过使用上述图3中所示的ICMP RA报文格式来实现切换模式的检测。假设在切换模式被检测之前，在移动终端MT1和AP二者之间已经根据链路层协议(802.11)创建了连接。在该连接被创建之后，能够实现在移动终端MT1和子网之间的MAC层转换。

在步骤101中，移动终端MT1向所有路由器多播地址(如224.0.0.2)，或广播地址255.255.255.255发送路由请求RS(Router Solicitation)报文。且子网的网关监听广播地址和所有路由器多播地址。

在步骤102中，当接收到来自该移动终端MT1的RS报文时，ICMP服务器就响应该RS报文，根据预先配置在其中的S-ID创建一个ICMP路由通告(RA)报文，即将预先配置的S-ID附在ICMP报文的末端，并将该ICMP RA报文发送回该移动终端MT1。

在步骤103中，该移动终端MT1从所接收的ICMP RA报文中解析出附在末端的128位S-ID。

在步骤104中，该移动终端MT1将该解析出的S-ID与自身所缓存的S-ID相比较。如果该移动终端MT1是第一次接入移动IP网络，则无需此比较步骤，只需缓存当前IP子网的S-ID。如果该移动终端MT1不是第一次接入移动IP网络，则所缓存的S-ID为前一IP子网的S-ID，即最新缓存的S-ID。

在步骤105中，判断所解析出的S-ID与自身所缓存的S-ID是否相同。如果相同，则转至步骤106；否则，转至步骤107。

在步骤106中，将该移动终端MT1的切换模式检测为子网内切换。

在步骤107中，将该移动终端MT1的切换模式检测为子网间切换，并将自身所缓存的S-ID更新为当前子网的S-ID。

由此可见，根据该实施例，只需解析ICMP RA报文中的S-ID字段就能够容易地检测出移动终端MT1的切换模式，而无需像现有技术那样解析出ICMP RA报文中的多个字段之后并分析才能检测出切换模式。

该检测切换模式的方法具有下述优点：

(1)节省了检测切换模式的时间；

(2)移动终端MT1在无需额外操作的情况下就能够检测切换模式；

(3)扩展的ICMP RA报文与ICMP协议兼容；

(4)无需对移动终端MT1中的DHCP客户操作进行修改。

需要注意的是，上述S-ID被确定为128位，实际上，该S-ID还可以是64位或32位等，并且此时该64位或32位的S-ID可以被重复使用，如采用相同的S-ID来标识不相邻的IP子网。

该S-ID可以通过手工配置到ICMP服务器，也可以通过DHCP配置到ICMP服务器，并由此来实现将该S-ID附在ICMP RA报文的末端。

本发明的再一方面提供了一种获取IP地址的方法，当移动终端MT1发生子网间切换时，通过动态主机控制协议(DHCP)来为移动终端MT1分配新子网中的IP地址，其中相邻的子网间采用不同的IP地址配置。

可以在每个子网内配置一个地址池，其中存储为每个子网所分配的IP地址。

图5是根据本发明获取IP地址的方法的一个实施例中IP地址配置图。如图5所示，相邻的子网间被分配不同范围的IP地址，该实施例中采用的是172.16.0.0-172.31.255.255的B类私有IP地址范围，子网掩码为255.255.0.0。这样，一个子网能够支持65,535台主机。同时，在不相邻的子网中即可使用使用相同的IP地址配置。

图6是图5的实施例中的IP地址被重复使用的配置图。如图6所示，子网8#就使用了和子网1#相同的IP地址范围192.168.0.0，其中子网掩码255.255.0.0。

除此之外，在本发明的获取IP地址的方法的该实施例中，还可以采用其他范围的私有IP地址配置，如A类私有IP地址范围10.0.0.0-10.255.255.255，子网掩码为255.0.0.0。这样，一个子网能够支持16,777,216台主机。

根据上述对相邻子网的定义，相邻子网中所包括的不同接入点可能会覆盖相同的区域，此时处于该被重叠覆盖的区域中的移动终端可由任一个接入点来分配一个IP地址。

通过上述对IP地址的重复使用，即相隔一定区域范围的IP地址仍能够被重复使用多次，因此能够为移动IP通信提供足够的IPv4地址资源，同时无需改变网络设备，避免了IP地址资源紧张的问题。

基于上述配置的IP地址，移动终端MT1在发生子网间切换时，如从子网1#切换到子网2#时，通过DHCP来获取新子网中的IP地址。具体地，该获取过程包括如下步骤：

步骤S1：发现步骤。因为DHCP服务器的IP地址对于移动终端MT1来说是未知的，移动终端MT1通过接入点以广播形式在新子网中发送一个DHCP DISCOVER消息。网络上每一台安装了TCP/IP协议的主机都会接收到这种广播消息，但只有DHCP服务器才会做出响应。

步骤S2：提供步骤。在网络中接收到DHCP DISCOVER消息的所有DHCP服务器都会做出响应，即从尚未出租的IP地址中选择一个用于分配给该DHCP移动终端MT1的IP地址(例如172.17.0.5)，并通过接入点向该移动终端MT1发送一个包含所选择的IP地址(172.17.0.5)和其他参数的DHCP OFFER消息。

步骤S3：选择步骤。如果有多台DHCP服务器向该移动终端MT1发送了DHCP OFFER消息，则该移动终端MT1只接受第一个收到的DHCPOFFER消息，然后以广播方式返回一个DHCP REQUEST消息，该DHCPREQUEST消息中包含向它所选定的DHCP服务器请求IP地址的内容，以便通知所有的DHCP服务器它将选择某个DHCP服务器提供的一个IP地址。

步骤S4：确认步骤。其提供的IP地址被接受的DHCP服务器在收到该移动终端MT1返回的DHCP REQUEST消息后，向该移动终端MT1发送一个DHCP ACK消息，以确认该移动终端MT1可以使用它提供的IP地址(172.17.0.5)。

至此，移动终端MT1就从DHCP服务器获取了一个IP地址(172.17.0.5)。由于相邻的子网采用不同的IP地址配置，因此，在步骤S2中，DHCP服务器所选择的IP地址一定和移动终端MT1原来的IP地址不同，因此，也就不会存在相同的IP地址(172.17.0.5)已经被分配给其他主机的情况。因此，分配给该移动终端MT1的IP地址(172.17.0.5)就是一个可用的IP地址，无需再通过ARP(地址解析协议，Address ResolutionProtocol)验证来使该IP地址(172.17.0.5)生效。也就是说，通过DHCP分配的该IP地址(172.17.0.5)即为直接可用的地址。

由此可见，采用该获取IP地址的方法的实施例来获取新子网中的IP地址，省略了现有技术中的ARP验证的过程，因此，大大地减少了获取新子网中的IP地址所需的时间，降低了子网间切换时的时间延迟，因此可满足要求实时通信的用户需求。

Claims

1.一种IP地址的配置方法，包括步骤如下：

相邻的IP子网被配置以不同的IP地址。

2.根据权利要求1所述的IP地址配置方法，其中：至少两个不相邻的IP子网被配置以相同的IP地址。

3.IP网络中检测网络终端切换模式的方法，包括如下步骤：

为相邻的IP子网配置不同的IP地址和不同的子网标识符；

网络终端基于所接收的ICMP路由通告报文检测切换模式。

4.根据权利要求3所述的检测切换模式的方法，其中：进一步包括如下步骤：

基于所述解析出的子网标识符检测切换模式。

5.根据权利要求4所述的检测切换模式的方法，其中：进一步包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述的检测切换模式的方法，其中所述缓存的子网标识符为由网络终端所缓存的最新的子网标识符。

7.根据权利要求5所述的检测切换模式的方法，其中所述网络终端基于所接收的ICMP路由通告报文中的子网标识符动态更新其中缓存的子网标识符。

8.根据权利要求3所述的检测切换模式的方法，其中：至少两个不相邻的IP子网被配置以相同的子网标识符。

9.根据权利要求3所述的检测切换模式的方法，其中：所述子网标识符被手工配置或根据动态主机配置协议DHCP配置到DHCP服务器。

10.一种获取IP地址的方法，包括如下步骤：

相邻的IP子网被配置以不同的IP地址；

11.根据权利要求10所述的获取IP地址的方法，其中：至少两个不相邻的IP子网被配置以相同的IP地址。

12.根据权利要求10所述的获取IP地址的方法，其中：所述每个IP子网内配置有地址池，用于存储所分配的IP地址。

13.根据权利要求10所述的获取IP地址的方法，其中：根据动态主机配置协议获取新子网中的IP地址包括如下步骤：

网络终端以广播形式发送DHCP DISCOVER消息；

DHCP服务器接收该DHCP DISCOVER消息，从尚未出租的IP地址中选择一个IP地址，并向网络终端发送包含所选择的IP地址的DHCP OFFER消息；

网络终端接受收到的第一个DHCP OFFER消息，并以广播方式返回一个DHCP REQUEST消息；以及

DHCP服务器在收到所述DHCP REQUEST消息后，向网络终端发送DHCPACK消息。