CN101119297A

CN101119297A - 一种移动网络中的路由优化方法

Info

Publication number: CN101119297A
Application number: CNA2006101082697A
Authority: CN
Inventors: 管红光
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Priority date: 2006-08-04
Filing date: 2006-08-04
Publication date: 2008-02-06
Anticipated expiration: 2026-08-04
Also published as: CN101119297B; WO2008017224A1

Abstract

本发明公开一种移动网络中的路由优化方法，该方法包括：VMN获取可直接路由到CN的CoA；对所获取的CoA进行返回路由可达过程，然后将所获取的CoA注册至CN。本发明所提供的方法可以对VMN与CN之间的报文的路由进行优化，减少报文延时，提高业务质量。

Description

一种移动网络中的路由优化方法

技术领域

本发明涉及移动网络中的路由技术，更具体地说，涉及一种移动网络中的路由优化方法。

背景技术

当前，移动网络的发展已经比较成熟，形成有规范的协议，其中RFC3775协议和RFC3963协议是移动网络的基本协议，RFC3775协议定义了移动节点(MN)在移动过程中保持当前会话的方法，RFC3963协议是对RFC3775协议的扩展，用于支持将MN接入移动网络的移动路由器(MR)的移动性。

根据协议的规定，通常情况下，MN在家乡(Home)网络时，利用家乡代理(HA)的家乡地址(HoA)与通信节点(CN)进行通信；当MN移动到外地网络并通过MR接入到网络中时，MN需要获得转交地址(CoA)，利用该CoA与CN进行通信，这时MN可称为拜访MN(VMN)，此时，整个网络的架构以及VMN与CN之间的报文路径参见图1，图1是MN移动到外地网络时网络架构和报文路径示意图。

在图1所示的网络架构中，VMN通过MR和接入路由器(AR)接入到外地网络，记为MN_HA的VMN的HA和记为MR_HA的MR的HA也都与该外地网络通信连接。VMN与连接到该外地网络的CN进行通信。在这种网络架构下，VMN与CN之间通信的报文路径如图1中的双向实线箭头10所示。为了实现VMN与CN之间通信报文的路由，根据RFC3775协议和RFC3963协议的规定，MR和VMN首先需要获得CoA并分别向各自的HA注册。

MR获得CoA并向移动路由器_家乡代理(MR_HA)注册的过程如下：当MR移动到外地网络、接入AR时，在与AR的接口上生成CoA，为了与后面VMN生成的CoA相区别，将MR所生成的CoA记为MR_CoA，MR将所生成的MR_CoA注册到MR_HA，MR_HA获得注册后，建立移动网络前缀与MR_CoA的绑定关系。于是，在MR与MR_HA之间形成MRHA隧道，MR要发送的报文都将经过AR到达MR_HA，由MR_HA转发出去，而所有要发送给移动网络内节点的报文也都首先到达MR_HA，MR_HA将根据移动网络前缀与MR_CoA的绑定关系将报文转发给对应的MR，再由MR转发给对应的移动网络内节点。

VMN获得CoA并向MN_HA注册的过程如下：MR发布携带移动网络前缀的路由器通告(RA)给VMN；VMN根据MR所发布的移动网络前缀生成CoA，这里将VMN所生成的CoA记为VMN_CoA，VMN向MN_HA发送绑定更新报文(BU)，将该VMN_CoA注册到MN_HA，MN_HA确认注册成功后，向VMN回应绑定确认报文(BA)。于是，MN_HA可以对所收到的欲发送给VMN的报文进行封装，内层报文不变，外层报文的源地址为MN_HA的地址，目的地址为VMN_CoA，封装后的报文转发给VMN；VMN向CN发送报文时，外层报文的源地址为VMN_CoA，目的地址为MN_HA的地址，内层报文的源地址HoA，目的地址为CN的地址，MN_HA收到该报文时，对报文解封装，根据内层报文的地址将报文转发给CN。从这个过程可以看到，VMN与CN之间的通信报文将通过MN_HA进行转发。

上述通过MN_HA进行转发报文的通信模式称为双向隧道模式，这种模式下的路径不是最优路径，因此，RFC3775协议对此提供了一种路由优化模式，即VMN将VMN_CoA注册到CN，使VMN与CN之间的报文不需要MN_HA的转发。为此，协议定义了类型2(type2)路由头和目的地扩展头中的家乡地址选项，用于携带HoA，这样，CN发送给VMN的报文源地址为CN的地址，目的地址为VMN_CoA，报文中包括type2路由头，其中携带HoA；VMN发送给CN的报文源地址为VMN_CoA，目的地址为CN的地址，报文中包括目的地扩展头，在该扩展头的家乡地址选项中携带HoA。这样，CN就可以生成VMN_CoA与HoA的绑定关系，CN与VMN之间的报文也就不需要MN_HA的转发而可以在CN与VMN之间直接路由。

为了保证安全性，RFC3775协议规定VMN在向CN注册之前必须进行返回路由可达过程，参见图2，图2是返回路由可达过程示意图，具体的返回路由可达过程如下：

步骤201、VMN向CN发送家乡测试初始消息(HoTI)报文；

VMN发送给CN的报文的内层报文源地址为VMN的HoA，目的地址为CN的地址，外层报文的源地址为VMN_CoA，目的地址为MN_HA的地址，报文首先发送给HA，HA对该报文进行解封装，将内层报文转发给CN；

步骤202、VMN向CN发送转交测试初始消息(CoTI)报文，报文源地址为VMN_CoA，目的地址为CN的地址，该报文直接发送给CN；

步骤203-步骤204、CN收到HoTI和CoTI报文后，分别向VMN回应家乡测试消息(HoT)报文和转交测试消息(CoT)报文，在这两种报文中分别包含家乡密钥生成令牌和转交密钥生成令牌。其中，CN发送给VMN的HoT报文仍然通过HA转发。

VMN根据家乡密钥生成令牌和转交密钥生成令牌计算出绑定密钥(Kbm)，该Kbm用于MN向CN注册时的校验。VMN获得Kbm后，向CN发送BU注册VMN_CoA，CN根据Kbm来验证VMN发送的BU报文，并在验证成功后，回应BA报文。

VMN向HA和CN注册后，在与CN进行通信时，VMN发送给CN的报文的源地址是VMN_CoA，目的地址是CN的地址，由于VMN_CoA是根据MR发布的移动网络前缀生成的，而该移动网络前缀又是由MR_HA分配给MR的，所以VMN_CoA属于MR_HA，因此VMN发送给CN的报文将通过MR首先发送到MR_HA，由MR_HA转发给CN。类似的，CN发送给VMN的报文的源地址为CN的地址，目的地址为VMN_CoA，该报文同样需要MR_HA的转发。也就是说，VMN与CN之间的报文将通过VMN-MR-AR-MR_HA-CN路径进行路由，事实上，VMN与CN之间的报文没有必要经过MR_HA，报文经过MR_HA将导致报文的延时增加，严重影响业务，尤其是实时性业务，因此导致业务质量下降。

对此，网络工程任务组(IETF)中网络移动性工作组的一篇草案中提出一种移动网络路由优化的方法。该方法的核心思想是：MR从AR处获取移动网络前缀，并通过RA广播该前缀，VMN根据这个前缀生成VMN_CoA，并利用这个地址向CN注册，此时，该VMN_CoA不属于MR_HA，与MR_HA没有关系，那么，在VMN与CN进行通信时，报文将不会经过MR_HA，从而可以对路由进行优化。

然而，这种路由优化的方法具有以下缺点：MR需要向AR获取移动网络前缀，这个要求并非所有的AR都可以满足；另外，MR利用RA广播该前缀，所有的VMN都会根据该前缀生成CoA，并对CoA进行返回路由可达过程，然后向CN注册，所有这些过程几乎都是同时进行的，信令报文也几乎同时发送，大量的报文可能出现“注册风暴”，MR将无法对这些报文进行控制。

另外，也有人提出一种路由优化的思想，即MR向CN注册VMN的地址，这样，CN可以直接获得VMN的地址，CN与VMN之间通信的报文就可以在CN与VMN之间直接路由，而不用经过MR_HA，从而实现对路由的优化。然而，由于通信是建立在VMN和CN之间的，MR只是一个中间路由器，对于MR如何发现CN，该方案并没有给出具体的实现方法。

综上所述可知，当前并没有一种合适的方法可以对VMN和CN之间的路由进行优化，解决报文延时和业务质量下降的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种移动网络中的路由优化方法，可以对VMN与CN之间的路由进行优化，减少报文延时，提高业务质量。具体的，该方法包括：VMN获取可直接路由到CN的CoA；对所获取的CoA进行返回路由可达过程，然后将所获取的CoA注册至CN。

所述VMN获取可直接路由到通信节点CN的CoA为：MR将自身所生成的MR_CoA发送给VMN。所述MR将自身所生成的MR_CoA发送给VMN为：MR生成两个MR_CoA，将其中一个MR_CoA发送给VMN。

所述MR将MR_CoA发送给VMN为：MR通过在报文中携带MR_CoA发送给VMN；或者通过路由器通告将MR_CoA发送给VMN。

在VMN获取可直接路由到通信节点CN的CoA之前，该方法进一步包括：

A01、MR移动并接入到接入路由器，生成MR_CoA，并将该MR_CoA注册到MR的家乡代理；

A02、MR向VMN发布配置好的移动网络前缀；

A03、VMN根据该移动网络前缀生成VMN_CoA，向VMN的家乡代理注册，并对VMN_CoA进行返回路由可达过程，将VMN_CoA注册到CN。

在所述步骤A03和VMN获取可直接路由到通信节点CN的CoA之间，该方法进一步包括：

VMN向MR发起携带VMN的HoA的优化请求，MR收到优化请求后确定接受VMN的请求，并向VMN发起验证请求，VMN向MR发送验证应答，MR确认VMN通过验证后，向VMN发送携带MR_CoA的优化应答报文，同时生成HoA与VMN_CoA的对应表。

所述对所获取的CoA进行返回路由可达过程包括：

B1、VMN向CN发送转交测试初始消息报文，报文中携带HoA；

B2、CN收到该转交测试初始消息报文后生成转交密钥生成令牌；并将该令牌携带在转交测试消息报文中发送给VMN，该转交测试消息报文中包括携带HoA的类型2路由头。

在将所获取的CoA注册至CN之后，该方法进一步包括：

VMN经由MR向CN发送报文，MR对所收到的报文进行解封装，删除外层报文头的源地址VMN_CoA和目的地址MR的地址，根据内层报文头的源地址MR_CoA和目的地址CN的地址以及报文所携带的HoA，将报文发送给CN；

CN经由MR向VMN发送报文，MR对所收到的源地址为CN的地址、目的地址为MR_CoA并携带HoA的报文进行封装，并将封装后源地址为MR的地址、目的地址为VMN_CoA的报文发送给VMN。

在将所获取的CoA注册至CN之后，该方法进一步包括：

VMN的家乡代理经由MR向VMN发送报文，MR对所收到的源地址为VMN的家乡代理的地址、目的地址为MR_CoA的报文进行封装，并将封装后源地址为MR的地址、目的地址为VMN_CoA的报文发送给VMN。

所述MR向VMN发起验证请求，VMN向MR发送验证应答，具体包括：MR根据HoA向VMN的家乡代理发送携带随机数的验证请求报文，所述验证请求报文通过VMN的家乡代理发送给VMN，VMN收到验证请求报文后，发送验证应答报文给MR，同时在验证应答报文中携带随机数。

从以上技术方案可以看到，本发明所提供的移动网络中的路由优化方法具有以下有益效果：

1、在本发明提供的方法中，由于VMN使用可直接路由到CN的CoA注册到CN，所以VMN与CN之间的报文不会通过MR_HA进行转发，因此减少了报文延时，进一步地，可以提高业务质量，尤其是对于实时性业务质量的提高，效果更好；

2、本发明提供的方法，由于对HA没有特殊要求，对CN的修改也很少，只是对返回路由可达过程进行了扩展，所以方案简单，实现容易。

附图说明

图1是MN移动到外地网络时网络架构和报文路径示意图；

图2是返回路由可达过程示意图；

图3是根据本发明的路由优化流程图。

具体实施方式

为了使本发明的特征和优点更加清楚明白，下面参照附图结合具体实施例对本发明作进一步的描述。

从背景技术的描述可知，VMN与CN之间进行通信的报文没必要经过MR_HA，造成VMN与CN之间报文经过MR_HA的原因在于：VMN向CN注册的VMN_CoA是根据MR发布的移动网络前缀生成的，而该移动网络前缀属于MR_HA。针对这一原因，本发明提出一种路由优化方法，该方法的主要思想在于：VMN使用可直接路由到CN的CoA向CN注册，由于可直接路由到CN的CoA与MR_HA不相关，所以使得VMN和CN之间的报文可以不经过MR_HA，因此可以对路由进行优化，减少报文延时，并提高业务质量，尤其是实时性业务的质量。

经过本发明路由优化的VMN与CN之间的报文路径如图1中的双向虚线箭头11所示，该路径相对于路径10来说，是VMN与CN之间的最优路径。为了实现路由优化，参见图3，本发明提供如下具体步骤：

步骤301-步骤302、MR移动到AR，在与AR的接口上生成MR_CoA，并将该MR_CoA注册到MR_HA；MR在移动网络内发布配置好的移动网络前缀。

步骤303、VMN根据该移动网络前缀生成VMN_CoA，并将该VMN_CoA注册到MN_HA和CN；在向CN注册之前，VMN需要与CN进行返回路由可达过程，具体的返回路由可达过程，与现有技术所描述的过程一致，这里不再赘述。

步骤304、VMN向MR发起路由优化请求，该优化请求中携带HoA，MR可以根据自身的负荷或具体情况确定VMN是否可以进行路由优化，在确定不可以进行路由优化的情况下，MR将发送不可以进行路由优化的优化应答给VMN，VMN将按照现有的路径，即VMN-MR-AR-MR_HA-CN，与CN之间进行通信，这里不再赘述；在确定VMN可以进行路由优化的情况下，执行以下步骤。

步骤305-步骤307、MR向VMN发送验证请求，VMN向MR发送验证应答。

为了防止VMN恶意攻击，例如注册其它MN的HoA和自己的CoA地址，MR在确定VMN可以进行路由优化的情况下，需要对VMN的HoA进行验证，以便确认HoA就是VMN真实的HoA。于是，MR根据VMN所发送的优化请求报文中携带的HoA，向MN_HA发送验证请求报文，验证请求报文中携带一个随机数，该报文通过MN_HA到达VMN_CoA，被VMN所收到，VMN收到验证请求报文后，发送验证应答报文给MR，其中携带验证请求报文中的随机数，这样，MR就可以验证出HoA的真实性。因为如果VMN恶意攻击其它MN，注册了其它MN的HoA，这里将注册其它MN的HoA的VMN称为攻击者，将被注册了HoA的MN称为被攻击者，那么MR发送的验证请求报文将被发送到VMN注册的HoA，由HoA对应的HA进行转发。如果攻击者和被攻击者的HA不是同一个，那么该MN_HA下将没有攻击者注册过，攻击者因此收不到验证请求报文；如果攻击者和被攻击者的HA是同一个，那么MN_HA根据HoA和CoA的绑定关系会把该验证请求报文转发给被攻击者，攻击者还是收不到MR发送的验证请求报文。即使VMN在收不到验证请求报文的情况下，也发送验证应答报文，那么它所携带的随机数也不可能与验证请求报文中的随机数相同，因此，MR可以验证出HoA的真实性。

步骤307-步骤308、验证通过后，MR向VMN发送优化应答报文，其中携带MR_CoA，同时MR生成VMN的HoA和VMN_CoA的对应表。

VMN向MR发送报文时所使用的源地址是VMN_CoA，并且在步骤304中发送优化请求时在报文中携带了HoA，所以MR可以据此生成VMN的HoA和VMN_CoA的对应表，这样，当MR收到发送给VMN的报文时，可以根据这个对应表将报文转发给VMN。

步骤309、VMN收到MR发送的优化应答报文后，对其中所携带的MR_CoA进行返回路由可达过程，将MR_CoA注册到CN。

由于返回路由可达过程主要包括HoTI/HoT报文的交互以及CoTI/CoT报文的交互。HoTI/HoT报文的交互主要用于CN通知VMN家乡密钥生成令牌，根据家乡密钥生成令牌的生成算法，该密钥仅与HoA、CN的密钥、CN生成的随机数有关，与CoA无关。所以当VMN获得新的CoA，即MR_CoA，并希望向CN注册该MR_CoA时，由于HoTI/HoT报文的交互与原来过程的一样，对应的家乡密钥生成令牌也一样，所以返回路由可达过程只需要执行CoTI/CoT报文的交互。

由于VMN与CN进行CoTI/CoT的报文交互是利用MR_CoA进行的，CN不知道HoA，无法给VMN发送报文，于是本发明对此进行扩展：在VMN发送给CN的CoTI中携带目的地扩展头，并在目的地扩展头的家乡地址选项中携带HoA，并且在CN发送给VMN的CoT报文中包含携带HoA的type2路由头。具体的，VMN发送给CN的CoTI报文源地址为MR_CoA，目的地址为CN的地址，携带目的地扩展头，在家乡地址选项中携带HoA，该报文经过MR的转发到达CN，CN据此生成转交密钥生成令牌；CoT报文源地址为CN的地址，目的地址为MR_CoA，报文中包含携带HoA的type2路由头，该报文到达MR，MR根据所携带的HoA找到VMN_CoA，将报文转发给VMN，于是就实现了CoTI/CoT报文的交互，也即完成了返回路由可达过程。

VMN完成了对MR_CoA的返回路由可达过程后，将MR_CoA注册到CN，事实上，VMN在将MR_CoA注册到CN之前，在步骤303中还将VMN_CoA注册到CN，CN具体使用哪个CoA向VMN发送报文是根据VMN向CN注册CoA时对CoA设置的优先级所决定的，这在IETF中Monami6工作组的多CoA注册草案中有详细的描述，这里不再赘述。本发明中，CN使用MR_CoA向VMN发送报文才能达到路由优化的目的，所以VMN向CN注册时可以设置MR_CoA具有更高的优先级。

经过图3所示的步骤后，VMN与CN之间进行通信的报文就可以不经过MR_HA，具体的报文发送格式如下：

VMN发送给CN的报文，包括数据报文和用于注册的BU报文，内层报文的源地址为MR_CoA，目的地址为CN的地址，报文中包含目的地扩展头，其中携带HoA，外层报文的源地址VMN_CoA，目的地址为MR的地址，这样，当报文到达MR后，MR对报文进行解封装，根据内层报文的目的地址，将报文路由到CN，而不经过MR_HA。此外，VMN也可以只将内层报文发送给MR，MR直接将报文路由到CN。

CN发送给VMN的报文，包括BA、绑定刷新请求报文和数据报文，报文的源地址为CN的地址，目的地址为MR_CoA，报文中包含type2路由头，其中携带HoA，报文到达MR后，MR分析报文，从type2路由头中获取到VMN的HoA，对报文进行封装，封装后的源地址填写为MR的地址，目的地址填写为HoA所对应的VMN_CoA，因为MR上保存有HoA与VMN_CoA的对应表，所以MR可以根据type2路由头中携带的HoA查找到VMN_CoA，这样，报文就可以发送给VMN了。

除了VMN与CN之间进行通信存在报文的传输以外，MN_HA也会给VMN发送报文，例如BA，MN_HA所发送的报文与CN发送的报文类似，源地址为MN_HA的地址，目的地址是MR_CoA，报文中包含type2路由头，其中携带HoA，报文到达MR之后，MR根据源地址HoA找到对应的VMN_CoA，然后对报文进行封装，封装后报文的源地址为MR的地址，目的地址为VMN_CoA，然后报文就被转发给VMN。

在以上描述的实施例中，VMN使用与MR相同的MR_CoA向CN注册，实际应用中，MR也可以在接入AR时，生成两个CoA，一个作为自身向MR_HA注册时使用，另一个给VMN使用。

此外，上述实施例描述的是MR在给VMN的优化应答报文中携带MR_CoA给VMN的，实际应用中，MR也可以通过RA将MR_CoA发布给所有的VMN，然后VMN发起路由优化请求，MR根据具体情况确定是否接受VMN的优化请求。

以上所描述的实施例是以VMN从MR获取与MR_HA不相关的CoA为例说明路由优化过程的，事实上，VMN也可以从其它地方获取可直接路由到CN的CoA，将该CoA注册到CN，具体实现过程与上述过程基本类似，这里不再赘述。

以上参考图3对本发明提出的路由优化方法进行了描述，从中可以看到，本发明提供的方法，对HA没有特殊要求，对CN的修改也很少，只是对返回路由可达过程进行了扩展，所以方案简单，实现容易。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims

1.一种移动网络中的路由优化方法，其特征在于，该方法包括：

拜访移动节点VMN获取可直接路由到通信节点CN的转交地址CoA；对所获取的CoA进行返回路由可达过程，然后将所获取的CoA注册至CN。

2.根据权利要求1所述的路由优化方法，其特征在于，所述VMN获取可直接路由到通信节点CN的CoA为：

移动路由器MR将自身所生成的MR_CoA发送给VMN。

3.根据权利要求2所述的路由优化方法，其特征在于，所述MR将自身所生成的MR_CoA发送给VMN为：

MR生成两个MR_CoA，将其中一个MR_CoA发送给VMN。

4.根据权利要求2所述的路由优化方法，其特征在于，所述MR将MR_CoA发送给VMN为：

MR通过在报文中携带MR_CoA发送给VMN；或者通过路由器通告将MR_CoA发送给VMN。

5.根据权利要求2所述的路由优化方法，其特征在于，在所述VMN获取可直接路由到通信节点CN的CoA之前，该方法进一步包括：

A02、MR向VMN发布配置好的移动网络前缀；

6.根据权利要求5所述的路由优化方法，其特征在于，在所述步骤A03和所述VMN获取可直接路由到通信节点CN的CoA之间，该方法进一步包括：

VMN向MR发起携带VMN家乡代理地址HoA的优化请求，MR收到优化请求后确定接受VMN的请求，并向VMN发起验证请求，VMN向MR发送验证应答，MR确认VMN通过验证后，向VMN发送携带MR_CoA的优化应答报文，同时生成HoA与VMN_CoA的对应表。

7.根据权利要求6所述的路由优化方法，其特征在于，所述对所获取的CoA进行返回路由可达过程包括：

B1、VMN向CN发送转交测试初始消息报文，报文中携带HoA；

8.根据权利要求7所述的路由优化方法，其特征在于，在所述将所获取的CoA注册至CN之后，该方法进一步包括：

9.根据权利要求7所述的路由优化方法，其特征在于，在所述将所获取的CoA注册至CN之后，该方法进一步包括：

10.根据权利要求6所述的路由优化方法，其特征在于，所述MR向VMN发起验证请求，VMN向MR发送验证应答，具体包括：

MR根据HoA向VMN的家乡代理发送携带随机数的验证请求报文，所述验证请求报文通过VMN的家乡代理发送给VMN，VMN收到验证请求报文后，发送验证应答报文给MR，同时在验证应答报文中携带随机数。