CN101185296A - 用于在本地网络和远程网络之间建立多链路接入的方法及相应的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明使得能够以公共和透明的方式使用本地网络和远程网络之间的不同的接入链路。本发明基于利用用户的本地网络上的设备和远程网络上的设备之间的不同接入链路的各个IP通道的使用。所述通道被实施为提供对远程网络的接入的单个链路。

Description

用于在本地网络和远程网络之间建立多链路接入的方法及相应的设备
技术领域
本发明涉及用户的因特网接入，更具体地涉及家庭和网络之间的若干接入链路的公共(common)操作。
背景技术
传统上，图1图示的从用户网络到远程网络(例如因特网)的连接是在通常被称为调制解调器的接入装置(参考标号1.8)的帮助下实现的，该接入装置有效地涉及模拟链路上的数字信号的调制解调设备或通过扩展另一技术。此调制解调器使得能够在此设备和接入提供者的网络(参考标号1.3)内的对等体(peer)(参考标号1.4)之间建立链路(参考标号1.5)。该对等体被称为NAS(网络接入服务器)。用户网络和远程网络(此处为参考标号1.2的因特网网络)之间的IP通信经由调制解调器而被定向，并且通过所述链路。经由调制解调器来路由用于除了用户的内部网络(参考标号1.7)之外的目的的IP分组，输入的分组是从远程网络经由NAS然后经由用户网络上的调制解调器而路由的分组。用户房屋(参考标号1.6)内的客户端(参考标号1.9)可因此接入在因特网上可用的服务器(参考标号1.1)。
到远程网络的连接技术的发展导致存在通过各种技术方案提供此连接的多个运营商。因此用户现在可以具有到远程网络的若干接入(access)。例如，用户可以具有由其支配的通过被称为PSTN的标准调制解调器的接入、以及由其有线电视运营商(cable operator)提供的更高速度的接入，其中具有包括因特网接入、经由IP的电话以及经由ADSL型连接的电视的提供。此类型的用户网络在图2中图示。在该图中，我们可看到用户的家庭(参考标号2.6)容留(host)用户网络(参考标号2.7)。将诸如个人计算机的客户端(参考标号2.9)连接到此网络2.7。诸如PSTN调制解调器的第一调制解调器(参考标号2.8)提供经由第一接入提供者(参考标号2.3)的第一接入。此接入提供者2.3容留到其网络的接入装置(参考标号2.4)，该接入装置使得调制解调器2.8能够打开(open)链路(参考标号2.5)。因此，此接入提供者提供经由其NAS 2.4而到远程网络(典型地为因特网，参考标号2.2)的接入。用户拥有使其能够经由第二提供者(参考标号2.12)所提供的类似接入来接入因特网的第二调制解调器(参考标号2.10)。客户端2.9将通过因特网接入服务器(参考标号2.1)的方式以及所使用的接入将由客户端的路由表的配置确定。
存在允许若干接入的公共操作的解决方案。例如，可以耦接经由卫星的单向接入和低速PSTN连接。在此情况下，将低速连接用于发送查询，而将高速下游(downstream)连接用于响应。因此，将低速连接专用于输出业务，而将高速连接专用于输入业务。
还存在使得可以在网络内共享不同的接入链路的其它解决方案。在此情况下，在IP连接的层级(level)上做出所使用的接入的选择。将经由所述接入之一来建立给定的IP连接。在此情况下，查询及其响应必须使用同一接入。
然而，采用透明方式的不同接入链路的公共操作是不可能的，其中所述透明方式使得可以将各自具有其自己的带宽的不同接入用作拥有与所述不同接入链路的带宽总和相等的带宽的单个接入。
发明内容
本发明使得能够以公共和透明的方式使用本地网络和远程网络之间的不同接入链路。本发明基于利用用户本地网络上的设备和远程网络上的设备之间的不同接入链路的各种IP通道(tunnel)的使用。将所述通道实施为提供到远程网络的接入的单个链路。
本发明涉及一种通过数字数据分组将本地通信网络连接到远程网络的方法，包括至少以下步骤：
-涉及经由第一接入网络而打开在连接到本地网络的调制解调器和远程网络之间的第一连接的步骤，
-涉及经由第二接入网络而打开在所述调制解调器和远程网络之间的至少第二连接的步骤，
-对于由此打开的每个连接，使用所述连接而在调制解调器和连接到远程网络的被称为网关的设备之间建立相应的通信通道的步骤，以及
-对于与通过网关一样多地通过调制解调器而在本地网络和远程网络之间交换的每个数字数据分组，选择用于路由该分组的通道的步骤。
根据特定实施例，该方法还包括涉及由网关将地址分配给调制解调器的步骤。
根据特定实施例，该方法还包括使用所打开的连接中的一个打开调制解调器和网关之间的控制链路。
根据特定实施例，根据每个通道特有的参数执行选择步骤。
根据特定实施例，在选择步骤中使用的每个通道特有的参数包括每个连接的即时使用率(instantaneous usage rate)。
本发明还涉及一种通过数字数据分组而在本地通信网络和远程网络之间的通信设备，其包括多个打开本地网络和远程网络之间的连接的部件，其特征在于它还包括：对于每个打开的连接，使用该连接而建立在其自身和连接到远程网络的被称为网关的设备之间的通道的部件；以及对于它在本地网络和远程网络之间中继的每个数据分组、选择用于中继所述分组的通道的部件。
根据一个特定实施例，该通信设备还包括管理由所述网关分配的所述网络上的地址的部件。
根据一个特定实施例，该通信设备还包括使用所打开的连接之一来管理其自身和网关之间的控制链路的管理部件。
本发明还涉及一种可通过数字数据分组连接到通信网络的、用于中继数据分组的设备，其特征在于它包括：管理其自身和所述网络上的远程设备之间的多个通道的部件；以及对于它向远程设备进行中继的每个数据分组，选择用于中继所述分组的通道的部件。
根据一个特定实施例，该中继设备还包括将地址分配给远程设备的部件。
根据一个特定实施例，该中继设备还包括管理其自身和远程设备之间的控制链路的部件。
根据一个特定实施例，根据每个通道特有的参数来执行通道选择的部件。
根据一个特定实施例，由选择部件使用的每个通道特有的参数包括在远程设备和所述网络之间打开的每个连接的、并且由远程设备发送的即时使用率。
附图说明
通过阅读下面的描述，将会更好地理解本发明，并且其它特定特征和优点将会显现，所述描述参照了附图，在附图中：
图1表示本地网络到因特网的连接的已知图示，
图2表示经由两个不同的接入的、本地网络到因特网的连接的已知图示，
图3表示根据本发明一个实施例的本地网络到因特网的连接图示，
图4表示根据本发明一个实施例的被称为多链路的连接的逻辑图示，
图5表示本发明一个实施例的软件架构图示，以及
图6表示在本发明一个实施例中使用的不同的数据分组以及地址。
具体实施方式
现在将描述本发明的详细描述以及实施例。
IP网络所使用的路由规则使得在诸如图2描述的配置之类的配置中，对经过接入链路之一的查询的响应在其返回期间必然使用相同的链路。实际上，每个接入提供者将一地址或一组地址分配给用户。可使用两种管理他的本地网络内的用户设备的寻址的方式。第一种解决方案在于直接寻址。在此情况下，接入提供者将其自身的寻址空间内的地址提供给本地网络的不同设备。因此，将在IP寻址的层级上将所述设备实施为作为接入提供者的网络的组成部分的设备。在单个设备连接到因特网的情况下，此种类型的寻址仍然是常见的。为了向用户提供更多的灵活性，可以使用在调制解调器层级上的地址转换技术。这使得他能够将与他希望的一样多的设备连接到家庭网络，而对于所有这些不需要其接入提供者的寻址空间中的同等数量的地址。此处将调制解调器视为充当接入网关的路由器。以NAT(网络地址转换)的名义公知的这一技术使得可以自由地组织用户网络的寻址空间。在此情况下，将地址分配给与此专用寻址空间相关(coherent)的本地网络上的调制解调器。然而，当与接入提供者建立连接时，该接入提供者将其自身的寻址空间内的第二IP地址分配给该调制解调器。因此，该调制解调器具有两个地址，一个用于将其连接到家庭网络的接口，另一个用于将其连接到接入提供者的接口。当家用网络的客户端将分组发送给远程网络时，将由调制解调器转换分组的源地址，所述调制解调器利用它自己在提供者的网络内的地址来替换所述源地址。因此，该调制解调器表现为从本地网络发起并且意欲用于远程网络的所有分组的源设备。该调制解调器以能够在内部网络上将组成它接收的响应的分组发回这样的方式，来追踪所做的转换。此处，该调制解调器用客户端在用户网络上的地址来替换在所述分组的目的地地址中使用的它自己的地址。
由此，从本地网络发起的查询将在远程网络上被视为在接入提供者的网络中具有其用于发送该查询的来源。因此对这一查询的响应将被指向此接入提供者，并可以只经由此提供者的网络到达客户端。因此，用于这一查询的接入支配用于所述响应的接入。因此，我们可以看到，虽然可以在本地网络和远程网络之间使用若干接入，但是只能在会话的层级上进行接入的选择。
如果希望以透明的方式以及以能够充分利用所有可用带宽这样的方式来在本地网络和远程网络之间共享若干接入链路，则必须设计使得可以在分组的层级上路由业务的机制。
现在将描述这种机制的实施例。图3中图示了此示例的架构。用户的空间(参考标号3.6)包括本地网络(参考标号3.7)、至少一个客户端(参考标号3.15)。用户拥有与例如不同接入提供者的若干接入。该图图示了两个提供者：IAP 1(参考标号3.3)和IAP 2(参考标号3.12)。这些提供者中的每一个具有由其支配的、到远程网络的接入服务器。这些网络接入服务器(代表网络接入服务器的NAS)NAS 1(参考标号3.4)和NAS 2(参考标号3.13)批准到远程网络(在此情况下为因特网，参考标号为3.2)的接入。在该图中，远程网络3.2容留诸如参考标号为3.1的服务器的服务器。因此，我们试图通过联合使用由两个接入提供者提供的接入来在客户端3.15和服务器3.1之间建立连接。此处图示的用于两个提供者的原理可被直接推广为多于两个提供者。本发明的实施例一方面基于被称为多链路网关并且连接到远程网络3.2的中继设备(参考标号3.14)，另一方面基于直接控制接口(参考标号3.8和3.10)的、使得能够打开到每个接入提供者的接入的多链路调制解调器(参考标号2.9)。本发明的实施例基于在多链路调制解调器和多链路网关之间的IP通道的建立。像多链路网关一样，多链路调制解调器选择所述通道，从而选择用于在本地网络和远程网络之间交换的每个数据分组的接入。此选择可依赖于各种参数，例如每个接入的带宽、分组参与的业务的类型、每个链路的使用的即时统计值、分组的传送时间(往返延迟)、或任何其它相关参数。以此方式，将以形成我们所称的多链路这样的方式来联合使用所建立的不同通道。
图4图示在多链路网关(参考标号4.1)和多链路调制解调器(参考标号4.2)之间存在的逻辑链路。在初始化阶段中，例如由多链路调制解调器来发起第一连接(参考标号4.3)。此连接专用于在多链路网关和多链路调制解调器之间的交换，以便控制多链路的功能。随后，识别每个接入一个连接(参考标号4.4、4.5、4.6以及4.7)。在这些连接中的每一个上构成IP通道。例如，可以通过使用在对IETF(因特网工程任务组)的意见RFC2784的请求中定义的GRE协议(通用路由封装)来构成IP通道。在一方面，在远程网络上的网关的IP地址(在图中被称为@IPP)上的网关和建立连接时由每个IAP分配给调制解调器的地址(被称为@IPMi，i为接入编号)之间建立每个通道。
在初始化阶段期间，多链路调制解调器将通过打开每个接口与远程网络的连接来开始。此连接的打开是在已知协议的帮助下进行的，所述协议有例如：用于例如标准PSTN的PPP(点对点协议)、在以太网上使用的DHCP连接(动态主机控制协议)、用于例如ADSL连接的PPPoE(以太网上的PPP)、或者使得能够建立连接的任何其它类型的协议。以通常方式，在建立连接时，IP地址将由接入提供者分配给连接设备。因此，此IP地址将被提供给多链路调制解调器，所述多链路调制解调器每个接入将配备一个地址，每个地址对应于将其连接到所述网络的接口。
一旦打开了不同的连接，调制解调器将无差别地(indifferently)使用它们中的任何一个来建立与多链路网关的控制连接。调制解调器识别网关地址的方式是无差别的，例如，它可包含手动配置或在建立所述连接之一时由接入提供者之一发送的参数。
一旦建立了此连接或控制链路，就必须建立多链路。所述建立可以以在网关和调制解调器之间的可能的认证阶段开始。随后，调制解调器将通告(declare)所建立的各个连接、以及对于每个连接被分配给它的地址。
接着，按照与NAS将其自身的寻址空间中的IP地址分配给连接设备相同的方式，多链路网关将在其自身的寻址空间中将IP地址分配给多链路调制解调器。此地址被称为@IPMV，作为调制解调器的虚拟IP地址。将进一步描述通过多链路在客户端和远程网络的服务器之间交换的分组的流程。
本地网络的设备或客户端必须具有其将调制解调器指示为到远程网络的网关的路由表，以使用多链路的资源。多链路的存在不以任何方式改变通过在调制解调器上配置路由而独立于该多链路使用不同的接入的可能性。
一旦建立了多链路，就建议保持所述控制连接。实际上，这使得可以应付本地网络和远程网络之间的接入数目的任何修改。例如，当一个连接失败时，调制解调器应该通知网关不再将此接入用于从远程网络到本地网络的业务。也可以添加对于多链路可用的新的接入。也可以将控制链路用于在网关和调制解调器之间的、关于不同链路的信息以及对于在路由分组期间选择接入之一的策略可能有用的信息的通信。
使得多链路相对于其组成而随着时间动态演进的这种可能性的令人感兴趣的发展是漫游(roaming)的处理。实际上，漫游设备在其漫游期间将看到这样的网络：对于该网络，它可以具有接入改变。只要至少一个连接保持工作，多链路就保持起作用。到网络的连接的丢失导致从多链路取消(withdrawal)此链路，而已经变得可接入的到新网络的连接导致将其添加到多链路中。以此方式，漫游设备可以在始终保持其经由多链路的与远程网络的连接的同时，从一个网络迁移到另一网络，接入的改变对于应用保持透明。
图5图示本发明实施例的软件架构图示。其中，我们可以看到客户端(参考标号5.4)，其具有由以下层组成的标准软件架构：可以例如是以太网或无线网络802.11的物理层(参考标号5.44)、链路层(参考标号5.43)、IP层(参考标号5.42)、在IP层之上的TCP传输层(参考标号5.41)以及应用层(参考标号5.40)。在系统的另一端，服务器(参考标号5.1)也拥有相同的标准软件架构：物理层(参考标号5.14)、链路层(参考标号5.13)、IP层(参考标号5.12)、TCP层(参考标号5.11)以及应用层(参考标号5.10)。
多链路网关(参考标号5.2)也将呈现相同的架构：物理层(参考标号5.24)、链路层(参考标号5.23)、IP层(参考标号5.22)、TCP层(参考标号5.21)以及应用层(参考标号5.20)。然而，该网关拥有在其应用层中的多链路的管理模块，而在IP层中集成了根据GRE协议的通道的管理模块(参考标号5.52)。除了通道自身的管理模块之外，此模块还集成了使得能够选择用于每个分组的通道的切换模块。
对于多链路调制解调器(参考标号5.3)，其拥有若干物理层(参考标号5.341、5.342和5.343)。这些物理层由同样多的链路层(参考标号5.331、5.332和5.333)控制。这些不同的接口包括多链路调制解调器与本地网络的连接的第一接口(5.333和5.343)。其它接口对应于调制解调器和远程网络(参考标号5.5、此处是因特网)之间的不同链路。IP层(参考标号5.32)包含GRE通道的管理模块(参考标号5.62)。此处，同样，此模块集成了要在分组的基础上使用的通道的动态切换模块。按照标准，存在TCP层(参考标号5.31)、以及包含多链路的控制软件的应用层5.30。
多链路的控制模块的任务将是执行已描述过的初始化阶段以及多链路的后续阶段。此后续阶段将包括链路的取消和添加的动态适应、以及以使得能够动态选择由每个切换模块使用的链路这样的方式进行的每个链路的性能的参数或测量值的交换。
对于本发明的实施例进行的选择在于根据GRE的IP通道中的以太网类型的MAC层级的分组的封装。可以通过保持在IP层级上并使用其它通道技术来实现本发明。在本发明的实施例中，多链路模拟在网关和调制解调器之间的以太网连接。此模拟转换为与多链路相对应的虚拟以太网接口在网关以及调制解调器二者的GRE模块内的创建。此外，按照与链路上的连接的建立相似的方式，多链路的建立将把虚拟IP地址分配给调制解调器。因此，该调制解调器能够管理IP地址转换步骤(NAT)，以对于远程网络隐藏(mask)本地网络。另一选择在于分配与本地网络上的机器一样多的地址，但是此解决方案由于其对地址的消耗而不是优选的。因此，网关通过将IP地址从其自身的寻址空间分配到与其建立连接的多链路调制解调器而充当到所述网络的接入服务器。
现在将参照图6描述本地网络的客户端和远程网络上的服务器之间的消息的交换的细节。客户端发出查询(参考标号6.1)。此查询是具有作为源地址的本地网络上的客户端的IP地址@IPC以及作为目的地地址的远程网络上的服务器的IP地址@IPS的IP分组。由于多链路调制解调器已被通告为到远程网络的网关，因此将所述分组路由到该多链路调制解调器。在该调制解调器上，执行第一地址转换阶段，由在多链路的初始化时分配给调制解调器的虚拟IP地址@IPMV来替换分组的源地址。调制解调器在查询的来源处存储客户端的地址。接着由GRE模块处理该分组。此模块将该分组封装在以太网分组(参考标号6.2)中，该以太网分组的源和目的地地址是调制解调器和网关的虚拟以太网接口的地址@MACMV和@MACPV。根据GRE将该以太网分组自身封装在IP分组(参考标号6.3)中。在这里发生通道的选择。根据所选择的通道，该分组的源IP地址将是在建立对应于此通道的链路时被分配给调制解调器的IP地址。所示实施例使用第一通道，因此源地址为由第一接入提供者分配的调制解调器的IP地址@IPM1，目的地地址为网关地址@IPP。接着，此分组由与所选择的通道相对应的接口处理，并被路由到网关。后者对该分组进行解封装(参考标号6.4)，并将其路由到服务器。将意欲用于由网关分配的虚拟地址@IPMV的服务器的响应(参考标号6.5)经由网关路由到其目的地。这执行产生参考标号为6.6的分组的以太网封装。此处，再次介入所述响应将采用的通道的选择。该实施例说明了第二通道的选择，因此，以太网分组将被封装在GRE分组中，该GRE分组的目的地地址是作为由第二接入提供者分配的调制解调器的地址的地址@IPM2、并且源地址是网关的地址@IPP。因此，此IP分组将经由远程网络而被路由到第二提供者，以经由第二接入到达调制解调器。在调制解调器上，将对该分组进行解封装，客户端的目的地地址将根据地址转换协议(NAT)而被恢复为目的地地址，并被路由到客户端。因此，这意味着客户端和服务器可经由多链路通信，好像它包含链接本地网络和远程网络的单个连接一样。调制解调器以及网关可自由地经由构成多链路的不同接入来平等地路由每个分组。由查询采用的路径不决定对此查询的响应的路径。将通过在客户端上运行并与远程网络的设备连接的应用而以透明的方式使用在调制解调器和网关之间建立的这一连接。实际上，所述应用将正常地通信和打开连接而不必被修改。对于这些应用发生每一件事，好像所述连接是将本地网络链接到远程网络的标准的单个连接一样。在将本地网络缩减为直接集成多链路调制解调器功能的单个客户端设备的情况下，这仍然是正确的。
以此方式，通过明智的通道选择策略，可以充分利用本地网络和远程网络之间的不同连接。此选择策略可基于考虑链路的不同带宽的统计分布。然而，也可以动态地收集关于链路的使用率的统计数据以便确定该选择。在此情况下，调制解调器和网关经由控制连接共享关于链路的信息。可以为此选择保留诸如错误率、传播时间、带宽等的不同参数。还可以给予用于某些类型业务的某些链路特权，如对于语音选择具有低传播时间的链路，而对于视频选择具有高带宽的链路。还可以在选择策略中考虑经济标准，特别是在某些链路按照经过该链路的数据量提供资费的情况下。
经由若干链路交换的分组可能丢失它们的初始序列顺序，特别是在不同的链路具有不同的等待时间的情况下。即使由诸如TCP的更高协议层来管理重新调度，在此层级上执行该重新调度可能是令人感兴趣的。为完成这一点，可以使用GRE选项来添加使得能够重新组成所述序列的序列编号。
本实施例说明了通道技术、GRE、以及通道中的以大网链路的模拟。对于本领域技术人员明显的是：可以使用任何其它通道创建技术，并且通道中封装的层的其它选择是可能的。具体地，可以直接封装IP分组，而不经过以太网分组。
当然，本发明不限于之前描述的实施例。
具体地，本实施例说明了调制解调器的情况，所述调制解调器将本地网络链接到远程网络，并被用于在本地网络的一个或多个客户端与远程网络的设备(典型为服务器)之间中继分组。显然，根据本发明，可将本地网络缩减为被称为调制解调器的设备，该设备随后被集成到希望与远程网络通信的单个客户端中。

Claims (10)

1.一种通过数字数据分组在本地通信网络与远程网络之间建立多链路连接的方法，其特征在于它包括以下步骤：
-经由第一接入网络打开在连接到本地网络的调制解调器和远程网络之间的第一连接，
-经由第二接入网络打开在所述调制解调器和远程网络之间的至少一个第二连接，
-对于由此打开的每个连接，使用所述连接而在调制解调器和连接到远程网络的被称为网关的设备之间建立相应的通信通道，以及
-对于通过调制解调器以及网关两者在本地网络和远程网络之间交换的每个数字数据分组，对使用所述多链路连接的应用而以透明的方式来选择用于路由该分组的通道。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于它还包括由所述网关将地址分配给调制解调器的步骤。
3.根据权利要求1或2之一所述的方法，其特征在于它还包括：使用所打开的连接之一来打开调制解调器和网关之间的控制链路。
4.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，根据每个通道特有的参数来执行所述选择步骤。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述选择步骤中使用的每个通道特有的参数包括每个连接的即时使用率。
6.一种通过数字数据分组而在本地通信网络和远程网络之间的通信设备，其包括多个打开本地网络和远程网络之间的连接的部件，其特征在于它包括：
-经由第一接入网络打开在其自身和远程网络之间的第一连接的部件，
-经由第二接入网络打开在其自身和远程网络之间的至少一个第二连接的部件，
-对于由此打开的每个连接，使用所述连接而在其自身和连接到远程网络的被称为网关的设备之间建立相应的通信通道的部件，以及
-对于它在本地网络和远程网络之间中继的每个数字数据分组，选择用于中继所述分组的通道的部件。
7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于它还包括用于管理由所述网关分配的所述网络上的地址的部件。
8.根据权利要求6或7中的任一项所述的设备，其特征在于它还包括用于使用所打开的连接之一来管理其自身和网关之间的控制链路的部件。
9.一种可通过数字数据分组连接到通信网络的数据分组中继设备，其特征在于它包括：用于管理其自身和所述网络上的远程设备之间的多个通道的部件；以及对于它向远程设备中继的每个数据分组，选择用于中继所述分组的通道的部件。
10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于它还包括用于管理其自身和远程设备之间的控制链路的部件。
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