CN101399744B - 一种移动IPv4数据包处理方法、装置及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种在通信网络接入设备中对移动IPv4数据转发方法、装置及相应的接入通信网络系统，所述系统包括移动节点、网络接入设备、部分或全部具有外部代理功能的若干边缘路由器，其中，所述网络接入设备侦听移动节点、边缘路由器之间的移动IPv4控制消息，并分析所述控制消息、建立相应的数据转发表，并根据所述数据转发表将上、下行移动IP数据包转发给相应的边缘路由器或移动节点。本发明有效地解决了现有接入网络系统中对移动IPv4的支持。

Description

一种移动IPv4数据包处理方法、装置及其系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及接入网络通信系统中支持移动IPv4数据包处理方法、装置及系统。

背景技术

随着因特网应用的不断发展和便携、掌上电脑的广泛使用，人们对于移动性支持的要求也在不断提高。移动IP(如移动IPv4)就是为了提供主机的移动性而提出的。图1中包含由IETF(因特网工程任务组)提出的移动IPv4标准中涉及的以下功能实体：移动节点(MN)101，一台可以在因特网上移动的主机，例如笔记本电脑、移动电话、PDA等网络设备，且在移动过程中可以保持正在进行的通信会话；对端节点(CN)102，与MN进行通信的对等主机或其它网络设备；归属代理(HA)103，一台维持注册MN列表的路由器，当MN离开其归属网络时，它可以将发送给该MN的数据包转给MN的拜访网络；外地代理(FA)104，一台与MN拜访网络有接口的路由器，它可以向MN的HA发送该MN当前的转交地址(CoA)；隧道(Tunnel)105，一条从HA到FA传送数据包的路径，是通过封装数据包的形式来实现的。

在当前的接入网络系统建设中，一种经济的做法就是在作为归属网络110、拜访网络120的接入网络系统边缘缺省路由器DR中实现HA/FA功能。DSLAM(数字用户局端设备)等二/三层网络接入设备121通常通过对DHCP(动态主机配置协议)报文进行侦听，并从相应的DHCP报文中提取MAC地址信息、IP地址、以及其它网络参数(例如缺省路由器)并记录端口信息，建立和维护相应的FIB(转发信息库)并根据该FIB进行上、下行IP数据包的转发，但是，该DHCP侦听方式在对移动IPv4数据包转发时将存在如下问题：当移动节点101移动到拜访网络120、通过接收来自FA 104的代理广告消息获取一个外地代理转交地址FACOA并通过FA 104进行注册时，前述DHCP侦听方式获得的FIB不包括移动节点当前的端口、HoA(归属地址)之间的映射关系，如此，来自外部代理FA的移动IPv4数据包不能够正确地转发给移动节点101。

另外，随着移动业务的开展，移动节点数量将日益扩大，在图2所示意移动IP通信网络系统结构中，新的外地代理204b、边缘路由器204c将部署在接入网络边缘位置，当拥有一个外地代理转交地址FACoA的移动节点201a期望通过外部代理204b向其归属代理进行注册或数据交换、或当拥有一个配置转交地址CoCoA的移动节点201b期望通过外部代理204b(或边缘路由器204c)向归属代理进行注册和数据交换，移动节点201a、201b所发出的的移动IPv4控制消息和IP数据包将根据前述DHCP侦听方式建立的FIB首先被网络接入设备221转发至缺省路由器204a，而非直接转发给该移动节点移动节点201a数据包目的IP地址指向的外部代理204b、以及移动节点201b数据包目的IP地址指向的外部代理204b(或边缘路由器204c)，如此将使得接入网络系统220中缺省路由器204a处于过负荷状态(图示20A)；另外一个问题是，在通信网络接入系统中，IP地址池(子网空间)的分配一般是根据具体使用情况予以调节的，当一个IP地址池使用耗尽，再分配给另外一个新的地址池，如此边缘节点的缺省路由器204a、外部代理204b、边缘路由器204c来说所拥有的地址池空间可能是不同的、非连续性的，DSLAM等网络接入设备221在转发移动节点201a所发出目的网络地址为外部代理204b的移动IPv4控制消息和IP数据包时，或转发移动节点201b所发出目的网络地址为外部代理204b(或边缘路由器204c)的移动IPv4控制消息和IP数据包时，如果缺省路由器204a设置了“Secured ARP选项”、对不是同一子网范围内的ARP请求不予以响应，网络接入设备221不能获得该缺省路由器204a接口所对应的MAC地址，将不能转发前述数据包而予以丢弃(图示22A)。

发明内容

本发明旨在提供一种技术方案，通过在网络接入设备实现对移动IPv4控制消息的侦听以建立一个数据转发表，以此对上、下行的移动IPv4数据包进行正确转发。

根据本发明的一个方面，这里提供一种支持移动IPv4的通信网络系统，包括移动节点、网络接入设备、至少一个具有外部代理功能的边缘路由器，其中，网络接入设备侦听移动节点、边缘路由器之间的移动IPv4控制消息，并分析所述控制消息、建立相应的数据转发表，并根据所述数据转发表将上、下行移动IP数据包转发给相应的边缘路由器或移动节点。

根据本发明的另外一个方面，这里提供一种通信网络系统中网络接入设备对移动IPv4数据转发方法，所述系统包括移动节点、网络接入设备、至少一个具有外部代理功能的边缘路由器，所述方法包括：步骤a)、监听经过该网络接入设备的上、下行移动IPv4控制消息；步骤b)、对所获得的控制消息进行分析、并根据其所携带的相关选项信息建立数据转发表；步骤c)、根据所述数据转发表对上、下行移动IP数据包进行数据转发。

根据本发明的另外一个方面，这里提供一种网络接入设备中支持移动IPv4数据处理的通信控制装置，包括：侦听装置：用于侦听上、下行移动IPv4控制消息；处理装置：用于对所获得的控制消息进行分析处理，并根据其所携带的相关消息选项，建立相应的上、下行数据转发表项；数据转发表：用于保存前述上、下行数据转发表项；数据转发装置：根据前述数据转发表对上、下行移动IPv4数据包进行数据转发。

本发明所带来的技术效果：

移动IP作为运营商的高附加值业务，在将来的通信网络中将日益增长，本发明有效地解决了现有接入网络系统中对移动IPv4的支持，而且进一步提供了移动IP业务增长的情况下，在网络接入设备中如何选择正确的边缘路由器进行数据包转发。

附图说明

通过下面提出的结合附图的详细描述，本发明的特征、性质和优点将变得更加明显，其中：

图1是一种典型的移动IP通信网络系统结构图；

图2是现有的接入网络系统在支持移动IP所面临的技术问题；

图3是本发明所提供的一种支持移动IPv4的通信网络接入系统结构例；

图4是本发明所提供的网络接入设备中对移动IPv4的数据转发表例；

图5是本发明所提供的网络接入设备结构实施例。

具体实施方式

为更好地对本发明进行说明，我们首先对移动IP的控制消息、移动IP数据包传送做过程简要的说明：

移动IPv4定义了一系列新的控制消息，为了代理发现，移动IP对现有ICMP路由器发现机制中的路由器广告消息进行了一定的扩展以携带相关的选项信息，例如移动代理广告扩展项、前缀长度扩展项、或将来其他可能涉及的选项；为了移动节点注册，定义了如下两种消息类型：注册请求RRQ(RegistrationRequest)，注册应答RRP(Registeration Reply)，上述两种消息使用UDP(用户数据报协议)传送，其目的端口使用434，并通过消息类别“Type”字段予以区分。上述移动IPv4控制消息详细可参考RFC3344中相关定义。

1)代理发现

当MN移动到外地IP网络时，它通过该过程来进行附着。当MN连接在它的归属网络时，它拥有一个归属地址HoA(分配给MN的一个永久性IP地址)，其工作方式与传统的具有固定位置的节点相同。当MN检测到它移动到了一个外部网络后，通过前述路由器广告消息中的移动代理广告扩展项(下面我们特定称为AA消息)，它从与之相关的FA获得一个外地代理转交地址FACoA；另外，MN也可以通过其它方式，例如DHCP/PPP获得一个配置转交地址CoCoA。

2)注册

当MN进入并保留在外地网络时，通过该注册过程MN向相关的FA请求服务，并通过该FA向HA通知它的新FACoA(如果MN获得了一个新的CoCoA，那么它也可以直接通知HA)。注册包括HA与MN之间的注册请求RRQ和注册应答RRP两种消息的交换。通过该过程HA便可以将新的FACoA(CoCoA)和MN的归属地址HoA联系在一起，该过程也被称作绑定更新。

3)隧道

在隧道过程中，HA对数据包的封装采用了将移动IP数据包封装在另一个IP数据包的方法，也就是说HA将具有归属网络地址的IP数据包的头部插入一个新的IP头，即MN的转交地址(FACoA/CoCoA)。当使用FACoA时，FA接收到封装的数据包后，只要去掉隧道的头部并将剩余部分传递给MN即可；如果使用的是CoCoA，那么HA将把封装后的数据包直接发送给MN，由MN对接收到的数据包进行解封。

图3是本发明所提供的一种支持移动IPv4的通信接入网络系统实施例。该接入网络系统包括移动节点301i(i＝a，b，c...)、网络接入设备DSLAM 321、部分或全部具有外部代理功能的若干边缘路由器，例如一个缺省的路由器DR1 304a、一个独立的外部代理FA 304b、一个边缘路由器ER1 304c等。其中，网络接入设备321对经过其的前述移动IP控制消息进行侦听；并通过对移动IP控制消息所携带的特定IP域、链路层域等信息进行分析；建立一个数据转发表FIB 321a，分别记载前述IP数据包分析所得的信息项；如此，对后续接收到的移动IP数据包可以根据该FIB 321a进行正确、快速的上、下行数据转发。

典型地，通过前述侦听来自一个移动节点301i的RRQ消息，可以在数据转发表321a中建立包含移动节点IP地址、移动节点链路层地址在内的下行数据转发表项，网络接入设备将来自各边缘路由器的移动IP数据转发给相应的移动节点301i。值得说明的是，当DSLAM与移动节点之间的CPE 302具有ARP Proxy功能时候，数据转发表321a中建立包含移动节点链路层地址为该CPE的链路层地址。

典型地，通过前述侦听来自边缘路由器304a、304b或304c的RRP消息并进一步结合路由器广告消息(包括包含移动代理广告扩展项的代理广告AA消息)，可以在数据转发表321a中建立包含各边缘路由器IP地址、边缘路由器链路层地址在内的上行数据转发表项，网络接入设备可以将来自移动节点301i的移动IP数据转发给相应的边缘路由器304a、304b或304c。值得说明的是，当前述RRP所经过的、位于DSLAM与边缘路由器之间的网络设备322具有ARP Proxy功能时候，数据转发表321a中建立包含边缘路由器链路层地址为所述网络设备322的链路层地址。

下面我们通过对图3、图4对网络接入设备321如何实现前述本发明方法进行说明：

步骤S41、网络接入设备321对经过其的移动IPv4控制消息进行侦听。

根据RFC3344相关建议或规范，网络接入设备可以通过对特定的ICMP路由器广告消息进行过滤，并以扩展项中“类型”字段值(建议值为16表示携带移动代理广告扩展项)识别出相应的AA消息等。通过对IP数据包特定UDP端口为434的数据报文进行过滤获得前述RRP、RRQ消息并以消息“Type”字段予以区分RRP、RRQ消息。

步骤S42，这里我们将结合图3以不同的方式对网络接入设备321如何对前述侦听所获得的移动IPv4控制消息进行分析、并建立相应的FIB表项，为方便说明，图3中所提供的FIB表包括上行FIB表和下行FIB表。

实施方式例一、对于使用FACoA作为转交地址的移动节点301a，通过FA 304b向HA进行注册：

从FA 304b所广播的AA消息可获得FA所提供的FACoA、FA的链路层地址信息。AA消息中的Length域为被广告的转交地址数目n、FACoA域该外地代理提供的外地代理转交地址列表FACoA(n)，AA消息所广告的转交地址与FA的链路层地址关系(FACoA(n)->MAC1)被网络接入设备321暂时纪录下来；

移动节点301a根据所获得的转交地址列表FACoA(n)中的一个具体外部代理转交地址FACoA1、通过FA向HA进行注册，即发送RRQ消息。网络接入设备321通过RRQ消息可以获得移动节点301a的源IP地址为HoA、链路层地址MACa，网络接入设备321也可以进一步知道该RRQ消息所对应的DSL端口DSLa，前述映射关系可以在收到RRP消息确认接受注册时建立与该移动节点301a数据转发相关的下行FIB表项HoA->DSLa->MACa，参见表1。而从RRP消息可获得HoA、FACoA1的映射关系、结合前述纪录下的转交地址与FA的链路层地址关系FACoA(n)->MAC2即可以建立与该移动节点301a数据转发相关的上行FIB表项HoA->FACoA1->MAC1，参见表2。

从安全性角度考虑，网络接入设备321可暂存侦听AA消息获得其源IP地址FAIP以及备选的FAcoA地址，通过与RRQ的目标IP地址进行对比以核实所建立的FIB纪录是否有效。

实施方式例二、对于使用配置转交地址CoCoA1移动节点301b、通过FA 304b向HA进行注册：

移动节点301b通过其他方式(例如DHCP协议、PPP协议)获得一个配置转交地址CoCoA1、同时它从当前链路上的FA收到的AA消息中“R”位被置为“1”，它需要通过外地代理FA向归属代理HA进行注册。

从FA 304b所广播的AA消息可获得外地代理FA源IP地址FAIP与FA的链路层地址信息，其映射关系FAIP->MAC1被网络接入设备321暂时记录下来。

从侦听所获得的移动节点301b发送的RRQ消息中，可以获得其源地址CoCoA1、链路层地址MACb，网络接入设备321也可以进一步知道该RRQ消息所对应的DSL端口DSLb，并在收到RRP接受注册时建立与该移动节点301b数据转发相关的下行FIB表项CoCoA1->DSLb->MACb，参见表1；同时，从侦听所获得的RRP消息可以获得其目标IP地址、源IP地址对应关系CoCoA1->FAIP，结合前述所获得的映射关系FAIP->MAC1.即可以建立上行FIB表项CoCoA1->FAIP->MAC1，参见表2。

网络接入设备321可暂存侦听AA消息获得其源IP地址以及备选的FACoA地址，通过与RRQ消息的目标IP地址进行对比以核实所建立的FIB记录是否有效。

实施方式例三、对于使用配置转交地址CoCoA2移动节点301c、自己通过默认路由器DR1直接向归属代理进行注册。

从侦听所获得的移动节点301c所发送的RRQ消息中，可以获得其源地址CoCoA2、链路层地址MACc，网络接入设备321也可以进一步知道该RRQ消息所对应的DSL端DSLc，并在收到RRP接受注册时建立与该移动节点301b数据转发相关的下行FIB表项CoCoA2->DSLc->MACc，参见表1；同时，从侦听所获得的RRP消息可以获得其目标IP地址CoCoA2，下面将进一步确定MN的默认路由器DR1的IP地址以及对应的链路层地址.网络接入设备321可将所有收到的路由器广告消息(包括携带移动代理广告扩展项的路由器广告AA消息)的源IP地址中与本CoCoA2进行最长匹配(按照AA消息中的路由器前缀长度匹配)，如此即可确定默认路由器DR1的IP地址DR1IP，以及DR1链路层地址MAC2也即可确定.这样即可以建立与该移动节点301c相关的IPv4数据转发上行FIB表项CoCoA2->DR1IP->MAC2，参见表2

前述实施例中，网络接入设备321可进一步从接受注册的RRP消息中获得“Lifetime”选项信息作为所建立的上下行数据转发表项的生存周期，在所对应的生存周期届满时删除该表项。

表1：下行数据转发表

	MN的IP地址	端口信息	MN链路层地址
				移动节点301a	HoA	DSLa	MACa
移动节点301c	CoCoA2	DSLb	MACb
				移动节点301b	CoCoA1	DSLc	MACc

表2：上行数据转发表

	MN的IP地址	IP地址	ER链路层地址
				移动节点301a	HoA	FACoA	MAC1
移动节点301c	CoCoA2	DR1IP	MAC2
				移动节点301b	CoCoA1	FAIP	MAC1

步骤S42，网络接入设备321根据FIB对经过网络接入设备的移动IP数据包进行转发。

对应前述方式例一，来自网络侧FA的移动IPv4数据包，网络接入设备321根据其目的IP地址HoA、以及前述表1中的下行FIB表项，可以查找到该IP数据包所对应的目标移动节点的MAC地址MACa，以及所对应的DSL端口DSLa，并进行相应数据帧封装处理和转发；来自移动节点301a的移动IPv4数据包，网络接入设备321根据其源IP地址为HoA、以及前述表2中的上行FIB表项，可以知道该IP数据包将转发至外地代理FA所对应的链路层地址MAC1，并进行相应数据帧封装处理和转发。

对应前述方式例二，来自网络侧FA的移动IPv4数据包，网络接入设备321根据其目的IP地址CoCoA1、以及前述表1中的下行FIB表项，可以查找到该IP数据包所对应的目标移动节点的MAC地址MACb，以及所对应的DSL端口DSLb，并进行相应数据帧封装处理和转发；来自移动节点301b的移动IPv4数据包，网络接入设备321根据其源IP地址为CoCoA1、以及前述表2中的上行FIB表项，可以知道该IP数据包将转发至外地代理FA所对应的链路层地址MAC1，并进行相应数据帧封装处理和转发。

对应前述方式例三，来自网络侧DR1的移动IPv4数据包，网络接入设备321根据其目的IP地址CoCoA2、以及前述表1中的下行FIB表项，可以查找到该IP数据包所对应的目标移动节点的MAC地址MACc，以及所对应的DSL端口DSLc，并进行相应数据帧封装处理和转发；来自移动节点301c的移动IPv4数据包，网络接入设备321根据其源IP地址为CoCoA2、以及前述表2中的上行FIB表项，可以知道该IP数据包将转发至缺省路由器DR1所对应的链路层地址MAC2，并进行相应数据帧封装处理和转发。

图5进一步提供了本发明的网络接入设备结构实施例。它包括侦听装置501、处理装置502、数据转发表503、以及转发装置504，其中：

侦听装置501主要对来自用户侧、网络侧的上下行IP数据包中的移动IP控制消息进行侦听，根据RFC3344相关建议或规范，可以通过对特定的ICMP路由器广告消息进行过滤，并以扩展项中“类型”字段值(建议值为16表示携带移动代理广告扩展项)过滤出相应的AA消息等、或通过对IP数据包特定UDP端口(434)的数据报文进行过滤获得前述RRP、RRQ消息并以消息“Type”字段予以区分RRP、RRQ消息。

处理装置502，对前述过滤所获得的移动IPv4控制消息进行分析，并根据其所携带的相关消息选项，建立相应的数据转发上、下行表项，相关控制消息的分析处理可参考前述步骤S42，最终，通过对注册请求消息的分析，可以获得其包括移动节点IP地址、链路层地址在内的对应关系，并根据所述对应关系建立相应的数据转发下行表项；通过对注册应答消息的分析可以获得其目标IP地址(可以是移动节点IP地址)以及结合对包括AA消息在内的路由器广告消息进行分析，可以获得一个与前述注册应答消息相对应的源IP地址以及源链路层地址(可以是边缘路由器的IP地址以及源链路层地址)，并根据所述对应关系建立相应的数据转发上行表项。

转发装置504，根据前述数据转发表503对经过的移动IPv4数据包进行转发。例如，对来自网络侧的移动IPv4数据包，它根据其IP数据包中的目的IP地址、以及前述下行FIB表项，可以查找到该IP数据包下一跳目标网络设备(例如：移动节点)所对应的的MAC地址，以及相应的端口信息，并进行相应数据帧封装处理和转发至相应端口；而对来自用户侧的移动IPv4数据包，它根据其其IP数据包中的源IP地址、以及前述上行FIB表项确定其下一跳目标网络设备(例如：边缘路由器)链路层地址，并进行相应数据封装和转发。

本领域的技术人员能进一步理解，结合前述所公开的实施例所描述的各种说明性的逻辑块、模块可以作为电子硬件、计算机软件或二者的组合来实现。这些逻辑块、模块究竟作为硬件或软件来实现取决于整个系统所采用的特定的应用程序和设计，技术人员可以认识到这些情况下硬件和软件的交互性，以及怎样最好地实现每个特定应用程序的所述功能。技术人员可能以对于每个特定应用不同的方式来实现所述功能，但这种实现决定不应被解释为造成背离本发明的范围。

尽管上述说明为本发明提供了一些实施例，并非用来限定本发明的保护范围，本技术领域的专业人员可以在不脱离本发明的范围和精神的前提下，对实施例进行各种修改，这种修改均属于本发明的范围内

Claims (14)

1.一种支持移动IPv4的通信网络系统，包括移动节点、网络接入设备、至少一个具有外部代理功能的边缘路由器，其特征在于：

所述网络接入设备侦听移动节点、边缘路由器之间的移动IPv4控制消息，并分析所述控制消息、建立相应的数据转发表，并根据所述数据转发表将上、下行移动IP数据包转发给相应的边缘路由器或移动节点，其中：

所述数据转发表至少包含移动节点IP地址、移动节点链路层地址在内的下行数据转发表项，以及至少包含移动节点IP地址、边缘路由器IP地址、边缘路由器链路层地址在内的上行数据转发表项。

2.如权利要求1所述的通信网络系统，其特征在于所述移动IPv4控制消息包括来自移动节点的注册请求消息、以及边缘路由器的路由器广告消息、注册应答消息。

3.如权利要求2所述的通信网络系统，其特征在于所述路由器广告消息为包含移动代理广告扩展项的代理广告消息。

4.一种通信网络系统中网络接入设备对移动IPv4数据转发方法，所述系统包括移动节点、网络接入设备、至少一个具有外部代理功能的边缘路由器，所述方法包括：

步骤a)、监听经过该网络接入设备的上、下行移动IPv4控制消息；

步骤b)、对所获得的控制消息进行分析、并根据其所携带的相关选项信息建立数据转发表，所述数据转发表至少包含移动节点IP地址、移动节点链路层地址在内的下行数据转发表项，以及至少包含移动节点IP地址、边缘路由器IP地址、边缘路由器链路层地址在内的上行数据转发表项

步骤c)、根据所述数据转发表对上、下行移动IP数据包进行数据转发。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于步骤a)所述移动IPv4控制消息包括路由器广告消息、注册请求消息、注册应答消息。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于所述路由器广告消息为包含移动代理广告扩展项的代理广告消息。

7.如权利要求4所述的方法，其特征在于步骤c)中，根据下行IP数据包目标IP地址、数据转发表下行表项确定目标移动节点链路层地址，并进行相应数据封装和转发。

8.如权利要求4所述的方法，其特征在于步骤c)中，根据上行IP数据包移动节点IP地址、数据转发表上行表项确定边缘路由器链路层地址，并进行相应数据封装和转发。

9.一种网络接入设备中支持移动IPv4数据处理的通信控制装置，其特征在于包括：

侦听装置：用于侦听上、下行移动IPv4控制消息；

处理装置：用于对所获得的控制消息进行分析处理，并根据其所携带的相关消息选项，建立至少包含移动节点IP地址、移动节点链路层地址在内的下行数据转发表项的下行数据转发表项、以及至少包含移动节点IP地址、边缘路由器IP地址、边缘路由器链路层地址在内的上行数据转发表项；

数据转发表：用于保存前述上、下行数据转发表项；

数据转发装置：根据前述数据转发表对上、下行移动IPv4数据包进行数据转发。

10.如权利要求9所述的通信控制装置，其特征在于所述移动IPv4控制消息包括路由器广告消息、注册请求消息、注册应答消息。

11.如权利要求10所述的通信控制装置，其特征在于所述路由器广告消息为包含移动代理广告扩展项的代理广告消息。

12.如权利要求10所述的通信控制装置，其特征在于所述处理装置进一步获得所述注册请求消息对应的端口信息并记录在所述下行表项中。

13.如权利要求10所述的通信控制装置，其特征在于所述转发装置根据所接收的下行IP数据包目标IP地址、数据转发表下行表项确定其下一跳目标设备链路层地址，并进行相应数据封装和转发。

14.如权利要求9所述的通信控制装置，其特征在于所述转发装置根据所接收的上行IP数据包源IP地址、数据转发表上行表项确定其下一跳目标设备链路层地址，并进行相应数据封装和转发。

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