CN101405994A - 使用mac网桥来连接多跳网状网络 - Google Patents

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Abstract

使用MAC网桥可以将多跳网状网络连接到局域网(LAN)。该网状网络上的一个或多个节点可以被配置为采用MAC网桥的网桥节点。在LAN上的站与网状网络上的节点之间传输的分组流经网状网络上的网桥节点之一。这些网桥节点并不接收网状网络上的所有分组，但是它们接收将要经过MAC网桥传输的分组。当网桥节点获知了LAN上的新站时，它们向网状网络中的其它节点通告指定如何到达那些站点的路由。这在无线网状网络和802LAN之间启用了MAC网桥功能。

Description

使用MAC网桥来连接多跳网状网络
背景
局域网(LAN)可以使用MAC(媒体访问控制)网桥而连接在一起。这些桥接的LAN使其看上去像是被附连到单个LAN的站，即使它们是被附连到各自具有其自己的MAC的单独LAN也是如此。MAC网桥在MAC服务边界下操作，并且各站之间的通信对逻辑链路控制(LLC)和网络层协议是透明的，就好像这些站被附连到同一LAN一样。MAC网桥依靠网桥端口来接收在网络上传输的所有分组。但是，多跳无线网状网络中的节点并不接收所有传输的分组。在多跳无线网状网络上的分组仅对于在通往目的地的路径上的有限数目的节点是可见的。
概述
提供本概述以便用一种简单的形式介绍将在以下详细描述中进一步描述的一些概念。本概述不旨在确定所要求保护的主题的关键或必要特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。
可以使用MAC网桥将多跳网状网络连接到LAN。在该网状网络上的一个或多个节点可以被配置为MAC网桥节点。在LAN上的站与网状网络上的节点之间传输的分组流经该网状网络上的网桥节点之一。这些网桥节点不接收该网状网络上的所有分组，但是它们接收将经过MAC网桥传输的分组。当网桥节点获知了LAN上的新站时，它们向该网状网络中的其它节点通告指定如何到达那些站点的路由。这在无线网状网络和LAN之间启用了MAC网桥功能。
附图简述
图1示出了一个示例性计算设备；
图2示出了用于网状网络的MAC网桥系统；
图3显示了担当多跳网状网络和LAN之间的网桥的节点上的网络栈的一部分；
图4显示了由网格驱动程序实现的用于处理将使用绑定到该网格驱动程序的适配器发送的分组的过程；以及
图5示出了由网格驱动程序实现的用于处理在网络适配器上接收到的分组的过程。
详细描述
现在参考其中相同的标号表示相同元素的附图，将描述各实施例。具体地，图1以及相应的讨论旨在提供对于在其中可以实现各实施例的合适的计算环境的简要、概括的描述。
一般而言，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、元件、数据结构以及其它类型的结构。也可以使用其它计算机系统配置，包括手持式设备、多处理器系统、基于微处理器或可编程消费电子产品、小型计算机、大型计算机等。也可使用其中任务由通过通信网络链接的远程处理设备来执行的分布式计算环境。在分布式计算环境中，程序模块既可以位于本地和远程存储器存储设备中。
现在参考图1，将描述在各实施例中使用的计算机100的一个说明性计算机体系结构。图1中所示的计算机体系结构可以被配置为网状网络中的节点、局域网中的站、台式或移动计算机等等。入图所示，计算机100包括中央处理器5(“CPU”)、包括随机存取存储器(“RAM”)9和只读存储器(“ROM”)11的系统存储器7、以及将存储器耦合到CPU 5的系统总线12。包含诸如在启动时在计算机中各元件之间帮助传递信息的基本例程的基本输入/输出系统被存储在ROM 11中。计算机100还包括用于存储操作系统16、应用程序、以及其它程序模块的大容量存储设备14，这些将在下面更详细地描述。
大容量存储设备14通过连接到总线12的大容量存储控制器(未示出)连接到CPU 5。大容量存储设备14及其相关联的计算机可读介质为计算机100提供了非易失性存储。虽然此处包含的计算机可读介质的描述指的是诸如硬盘或CD-ROM驱动器等大容量存储设备，但是计算机可读介质可以是能够由计算机100访问的任何可用的介质。
作为示例而非限制，计算机可读介质可以包括计算机存储介质和通信介质。计算机存储介质包括以用于存储诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据等信息的任何方法和技术实现的易失性和非易失性、可移动和不可移动介质。计算机存储介质包括，但不限于，RAM、ROM、EPROM、EEPROM、闪存或其它固态存储器技术、CD-ROM、数字通用盘(“DVD”)、或者其它光学存储、盒式磁带、磁带、磁盘存储或其它磁性存储设备、或者能被用来存储需要的信息并且能被计算机100访问的任何其它介质。
根据各实施例，计算机100可以使用通过诸如LAN 18和网状网络19等一个或多个网络到远程计算机的逻辑连接在联网环境中操作。计算机100可以通过连接到总线12的网络接口单元20连接到网络。该网络连接可以是无线和/或有线的。网络接口单元20还可用于连接到其它类型的网络和远程计算机系统。计算机100还可以包括用于接收和处理来自包括键盘、鼠标、或者电子指示笔(图1中未示出)在内的多个其它设备的输入的输入/输出控制器22。类似地，输入/输出控制器22可以向显示屏、打印机、或其它类型的输出设备提供输出。
正如在上面简要提到过的，多个程序模块和数据文件可以被存储在计算机100的大容量存储设备14和RAM 9中，其中包括诸如来自华盛顿州雷蒙德市的微软公司的WINDOWS XP操作系统等适用于控制联网个人计算机的操作的操作系统16。大容量存储设备14和RAM 9还可以存储一个或多个程序模块。特别地，大容量存储设备14和RAM 9可以存储一个或多个应用程序10。根据各实施例，计算机100包括被配置为将网状网络19上的节点与LAN18上的站相耦合的网格MAC网桥层26。简言之，当计算机100被配置为网状网络19上的网桥节点时，在LAN 18上的站和网状网络19上的节点之间传输的分组流经网格MAC网桥层26。担当网桥节点的计算机100并不接收网状网络19上的所有分组，但是它接收将要经过LAN 18和网状网络19之间的MAC网桥传输的分组。当网格MAC网桥层26获知了LAN 18上的新站点时，它向在网状网络19中的其它节点通告指定如何到达那些站的路由。还可以维护一非网格邻居28的列表来跟踪LAN上的已知站。这无线多跳网状网络和802LAN之间启用了MAC网桥功能。
图2示出用于网状网络的MAC桥接系统200。如图所示，MAC系统200包括使用MAC网桥节点耦合到LAN的示例性网状网络。网状网络205可以包括网格节点、因特网服务供应商、以及通信介质的任何拓扑。网状网络205还可以具有静态或动态的拓扑。
网状网络205可以包括零个或多个为一个或多个网格节点提供因特网接入点的因特网服务供应商210。每个网格节点可以包括连接到网状网络205的任何设备。网格节点可以发送和接收分组，并且还可以根据网状网络205的路由协议将分组传递给其它网格节点。网格节点可以是固定设备或者是移动设备。例如，网格节点可以包括与在上文中结合图1描述的计算设备100相类似的计算设备212。网格节点还可以包括移动计算设备214。其它实施例可以包括网格节点的其它配置。
根据一个实施例，网状网络205具有其中网格节点与这些网格节点之间的若干冗余连接相连接的网络拓扑。网状网络205可以包括其中每个网格节点都被连接到该网状网络中的所有其它网格节点的全网格。网状网络205还可以包括其中某些网格节点以全网格组织而其它网格节点仅仅被连接到一个或两个其它网格节点的部分网格拓扑。其它网格拓扑可以包括被连接到网状网络的一个或多个客户机子网。这些客户机子网可以具有多个连接到其上的客户机。用于网状网络205的各种拓扑是无穷无尽的，并且将不在此处阐述。
一个或多个网格节点可以被配置为网桥节点254。如在系统200中所示，在LAN 270和网状网络205之间传输的分组流经网桥节点254。网桥节点254提供了MAC网桥的功能，从而在无线网状网络205和802LAN 270之间提供了MAC网桥功能。网状网络205中的每个网格节点经由网桥节点254路由被定向到站(272-277)中的一个的所有分组。当网桥节点254接收到定向到LAN270的分组时，网格MAC网桥层26将该分组转发到合适的位置。只要网桥节点254获知了LAN上的新站点，它就向网状网络205上的其它节点通告路由。该所通告的路由是到网桥节点254的路由，从而该网桥节点可以将分组转发到LAN 270上合适的站。另外，LAN 270上的站接收的任何分组都被转发到网状网络205上合适的节点。
参考标号218指示了网格节点之间的通信介质。作为示例而非限制，通信介质218可以包括诸如有线网络或直接线连接等有线介质，以及诸如声学、射频、红外线和其它无线介质等无线介质。参考标号220指示因特网服务供应商210和一个或多个网格节点之间的通信介质。通信介质220可以包括诸如有线网络或直接线连接等有线介质，以及诸如声学、射频、红外线和其它无线介质等无线介质。节点可以被配置为在特定范围中与其它节点一起自形成无线网络。
如前所述，被配置为网桥节点(例如网桥节点254)的每个节点向它所附连到的LAN(270)发送分组并从其接收分组。为了示出多跳网状网络205和802LAN 270之间的MAC网桥的功能，提供了从节点248向站274发送单播IP(网际协议)分组的一个示例。该示例仅仅是出于说明性的目的，而不旨在限制。
节点248以站274的IP地址开始。该IP地址可以由用户提供，可以通过名称解析得到，等等。在发送分组之前，节点248首先解析站274的MAC地址。节点248使用广播分组发送一个ARP(地址解析协议)请求，并且该请求被传送到包括网格205上网桥节点254在内的所有节点。网桥节点254接收该ARP请求并且指示它到MAC网桥驱动程序(见图3中的参考标号320)。节点254上的MAC网桥将分组转发至LAN 270。
站274接收ARP请求并且发送一个ARP响应至节点248。该ARP响应由耦合到LAN 270的网桥节点254接收，并且网桥节点254将该ARP响应转发至网格上的节点248。当网桥节点254接收到ARP响应时，网格MAC网桥层26处理含有ARP响应的分组，并且从该分组的以太网头的源地址字段中提取出站274的MAC地址(例如MAC1)。由于这一地址当前并没有被网桥节点254存储，因此该地址被存储在网桥节点254处。然后网桥节点254向网状网络205上的其它节点通告它知道了到与LAN 270上的站274相关联的地址MAC1的路由。
节点248从网桥节点254处接收这一通告，并且存储该地址。节点248从站274处接收ARP响应，并且现在它知道了站274的MAC地址是MAC1。为了发送一个单播分组到地址MAC1，节点248首先解析网格路由。由于该路由已经由网桥节点254通过过了，因此节点248知道要到达MAC1地址的网格路由是经由网桥节点254的。当节点248知道了这一路由时，它发送一个多跳网格分组到节点254。
网桥节点254接收该分组并且识别出该分组定址到桥接的LAN上的站，因此该网桥节点指示该分组到MAC网桥层。MAC网桥层26将该分组转发到LAN 270，且站274接收该分组。虽然上述示例使用了ARP分组，但是ARP分组只是一个示例，而且它们可以被替换成在节点和站间发送的任何分组。
图3显示了担当多跳网状网络和LAN之间的网桥的节点上的网络栈的一部分。如图所示，图3包括网络协议310(例如TCP/IP)、MAC网桥320、网格驱动程序325、适配器驱动程序330和340、网状网络350、以及LAN 360。如图2所示，网络栈300可以在网桥节点254上实现。在不包括网格驱动程序325时，网络栈300可以提供标准MAC网桥功能。一般而言，标准MAC网桥要求被连接到网桥的两个适配器都处于混杂模式。换言之，每个连接的适配器被配置为接收所有分组，即使是那些未定址到该适配器的分组也不例外。在标准MAC网桥功能中，任何接收到的分组被指示在栈中向上到达MAC网桥驱动程序320。MAC网桥320检查该分组被发送到的地址。当该地址为本地节点的地址时，MAC网桥320指示该包在栈中向上到达网络协议310(例如TCP/IP)。否则，当该地址不是本地节点的地址时，MAC网桥320取得该分组并且使用连接到网桥的其它适配器将其在栈中向下发送。采用这种方法，分组被传送到桥接到节点的其它网络。这一过程在两个适配器上对称地发生。结果是两个网络被桥接，因为从第一个网络发送的任何分组被MAC网桥320重新发送到第二个网络，反之亦然。
正如此处所述的，标准MAC网桥功能取决于适配器处于混杂模式。但这一要求并不总是可能的。例如，当使用安全性时在标准无线网络上这一要求不一定是可能的。即使适配器能够接收定址到某一其他人的分组，它也不能解密该分组，因为只有分组的目的地有可以解密该分组的正确密钥。另外，在无线网状网络上混杂模式是不可能的，因为网状网络跨越了比RF信号能够覆盖的区域更大的区域。因此，不是每个节点都可以监听在网状网络上传输的所有分组。
为了使用标准MAC网桥功能将网状网络350与LAN 360桥接起来，在网络栈300内所包括的网格驱动程序325必须提供特殊的处理以允许桥接。如上所述，从网状网络350上的节点发送到有线网络360上的站的所有分组被发送到担当网桥节点的网格节点。当接收到来自网状网络350的定址到有线网络360上的站的分组时，该分组在栈中被向上移动经由网格驱动程序325到达MAC网桥320。如网络栈图300所示，网格驱动程序325位于无线网络适配器330和MAC网桥驱动程序320之间。
网格驱动程序325检查正在被发送的分组的以太网源地址。如果该地址不是本地节点的地址，则它是在网络360上位于MAC网桥320另一侧的站的地址。采用这种方法，网状网络上实现MAC网桥320并且包括网格驱动程序325的节点获知了网络360上位于网桥另一侧的站的地址。当确定了网络360上的站的地址时，于是该地址可以被存储在一非网格邻居列表中。位于网桥的另一侧的站的地址可以用各种方式被传送到网状网络上的其它节点。
根据一个实施例，网状网络上的其它节点被通知到，网络360上的站实际上在网状网络上，并且那些站可以通过网桥节点到达。不同的网格实现可以采用不同的机制来向其它网格节点告知到网桥节点的路由。诸如微软公司的LQSR协议等主动网格路由协议可以使所有节点分发一个其邻居的列表。反应性网格路由协议可以使节点在其需要到达一目的地时查找到达该目的地的路由。作为一个示例，在LQSR中，LAN网络上的站被当作是网桥节点的邻居。当其它网格节点需要找到到达那些站中的任何一个的路由时，它们将找到穿过该网桥节点的路由(例如在图2中穿过节点254的路由)。当从网状网络350接收到定址到网络360上的站的分组时，网格驱动程序325将它们在栈中向上移动到达MAC网桥驱动程序320。采用这种方法，在网格中只有网桥节点表现得不一样。其它节点使用可在各种网格实现中变化的标准网格机制来发送分组并寻找路由。
根据另一个实施例，网状网络350上的其它节点被告知，那些被发现的站是即使当站实际上不是网状网络350的一部分时也可以通过网桥节点到达的特殊地址。采用这种方法，正在向网络360上的站发送分组的任何网格节点都知道该站将与网格节点不同地对待，以及该站可通过网桥节点来到达。根据该实施例，分组包括两个目的地地址。第一目的地是网格上的地址(例如图2中的网桥节点254)。这是用来发现网格上的路由的地址。第二地址是分组的最终目的地，它是网络360上的地址。当桥接的节点从网状网络350接收到分组时，网格驱动程序325将最终目的地地址放入以太网目的地地址字段中，并且指示该分组在栈中向上到达MAC网桥驱动器320。
现在参考图3和图4，将描述使用MAC网桥来连接多跳网状网络的一个说明性过程。
当阅读此处所提出的例程的讨论时，应当理解，各实施例的逻辑操作被实现为(1)在计算系统上运行的计算机实现的动作或程序模块的序列；和/或(2)计算系统中互连的机器逻辑电路或电路模块。实现是取决于实现本发明的计算系统的性能要求的选择问题。因此，所示并组成在此处描述的实施例的逻辑操作被不同地称为操作、结构设备、动作、或模块。这些操作、结构设备、动作、和模块可以用软件、用固件、用专用数字逻辑、以及其任何组合来实现。
图4显示了由网格驱动程序实现的用于使用绑定到网格驱动程序的适配器来处理将要发送的分组的过程。在开始操作之后，该过程流至操作410处，在操作410处网格驱动程序从协议栈的上边缘接收将要发送的分组。
移至判定操作420，确定分组中的源数据是否是网桥节点的本地地址。
当该地址不是本地地址时，则该过程移至操作430处，并且将站的地址添加到包括所有标识的非网格节点的地址的地址列表中。根据一个实施例，该地址列表包含在网状网络外部并且已经与网桥节点通信的站的地址。该列表可以在确定了新站时和/或当过了某一期满时段时更新。例如，当网桥节点在一段预定的时间内没有接收到与一站相关联的任何分组时，可以从列表中将该站移除。
该过程流至操作440处，在这里使用网络适配器(图3上的330)发送分组。该过程然后步入结束操作，并且继续处理其它动作。
图5示出了由网格驱动程序(图3上的325)实现的用于处理在网络适配器(图3上的330)上接收到的分组的过程。
在开始操作之后，该过程流至操作510处，在这里网格驱动程序将分组的目的地和非网格邻居的列表进行比较(见0038)。
流至判定操作520处，如果分组的目的地在非网格邻居的列表上，则该过程流至操作530处，在操作530处分组被当作目的地为本地的分组来对待；否则使用标准接收过程来处理分组(540)。然后该过程步入结束操作，并且继续处理其它动作。
以上详述、示例以及数据提供了对本发明的组成部分的制造和使用的完整描述。由于本发明的许多实施例可以在不背离本发明的精神和范围的前提下实现，因此本发明归于所附权利要求书。

Claims (20)

1.一种用于使用标准MAC网桥来将网状网络连接到LAN的计算机实现的方法，所述方法包括：
使用网桥节点来确定所述LAN上的站的地址；以及
通过所述网桥节点来引导来自所述网状网络上的节点的、目的地为所述LAN上的站的分组。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述使用网桥节点来确定LAN上的站的地址包括检查与从所述网桥节点发送到所述网状网络的分组相关联的地址。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述与分组相关联的源地址在所述地址不是所述网桥节点的本地地址时被标识为所述LAN上的站的地址。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括将所述LAN上的站的地址存储在一列表中。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括所述网桥节点向所述网状网络上的其它节点通告可以用来到达所述列表中的LAN站的网格路由。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括所述网桥节点将所述列表中的LAN站通告为所述网桥节点的邻居。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括将所述邻居标记为不在所述网格上却可以通过所述网桥节点到达的特殊邻居。
8.一种具有用于使用标准MAC网桥来将网状网络连接到LAN的计算机可执行指令的计算机可读介质，所述指令包括：
从所述网状网络确定所述LAN上的站的地址；以及
通过所述网状网络上的网桥节点来引导来自所述网状网络上的节点的、目的地为所述LAN上的站的分组。
9.如权利要求8所述的计算机可读介质，其特征在于，所述从网状网络确定所述LAN上的站的地址包括检查与发送到网状网络的分组相关联的地址。
10.如权利要求9所述的计算机可读介质，其特征在于，所述与分组相关联的源地址在所述地址不是所述网桥节点的本地地址时被标识为所述LAN上的站的地址。
11.如权利要求10所述的计算机可读介质，其特征在于，还包括将所述LAN上的站的地址存储在一列表中。
12.如权利要求11所述的计算机可读介质，其特征在于，还包括向所述网状网络上的其它节点通告可用来到达所述列表中的LAN站的网格路由。
13.如权利要求11所述的计算机可读介质，其特征在于，还包括将所述列表中的LAN站通告为所述网桥节点的邻居。
14.如权利要求13所述的计算机可读介质，其特征在于，还包括将所述LAN上的邻居标记为不在所述网格上却可以通过所述网桥节点到达的特殊邻居。
15.一种用于使用标准MAC网桥来将网状网络连接到LAN的设备，所述设备包括：
标准MAC网桥；
耦合到所述MAC网桥并耦合到所述LAN的LAN适配器驱动程序；以及
耦合到所述MAC网桥以及耦合到连接到所述网状网络的网格适配器驱动程序的网格驱动程序；并且其中所述网格驱动程序被配置为确定所述LAN上的站的地址；并且引导来自所述网状网络上的节点的、目的地为所述LAN上的站的分组。
16.如权利要求15所述的设备，其特征在于，所述从网状网络确定所述LAN上的站的地址包括检查与发送到所述网状网络的分组相关联的地址。
17.如权利要求16所述的设备，其特征在于，所述与分组相关联的源地址在所述地址不是所述网桥节点的本地地址时被标识为所述LAN上的站的地址。
18.如权利要求17所述的设备，其特征在于，还包括将所述LAN上的站的地址存储在一列表中。
19.如权利要求18所述的设备，其特征在于，还包括执行以下各项中的至少一个：向所述网状网络上的其它节点通告可用来到达所述列表中的LAN站的网格路由；以及将所述列表中的LAN站通告为所述网桥节点的邻居。
20.如权利要求19所述的设备，其特征在于，还包括将所述LAN上的邻居标记为不在所述网状网络上的特殊邻居。
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