CN101410817A - 自动协议代理的自动配置名称空间的使用 - Google Patents

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CN101410817A CNA2004800269239A CN200480026923A CN101410817A CN 101410817 A CN101410817 A CN 101410817A CN A2004800269239 A CNA2004800269239 A CN A2004800269239A CN 200480026923 A CN200480026923 A CN 200480026923A CN 101410817 A CN101410817 A CN 101410817A
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Abstract

公开了用于通过公共网络访问连接到专用寻址网络的设备的方法和装置。一种方法包括步骤：自动将全局唯一名称分配给该设备，该名称解析到专用寻址网络的网关，自动关联该全局唯一名称与所述设备的专用地址，和根据该专用地址，自动将包括该全局唯一名称的通信路由选择到该设备。响应于从该设备接收到的请求，可以向域名系统(DNS)登记该网关的名称和地址。如果通过因特网从另一个设备接收到该设备的包括全局唯一名称的通信，则可以自动获得取决于全局唯一名称的该设备的专用地址，用于自动将通信路由选择到该设备。

Description

自动协议代理的自动配置名称空间的使用
技术领域
本发明涉及通信网络，并且更具体地涉及专用寻址网络(privately addressed network)。
背景技术
需要因特网上的全局唯一地址空间的用户必需从因特网登记处获得这些地址。然而，因特网分配编号管理机构(IANA)也已经为专用网络预留了下述三块因特网协议第4版(IPv4)地址空间：
10.0.0.0      -10.255.255.255(10/8前缀)
172.16.0.0    -172.31.255.255(172.16/12前缀)
192.168.0.0   -192.168.255.255(192.168/16前缀)
第一块包括单个A类网络编号，第二块包括一组16个连续B类网络编号，和第三块包括一组256个连续C类网络编号。上述三块IP地址空间可以在没有IANA或者任何其它因特网登记处协调的情况下使用，因而可能导致存在全局不确定的地址。在这些情况下，不能可靠地执行IP路由选择。
现有的专用网络实施方式使用在应用层网关(ALG)或驻留网关上的网络地址转换(NAT)，它将全局唯一网络名称转换成专用地址。通常，只有当将通信从专用网络内路由给专用网络外部的目标(例如连接到因特网的主机或设备)时，才可自动地执行所述转换。在相反方向内的通信，也就是从专用网络外部的信源设备到专用网络内部的目标设备，需要网络地址转换能力的手工配置或者专用的信令协议。
图1图示包括分别通过驻留网关115和125连接到因特网130的专用寻址或家庭网络110和120的联网环境。每个驻留网关115和125包括网络地址转换(NAT)能力。两个专用寻址网络110和120共享相同的专用地址范围，即192.168.1.x。可以利用分配给上述地址范围内的x变量的数值唯一地标识连接到专用寻址网络110和120的主机和/或设备。然而，这样一个数值仅在为其分配该值的特定专用寻址网络内是唯一的，如果将同一数值分配给两个专用寻址网络内的设备，则可能产生不确定性。
此外，并不意图在公共网络上路由选择专用地址范围，许多路由器会将专用地址范围过滤出来。这是专用地址范围对于公共网络无用的另一个原因。
在图1所示的结构中，连接到专用寻址网络110和120的主机或设备可以访问诸如连接到公共因特网130的外部主机或设备。网关115和125均包括网络地址转换(NAT)能力，用于将在专用寻址网络110和120内的主机或设备的若干专用地址映射成单个公共地址。如果在专用寻址网络110和120之一内部的设备启动到外部设备的连接，则NAT可以配置到始发设备的反向映射。然而，连接到专用寻址网络110和120之一的主机或设备在没有手工配置或使用信令协议的情况下不能访问连接到另一个专用寻址网络110和120的主机或设备。类似地，外部设备不能连接到任一个专用寻址网络110和120内的主机或设备。换句话说，从专用寻址网络外部的设备或应用到专用寻址网络内部的设备或主机的通信需要手工配置或信令协议以解决与专用定址相关的潜在不确定性，并建立到正确的内部主机或设备的输入映射。
不利地，手工配置需要超过专用寻址网络(尤其是家庭网络)的许多用户所具有的技巧和劳动。此外，大多数现有的因特网应用需要进行修改，以实现通过在专用寻址网络的网关上的网络地址转换(NAT)所需要的信令。
发明内容
根据本发明的方面，提供一种用于通过公共网络访问连接到专用寻址网络的设备的方法和装置。该方法包括步骤：自动将全局唯一名称分配给该设备，它解析成专用寻址网络的网关，自动关联该全局唯一名称与该设备的专用地址，并且根据该专用地址，自动将包括全局唯一名称的通信路由选择到该设备。该公共网络可以包括因特网，并且可以由网络网关设备执行上述步骤。
该方法可以包括下述步骤之一或两者：自动向域名系统(DNS)登记全局唯一名称和网关地址，以及自动从动态主机配置协议(DHCP)数据提取与该全局唯一名称相关的数据。
分配步骤可以响应于来自设备的请求而执行。该请求可以由动态主机配置协议(DHCP)服务器接收，所述服务器可以将因特网协议(IP)地址提供给所述设备。
路由选择步骤可以包括下述子步骤：通过因特网从另一个设备接收所述设备的通信，该通信包括所述全局唯一名称；自动获得该设备的专用地址，该专用地址取决于该全局唯一名称；并且自动将该通信路由选择到该专用地址。
该设备实施在此所述的方法，并可以包括网络网关设备。
附图说明
在下文中，将参考附图，仅通过例子描述本发明的少量实施例，在附图中：
图1图示联网环境；
图2图示在联网环境内的网关；
图3是用于访问通过公共网络连接到专用寻址网络的设备的方法的流程图；
图4a和图4b是图示图2的附加细节的方框图；
图5是图示图3的附加细节的流程图；
图6是图示图3的附加细节的流程图；
图7是可以实施本发明的实施例的家庭网络的方框图；和
图8是可以实施本发明的实施例的网关的硬件结构的方框图。
具体实施方式
在下文中，参考包括因特网作为公共网络的实施例描述用于访问通过公共网络连接到专用寻址网络的设备的方法和装置。然而，所描述的少量实施例在此方面将不是限制性的，因为在下文中描述的原理具有对其它类型的通信网络和网络协议的普遍可应用性。该实施例可应用于因特网协议第四版(IPv4)，它限制于32比特地址空间。然而，这些实施例还适用于因特网协议第六版(IPv6)，它具有128比特的地址空间。在下文中描述的方法和设备还涉及企业和家庭专用网络。这些网络包括但是并不限制于局域网(LAN)、无线网络、电源线路网络和电话线路网络。
一些实施例使用动态主机配置协议(DHCP)和域名系统(DNS)以实现超文本传输协议(HTTP)的反向代理。DHCP是用于在网络上分配动态IP地址的协议。动态定址使得设备能够具有分配给该设备的不同IP地址，例如每次当该设备连接到网络时。DNS是将域名转换成IP地址的分布式因特网服务。例如，域名‘cube.aidan.eg.org’可能转换成IP地址203.213.140.43。如果特定的DNS服务器不能转换特定的域名，则DNS服务器将该请求发送给另一个DNS服务器。该处理再次出现，直到解析了该域名，并返回给最初的DNS服务器。
图2图示联网环境200，它包括包含网关220的专用寻址网络210，web服务器230和240通过所述网关220可以连接到因特网250。仅为了说明目的图示web服务器230和240，如本领域的技术人员将理解的，任意数量的主机或设备(不必需是web服务器)可以连接到专用寻址网络。此外，该联网环境200可以包括任意数量的专用寻址网络。
全局唯一IP地址203.213.140.43解析到网关220。内部IP地址192.168.1.43和192.168.2.18(两者都在由IANA为专用网络定址预留的三个块之一内)分别地在web服务器230和240内部解析。将web服务器230和240(分别为‘cube’和‘noizi’)添加给专用寻址网络的名称(‘private.arpa’)以分别生成名称‘cube.private.arpa’和‘noizi.private.arpa’。更普遍地，将连接到专用寻址网络的设备或主机的名称添加给专用寻址网络的名称以生成内部名称(其被转换成本地地址)。虽然web服务器230和240的IP地址在专用寻址网络210内部是唯一的，但是这样的地址对于专用寻址网络210外部的设备(例如连接到其它专用寻址网络或因特网250的设备)而言是不确定的和/或隐藏的。此外，如果web服务器230和240都在端口80(标准web服务器端口)上提供万维网服务，则网关220不能获知应当将特定的请求转发给web服务器230和240中哪一个，或者即使应当自动地转发这些请求。
通过将请求261、262和263发送给指向或解析成网关220的全局IPv4地址(即203.213.140.43)的网关220，在专用寻址网络210外部的主机或设备可以与web服务器230和240通信。每个请求261、262和263包括该请求指向的内部主机或web服务器的名称(例如分别用于web服务器230和240的‘cube.aidan.eg.org’和‘noizi.aidan.eg.org’)。与来自指向内部web服务器230的外部浏览器或主机的请求261相关的请求首部的例子如下：
GET/index.html HTTP/1.1
Host：cube.aidan.eg.org
根据在请求首部内包含的名称，网关220代理这种从外部主机到内部web服务器230和240的请求261、262和263。换句话说，根据在请求首部内包含的名称，网关220‘解复用’指向连接到专用寻址网络210的特定设备或主机的请求。尽管上述描述具体涉及外部生成的请求，但是同样的原理适用于针对由内部主机或设备生成的请求的外部生成响应。
代理(在这种情况下网关220)代表网络(在这种情况下专用寻址网络210)内部的设备或主机接受一个连接，并与进行该连接的外部主机或设备通信。此外，该代理开启到相关内部设备的连接，并与该设备通信。因而，代理是两个通信设备的中间设备。
图3是用于访问通过公共网络连接到专用寻址网络的设备的方法的流程图。
在步骤310，将全局唯一名称自动地分配给在专用寻址网络内的内部主机/设备。该全局唯一名称解析成专用寻址网络的网关的地址。
在步骤320，使该全局唯一名称自动地与该设备的专用地址相关联。
在步骤330，根据该设备的专用地址，自动地将包括全局唯一名称的通信(例如请求和响应)路由选择到在专用寻址网络内的主机/设备。
在下文中描述使用动态主机配置协议(DHCP)的实施例。DHCP服务器接收来自内部主机/设备的包含主机名称的请求，并向内部主机/设备提供IP地址。为了启用虚拟主机反向代理(VHRP)或反向代理，将主机名称映射到指向网关的全局唯一名称，并将该名称存储在DNS内。建立另一个映射，该映射使内部IP地址与外部名称相关联。作为参考图2所示的网络环境的例子，将全局主机名称‘cube.aidan.eg.org’映射成内部主机名称‘cube.private.arpa’。根据映射更新DNS服务器，以在随后的DNS名称查找中用于在外部主机和内部主机之间通信的自动代理。
图4a和图4b是图示图2内网关220的附加细节的联网环境的方框图。具体而言，图4a和图4b内的网关420对应于图2中的网关220的实施例。
参见图4a和图4b，在专用寻址网络(未图示)内部的主机/设备410连接到专用寻址网络的网关420。该网关420包括DHCP服务器422、DNS服务器424和代理服务器426。网关420包括分立的计算机系统以执行DHCP服务器422、DNS服务器424和代理服务器426的功能。如本领域的技术人员将理解的，可以使用在一个或多个计算机系统上执行的软件实现DHCP服务器422、DNS服务器424和代理服务器426的功能。而且，DHCP服务器422和DNS服务器424不需要构成网关420的一部分。也就是，DHCP服务器422和DNS服务器424之一或两者可以位于到网关420的不同设备上。
具体参见图4a，内部主机/设备410将向DHCP服务器422发送因特网协议(IP)地址的请求(动作432)。由DHCP服务器422响应于所述请求将所请求的地址转发给内部主机/设备410(动作433)。此后，DHCP服务器422在DNS服务器422内安装内部主机/设备410的全局名称(动作434)，并使该名称与网关420的地址相关联。DHCP服务器422还直接地或者通过中间机制间接地建立用于代理服务器426的映射以使内部主机/设备410的专用地址与内部主机/设备410的全局名称相关联。一旦已经在DNS服务器424内安装内部主机/设备410的全局名称，并且已经为该代理服务器426建立其相关联的分布式服务和映射，则可以出现通过作为代理的网关420在内部主机/设备410和外部主机/设备之间的通信。
在一种实施例中，在代理服务器426上执行的中间软件程序从由DHCP服务器422管理的DHCP租用文件中提取数据，并向DNS服务器424登记该数据。然而，本领域的技术人员将理解多种其它的实施例也可以实现同样的结果。例如，使用如在RFC2136内描述的动态DNS(DDNS)使得能够将静态主机名称解析为动态IP地址。请求注解(RFC)文件是因特网工程任务组(IETF)的官方规范文件，可以从多个网站获得，并且是通过因特网可存档访问的(例如http://www.ietf.org/internet-drafts/)。
具体参见图4b，外部主机/设备440将内部主机/设备410的请求转发给DNS服务器424(动作436)。DNS服务器424根据内部主机/设备410的全局名称解析网关420的全局地址，并将该全局网关地址返回给内部主机/设备10(动作437)。此后，外部主机/设备440使用在动作437中获得的网关地址启动通过代理服务器426到内部主机/设备410的连接(动作438)。代理服务器426解析在内部主机/设备410的全局名称和专用地址之间的映射，并完成到内部主机/设备410的连接(动作439)。
图5是图示图3的步骤310和320的附加细节的流程图。在步骤510，DHCP服务器接收来自内部主机/设备的对因特网协议(IP)地址的请求。该请求包括内部主机/设备的专用名称。在步骤520，DHCP服务器将IP地址提供给内部主机/设备。在步骤530从DHCP数据(例如DHCP租用文件)提取与内部主机/设备相关的数据，和在步骤540向DNS服务器及其相关的分布式服务登记内部主机/设备的名称和地址。关联单独的主机名称和地址对，并登记用于内部和外部用途，如下：
内部：<hostname>.private.arpa＝<address>
外部：<hostname>.<external.network.name>＝<gateway.address>
仅为了说明目的，在下文中提供参考图2的用于内部和外部用途的单独主机名称和地址对的关联和登记的例子。内部主机(web服务器)230将其名称(‘cube’)提供给DHCP服务器。DHCP服务器将专用地址192.168.1.43分配给内部主机230。使地址192.168.1.43与名称‘cube.private.arpa’相关联用于内部请求，和使名称‘cube.aidan.eg.org’与地址203.213.140.43(网关220的全局地址)相关联用于外部请求。
图6是图示图3的步骤330的附加细节的流程图。在步骤610，由DNS服务器从外部主机/设备接收对内部主机/设备的请求。在步骤620，DNS服务器将网关(其是内部主机/设备连接到的专用寻址网络的网关)的地址返回给外部主机/设备。在步骤630，外部主机/设备打开通过端口80(HTTP)到全局网关地址203.213.140.43的连接。在步骤640，网关接受该连接。在步骤650，网关检查发送给内部主机/设备的请求首部，并提取内部主机名称。在步骤660，网关内部地解析该主机名称，并获得该内部主机/设备的专用地址。在步骤670，网关打开到该内部主机/设备的连接，并代理在外部主机/设备和该内部主机/设备之间的通信。该通信可以由网关修改。
如从上文的描述可以看出的，DCHP服务器参与初始的登记和映射处理(即图3和图4a的步骤310)，但是并不参与在外部和内部主机之间通信的路由选择(即图3和图4b的步骤330)。
虽然图2仅图示了连接到专用寻址网络210的两个主机(即web服务器230和240)，但是本领域的技术人员将很容易理解专用寻址网络可以具有任意数量的连接到网络的主机或设备。
图7是专用寻址家庭网络700的方框图。该网络包括通过以太网750连接到驻留网关710的服务器760和其它两个计算机770和780。例如，驻留网关710还连接到打印服务器740，并可以无线地连接到PDA 730。直接地通过适当的通信接口，或者间接地通过调制解调器712，可以将网关710连接到另一个远程家庭网络或公共网络，例如因特网，如用连接720所表示的。上文仅是家庭网络配置的例子，并不意味着将限制本发明的实施例。
图8图示可以用于实现图2的网关220和图4的网关420的硬件结构的例子。
图8是图示可以实施本发明实施例的网关800的结构的方框图。网关800可以包括用于在家庭网络内使用的驻留网关。网关800包括一个或多个中央处理单元(CPU)830、存储器控制器810和存储单元812、814。存储器控制器810耦合到存储单元812和814，所述存储单元可以是随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)和本领域的技术人员公知的多种存储技术中的任一种存储技术。通过处理器总线840将CPU 830和存储器控制器810耦合在一起。直接存储器访问(DMA)控制器820也可以耦合到总线840。DMA控制器820支持在不中断CPU 820的情况下直接向存储器传输数据和自存储器传输数据。如图8所示，处理器总线840用作存储器总线，但是如本领域的技术人员公知的，也可以实施分立的处理器和存储器总线。实现网关功能的软件可以嵌入在存储单元内，包括操作系统、驱动程序、固件和应用程序。CPU 830用作网关的处理单元，然而，也可以使用其它的设备和组件来实现该处理单元。
桥接器850与处理器总线840和外部设备总线860对接，所述外围设备总线通常工作在比处理器总线840更低的数据速率上。各种接口又耦合到外部设备总线860。例如，可以实现若干‘下行链路’通信接口中的一个或多个以使用专用定址方案和相关的命名方案将在专用寻址网络内的设备连接到网关。网关800包括这种接口的例子，即IEEE802.11b无线接口880、以太网接口882和通用串行总线(USB)接口884 。上文仅是举例，也可以实现其它的网络接口，例如令牌环接口、其它的无线LAN接口和IEEE 1394(Firewire(火线))接口。对于专用寻址网络外部的连接而言(例如通过诸如因特网等公共网络到全局地址)，也可以实现其它的‘上行链路’网络接口。例如，网关800可以包括用于到另一个网络的连接的网络接口卡872。可选择地，网关800可以包括以太网接口870，它可以连接到合适的调制解调器890(例如宽带调制解调器)。也可以实施其它的网络接口，举例来说，包括ATM和DSL。
协议专用代理接受通过‘上行链路’接口的连接，根据公共主机名称解复用这些连接，和代表连接到‘上行链路’接口的设备与通过‘下行链路’接口可访问的设备通信。
可以将用于访问通过公共网络连接到专用寻址网络的设备或主机的方法实施为结合网关的处理单元和一个或多个存储单元执行的软件或计算机程序。在某些实施例中，响应于内部主机登记的请求，通过由DHCP自动配置的网关内部的DNS服务器执行外部名称到内部地址的转换以由代理使用。然而，本领域的技术人员将很容易地理解这种转换也可以在网关外部执行。类似地，可以由网关外部的DNS服务器执行外部名称到网关地址的转换以由外部主机使用。这可以通过由外部DHCP请求触发的名称登记来增添。
将外部名称查询发送给网关外部的名称解析机制或服务。在上文中描述的实施例中，通过向适当的外部DNS服务器登记网关的域名(例如‘aidan.eg.org’)来实现上述操作。
虽然将网关800图示为独立的设备本身或者与适当的调制解调器组合，但是本领域的技术人员将理解可以使用安装有实现网关功能的合适软件的计算机系统来实现该网关。也可以存在其它的变化。具体而言，可以将网关800实施为分立的用户设备，它可以通过连接到专用寻址网络的web接口予以配置。还可以使用硬件平台，例如能够执行防火墙或路由器功能的硬件平台，来执行在此所述的方法。
有利地，上述的方法和设备使得连接到专用寻址网络的主机和设备能够自动地暴露给在因特网上的主机。因而，可以通过在专用寻址网络外部的主机自动地访问位于网络地址转换背后的web和会话启动协议(SIP)服务器。SIP是用于因特网会议、电话、存在、事件通知和即时消息传送的信令协议。
上文的详细描述仅提供示例性的实施例，将不限制本发明的范围、可应用性或配置。而且，示例实施例的描述向本领域的技术人员提供了用于实施本发明实施例的描述。应当理解在不脱离权利要求书中阐述的本发明的精神和范围的情况下，可以在单元的功能和结构中进行各种改变。

Claims (20)

1.一种用于通过公共网络访问连接到专用寻址网络的设备的方法，所述方法包括步骤：
自动将所述公共网络内的全局唯一名称分配给所述设备，其中所述名称解析为所述专用寻址网络的网关的地址；
自动关联所述全局唯一名称与所述设备的专用地址；和
根据所述专用地址，自动将包括所述全局唯一名称的通信路由选择到所述设备。
2.权利要求1的方法，其中在没有人工干预的情况下执行所述每一步骤。
3.权利要求1的方法，其中所述公共网络包括因特网。
4.权利要求1的方法，其中由所述网关执行所述步骤。
5.权利要求3的方法，还包括自动向域名系统(DNS)登记所述全局唯一名称和所述网关的地址的步骤。
6.权利要求5的方法，还包括自动从动态主机配置协议(DHCP)数据中提取与所述全局唯一名称相关的数据的步骤。
7.权利要求6的方法，其中响应于来自所述设备的请求，执行所述分配步骤。
8.权利要求7的方法，其中由动态主机配置协议(DHCP)服务器接收所述请求，并且所述方法还包括所述动态主机配置协议(DHCP)服务器将因特网协议(IP)地址提供给所述设备的步骤。
9.权利要求3的方法，其中所述路由选择步骤包括下述子步骤：
通过因特网从另一个设备接收所述设备的通信，所述通信包括所述全局唯一名称；
自动获得所述设备的专用地址，所述专用地址取决于所述全局唯一名称；和
自动将所述通信路由选择到所述专用地址。
10.权利要求9的方法，其中由所述网关执行所述子步骤。
11.一种用于通过公共网络访问连接到专用寻址网络的设备的装置，所述设备包括：
用于发送和接收数据的至少一个通信接口；
用于存储数据和将由处理单元执行的指令的存储单元；和
耦合到所述至少一个通信接口和所述存储单元的处理单元，所述处理单元被编程为：
自动将在所述公共网络内的全局唯一名称分配给所述设备，其中所述名称解析为所述专用寻址网络的网关的地址；
自动关联所述全局唯一名称与所述设备的专用地址；和
根据所述专用地址，自动将包括所述全局唯一名称的通信路由选择到所述设备。
12.权利要求11的装置，其中所述处理单元被编程为在没有人工干预的情况下自动将所述通信路由选择到所述设备。
13.权利要求11的装置，其中所述公共网络包括因特网。
14.权利要求11的装置，其中所述处理单元还被编程为自动向域名系统(DNS)登记所述全局唯一名称和所述网关的地址。
15.权利要求14的装置，其中所述装置包括网络网关设备。
16.权利要求14的装置，其中所述处理单元还被编程为自动从动态主机配置协议(DHCP)数据中提取与所述名称相关的数据。
17.权利要求16的装置，其中所述处理单元还被编程为响应于来自所述设备的请求，自动将所述全局唯一名称分配给所述设备。
18.权利要求17的装置，其中所述处理单元还被编程为自动将因特网协议(IP)地址提供给所述设备。
19.权利要求13的装置，其中所述处理单元还被编程为：
自动通过因特网从另一个设备接收所述设备的通信，所述通信包括所述全局唯一名称；
自动获得所述设备的专用地址，所述专用地址取决于所述全局唯一名称；和
自动将所述通信路由选择到所述专用地址。
20.权利要求19的装置，其中所述设备包括网络网关设备。
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