CN101511117A - 一种二层跨网段通信的方法、系统和设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二层跨网段通信的方法、系统和设备。该方法应用于包括第一路由设备和第二路由设备的网络中，第一路由设备和第二路由设备互为家乡代理和外地代理；第一路由设备位于第一网络中，第一网络中的第一终端通过第一路由设备接入公网；第二路由设备位于第二网络中，第二网络中的第二终端通过第二路由设备接入公网。本发明中，作为外地代理的路由设备通过侦听免费ARP请求收集本地的终端设备信息，并向家乡代理进行路由注册，其利用了移动IP路由注册及移动IP隧道转发的方法，简单的实现了异地二层跨网段通信。该方法适用范围广，对中间网络没有严格要求。

Description

一种二层跨网段通信的方法、系统和设备

技术领域

本发明涉及网络技术领域，特别涉及一种二层跨网段通信的方法、系统和设备。

背景技术

在现有的某些业务组网中，一些主机之间需要实现二层的通信。但是某些主机可能不处于同一个三层交换机下或者说处于异地，中间跨越了Internet网络。例如以图1所示的场景为例，主机A和主机B分别处于不同的私网中，但是二者处于同一个网段，需要实现异地的二层跨网段通信。

现有技术中，在需要实现异地的二层跨网段通信时，通常使用VPN(VirtualPrivate Network，虚拟局域网)方案：即在Router A与Router B之间建立L2VPN(Layer2 VPN，二层虚拟局域网)，承载主机A、B之间的二层通信报文

现有技中，L2VPN中主要使用了L2TP(Layer 2 Tunneling Protocol，第二层隧道协议)与MPLS(Multi-Protocol Label Switch，多协议标签交换)技术。但是该方法的缺点在于，对于L2TP，L2TP必须基于PPP(Point-to-PointProtocol，点对点协议)链路封装，因此主机的业务报文必须承载在PPP或PPPoE(PPP over Ethernet，以太网上承载的点对点协议)报文中，而有些主机并不支持PPP或PPPoE；而对于MPLS，MPLS则要求Router A与Router B之间路径上的路由器均支持MPLS转发功能，对组网要求较高。

发明内容

本发明提供一种二层跨网段通信的方法、系统和设备，用于使用移动IP技术简便的实现二层跨网段通信。

为达到上述目的，本发明提供一种二层跨网段通信的方法，应用于包括第一路由设备和第二路由设备的网络中，所述第一路由设备和第二路由设备互为家乡代理和外地代理；所述第一路由设备位于第一网络中，所述第一网络中的第一终端通过所述第一路由设备接入公网；所述第二路由设备位于第二网络中，所述第二网络中的第二终端通过所述第二路由设备接入公网；所述方法包括：

所述第一路由设备接收到所述第一终端发送的免费ARP请求时，向所述第二路由设备发送注册报文，注册所述第一终端的IP地址；

所述第二路由设备根据所述注册报文，建立所述第一终端的路由表项，所述第一终端的路由表项目的地址为所述第一终端的IP地址，出接口为到所述第一路由设备的移动IP隧道；

所述第二路由设备接收到所述第二终端向所述第一终端发送的报文时，根据所述第一终端的路由表项将所述报文通过所述移动IP隧道发送到所述第一路由设备；

所述第一路由设备将所述报文发送到所述第一终端。

其中，所述第一路由设备接收到所述第一终端发送的免费ARP请求时，还包括：

所述第一路由设备生成所述第一终端的ARP表项。

其中，还包括：

所述第一路由设备在所述第一终端的ARP表项老化前发送ARP请求；

所述第一路由设备接收到对所述ARP请求的响应时，刷新所述第一终端的ARP表项；否则删除所述第一终端的ARP表项，并向所述第二路由设备撤销注册所述第一终端的IP地址。

其中，所述第一路由设备向所述第二路由设备发送注册报文前，还包括：

所述第一路由设备接收到所述第一终端发送的免费ARP请求后，向所述第一终端发送ARP请求，接收到所述第一终端发送的响应时则继续；否则不对所述免费ARP请求进行进一步处理。

其中，所述第二路由设备根据所述注册报文，建立所述第一终端的路由表项，所述第一终端的路由表项目的地址为所述第一终端的IP地址，出接口为到所述第一路由设备的移动IP隧道前还包括：

建立所述第二路由设备与所述一路由设备间的移动IP隧道。

其中，所述第二路由设备接收到所述第二终端向所述第一终端发送的报文时，根据所述第一终端的路由表项将所述报文通过所述移动IP隧道发送到所述第一路由设备，包括：

所述第二路由设备接收到所述第二终端对所述第一终端的IP地址的ARP请求报文；

所述第二路由设备判断本地不存在所述第一终端的ARP表项，则向所述第二终端发送ARP代理应答；

所述第二路由设备接收来自所述第二终端的报文，所述报文为来自所述第二终端的目的地址为所述第一终端IP地址的报文；

所述第二路由设备根据所述第一终端的IP地址，匹配到所述第一终端的路由表项；

所述第二路由设备将所述报文通过所述移动IP隧道发送到所述第一路由设备。

其中，还包括：

所述第二路由设备接收到所述第二终端发送的免费ARP请求时，向所述第一路由设备发送注册报文，注册所述第二终端的IP地址；

所述第一路由设备根据所述注册报文，建立所述第二终端的路由表项，所述第二终端的路由表项目的地址为所述第二终端的IP地址，出接口为到所述第二路由设备的移动IP隧道；

所述第一路由设备接收到所述第一终端向所述第二终端发送的报文时，根据所述第二终端的路由表项将所述报文通过所述移动IP隧道发送到所述第二路由设备；

所述第二路由设备将所述报文发送到所述第二终端。

其中，所述第一路由设备接收到所述第一终端向所述第二终端发送的报文时，根据所述第二终端的路由表项将所述报文通过所述移动IP隧道发送到所述第二路由设备，包括：

所述第一路由设备接收到所述第一终端对所述第二终端的IP地址的ARP请求报文；

所述第一路由设备判断本地不存在所述第二终端的ARP表项，则向所述第一终端发送ARP代理应答；

所述第一路由设备接收来自所述第一终端的报文，所述报文为来自所述第一终端的目的地址为所述第二终端IP地址的报文；

所述第一路由设备根据所述第二终端的IP地址，匹配到所述第二终端的路由表项；

所述第一路由设备将所述报文通过所述移动IP隧道发送到所述第二路由设备。

本发明还提供一种通信系统，用于二层跨网段通信，包括第一路由设备和第二路由设备，所述第一路由设备和第二路由设备互为家乡代理和外地代理；所述第一路由设备位于第一网络中，所述第一网络中的第一终端通过所述第一路由设备接入公网；所述第二路由设备位于第二网络中，所述第二网络中的第二终端通过所述第二路由设备接入公网；

所述第一路由设备，用于接收到所述第一终端发送的免费ARP请求时，向所述第二路由设备发送注册报文，注册所述第一终端的IP地址，触发所述第二路由设备建立所述第一终端的路由表项，所述第一终端的路由表项目的地址为所述第一终端的IP地址，出接口为到所述第一路由设备的移动IP隧道；并在从所述移动IP隧道接收到向所述第一终端发送的报文时，将所述报文发送给所述第一终端；

所述第二路由设备，用于根据所述第一路由设备发送的注册报文，建立所述第一终端的路由表项，所述第一终端的路由表项目的地址为所述第一终端的IP地址，出接口为到所述第一路由设备的移动IP隧道；并在接收到所述第二终端向所述第一终端发送的报文时，根据所述第一终端的路由表项将所述报文通过所述移动IP隧道发送到所述第一路由设备。

其中，所述第二路由设备，还用于接收到所述第二终端发送的免费ARP请求时，向所述第一路由设备发送注册报文，注册所述第二终端的IP地址，触发所述第一路由设备建立所述第二终端的路由表项，所述第二终端的路由表项目的地址为所述第二终端的IP地址，出接口为到所述第二路由设备的移动IP隧道；并在从所述移动IP隧道接收到向所述第二终端发送的报文时，将所述报文发送给所述第二终端；

所述第一路由设备，还用于根据所述第二路由设备发送的注册报文，建立所述第二终端的路由表项，所述第二终端的路由表项目的地址为所述第二终端的IP地址，出接口为到所述第二路由设备的移动IP隧道；并在接收到所述第一终端向所述第二终端发送的报文时，根据所述第二终端的路由表项将所述报文通过所述移动IP隧道发送到所述第二路由设备。

本发明还提供一种路由设备，作为第一路由设备位于第一网络中，与位于第二网络中的第二路由设备互为家乡代理和外地代理，所述第一网络中还存在通过所述第一路由设备接入公网的第一终端；所述路由设备包括：

注册报文发送单元，用于接收到所述第一终端发送的免费ARP请求时，向所述第二路由设备发送注册报文，注册所述第一终端的IP地址，触发所述第二路由设备建立所述第一终端的路由表项，所述第一终端的路由表项目的地址为所述第一终端的IP地址，出接口为到所述第一路由设备的移动IP隧道；

报文转发单元，用于在从所述移动IP隧道接收到所述第二路由设备向所述第一终端发送的报文时，将所述报文发送给所述第一终端。

其中：

ARP表项生成单元，用于接收到所述第一终端发送的免费ARP请求时，生成所述第一终端的ARP表项；

ARP请求发送单元，用于在所述ARP表项生成单元中生成的关于第一终端的ARP表项老化前，发送ARP请求；

ARP表项更新单元，用于接收到对所述ARP请求发送单元发送的ARP请求的响应时，刷新所述第一终端的ARP表项；否则删除所述ARP表项生成单元中生成的第一终端的ARP表项，并向所述第二路由设备撤销注册所述第一终端的IP地址。

其中，还包括：

注册报文发送判断单元，用于接收到所述第一终端发送的免费ARP请求后，向所述第一终端发送ARP请求，接收到所述第一终端发送的响应时则通知所述注册报文发送单元向所述第二路由设备发送注册报文；否则不对所述免费ARP请求进行进一步处理。

其中，还包括：

移动IP隧道建立单元，用于与所述第二路由设备建立移动IP隧道；

路由表项建立单元，用于在所述第二路由设备接收到第二网络中第二终端发送的免费ARP请求时，接收所述第二路由设备向所述第一路由设备发送的注册报文，并根据所述注册报文，建立所述第二终端的路由表项，所述第二终端的路由表项目的地址为所述第二终端的IP地址，出接口为到所述第二路由设备的移动IP隧道；

报文发送单元，用于接收到所述第一终端向所述第二终端发送的报文时，根据所述第二终端的路由表项将所述报文通过所述移动IP隧道发送到所述第二路由设备。

其中，所述报文发送单元包括：

ARP代理子单元，用于接收到所述第一终端对所述第二终端的IP地址的ARP请求报文时，判断本地不存在所述第二终端的ARP表项，则向所述第一终端发送ARP代理应答；

报文接收子单元，用于接收来自所述第一终端的报文，所述报文为来自所述第一终端的目的地址为所述第二终端IP地址的报文；

路由表项匹配子单元，用于根据所述第二终端的IP地址，匹配到所述路由表项建立单元建立的第二终端的路由表项；

报文发送子单元，用于将所述报文接收子单元接收的报文通过所述路由表项匹配子单元匹配得到的路由表项中的移动IP隧道发送到所述第二路由设备。

本发明还提供一种路由设备，作为第二路由设备位于第二网络中，与位于第一网络中的第一路由设备互为家乡代理和外地代理，所述第二网络中还存在通过所述第二路由设备接入公网的第二终端；所述路由设备包括：

路由表项建立单元，用于在所述第一路由设备接收到第一网络中第一终端发送的免费ARP请求时，接收所述第一路由设备向所述第二路由设备发送的注册报文，并根据所述注册报文，建立所述第一终端的路由表项，所述第一终端的路由表项目的地址为所述第一终端的IP地址，出接口为到所述第一路由设备的移动IP隧道；

报文发送单元，用于接收到所述第二终端向所述第一终端发送的报文时，根据所述第一终端的路由表项将所述报文通过所述移动IP隧道发送到所述第一路由设备。

其中，所述报文发送单元包括：

ARP代理子单元，用于接收到所述第二终端对所述第一终端的IP地址的ARP请求报文时，判断本地不存在所述第一终端的ARP表项，则向所述第二终端发送ARP代理应答；

报文接收子单元，用于接收来自所述第二终端的报文，所述报文为来自所述第二终端的目的地址为所述第一终端IP地址的报文；

路由表项匹配子单元，用于根据所述第一终端的IP地址，匹配到所述路由表项建立单元建立的第一终端的路由表项；

报文发送子单元，用于将所述报文接收子单元接收的报文通过所述路由表项匹配子单元匹配得到的路由表项中的移动IP隧道发送到所述第一路由设备。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

作为外地代理的路由设备通过侦听免费ARP请求收集本地的终端设备信息，并向家乡代理进行路由注册，其利用了移动IP路由注册及移动IP隧道转发的方法，简单的实现了异地二层跨网段通信。该方法适用范围广，对中间网络没有严格要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中需要实现异地二层跨网段通信的网络示意图；

图2是本发明中使用的移动IP技术的一组网示意图；

图3是本发明中二层跨网段通信方法的流程图；

图4是本发明中二层跨网段通信方法所应用的一应用场景示意图；

图5是本发明应用场景中二层跨网段通信方法的流程图；

图6是本发明二层跨网段通信系统中第一路由设备的结构示意图；

图7是本发明二层跨网段通信系统中第二路由设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种二层跨网段通信的方法，使用MIP(Mobile IP，移动IP)技术实现二层跨网段通信。移动IP技术是移动节点(主机或者路由器)以固定的网络IP地址实现跨越不同网段的漫游功能，保证了基于网络IP的网络权限在漫游过程中不发生任何改变。移动IP实现网络漫游功能移动IP应用于所有基于TCP(Transmission Control Protocol，传输控制协议)/IP(Internet Protocol，因特网协议)网络环境中，为用户提供了广阔的网络漫游服务。使用移动IP技术的一组网示意图如图2所示。

移动IP技术中，HA(Home Agent，家乡代理)和FA(Foreign Agent，外地代理)在各自的本地网络上发送代理公告(Agent Advertisement)消息，以声明自己的存在。MN(Mobile Node，移动节点)根据收到的代理公告消息来判断自己是处于家乡网络还是外地网络。当MN处于家乡网络(例如图2中的MN3)时，仍使用TCP/IP方式通信，不需要使用移动IP协议。

当终端判断自己已经漫游到一个外地网络时，启动MIP功能。为了能够收到通信对端发给它的IP数据包，移动终端需要向HA注册当前的位置地址即COA(Care-of Address，转交地址)。MN可以通过两种方式获得转交地址：借用外地代理的地址(即外地代理转交地址，例如图2中的MN1)和动态获得一个地址(即配置转交地址如使用DHCP等动态获得IP地址，例如图2中的MN2)。

HA接收来自转交地址的注册后，会建立一条通向转交地址的隧道，将截获的发给终端的IP数据包通过隧道送到位于外地网络的转交地址。关于隧道可以使用以下三种方式：IPinIP封装、IP的最小封装和GRE(Generic RoutingEncapsulation，通用路由封装)。

其中，IPinIP封装用于将整个原始IPv4数据包放在另一个IPv4数据包的数据部分中。它在原始IPv4数据包的现有报头前插入了一个外层IP报头，外层报头中的源地址和目的地址分别标识隧道中的两个边界节点，即HA地址和转交地址。内层IP报头(即原始IPv4数据包报头)中的源地址和目的地址则分别标识原始数据包的发送节点和接收节点的IP地址。IP的最小封装是移动IP中可选的隧道方式。它通过将IPinIP封装中内层IP报头和外层IP报头的冗余部分去掉，以减少实现隧道所需的开销。但使用这种封装技术有一个前提，就是原始的数据包不能已经被分片，因为IP的最小封装技术在新的IP报头和净荷之间插入了一个最小转发报头，它不保存有关分片的情况。GRE是移动IP可采用的一种隧道技术。除了IP协议，它还可以支持其它网络层协议，它允许一种协议的数据包封装在另一种协议数据包中。

IP数据包通过隧道送到位于外地网络的转交地址后，在转交地址处解除隧道封装，恢复出原始的IP数据包，如果MN使用的是外地代理转交地址，则由FA解除隧道封装，并将原始的IP数据报转发给MN；如果MN使用的是配置转交地址，则由MN解除隧道封装，并继续解析IP数据报。这样MN在外地网络就能够收到这些发送给它的IP数据包

当MN在外地网络时，通过外地网络的路由器或者外地代理向通信对端发送IP数据包。如果使用反向隧道技术，则MN通过隧道将IP数据包发送到HA(如采用配置转交地址)；或者先发送到FA，由FA对数据包进行封装并传送给HA(如采用外地代理转交地址)。然后HA对数据包进行拆封，并通过正常路由发给通信对端。另外，当MN来到另一个外地网络时，只需要向家乡代理更新注册的转交地址，就可以继续通信。最后，当MN回到家乡网络时，移动终端向家乡代理注销转交地址，这时移动终端又将使用传统的TCP/IP方式进行通信。

基于移动IP技术，本发明提供了一种二层跨网段通信的方法，应用于包括第一路由设备和第二路由设备的网络中，第一路由设备和第二路由设备互为家乡代理和外地代理；第一路由设备位于第一网络中，第一网络中的第一终端通过第一路由设备接入公网；第二路由设备位于第二网络中，第二网络中的第二终端通过第二路由设备接入公网；该方法如图3所示，包括：

步骤s301、第一路由设备接收到第一终端发送的免费ARP请求时，向第二路由设备发送注册报文，注册第一终端的IP地址。

步骤s302、第二路由设备根据注册报文，建立第一终端的路由表项，第一终端的路由表项目的地址为第一终端的IP地址，出接口为到第一路由设备的移动IP隧道。

步骤s303、第二路由设备接收到第二终端向第一终端发送的报文时，根据第一终端的路由表项将报文通过移动IP隧道发送到第一路由设备。

步骤s304、第一路由设备将报文发送到第一终端。

通过使用本发明提供的方法，利用了移动IP路由注册及移动IP隧道转发的方法，简单的实现了异地二层跨网段通信。该方法适用范围广，对中间网络没有严格要求。

以下结合一个具体的应用场景，描述本发明中二层跨网段通信方法的具体实施方式。该应用场景的网络示意图如图4所示，包括：

第一网络，其中包括作为第一路由设备的路由器A(在第一网络内部的IP地址为10.1.1.1/24，公网地址为1.1.1.1/24)，以及通过路由器A接入公网的主机A(IP地址为10.1.1.3/24)；

第二网络，其中包括作为第二路由设备的路由器B(在第二网络内部的IP地址为10.1.1.2/24，公网地址为1.2.1.1/24)，以及通过路由器B接入公网的主机B(IP地址为10.1.1.4/24)；

路由器A和路由器B互为家乡代理和外地代理。

该应用场景中，在实现主机A和主机B的通信时，以主机A首先向主机B发送报文、主机B向主机A回复报文为例，本发明中的二层跨网段通信方法的流程图如图5所示，包括以下步骤：

步骤s501、主机A和主机B上线后，根据获取到的IP地址发送免费ARP请求。

以主机A为例，主机A在连接网络(即网口UP)后获取到的IP地址为10.1.1.3，之后发送目的地址为10.1.1.3的免费ARP请求，确认网络中是否存在其他IP地址为10.1.1.3的设备，以避免IP地址冲突。

现有技术中，网络设备在网口UP的时候会广播免费ARP请求，以确认是否有地址冲突发生。广播免费ARP请求后，广播域内任何网络设备都接收到，网络设备判断免费ARP请求报文中的目的IP地址字段，假如发现和本设备的IP地址相同，则将自己的MAC地址填写到该免费ARP请求的目的MAC地址字段，并将该报文回应给源网络设备。所以只要发送免费ARP请求的网络设备接收到报文，则证实广播域内有别的网络设备使用和自己相同的IP地址。免费ARP请求在发送时不希望收到回应的，只是起宣告作用；假如收到回应，则证实广播域内有别的网络设备也使用自己现在使用的IP地址。

步骤s502、路由器A接收到主机A发送的免费ARP请求，向路由器B(即路由器A的家乡代理)发送RRQ(Register ReQuest，注册请求)报文，注册主机A的IP地址。

该步骤中，路由器A接收到主机A发送的免费ARP请求后，可以立即向路由器B发送RRQ报文。也可以出于防止ARP攻击或防止地址冲突的考虑，在收到免费ARP请求的一段时间之后，发送对免费ARP请求的源地址的ARP请求，如果收到应答，则可以确认发送免费ARP请求的主机确实存在，再向路由器B发送RRQ报文进行移动路由信息注册。如果没有应答则不对接收到的免费ARP请求在路由器B上进行注册。

步骤s503、路由器B收到路由器A发送的注册报文，生成一条主机A的路由表项，路由表项的目的地址为主机A的IP地址，出接口为路由器B到路由器A的移动IP隧道，下一跳为路由器A的公网IP地址(即路由器A的COA地址)，根据该路由表项，目的地址为主机A的IP地址的报文都会进入该移动IP隧道进行转发。该路由器B与路由器A间的移动IP隧道不存在时，需要先进行移动IP隧道的建立再生成路由表项；如果路由器B与路由器A间的移动IP隧道已经存在，则无需建立移动IP隧道，直接生成路由表项即可。

与上述步骤s502与503相似的是，路由器B接收到主机B发送的免费ARP请求，会向路由器A(即路由器B的家乡代理)发送RRQ报文，注册主机B的IP地址。路由器A收到路由器B发送的注册报文时，也会生成一条主机B的路由表项，路由表项的目的地址为主机B的IP地址，出接口为路由器A到路由器B的移动IP隧道，其下一跳为路由器B的公网IP地址，根据该路由表项，目的地址为主机B的IP地址的报文都会进入该移动IP隧道进行转发。

步骤s504、主机A需要向主机B的IP地址10.1.1.4发送报文时，判断与主机B处于同一网段，则发送ARP请求报文，用于获取IP地址10.1.1.4对应的MAC地址以构造发往IP地址10.1.1.4的报文。

步骤s505、路由器A接收到主机A发送的ARP请求报文，判断本地没有10.1.1.4的ARP表项，则向主机A回应一个ARP代理应答，从而作为主机A的代理与主机B交互。

步骤s506、主机A接收到路由器A发送的代理应答，将需要发送到主机B的报文发送到路由器A。

步骤s507、路由器A根据报文的目的地址，即主机B的IP地址，进行路由匹配，匹配到根据主机B的IP地址生成的路由表项，根据路由表项的出接口，将报文封装后通过移动IP隧道向路由器B转发。

步骤s508、路由器B接收到路由器A通过移动IP隧道发送的报文，解封装后，根据报文的目的地址，即主机B的IP地址，将报文发送到主机B。

通过上述步骤s504～步骤s508，实现了主机A主动向主机B发送报文，主机A需要对主机B主动发送的报文进行回应时，同样可以通过该流程实现。

主机B接收到主机A发送的报文后，向主机A回应报文的流程与上述步骤s504～步骤s508相似，包括：

主机B需要向主机A发送报文时，判断与主机A处于同一网段，则发送ARP请求报文，用于获取IP地址10.1.1.3对应的MAC地址以构造发往主机A的报文。路由器B接收到主机B发送的ARP请求报文，判断本地没有10.1.1.3的ARP表项，则向主机B回应一个ARP代理应答，从而作为主机B的代理与主机A交互。主机B接收到路由器B发送的代理应答，将需要发送到主机A的报文发送到路由器B。路由器B根据报文的目的地址，即主机A的IP地址，进行路由匹配，匹配到根据主机A的IP地址生成的路由表项，根据路由表项的出接口，将报文通过移动IP隧道向路由器A转发。路由器A接收到路由器B通过移动IP隧道发送的报文，将报文解封装后，根据报文的目的地址，即主机A的IP地址，将报文发送到主机A。

通过上述步骤，实现了主机B对主机A主动发送的报文的回应；当主机B需要主动向主机A发送报文时，同样可以通过该流程实现。

另外，路由器A在接收到主机A发送的免费ARP请求时，可以生成该主机A的ARP表项，并根据ARP表项的老化时间对主机A的ARP表项进行更新。具体的，路由器A在主机A的ARP表项老化前向主机A发送ARP请求，接收到主机A对ARP请求的响应时，则说明主机A仍然在线，则刷新主机A的ARP表项；否则说明主机A已经下线，则删除主机A的ARP表项，并向路由器B撤销已注册的主机A的IP地址。同理，路由器B也可以应用该方法对本地的ARP表项进行刷新，删除已经老化的ARP表项并在路由器A上撤销对应的已注册的IP地址。

上述应用场景只是以两个网络区域间的通信为例，说明了本发明中的二层跨网段通信方法。如果存在多个需要进行二层通信的网络区域，则这些网络区域中的路由设备都需要建立两两的HA/FA关系，在一FA需要对本区域网络内的主机地址进行注册时，向所有的HA分别发送注册报文。该情况下的通信方法与上述图4和图5以及相关流程中描述的通信方法的原理相似，在此不进行重复描述。

本发明提供的上述方法中，作为FA的路由设备通过侦听免费ARP请求收集本地的终端设备信息，并向HA进行路由注册，其利用了移动IP路由注册及移动IP隧道转发的方法，简单的实现了异地二层跨网段通信。该方法适用范围广，对中间网络没有严格要求。

本发明还提供一种通信系统，用于二层跨网段通信，包括第一路由设备10和第二路由设备20，第一路由设备10和第二路由设备20互为家乡代理和外地代理；第一路由设备10位于第一网络中，第一网络中的第一终端通过第一路由设备10接入公网；第二路由设备20位于第二网络中，第二网络中的第二终端通过第二路由设备20接入公网。具体的：

第一路由设备10，用于接收到第一终端发送的免费ARP请求时，向第二路由设备20发送注册报文，注册第一终端的IP地址，触发第二路由设备20建立第一终端的路由表项，第一终端的路由表项目的地址为第一终端的IP地址，出接口为到第一路由设备10的移动IP隧道；并在从移动IP隧道接收到向第一终端发送的报文时，将报文发送给第一终端；

第二路由设备20，用于根据第一路由设备10发送的注册报文，建立第一终端的路由表项，第一终端的路由表项目的地址为第一终端的IP地址，出接口为到第一路由设备10的移动IP隧道；并在接收到第二终端向第一终端发送的报文时，根据第一终端的路由表项将报文通过移动IP隧道发送到第一路由设备10。

另外，在第一网络中的第一终端需要向第二网络中的第二终端发送报文时：

第二路由设备20，还用于接收到第二终端发送的免费ARP请求时，向第一路由设备10发送注册报文，注册第二终端的IP地址，触发第一路由设备10建立第二终端的路由表项，第二终端的路由表项目的地址为第二终端的IP地址，出接口为到第二路由设备20的移动IP隧道；并在从移动IP隧道接收到向第二终端发送的报文时，将报文发送给第二终端；

第一路由设备10，还用于根据第二路由设备20发送的注册报文，建立第二终端的路由表项，第二终端的路由表项目的地址为第二终端的IP地址，出接口为到第二路由设备20的移动IP隧道；并在接收到第一终端向第二终端发送的报文时，根据第二终端的路由表项将报文通过移动IP隧道发送到第二路由设备20。

对于上述通信系统中的第一路由设备，如图6所示，该第一路由设备10包括：

注册报文发送单元11，用于接收到第一终端发送的免费ARP请求时，向第二路由设备20发送注册报文，注册第一终端的IP地址，触发第二路由设备20建立第一终端的路由表项，第一终端的路由表项目的地址为第一终端的IP地址，出接口为到第一路由设备10的移动IP隧道；

报文转发单元12，用于在从移动IP隧道接收到第二路由设备20向第一终端发送的报文时，将报文发送给第一终端。

本发明中，第一路由设备10还可以包括：

注册报文发送判断单元13，用于接收到第一终端发送的免费ARP请求后，向第一终端发送ARP请求，接收到第一终端发送的响应时则通知注册报文发送单元11向第二路由设备20发送注册报文；否则不对免费ARP请求进行进一步处理。

ARP表项生成单元14，用于接收到第一终端发送的免费ARP请求时，生成第一终端的ARP表项；

ARP请求发送单元15，用于在ARP表项生成单元14中生成的关于第一终端的ARP表项老化前，发送ARP请求；

ARP表项更新单元16，用于接收到对ARP请求发送单元15发送的ARP请求的响应时，刷新第一终端的ARP表项；否则删除ARP表项生成单元14中生成的第一终端的ARP表项，并向第二路由设备20撤销注册第一终端的IP地址。

另外，在第一网络中的第一终端需要向第二网络中的第二终端发送报文时，第一路由设备10需要与第二路由设备20建立移动IP隧道并通过移动IP隧道发送报文，该情况下，第一路由设备10还可以包括：

路由表项建立单元17，用于在第二路由设备20接收到第二网络中第二终端发送的免费ARP请求时，接收第二路由设备20向第一路由设备发送的注册报文，并根据该注册报文，建立第二终端的路由表项，第二终端的路由表项目的地址为第二终端的IP地址，出接口为到第二路由设备20的移动IP隧道；

报文发送单元18，用于接收到第一终端向第二终端发送的报文时，根据第二终端的路由表项将报文通过移动IP隧道发送到第二路由设备20。该报文发送单元18可以进一步包括：

ARP代理子单元181，用于接收到第一终端对第二终端的IP地址的ARP请求报文时，判断本地不存在第二终端的ARP表项，则向第一终端发送ARP代理应答；

报文接收子单元182，用于接收来自第一终端的报文，报文为来自第一终端的需要转发至第二终端的报文；

路由表项匹配子单元183，用于根据第二终端的IP地址，匹配到路由表项建立单元17建立的第二终端的路由表项；

报文发送子单元184，用于将报文接收子单元182接收的报文通过路由表项匹配子单元183匹配得到的路由表项中的移动IP隧道发送到第二路由设备20。

第一路由设备10还可以包括：移动IP隧道建立单元19，用于与所述第二路由设备建立移动IP隧道。

对于上述通信系统中的第二路由设备20，如图7所示，包括：

路由表项建立单元21，用于在第一路由设备10接收到第一网络中第一终端发送的免费ARP请求时，接收第一路由设备10向第二路由设备20发送的注册报文，并根据该注册报文，建立第一终端的路由表项，第一终端的路由表项目的地址为第一终端的IP地址，出接口为到第一路由设备10的移动IP隧道；

报文发送单元22，用于接收到第二终端向第一终端发送的报文时，根据第一终端的路由表项将报文通过移动IP隧道发送到第一路由设备10。该报文发送单元22包括：

ARP代理子单元221，用于接收到第二终端对第一终端的IP地址的ARP请求报文时，判断本地不存在第一终端的ARP表项，则向第二终端发送ARP代理应答；

报文接收子单元222，用于接收来自第二终端的报文，报文为来自第一终端的需要转发至第一终端的报文；

路由表项匹配子单元223，用于根据第一终端的IP地址，匹配到路由表项建立单元21建立的第一终端的路由表项；

报文发送子单元224，用于将报文接收子单元222接收的报文通过路由表项隧道匹配子单元223匹配得到的路由表项中的移动IP隧道发送到第一路由设备10。

另外，需要说明的是，为了实现第一网络中终端设备与第二网络中终端设备的双向通信，第二路由设备20同样可以具有注册报文发送功能、报文转发功能、ARP表项维护等功能，即在接收到第二网络中的第二终端发送的免费ARP请求时，向第一路由设备10发送注册报文，注册第二终端的IP地址，触发第一路由设备10建立到第二路由设备20的移动IP隧道，并在从移动IP隧道接收到第一路由设备10向第二终端发送的报文时，将报文发送给第二终端。该情况下，第二路由设备20可以具有上述第一路由设备10中的注册报文发送单元、报文转发单元、注册报文发送判断单元、ARP表项生成单元、ARP请求发送单元、ARP表项更新单元等单元，其所实现的功能与第一路由设备10中上述单元的功能相似，在此不进行重复描述。

通过使用本发明提供的系统和设备，作为FA的路由设备通过侦听免费ARP请求收集本地的终端设备信息，并向HA进行路由注册，其利用了移动IP路由注册及移动IP隧道转发的方法，简单的实现了异地二层跨网段通信。该方法适用范围广，对中间网络没有严格要求。

上述模块可以分布于一个装置，也可以分布于多个装置。上述模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可以通过硬件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域技术人员可以理解实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述进行分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (17)

1、一种二层跨网段通信的方法，其特征在于，应用于包括第一路由设备和第二路由设备的网络中，所述第一路由设备和第二路由设备互为家乡代理和外地代理；所述第一路由设备位于第一网络中，所述第一网络中的第一终端通过所述第一路由设备接入公网；所述第二路由设备位于第二网络中，所述第二网络中的第二终端通过所述第二路由设备接入公网；所述方法包括：

所述第一路由设备接收到所述第一终端发送的免费ARP请求时，向所述第二路由设备发送注册报文，注册所述第一终端的IP地址；

所述第二路由设备根据所述注册报文，建立所述第一终端的路由表项，所述第一终端的路由表项目的地址为所述第一终端的IP地址，出接口为到所述第一路由设备的移动IP隧道；

所述第二路由设备接收到所述第二终端向所述第一终端发送的报文时，根据所述第一终端的路由表项将所述报文通过所述移动IP隧道发送到所述第一路由设备；

所述第一路由设备将所述报文发送到所述第一终端。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一路由设备接收到所述第一终端发送的免费ARP请求时，还包括：

所述第一路由设备生成所述第一终端的ARP表项。

3、如权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：

所述第一路由设备在所述第一终端的ARP表项老化前发送ARP请求；

所述第一路由设备接收到对所述ARP请求的响应时，刷新所述第一终端的ARP表项；否则删除所述第一终端的ARP表项，并向所述第二路由设备撤销注册所述第一终端的IP地址。

4、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一路由设备向所述第二路由设备发送注册报文前，还包括：

所述第一路由设备接收到所述第一终端发送的免费ARP请求后，向所述第一终端发送ARP请求，接收到所述第一终端发送的响应时则继续；否则不对所述免费ARP请求进行进一步处理。

5、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二路由设备根据所述注册报文，建立所述第一终端的路由表项，所述第一终端的路由表项目的地址为所述第一终端的IP地址，出接口为到所述第一路由设备的移动IP隧道前还包括：

建立所述第二路由设备与所述一路由设备间的移动IP隧道。

6、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二路由设备接收到所述第二终端向所述第一终端发送的报文时，根据所述第一终端的路由表项将所述报文通过所述移动IP隧道发送到所述第一路由设备，包括：

所述第二路由设备接收到所述第二终端对所述第一终端的IP地址的ARP请求报文；

所述第二路由设备判断本地不存在所述第一终端的ARP表项，则向所述第二终端发送ARP代理应答；

所述第二路由设备接收来自所述第二终端的报文，所述报文为来自所述第二终端的目的地址为所述第一终端IP地址的报文；

所述第二路由设备根据所述第一终端的IP地址，匹配到所述第一终端的路由表项；

所述第二路由设备将所述报文通过所述移动IP隧道发送到所述第一路由设备。

7、如权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，还包括：

所述第二路由设备接收到所述第二终端发送的免费ARP请求时，向所述第一路由设备发送注册报文，注册所述第二终端的IP地址；

所述第一路由设备根据所述注册报文，建立所述第二终端的路由表项，所述第二终端的路由表项目的地址为所述第二终端的IP地址，出接口为到所述第二路由设备的移动IP隧道；

所述第一路由设备接收到所述第一终端向所述第二终端发送的报文时，根据所述第二终端的路由表项将所述报文通过所述移动IP隧道发送到所述第二路由设备；

所述第二路由设备将所述报文发送到所述第二终端。

8、如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一路由设备接收到所述第一终端向所述第二终端发送的报文时，根据所述第二终端的路由表项将所述报文通过所述移动IP隧道发送到所述第二路由设备，包括：

所述第一路由设备接收到所述第一终端对所述第二终端的IP地址的ARP请求报文；

所述第一路由设备判断本地不存在所述第二终端的ARP表项，则向所述第一终端发送ARP代理应答；

所述第一路由设备接收来自所述第一终端的报文，所述报文为来自所述第一终端的目的地址为所述第二终端IP地址的报文；

所述第一路由设备根据所述第二终端的IP地址，匹配到所述第二终端的路由表项；

所述第一路由设备将所述报文通过所述移动IP隧道发送到所述第二路由设备。

9、一种通信系统，用于二层跨网段通信，其特征在于，包括第一路由设备和第二路由设备，所述第一路由设备和第二路由设备互为家乡代理和外地代理；所述第一路由设备位于第一网络中，所述第一网络中的第一终端通过所述第一路由设备接入公网；所述第二路由设备位于第二网络中，所述第二网络中的第二终端通过所述第二路由设备接入公网；

所述第一路由设备，用于接收到所述第一终端发送的免费ARP请求时，向所述第二路由设备发送注册报文，注册所述第一终端的IP地址，触发所述第二路由设备建立所述第一终端的路由表项，所述第一终端的路由表项目的地址为所述第一终端的IP地址，出接口为到所述第一路由设备的移动IP隧道；并在从所述移动IP隧道接收到向所述第一终端发送的报文时，将所述报文发送给所述第一终端；

所述第二路由设备，用于根据所述第一路由设备发送的注册报文，建立所述第一终端的路由表项，所述第一终端的路由表项目的地址为所述第一终端的IP地址，出接口为到所述第一路由设备的移动IP隧道；并在接收到所述第二终端向所述第一终端发送的报文时，根据所述第一终端的路由表项将所述报文通过所述移动IP隧道发送到所述第一路由设备。

10、如权利要求9所述的通信系统，其特征在于，

所述第二路由设备，还用于接收到所述第二终端发送的免费ARP请求时，向所述第一路由设备发送注册报文，注册所述第二终端的IP地址，触发所述第一路由设备建立所述第二终端的路由表项，所述第二终端的路由表项目的地址为所述第二终端的IP地址，出接口为到所述第二路由设备的移动IP隧道；并在从所述移动IP隧道接收到向所述第二终端发送的报文时，将所述报文发送给所述第二终端；

所述第一路由设备，还用于根据所述第二路由设备发送的注册报文，建立所述第二终端的路由表项，所述第二终端的路由表项目的地址为所述第二终端的IP地址，出接口为到所述第二路由设备的移动IP隧道；并在接收到所述第一终端向所述第二终端发送的报文时，根据所述第二终端的路由表项将所述报文通过所述移动IP隧道发送到所述第二路由设备。

11、一种路由设备，其特征在于，作为第一路由设备位于第一网络中，与位于第二网络中的第二路由设备互为家乡代理和外地代理，所述第一网络中还存在通过所述第一路由设备接入公网的第一终端；所述路由设备包括：

注册报文发送单元，用于接收到所述第一终端发送的免费ARP请求时，向所述第二路由设备发送注册报文，注册所述第一终端的IP地址，触发所述第二路由设备建立所述第一终端的路由表项，所述第一终端的路由表项目的地址为所述第一终端的IP地址，出接口为到所述第一路由设备的移动IP隧道；

报文转发单元，用于在从所述移动IP隧道接收到所述第二路由设备向所述第一终端发送的报文时，将所述报文发送给所述第一终端。

12、如权利要求11所述的路由设备，其特征在于，还包括：

ARP表项生成单元，用于接收到所述第一终端发送的免费ARP请求时，生成所述第一终端的ARP表项；

ARP请求发送单元，用于在所述ARP表项生成单元中生成的关于第一终端的ARP表项老化前，发送ARP请求；

ARP表项更新单元，用于接收到对所述ARP请求发送单元发送的ARP请求的响应时，刷新所述第一终端的ARP表项；否则删除所述ARP表项生成单元中生成的第一终端的ARP表项，并向所述第二路由设备撤销注册所述第一终端的IP地址。

13、如权利要求11所述的路由设备，其特征在于，还包括：

注册报文发送判断单元，用于接收到所述第一终端发送的免费ARP请求后，向所述第一终端发送ARP请求，接收到所述第一终端发送的响应时则通知所述注册报文发送单元向所述第二路由设备发送注册报文；否则不对所述免费ARP请求进行进一步处理。

14、如权利要求11所述的路由设备，其特征在于，还包括：

移动IP隧道建立单元，用于与所述第二路由设备建立移动IP隧道；

路由表项建立单元，用于在所述第二路由设备接收到第二网络中第二终端发送的免费ARP请求时，接收所述第二路由设备向所述第一路由设备发送的注册报文，并根据所述注册报文，建立所述第二终端的路由表项，所述第二终端的路由表项目的地址为所述第二终端的IP地址，出接口为到所述第二路由设备的移动IP隧道；

报文发送单元，用于接收到所述第一终端向所述第二终端发送的报文时，根据所述第二终端的路由表项将所述报文通过所述移动IP隧道发送到所述第二路由设备。

15、如权利要求14所述的路由设备，其特征在于，所述报文发送单元包括：

ARP代理子单元，用于接收到所述第一终端对所述第二终端的IP地址的ARP请求报文时，判断本地不存在所述第二终端的ARP表项，则向所述第一终端发送ARP代理应答；

报文接收子单元，用于接收来自所述第一终端的报文，所述报文为来自所述第一终端的目的地址为所述第二终端IP地址的报文；

路由表项匹配子单元，用于根据所述第二终端的IP地址，匹配到所述路由表项建立单元建立的第二终端的路由表项；

报文发送子单元，用于将所述报文接收子单元接收的报文，通过所述路由表项匹配子单元匹配得到的路由表项中的移动IP隧道发送到所述第二路由设备。

16、一种路由设备，其特征在于，作为第二路由设备位于第二网络中，与位于第一网络中的第一路由设备互为家乡代理和外地代理，所述第二网络中还存在通过所述第二路由设备接入公网的第二终端；所述路由设备包括：

路由表项建立单元，用于在所述第一路由设备接收到第一网络中第一终端发送的免费ARP请求时，接收所述第一路由设备向所述第二路由设备发送的注册报文，并根据所述注册报文，建立所述第一终端的路由表项，所述第一终端的路由表项目的地址为所述第一终端的IP地址，出接口为到所述第一路由设备的移动IP隧道；

报文发送单元，用于接收到所述第二终端向所述第一终端发送的报文时，根据所述第一终端的路由表项将所述报文通过所述移动IP隧道发送到所述第一路由设备。

17、如权利要求16所述的路由设备，其特征在于，所述报文发送单元包括：

ARP代理子单元，用于接收到所述第二终端对所述第一终端的IP地址的ARP请求报文时，判断本地不存在所述第一终端的ARP表项，则向所述第二终端发送ARP代理应答；

报文接收子单元，用于接收来自所述第二终端的报文，所述报文为来自所述第二终端的目的地址为所述第一终端IP地址的报文；

路由表项匹配子单元，用于根据所述第一终端的IP地址，匹配到所述路由表项建立单元建立的第一终端的路由表项；

报文发送子单元，用于将所述报文接收子单元接收的报文，通过所述路由表项匹配子单元匹配得到的路由表项中的移动IP隧道发送到所述第一路由设备。

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