CN101523847B - 用于在基于mobike的移动应用中优化nsis信令的方法 - Google Patents

用于在基于mobike的移动应用中优化nsis信令的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于减少移动节点的信令费用的方法，所述移动节点保持至少一个有效的下一代信令(NSIS)信令会话，以及具有与虚拟专用网(VPN)网关的MOBIKE连接，并且所述移动节点变换它到互联网的连接点，所述方法的方法步骤包括：将VPN网关的至少一个IP地址和/或与VPN网关的子网一致的地址空间的至少一个IP地址插入到在NSIS信令消息中所包含的路由信息(Message-Routing-Information；MRI)对象中；确定安全参数索引(Security Parameter Index；SPI)的值；在MRI对象中插入SPI值；在MRI对象中设置S标志(Flags)，以及在MRI对象中插入与MK的IP地址有关的地址空间。

Description

用于在基于MOBIKE的移动应用中优化NSIS信令的方法
技术领域
本发明涉及一种用于减少移动节点的信令费用的方法，该移动节点保持至少一个有效的下一代信令(Next Steps In Signaling)信令会话(Signalisierungssession)，以及具有与虚拟专用网(VPN)网关的MOBIKE连接，并且该移动节点变换它到互联网的连接点。
背景技术
虚拟专用网(VPN：Virtuelles Privates Netz)是计算机网络，该计算机网络使用诸如因特网的公共网来传输专用数据。VPN的用户可以将数据象在局域网(Local Area Network；LAN)中那样进行交换。单个的用户本身不需要为此直接相互连接。通过公共网的连接通常是经过加密的。使用所谓VPN客户端的用户与他的提供所谓VPN服务器的家用网络的连接，通过在VPN客户端和VPN服务器之间的隧道来实现。在此在大多数情况下隧道是被保护的，但是未被保护的明文隧道(Klartexttunnel)也可以用于将VPN客户端与VPN服务器连接。
VPN可以用来使在组织或者企业之外的员工访问内部网。为此，员工的计算机建立通向企业的VPN网关的VPN连接。通过该连接使得员工可以就好像他在企业的本地网中一样工作。
为了使数据在VPNs中安全地传输，需要专门的协议。一组这样的协议组合起来以IP安全(IP security：IPsec)公知。属于这种IP安全的首先是因特网密匙交换协议版本2(Internet Key ExchangeVersion 2：IKEv2)。该因特网密匙交换协议版本2负责产生密匙，该密匙也被其他协议的密码机制所需要。在使用IPsec的情况下所建立的用于VPN连接的隧道也被称为IPsec隧道。移动因特网密匙交换协议(MOBIKE协议)扩展了包含在IPsec中的IKEv2，这是通过使得VPN客户端可以变换他的连接到网络的连接点来实现的，而因此进行的该VPN客户端的因特网协议(IP)地址的变换不会导致该VPN客户端的VPN会话必须被重新建立。
在典型的VPN场景中，VPN客户端和VPN网关通过IPsec隧道来交换数据。当VPN客户端是例如膝上型电脑、掌上型电脑、个人数字助理(PDA)等等的移动节点(MK)时，并且当该移动节点改变其通向因特网的连接点时，该移动节点的IP地址也发生改变。在MOBIKE协议中详细说明了如何在VPN场景中有效地操作该地址变换。如果MK已经针对该隧道对下一代信令(NSIS)信令会话进行了初始化，则在变换连接点时，必须对所有具有NSIS能力的节点的状态进行更新，使得能够跟随MK的IP地址的变换，所述有NSIS能力的节点沿着所述隧道的路径参加信令。在这个过程中存在费用，MK越频繁地变换它的连接点，该费用就越大。此外可能产生对资源的附加的浪费，如果上述NSIS节点为IPsec隧道的数据流保留资源的话。诸如传输速度、带宽等等的资源保留例如在信令是服务质量(QoS)信令，例如是由NSIS工作组产生的QoS-NSLP(Quality of Service NSIS Signaling Layer Protocol，服务质量NSIS信令层协议)时被保留下来。因此，上述浪费的产生是因为在地址变换和上述状态更新之间的时间段内，所保留的资源既不能为Ipsec隧道的数据流所用，又不能在其他位置上使用。这也意味着，在对沿着该路径的所有NSIS节点进行更新之前，数据流不能要求为它保留的资源。这又意味着，在开始时所允诺的QoS保证不能被保持了。通过例如传输速度明显变坏，用户意识到这种情况。
根据现有技术没有公开这样的解决方案，即使得对NSIS信令的优化可以在MOBIKE环境中在MK的连接点变换时进行。NSIS工作组的工作报告只说明了如何在移动场景中使用NSIS信令协议的基本方法。这些方法要求，当MK的IP地址改变时，该MK总是发送信令消息。该消息的任务是，用MK的当前IP地址来更新参与信令会话的NSIS节点的状态。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是，提供一种抑制上述延迟以及由此带来的资源浪费的方法。
该技术问题通过本方法来解决。本发明的优选扩展由下面的说明给出。
在本发明用于减少信令费用或者用于减少资源浪费的方法中，当移动节点在变换它的连接到因特网的连接点时，就产生了所述信令费用或资源浪费，所述移动节点保持至少一个有效的下一代信令信令会话，并且该移动节点具有与VPN网关的MOBIKE连接，该方法包括下述方法步骤：
-将VPN网关的IP地址和/或与VPN网关的子网一致的地址空间的IP地址插入按照通用因特网信令传输(General Internet SignalingTransport；GIST)协议包含在NSIS信令消息中的消息路由信息(Message-Routing-Information；MRI)对象中，
-确定安全参数索引(Security Parameter Index；SPI)的值，
-在MRI对象中插入SPI值，
-在MRI对象中设置在GIST中定义的S标志(Flags)，以及
-在MRI对象中插入与MK的IP地址有关的地址空间，其中通过给出MK的IP地址和前缀来给出与MK的IP地址有关的地址空间，尽可能地限制针对MK自身的IP地址的地址空间。
与MK的IP地址有关的地址空间通过给出MK的IP地址和前缀来给出。前缀说明，MK的IP地址的哪部分可以改变而不会导致MK的IP地址离开所属的地址空间。按照GIST标准，参与信令会话的NSIS节点使用IP地址域，该IP地址域通过包含MK的IP地址和前缀的配对(Paar)来定义，以识别属于IPsec隧道的数据流的分组。更确切地，当在IP标题中所说明的MK的IP地址位于这个地址域中时，数据分组属于该数据流。当MK的IP地址在该地址域中改变时，不需要再对沿着IPsec隧道的路径的NSIS节点的状态进行更新。由此有效地减小了或者避免了费用和可能产生的资源浪费。在MK和MOBIKE服务器之间的数据流可以没有延迟地继续传输。
本发明方法的优选设置规定，在MRI对象中为MK的IP地址给出地址空间，该地址空间包括在考虑到MK的常规运动的情况下期待的、针对MK的可能的IP地址。在此可以考虑监视MK的运动，并且保存在MK运动期间为MK分配的IP地址，以便由此导出优选的运动轮廓(Bewegungsprofil)和地址空间，该地址空间包括在MK的已确定的优选运动空间中为该MK分配的IP地址。
根据本发明的优选设置规定，在MRI对象中MK优选只能给出一个唯一的IP地址用于VPN网关，并且该MK尽可能地限制针对自身的IP地址的地址空间。这在MK当前只在属于它自身的瞬时IP地址的、被分配给该MK的接入网的地址空间中运动时是有意义的。这种情况经常在较大的企业或组织的网络中出现，在这样的企业或组织中MK可以自由运动。可以通过给出位于地址空间中的IP地址并且通过给出新的IP地址与预定IP地址相差的范围来给出地址空间。通过MK尽可能地限制该MK的IP地址所在的地址空间，来减少发生冲突的概率。
在上述给出的根据本发明方法的所有实施方式中，可以考虑，通过VPN网关来确定SPI值，使得避免在不同的IPsec隧道之间的冲突，所述不同的IPsec隧道位于不同的MK和同一个VPN网关之间。VPN网关可以确定SPI值，使得在VPN中为多个不同的、按照MOBIKE标准建立的“MK到VPN”的IPsec隧道产生不相同的SPI值。鉴于SPI值具有32位(Stellen)，相应于232个可能的不同SPI值，这在大多数情况下是足够的。
也可以考虑随机地选择SPI值，或者借助于合适的函数通过NSIS会话标识符(NSIS-Session-Identifier)、或者借助于其他合适的数据来确定SPI值。这种随机的确定可以非常简单并廉价地转换，并且随机选择的用于MK的“MK到VPN”隧道的SPI值非常不可能与其他MK的SPI值一致。
附图说明
下面借助附图对本发明进一步阐述。在此：
图1示出在MK和VPN网关之间经过多个NSIS节点的IPsec隧道的示意图，以及
图2示出根据本发明方法的流程的示意图。
具体实施方式
在图1中示意性示出的场景，其中移动节点MK改变它的IP地址，所述移动节点
a)具有与通过MOBIKE所管理的VPN网关VPNG的IPsec连接，并且
b)参与NSIS信令会话，
已经安装在沿着隧道路径分布的NSIS节点NF中的信令状态变得无效，并且必须被更新。在图1中，用IS标志的箭头表示通过MOBIKE所管理的IPsec连接。箭头P表示MK是运动的。该运动导致MK获得新的IP地址IP2来代替它到目前为止的IP地址IP1，因为该MK的通向VPN网关VPNG的连接点在因特网I中发生改变。接着，MOBIKE协议必须更新在VPN网关VPNG上的状态。用NF(代表NSIS输送器)标志的NSIS节点是那些在MK移动后必须对自己的状态进行更新的NSIS节点。由此出现了下面的问题：
-必须初始化用于更新的信令。只这一项已经产生了费用
-在沿着隧道路径的所有NSIS节点的状态被更新之前，数据流，也就是沿着IPsec隧道对数据分组的传输，都不会得到通过该信令所设置的处理。因此，连接的效率受到损害，并且甚至可能针对使用者由于延迟而不能获得或者只能有限获得的服务也给使用者产生费用。
-在沿着隧道路径的NSIS节点的所有状态都被更新之前，资源必须为没有一直存在的信令会话始终保持开放。这浪费了资源。
上述问题通过在图2中以流程图示意性地示出的根据本发明的方法来解决，所述方法用于在MK到VPN的连接点变换时减少在VPN中MK的NSIS信令消息的费用，其中MK与VPN网关通过IPsec隧道连接，所述IPsec隧道的路径经过至少一个NSIS节点。
在此在第一方法步骤A中设置，至少将VPN网关的IP地址和/或与VPN网关的子网一致的地址空间的IP地址插入到包含在NSIS信令消息中的MRI对象(Objekt)中。
在第二方法步骤B中确定SPI值。
在第三方法步骤C中，将SPI值插入NSIS信令消息的MRI对象中。
在第四方法步骤D中，将S标志(S-Flag)设置在MRI对象中。
在第五方法步骤E中，将与MK的IP地址有关的地址空间插入MRI对象中。这可以例如通过给出MK的IP地址以及前缀(
Figure GSB00000767620400051
)来进行。
在GIST协议中规定的MRI对象除了允许给出唯一的IP地址之外，还允许给出地址空间。因此，自己的连接点在确定的接入网中进行变换的MK，可以在MRI对象中例如通过前缀也给出这样一个地址空间，该地址空间包括接入网的全部地址空间，MK当前通过该接入网接通，或者MK的连接点在该接入网中。同样，在不同的接入网之间进行变换的MK也可以在MRI对象中给出全部IP地址空间，通常MK在该地址空间中运动。
相反，在大多数情况下，VPN网关只具有一个唯一的IP地址或者只具有极少的属于一个唯一的IP子网的IP地址。因此，在大多数情况下，只在MRI对象中给出一个唯一的用于网关的IP地址或者又例如借助前缀来给出与网关的子网一致的地址空间就足够了。
与其他的标题字段相结合地，沿着隧道路径的NSIS节点使用安全参数索引(Security Parameter Index；SPI)以识别出信令消息所涉及的数据业务。为了使这种方法起作用，针对IPsec隧道的信令消息根据本发明这样建立，即这些信令消息在路径耦合的MRI对象中包含可选的SPI字段。此外，必须设置针对MRI对象的S标志。
因为SPI值只有32位长，可以为两个不同MK的IPsec隧道选择相同的SPI值。因此，当两个MK与同一个VPN网关连接，以及当两个MK使用相同的地址空间或者相同的前缀时，也就是当两个MK在相同的地址空间中运动时，就会产生冲突。这样的冲突是不期望的，这是因为位于两个隧道的路径上的相同片段中的那些NSIS节点，不能区分属于不同隧道的数据分组。然而，原则上可以考虑多个方法，利用这些方法可以防止这种冲突的出现。例如，下面列出了四种不同的可能性：
-VPN网关为多个不同的、按照MOBIKE标准建立的“MK到VPN(MK-zu-VPN)”的IPsec隧道选择不相同的SPI值。鉴于SPI值具有32位(Stellen)，相应于232个可能的不同SPI值，这在大多数情况下应该被视作足够的。
-不仅应该利用在数据分组中的SPI值来调整NSIS节点，而且还应该利用在MRI对象中所给出的MK的IP地址域来调整NSIS节点。这种方法基本上与按照标准的思考过程(Geist-Ablauf)一致。
-为了使上面给出的措施是有益的，MK应该在MRI对象中给出用于VPN网关的一个唯一的IP地址，并且该MK应该尽可能地限制针对自身IP地址的地址空间。这样做在MK目前具有例如地址155.234.15.6并且该MK只在155.234的B级网络的子网中运动时是有意义的。这种情况经常在较大的企业或组织中出现，在这样的企业或组织中，员工可以带着他们的被称作MK的设备自由运动。在上面的例子中，MK在MRI对象中给出它的当前IP地址以及一个16位的前缀。
-MK选择用于“VPN到MK的隧道(VPN-nach-MK-Tunnel)”的SPI值，所述SPI值非常不可能与其他MK的SPI值一致。因此可以例如随机地选择SPI值，或者借助合适的函数通过NSIS会话标识符(NSIS-Session-Identifier)来确定SPI值。
本发明在商业上尤其适用于可借助移动终端设备使用的虚拟专用网以及用于这种网络的网络元件的制造和销售领域。

Claims (5)

1.一种用于减少移动节点(MK)的信令费用的方法，所述移动节点保持至少一个有效的下一代信令(NSIS)信令会话，以及具有与虚拟专用网(VPN)网关的MOBIKE连接，并且所述移动节点变换它连接到互联网的连接点，
其特征是下列方法步骤，
-将VPN网关的至少一个IP地址和/或与VPN网关的子网一致的地址空间的至少一个IP地址插入包含在NSIS信令消息中的路由信息(Message-Routing-Information；MRI)对象，
-确定安全参数索引(Security Parameter Index；SPI)的值，
-在MRI对象中插入SPI值，以及
-在MRI对象中设置S标志，以及
-在MRI对象中插入与MK的IP地址有关的地址空间，其中，
通过给出MK的IP地址和前缀来给出与MK的IP地址有关的地址空间，尽可能地限制针对MK自身的IP地址的地址空间。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述前缀说明了，MK的IP地址的哪部分可以改变而不会导致MK的IP地址离开所属的地址空间。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是，另外在MRI对象中给出针对MK的IP地址的地址空间，该地址空间包括在考虑到MK的常规运动情况下期待的针对MK的可能的IP地址。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是，通过VPN网关确定SPI值，使得避免IPsec隧道之间的冲突，所述IPsec隧道位于不同的MK和同一个VPN网关之间。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是，随机地选择SPI值，或者借助于合适的函数通过NSIS会话标识符来确定SPI值。
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