CN101730166B - 用于移动ip的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于经由第一IP边缘-IP网络-第二IP边缘连接性在移动节点和通信节点之间进行通信的网络系统，包括用户IP寻址空间和网络IP寻址空间，其中在用户IP寻址空间和网络IP寻址空间之间插入定位标识符空间，其中第一和第二IP边缘与第一和第二定位标识符相关联，该系统还被设置为将移动节点与一个或多个IP网络地址相关联，以及经由第一定位标识符将IP用户地址与一个或多个IP网络地址分离。

Description

用于移动IP的系统和方法

技术领域

本发明涉及用于经由第一IP边缘-IP网络-第二IP边缘连接性在移动节点和通信节点之间进行通信的网络系统和方法，其中，移动节点可改变其与网络的拓扑连接性而继续接收分组。本发明还涉及用于在移动节点/第一IP边缘部分中以及在通信节点/第二IP边缘部分中执行映射功能的映射器系统。

背景技术

在现有的技术中，有三个基本机制可以解决IP移动性问题：

-当移动节点改变其与因特网的拓扑附着点时，对该移动节点重新编号。结果，网络IP地址的改变对于使用IP地址作为标识符的协议，将中断已有的传输或更高级别的连接。

-重新编号并创建从移动节点的新的拓扑位置回到其初始位置的隧道。这个方法需要本地代理以跟踪移动节点的当前位置，从而导致三角路由(通信节点必须经由本地代理与移动节点通信)。这样存在一个不利之处是通信节点必须总是经由本地代理到达移动节点，即使通信节点和移动节点位于两个相邻的外地网络中；

-让移动节点向其前缀通知其新的附着点。这个解决方案的主要缺陷是当移动节点移动时，动态的更新被导入全球路由系统，导致可扩展性问题。

发明内容

本发明的目的是以可扩展的方式解决IP移动性问题，以便允许其在诸如因特网的大规模的IP基础设施上的部署。

为了实现该目的，根据本发明的网络系统的特征在于，

在用户IP寻址空间和网络IP寻址空间之间插入定位标识符空间；

其中，第一和第二IP边缘与第一和第二定位标识符相关联；

所述系统还被设置为将移动节点与一个或多个IP网络地址相关联，以及经由第一定位标识符将IP用户地址与一个或多个IP网络地址分离。

通过在用户IP寻址空间和网络IP寻址空间之间插入定位标识符空间，防止了较高的IP地址(即用户空间IP地址)被用作标识符。因此，IP地址空间语义可被解析。同样，通过将定位标识符与IP边缘相关联，定位问题可得到解决。通过将移动节点在网络图中的网络位置与其传输连接识别的IP地址部分分离，用户IP寻址空间和网络IP寻址空间之间的分割确保了传输连接的连续性。

通过提供其中多个网络地址可以与移动节点相关联(即，允许在移动节点上使用平行的IP/DLL/PHY堆栈)的系统，可以在移动节点例如从一个无线域移动到另一个无线域或者当两种(或多种)无线技术在同一个外地网络中可用时，维持两个网络域有效。

根据网络系统的优选实施例，该系统被设置为将移动节点与均由物理层、链路层和IP网络地址层构成的第一和第二堆栈相关联，所述第一和第二堆栈经由第一定位标识符与用户地址分离。根据另一个方面，该系统被设置为在从具有第一IP网络地址的第一网络空间域到具有第二IP网络地址的第二网络空间域的转移期间，分别保持第一和第二堆栈的第一和第二IP网络地址有效。通过提供均由物理层、链路层和IP网络地址层构成的第一和第二堆栈，所述第一和第二堆栈经由第一定位标识符与用户地址分离，当两种(或多种)无线技术在同一个外地网络中可用时，可以从一个无线域移动到另一个无线域，而同时保证连续性。在从具有第一IP网络地址的第一网络空间域到具有第二IP网络地址的第二网络空间域的转移期间，所述网络地址可以同时保持有效。

本发明还涉及在经由第一IP边缘-IP网络-第二IP边缘连接性在移动节点和通信节点之间进行通信时使用的映射器系统，用于执行映射功能，包括：

用于存储IP边缘的唯一定位标识符的存储装置；

用于在移动节点位于IP边缘的工作区域内时将定位标识符传送到所述移动节点的装置；

用于在移动节点位于IP边缘的工作区域内时注册所述移动节点的用户IP地址的装置；

用于根据位于IP边缘的工作区域内的通信节点的请求，将用户地址的地址解析请求发送到与所述用户地址相关联的另一个IP边缘的装置；以及

用于接收与所述用户地址对应的网络地址和定位标识符，并向通信节点转发所述网络地址和定位标识符的装置。在网络边缘处引入这样的映射器系统考虑到具有与隧道无关的解决方案。简言之，该映射器系统保证了用户IP地址、网络IP地址和定位标识符之间的关联在需要时被维持并可用。

根据本发明的映射器系统的优选实施例，存储装置维持具有用户地址以及对应的网络地址和定位标识符以及可选的所述对应的每一个的租用时间的表格。根据另一个方面，映射器系统适合于在以下的设备之一中实现：接入系统，尤其是DSLAM、边缘路由器。优选地，存储装置维持具有用户地址以及对应的网络地址和定位标识符以及可选的所述对应的每一个的租用时间的表格。这可以限制必要的查找，并且允许对于用户地址和定位标识符之间的已有链路具有最新的概述。

根据优选实施例，映射器系统位于下列设备之一中：接入系统，尤其是DLLAM、边缘路由器。

最后，本发明涉及用于经由第一IP边缘-IP网络-第二IP边缘连接性在通信节点与具有用户IP地址并被分配了至少一个网络IP地址的移动节点之间进行通信的方法，包括以下步骤：

从第一IP边缘向移动节点发送定位标识符；

将移动节点的用户地址发送到第一IP边缘；

从通信节点向第二IP边缘发送定位移动节点的用户地址的请求；

由第二IP边缘向第一IP边缘发送地址解析请求；

由第一IP边缘向第二IP边缘发送与移动节点的用户地址相关联的网络地址和定位标识符；

由第二IP边缘向通信节点转发与移动节点相关联的所述网络地址和定位标识符。

本发明的系统、映射器系统和方法允许网络移动性可以在网络层级别得到特定的处理，而不会引起与其它较高层和较低层的交叉层依赖性。进一步地，本发明提供终端/移动节点驱动系统/方法，而不涉及在网络内部在转发平面级别的任何中间处理。

根据优选实施例，本发明的方法还包括以下步骤：由第二IP边缘向包括第一IP边缘的一组IP边缘发送地址解析请求。

根据再一个方面，所述方法还包括以下步骤：通过在用户地址空间的IP表中执行用户地址的查找并根据与用户地址对应的子网地址选择IP边缘，确定所述一组IP边缘。为了知道与移动节点的某个用户地址相关联的IP边缘，通常将在用户地址空间的IP表中执行用户地址的查找，其中，选择具有对应的子网地址的一组IP边缘。与移动节点的某个用户地址相关联的第一IP边缘则将成为这组IP边缘的一部分。然后，地址解析请求被第二IP边缘发送到包括第一IP边缘的这组IP边缘，当然，只有第一IP边缘才响应。这进一步确保了系统的可扩展性。

根据本发明的方法的可能的实施例，如果向移动节点分配新的网络地址，而保持相同的定位标识符，则由第一IP边缘向第二IP边缘发送更新，所述更新包括与所述移动节点相关联的所述新的网络地址。进一步地，当移动节点从一个具有第一IP网络地址的网络域向另一个具有第二IP网络地址的网络域转移时，优选地，与所述第一和第二网络地址的关联在转移期间保持有效。再进一步的发展在于如果移动节点的当前网络地址被检测为无效，则由第一IP边缘向第二IP边缘发送更新。

根据可能的实施例，移动节点的用户地址经由DNS被通信节点获得。

根据可能的实施例，所述方法还包括以下步骤：

在与第二IP边缘相关联的存储器中存储用户地址以及对应的网络地址和定位标识符，可选择地存储所述对应的每一个的租用时间。

根据可能的实施例，在发送定位移动节点的用户地址的请求之前，所述用户地址经由DNS被通信节点获得。

根据可能的实施例，从第一IP边缘向移动节点发送定位标识符在于，作为DHCP选项的一部分，向移动节点通知定位标识符。

附图说明

附图用于描述本发明的当前优选的非限制性示意实施例。本发明的上述和其它优点、特征和目的将变得更加明显，通过以下结合附图的详细描述，本发明可被更好地理解，其中：

图1是示出可实现本发明的通信系统的简化方框图；

图2示出了在本发明的系统的实施例中的移动节点上的堆栈的实施例；

图3是描述本发明的方法的实施例的简图。

具体实施方式

图1示出了用于经由IP网络17在位于外地网络12中的移动节点10和位于例如专用网络13中的通信节点11之间传送数据的通信系统，其中，边缘节点14、15，诸如边缘路由器或者DSLAM，提供对IP网络17的接入。边缘节点(即IP边缘)基本上是当移动节点或通信节点进入IP网络时看见的第一个节点。进一步地，通信系统通常包括地址分配服务器16，诸如动态主机配置协议(DHCP)服务器，其能够在IP网络40中分配网络地址。

根据本发明的系统的实施例，提供了被定位标识符(ID)空间分隔的用户IP寻址空间和网络IP寻址空间。为了描述该实施例，图2示出了移动节点上可能的堆栈20。在所描述的实施例中，存在两个移动节点网络堆栈(21，22，23)、(21’，22’，23’)，分别与两个不同的网络附着点28、29连接。第一网络堆栈包括地址层IP1(附图标记23)、链路层DLL(附图标记22)和物理层PHY(附图标记21)。同样地，第二网络堆栈包括地址层IP2(23’)、链路层DLL(22’)和物理层PHY(21’)。两个不同的网络附着点28、29与两个不同的网络空间地址域相关联。

通常，移动节点支持多个DLL/PHY堆栈，诸如IEEE 802.11和802.16e，或者3G和802.11，或者任何其它无线层技术的结合。网络堆栈的IP地址23、23’可以是由地址分配服务器使用例如DHCPv6或SLAC(IPv6无状态自动配置)分配的IPv6地址。在无状态自动配置中，设备生成临时地址，直到该设备能确定其所在的网络的特征，然后创建它能基于该信息使用的永久地址。在多主机设备的情况下，对每一个接口分别执行自动配置。当使用无状态自动配置时，主机执行以下步骤：

1.生成链路本地地址：设备生成链路本地地址。通常，这源自数据链路层(MAC)地址。

2.链路本地地址唯一性测试：节点测试以确保其已经生成的地址还未用在本地网络上。如果已用在本地网络上，或者生成新的地址，或者自动配置失败，使用另一种方法。

3.链路本地地址分配：设备将链路本地地址分配给它的IP接口。该地址可以用于本地网络上的通信，而不是更宽的因特网上的通信(因为链路本地地址没有被路由发送)。

4.路由器接触：节点接下来试图接触本地路由器，以获得更多有关继续配置的信息。这或者通过侦听由路由器周期地发送的路由器广告来完成，或者通过发送特定的路由器请求以询问路由器有关下一步做什么的信息来完成。

5.路由器指导：路由器向节点提供关于如何处理自动配置的指导。它可以告诉该节点在该网络上正在使用“有状态”自动配置，并告诉它DHCP服务器要使用的地址。可选地，它将告诉主机如何确定它的全球因特网地址。

6.全球地址配置：假设无状态自动配置在网络中使用，主机将用其全球唯一的因特网地址配置自己。该地址通常根据由路由器提供给主机的网络前缀并与第一个步骤中生成的设备的标识符相结合而形成。

该方法在人工和基于服务器的配置上有许多优点。特别是在支持IP设备的移动性方面大有益处，因为IP设备可以向新的网络移动并获得有效的地址，而无需知道本地服务器或者网络前缀。同时，如果需要，该方法仍然允许使用DHCP的(兼容IPv6的)版本管理IP地址。

由于多个堆栈的实施例，两个网络地址可以在转移期间保持有效。从一个网络空间地址域到另一个网络空间地址域的转移(IP1-＞IP2)通常使用先建立后断开来执行，即，在旧的域被断开之前使新的域有效。这样，转移不会影响在传输层的寻址，即，在TCP/IPx层(附图标记24和25)的寻址。

在网络堆栈的顶部插入了定位标识符(Loc ID)24，堆栈20包括用户地址IPx层25、TCP层26和应用(APP)层27。这样的定位标识符24通常被编码为网络IP层的扩展报头，并可例如根据32比特名称空间定义。定位标识符24具有双重功能：一方面，定位标识符允许在传输层的用户通信相对网络IP地址独立，另一方面，促进定位移动节点。来自用户空间的IP地址IPx(附图标记25)独立于网络寻址空间而被分配。

应当注意，传输协议通常是TCP，但是，本领域普通技术人员将理解也可以使用任何其它适合的使用连接中断原则的传输协议，诸如DCCP(数据报拥塞控制协议)。进一步地，网络IP和DLL报头可以是报头压缩的对象。

现在，本发明的方法的实施例将参照图3进行描述。在第一个步骤31中，位于IP边缘1的定位标识符(Loc ID)映射器1(描述为方框14)向移动节点通知定位标识符(LOC ID 1)，例如，作为DHCP选项的一部分。在所描述的实施例中，定位标识符映射器1位于IP边缘1处，但是，本领域的普通技术人员将理解该功能可以是在移动节点和IP网络之间的任何地方。这样的定位标识符映射器可以在多个子网之间共享，只要它们是同一个外地网络的部分。应当进一步注意，移动节点和通信节点的网络IP地址通过例如DHCP分配，而无需改变在IETF(因特网工程任务组)中定义的当前IP租用请求/响应机制。

在第二个步骤32中，移动节点10将它的用户IP地址IPx注册到定位标识符映射器1。这可以例如是无需除了补充数组<Loc ID，IP2>外的任何其它信息而存储的关联。

现在假设通信节点11想要与移动节点10通信。通信节点11将首先经由DNS解析与移动节点10相关联的名称，作为DNS查找的结果，通信节点11接收移动节点10的用户地址IPx(为了不使附图繁复，在图3中未示出)。本领域的普通技术人员应该理解，也可以使用DNS系统的变形。

接下来，在第三个步骤33中，通信节点将Loc IPx请求任意播到边缘路由器，IP边缘2(描述为包括定位标识符映射器2的方框15)。在这个时间点，IP边缘2通常不能知道与IPx相关联的IP边缘1的定位标识符(Loc ID 1)，也不知道网络地址IP2。

现在，IP边缘2将首先根据用户地址IPx取回与IP边缘1相关联的定位标识符映射器1的IP地址。根据可能的方法，IP边缘2在用户地址空间的IP表中执行IPx的查找。该查找的结果提供了一组容纳对应的提供商独立的(PI)子网的IP地址。对于IPx，该组IP地址包含IP边缘1的IP地址。应当注意，给定的PI子网可以在不同的位置上分区。例如，具有N个位置，即N个定位标识符的联合X的PI前缀，会产生以下的IPx的查找结果：(IP边缘1，…，IP边缘I，…，IP边缘N)。

在第四个步骤34中，接收IP边缘2向作为IPx的查找的结果而找到的一组IP边缘发送地址解析请求。这意味着具有IP边缘1和定位标识符映射器1的方框14将接收该请求。应当注意，可能存在单个查询会到达多个定位标识符映射器的非零概率。然而，只有与IP边缘1相关联的定位标识符映射器1才会用数组<IPx，Loc ID，IP2>响应IP边缘2。

最后，IP边缘2用数组<IPx，Loc ID，IP2>响应通信节点查询。在图3中用箭头35指示。链路<IPx，Loc ID 1，IP2>-＞{IP Edge 1}通常被输入定位标识符映射器2以作备用。应当注意，该响应可包括用于指示链路是有效的持续时间的租用时间。

本发明的定位标识符映射器的实施例通常具有以下特征：

-定位标识符映射器不保持除了那些其关联可以依赖的定时器(例如，DHCP租用时间)以外的任何附加定时器。给定的定位标识符映射器是包含一组IP边缘的分布式关联维护系统。

-定位标识符结构必须在所连接的子网上唯一地分配。在进行通信的通信节点和移动节点实体之间没有定位标识符的协商。

-定位标识符不参与DLL微移动性切换(即，在基站之间)。

-如果网络地址被分配给相同位置内的移动节点，则保持相同的定位标识符，并且与IP边缘1相关联的映射器可以将形式为<IPx，Loc ID，+IP1>的更新发送到IP边缘2，从而更新先前的关联。

-如果移动节点从一个IP网络地址空间域转移到另一个，则移动节点在转移期间维持两个关联都有效。一旦IP2被检测为无效，则简单地通过发送形式为<IPx，Loc ID，-IP2>的更新来释放。与通信节点对等的定位标识符映射器只将该信息传送到通信节点。

应当注意，定位标识符映射器可以在任何接入系统和/或边缘路由器中实现，例如，在阿尔卡特朗讯的IP DSLAM或7750路由器中。

总而言之，本发明的主要优点是：

-所提供的解决方案是与隧道无关的；

-所提供的解决方案不会对任何中间网络节点的转发平面产生任何影响-参见图3中的附图标记37；

-该解决方案同时解决了微移动性和宏移动性问题；

-该解决方案提供TCP/IP连续性；

-该解决方案提供有效的定位。

虽然本发明的原理已经在上面结合具体的实施例进行了阐明，但是可以清楚地了解，该说明仅仅是作为例子描述的，而不可被当作是对由所附的权利要求确定的保护范围的限制。

Claims (17)

1.一种用于经由第一IP边缘节点-IP网络-第二IP边缘节点连接性在移动节点和通信节点之间进行通信的网络系统，包括用户IP寻址空间和网络IP寻址空间，其特征在于：

定位标识符空间被插入在所述移动节点的协议栈中的所述用户IP寻址空间和所述网络IP寻址空间之间；

其中，第一IP边缘节点与第一定位标识符相关联，第二IP边缘节点与第二定位标识符相关联；

其中，所述网络系统还被设置为将移动节点与一个或多个IP网络地址相关联，并且所述移动节点的IP用户地址经由所述第一定位标识符与所述一个或多个IP网络地址分离。

2.根据权利要求1所述的网络系统，其特征在于，所述网络系统被设置为将移动节点与均由物理层、链路层和IP网络地址层构成的第一堆栈和第二堆栈相关联，所述第一堆栈和所述第二堆栈经由所述第一定位标识符与移动节点的IP用户地址分离。

3.根据权利要求2所述的网络系统，其特征在于，所述网络系统被设置为在从具有第一IP网络地址的第一网络空间域到具有第二IP网络地址的第二网络空间域的转移期间，分别保持所述第一堆栈的所述第一IP网络地址和所述第二堆栈的所述第二IP网络地址同时有效。

4.一种与IP边缘节点相关联的映射器系统，在经由第一IP边缘节点-IP网络-第二IP边缘节点连接性在具有IP用户地址并被分配了至少一个IP网络地址的移动节点和通信节点之间进行通信时使用，其中，所述IP用户地址经由与所述IP边缘节点相关联的定位标识符与所述至少一个IP网络地址分离，所述映射器系统用于执行映射功能，并包括：

用于存储所述IP边缘节点的唯一的定位标识符的存储装置；

用于当移动节点位于所述IP边缘节点的工作区域内时将所述定位标识符传送到所述移动节点的装置；

用于当移动节点位于所述IP边缘节点的工作区域内时注册所述移动节点的IP用户地址的装置；

用于当通信节点位于所述IP边缘节点的工作区域内时根据来自所述通信节点的请求，将IP用户地址的地址解析请求发送到与所述IP用户地址相关联的另一个IP边缘节点的装置；以及

用于当通信节点位于所述IP边缘节点的工作区域内时从所述另一个IP边缘节点接收与所述IP用户地址对应的IP网络地址和定位标识符，并将所述IP网络地址和定位标识符转发到所述通信节点的装置。

5.根据权利要求4所述的映射器系统，其特征在于，所述存储装置维持具有IP用户地址以及对应的IP网络地址和定位标识符的表格。

6.根据权利要求4所述的映射器系统，其特征在于，所述存储装置维持具有IP用户地址以及对应的IP网络地址和定位标识符以及所述IP用户地址与所述IP网络地址和定位标识符之间的对应的每一个的租用时间的表格。

7.根据权利要求4或5或6所述的映射器系统，在以下设备之一中实现：数字用户线路接入复用器DSLAM、边缘路由器。

8.一种用于经由第一IP边缘节点-IP网络-第二IP边缘节点的连接性在通信节点与具有IP用户地址并被分配了至少一个IP网络地址的移动节点之间进行通信的方法，其中，所述IP用户地址经由与所述第一IP边缘节点相关联的定位标识符与所述至少一个IP网络地址分离，所述方法包括以下步骤：

从所述第一IP边缘节点向所述移动节点发送所述定位标识符；

将所述移动节点的所述IP用户地址发送到所述第一IP边缘节点；

从所述通信节点向所述第二IP边缘节点发送定位所述移动节点的所述IP用户地址的请求；

由所述第二IP边缘节点向所述第一IP边缘节点发送地址解析请求；

由所述第一IP边缘节点向所述第二IP边缘节点发送与所述移动节点的所述IP用户地址相关联的IP网络地址和定位标识符；以及

由所述第二IP边缘节点向所述通信节点转发与所述移动节点相关联的所述IP网络地址和定位标识符。

9.根据权利要求8所述的方法，还包括以下步骤：

由所述第二IP边缘节点向包括所述第一IP边缘节点的一组IP边缘节点发送地址解析请求。

10.根据权利要求9所述的方法，还包括以下步骤：

通过在用户地址空间的IP表中执行所述IP用户地址的查找并根据与所述IP用户地址对应的子网地址选择IP边缘节点，确定所述一组IP边缘节点。

11.根据权利要求8-10任意一项所述的方法，还包括以下步骤：

如果向所述移动节点分配新的IP网络地址而保持相同的定位标识符，则由所述第一IP边缘节点向所述第二IP边缘节点发送更新，所述更新包括与所述移动节点相关联的所述新的IP网络地址。

12.根据权利要求8-10任意一项所述的方法，还包括以下步骤：

当移动节点从具有第一IP网络地址的网络域转移到具有第二IP网络地址的另一个网络域时，在转移期间维持与所述第一IP网络地址和所述第二IP网络地址的关联有效。

13.根据权利要求8-10任意一项所述的方法，还包括以下步骤：

如果所述移动节点的当前IP网络地址被检测为无效，则由所述第一IP边缘节点向所述第二IP边缘节点发送更新。

14.根据权利要求8-10任意一项所述的方法，还包括以下步骤：

在与所述第二IP边缘节点相关联的存储器中存储所述IP用户地址以及对应的IP网络地址和定位标识符。

15.根据权利要求8-10任意一项所述的方法，还包括以下步骤：

在与所述第二IP边缘节点相关联的存储器中存储所述IP用户地址以及对应的IP网络地址和定位标识符，并存储所述IP用户地址与所述IP网络地址和定位标识符之间的对应的每一个的租用时间。

16.根据权利要求8-10任意一项所述的方法，其特征在于，在发送定位所述移动节点的所述IP用户地址的请求之前，所述IP用户地址经由DNS被所述通信节点获得。

17.根据权利要求8-10任意一项所述的方法，其特征在于，从所述第一IP边缘节点向所述移动节点发送所述定位标识符包括：作为DHCP选项的一部分，向所述移动节点通知所述定位标识符。