CN101754426A - 一种基于代理网关的移动IPv4/v6的通信方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于代理网关来实现移动节点在IPv4/v6混合网络中通信的方法,其基本思想是:当家乡代理位于双栈网络时,完全参照RFC5555所提供的方法进行通信及更新。当家乡代理位于非双栈网络时,在IPv4网络与IPv6网络之间设置网关并使其具有代理家乡代理的功能;扩展家乡代理的功能使其能够维持家乡地址与通信节点地址的绑定,并能够向代理网关发送更新消息告知其移动节点当前新的转交地址;扩展移动节点的功能使其支持移动IPv4协议和移动IPv6协议,既可以根据通信节点所在网络类型产生相应数据报文与其通信,也可以根据家乡代理所在网络类型产生相应的消息与其更新。本发明保证了移动节点的移动对上层应用的透明性,不但实现了移动节点任意移动过程中保持与任意类型的通信节点的通信,而且无需强行限制家乡代理所在网络类型,将更多的处理置于终端上,减少网络层负担,提高了路由的效率。

Description

一种基于代理网关的移动IPv4/v6的通信方法
技术领域
本发明涉及通信领域,具体涉及一种实现移动节点在IPv4/v6混合网络中通信的方法。
背景技术
随着网络技术的发展和网络规模的扩大,IPv4(Internet Protocol version 4)已经不能满足网络发展的要求。IPv6(Internet Protocol version 6)作为IPv4的替代版本,能够提供巨大的地址空间,并具有许多IPv4所不具备的新特性,受到了越来越多的重视。由于我国拥有的IPv4地址数量很少,地址枯竭的问题尤为突出,我国正大力推进IPv6的研究和发展。另一方面,随着人们对移动通信需求的日益增加,对移动通信的研究也达到了前所未有的高度。
移动通信是互联网承载的最为重要的应用,为了解决移动通信的问题,人们引入了MobileIP(移动IP)技术。MobileIP技术的一个显著特点是移动节点的移动对于网络层上所承载的应用具有透明性。简单地说,就是移动节点在不同的网络之间移动,传输层及传输层以上的应用都不必改变通信的源地址和目的地址,从而保持通信的连续性。
目前,IETF已经颁布了IPv4网络承载移动通信(以下简称“移动IPv4”)的解决方案RFC3344和IPv6网络承载移动通信(以下简称“移动IPv6”)的解决方案RFC3775。
在RFC3344中,移动节点(以下简称“MN”)直接向通信节点(以下简称“CN”)发送数据报文,而CN则要通过移动节点的家乡代理(以下简称“HA”)向MN发送数据报文。因此,当移动节点的转交地址(以下简称“COA”)发生变化时,MN要向HA发送注册请求消息,通知HA更改家乡地址(以下简称“HOA”)与COA的绑定。在RFC3775中,MN与CN直接通信,因此,当COA发生变化时,MN不但要向HA、也要向CN发送绑定更新消息,通知它们更改HOA与COA的绑定。在向CN发送绑定更新消息之前,MN与CN之间要进行RRP认证。
IPv4向IPv6过渡是一个长期的过程。在过渡期,互联网是一个IPv4和IPv6的混合网络(以下简称“IPv4/v6混合网络”)。RFC3344只是适合IPv4网络,RFC3775只是适合IPv6网络,因此,RFC3344和RFC3775都不能作为IPv4/v6混合网络承载移动通信(以下简称“移动IPv4/v6”)的解决方案。
随着IPv6网络的逐步部署,移动IPv4/v6的问题已经引起业界的广泛关注。文献1(实现移动IPv6节点与IPv4通信伙伴通信的方法,发明专利申请,申请人:华为技术有限公司,申请受理号:200510093011.X,申请日期:2005年8月24日,公开号:CN1870583A,公开日:2006年11月29日)和文献2(Considerations for Mobility Support in NATPT,IETF InternetDraft,June 2005)针对HA和MN位于IPv6网络、CN位于IPv4网络、IPv6网络与IPv4网络通过NATPT链接的情况提出了解决方案。在文献1和文献2中,在IPv6网络一侧,NATPT充当CN,与位于IPv6网络内的HA和MN按照移动IPv6的解决方案RFC3775进行通信和更新。
文献3(一种实现移动节点在IPv4/v6混合网络中的通信方法,发明专利申请,申请人:中山大学,申请受理号:200810026585.9,申请日期:2008年3月4日,公开号:CN101237410A,公开日:2008年8月6日)也提出了一种移动IPv4/v6的解决方案。文献3利用NATPT链接IPv4网络和IPv6网络,并在NATPT上增设移动IP应用层网关(以下简称“MobileIP-ALG”)。在文献3中,移动终端(MN、CN或HA)只需按照自己所处网络的解决方案(RFC3344或RFC3775)收发移动IP的消息和数据报文,而MobiIeIP-ALG则负责RFC3344与RFC3775之间消息和数据报文的转换。
文献4(Mobile IPv6 Support for Dual Stack Hosts and Routers,IETF RFC5555,June 2009)针对HA位于双棧网络的情况提出了解决方案。在文献4中,HA位于双棧网络,维持HOA与COA的绑定,充当着IPv4网路与IPv6网络之间转换网关的作用。MN与CN之间的通信都要通过HA,而MN在其转交地址COA发生变化时只需要对HA进行绑定更新。
如图1所示,在文献4中,通信时MN根据CN所处的网络产生数据报文。即如果CN位于IPv6网络,或者位于双棧网络,MN产生IPv6格式的数据报文;如果CN位于IPv4网络,MN产生IPv4格式的数据报文。对于MN产生的数据报文,其目的地址是CN的地址(以下简称“CNA”),源地址是HOA。MN产生的数据报文要通过隧道(IP-in-IP的方式)路由到HA。隧道包头的目的地址为HA的地址(以下简称“HAA”),源地址为COA。如果MN位于IPv6网络,MN通过IPv6格式的隧道向HA发送数据报文。如果MN位于IPv4网络,MN通过IPv4格式的隧道向HA发送数据报文。对于CN产生的数据报文,目的地址是HOA,源地址是CNA。这样的数据报文发往MN的家乡网络,被HA截获。HA截获CN的发送的数据报文后,根据目的地址HOA查询绑定 HOA ↔ COA , 获得MN的转交地址COA从而使用IP-in-IP隧道封装技术打包后将此数据报文隧道发送至MN,隧道包头的目的地址为COA,源地址为HAA。
如图1所示,在文献4中,更新时MN产生IPv6格式的绑定更新消息。绑定更新消息的目的地址是HA的IPv6地址(以下简称“HAAv6”),源地址是自己的IPv6家乡地址(以下简称“HOAv6”)。显然,绑定更新消息的负载应该包含MN的新转交地址COA。如果MN在IPv6网络或者双栈网络,则MN把绑定更新消息直接发往HA。HA收到绑定更新消息后进行相应的更新处理并回复绑定确认消息,其地址与绑定更新消息相反。若MN在IPv4网络,则MN通过IPv4格式的隧道把绑定更新消息发往HA,隧道包头的目的地址为HA的IPv4地址(以下简称“HAAv4”),源地址为自己的IPv4转交地址(以下简称“COAv4”)。HA收到绑定更新消息后进行相应的更新处理并回复绑定确认消息,同理,绑定确认消息被通过IPv4格式的隧道发往MN,其地址与绑定更新消息相反,隧道包头的地址也恰好相反。
显然,文献4提供了一种解决混合网络的移动通信的方案,该方法相对于以前基于NAT-PT的方法来说,减少了网络层的负担,将更多的处理置于终端上,十分符合现代通信网络的要求。但同时,其对于HA必须位于双栈网络的要求过于苛刻,与当下现实中的网络分布情况有些冲突,目前实现起来存在很大困难。根据文献4的思想,本发明提出一种允许HA所在网络类型多样化(即不强制要求HA位于双栈网络)的混合网络的移动通信解决方法。
发明内容
鉴于文献4所提供方案的不足,本发明的目的是提供一种基于代理网关实现移动节点在IPv4/v6混合网络中通信的方法。通过该方法,不但实现了移动节点任意移动过程中保持与任意类型的通信节点的通信,而且无需强行限制家乡代理所在网络类型,将更多的处理置于终端上,减少网络层负担,提高了路由的效率。另外,对上层应用来说,移动节点的移动是完全透明的。
本发明的目的是这样实现的:
1、在HA处于双栈网络时,完全参照文献4(RFC5555)所提供的方法进行通信及更新。
2、在HA处于非双栈网络时,如图2所示,在IPv4网络与IPv6网络之间设置代理网关(以下简称“TG”)作为家乡代理的代理,使其具有以下功能:
(1)TG作为代理网关,具有两种网络类型的地址(以下简称“TGA”),即IPv4的地址(以下简称“TGAv4”)和IPv6的地址(以下简称“TGAv6”)。
(2)TG能够处理通过隧道发送过来的IP-in-IP封装包,即解封装去掉包头后查看该包的目的地址,若目的地址为自身的地址TGA,则TG立即判定该包为HA发送过来的更新消息,TG获取该包进行相应处理;若目的地址并非自身的地址,则TG立即判定该包为MN发送至CN的数据报文或者为MN发送至HA的更新消息,TG将该包直接放在网络中按照标准的IP路由机制路由。
(3)TG维持两个绑定 HAA ↔ COA CNA ↔ COA . TG处理其收到的非IP-in-IP隧道封装包时使用此绑定,而绑定的更新依据(2)中所述的HA发送过来的更新消息来进行。
(4)TG能够处理其收到的非IP-in-IP封装包,通过该包的源地址查询绑定获得MN的转交地址COA,再使用IP-in-IP封装技术打包后将此包隧道发送至MN。
(5)TG能够处理HA发送过来的更新消息,根据消息内容更新绑定内容。更新完毕后TG能够回复确认消息,告知HA更新结果。
3、在HA处于非双栈网络时,如图2所示,扩展HA的功能,使其除维持 HOA ↔ COA 的绑定外,还需维持绑定 HOA ↔ CNA .
此外,当HA收到MN发送的更新消息时,其先向TG发送更新消息,收到TG返回的确认消息并进行处理后再按照MN发送的更新消息内容更新绑定,最后向MN发送确认消息,告知其更新结果。
4、在HA处于非双栈网络时,如图2所示,扩展MN的功能,要求MN支持节点双栈,即支持移动IPv4协议和移动IPv6协议,既可以根据CN所在网络类型产生相应数据报文与其通信,也可以根据HA所在网络类型产生相应的消息与其更新。
下面结合附图3、附图4以及附图5分通信及更新两部分详细介绍当HA位于非双栈网络时本发明的实现:
1、通信
(1)MN向CN发送数据报文。
如图3所示,MN根据CN所在网络类型产生相应数据报文,目的地址为CNA,源地址为TGA。再利用IP-in-IP封装技术打包后将此数据报文隧道发送至TG,隧道包头的目的地址为TGA,源地址为COA。
TG收到此IP-in-IP封装包后解封装去掉包头,查看该数据报文的目的地址发现并非TGA,则TG将该数据报文直接放在网络中按照标准的IP路由机制路由至CN。
(2)CN向MN发送数据报文。
如图3所示,CN按照本身所在网络类型产生相应数据报文,目的地址为TGA,源地址为CNA。该数据报文按照标准的IP路由机制路由至TG。
TG收到该数据报文后,由于其属于非IP-in-IP封装包,则TG通过源地址CNA查询绑定 CNA ↔ COA 获得MN的转交地址COA,再使用IP-in-IP封装技术对该数据报文打包后隧道发送至MN。隧道包头的目的地址为COA,源地址为TGA。
2、更新
MN支持两种协议,当其切换至IPv4网络时,会通过移动IPv4的机制判断自己的位置发生移动继而获得新的COA。按照RFC3344的要求,移动代理(包括家乡代理HA和外地代理FA)应周期性地广播代理公告报文,该报文是因特网控制信息协议(ICMP)路由公告报文的扩展。MN通过监听该报文判定自己是否位于外地网络或者从一个外地网络迁移至另一个外地网络,并由此获得外地代理转交地址。MN也可主动发送代理请求报文,请求外地代理发送代理公告报文。
当MN切换至IPv6网络时,会通过移动IPv6的机制判断自己的位置发生移动继而获得新的COA。RFC3775里描述了利用邻居发现(Neighbor Discovery)机制检测移动节点发生移动的方法。其中,邻居发现包括路由发现(Router Discovery)和邻居不可达检测(NeighborUnreachability Discovery)。在移动检测发现移入新的子网后,RFC3775里描述了利用地址自动配置协议自动配置转交地址。
当MN切换至双栈网络时,既可以通过移动IPv4的机制判断自己的位置发生移动继而获得新的COA,也可以通过移动IPv6的机制判断自己的位置发生移动继而获得新的COA,但其优先选择移动IPv6的机制。
MN利用上述机制获得新的COA后,其通过向HA发送更新消息来进行更新。根据HA、MN及CN所在网络类型的不同,发送更新消息的方式及内容有所不同,具体分以下情况进行讨论。
(1)MN与HA所处网络类型相同。
如图4所示,MN与HA所处网络类型相同时,MN根据HA所在网络类型来确定,即当HA位于IPv4网络时,更新消息即为RFC3344中所描述的注册请求消息;当HA位于IPv6网络时,更新消息即为RFC3775中所描述的绑定更新消息,且使用转交地址选项。MN直接向HA发送更新消息,目的地址为HAA,源地址为MN新的转交地址COA。此消息按照标准的IP路由机制路由至HA。
HA收到MN发送的更新消息后,暂不进行绑定更新处理。当更新消息为注册请求消息时,HA先从家乡地址选项的地址域中提取HOA;再根据HOA查询绑定 HOA ↔ CNA 获得当前CN的地址CNA;最后查询转交地址选项的地址域,若全部为零则从消息的最后128位提取COA,否则直接从转交地址选项的地址域中提取COA。当更新消息为绑定更新消息时,HA先从家乡地址选项的地址域中提取HOA;再根据HOA查询绑定 HOA ↔ CNA 获得当前CN的地址CNA;最后查询转交地址选项的地址域,若前96位全部为零则从地址域的后32位提取COA,否则直接从转交地址选项的地址域中提取COA。在获取HOA、CNA及MN当前新的转交地址COA后,HA向TG发送更新消息,目的地址为TGA,源地址为HAA。
HA向TG发送的更新消息根据HA所在的网络类型来确定其类型,即当HA位于IPv4网络时,更新消息即为RFC3344中所描述的注册请求消息;当HA位于IPv6网络时,更新消息即为RFC3775中所描述的绑定更新消息。但根据CN所在网络类型的不同HA会对消息内容做适当修改,具体分为以下四种形式:当HA位于IPv4网络,CN位于IPv4网络时,更新消息为RFC3344中所描述的注册请求消息,并对内容做适当修改,在家乡地址选项的地址域中存放CN的IPv4地址(以下简称“CNAv4”),如图6所示;当HA位于IPv4网络,CN位于IPv6网络时,更新消息为RFC3344中所描述的注册请求消息,并对内容做适当修改,将家乡地址选项的地址域置零,并在消息的最后增加128位来存放CN的IPv6地址(以下简称“CNAv6”),如图7所示;当HA位于IPv6网络,CN位于IPv4网络时,更新消息为RFC3775中所描述的绑定更新消息,消息使用转交地址选项并对消息内容做适当修改,将家乡地址选项的地址域前96位置零,后32位存放CNAv4,如图8所示;当HA位于IPv6网络,CN位于IPv6网络时,更新消息为RFC3775中所描述的绑定更新消息,消息使用转交地址选项并对消息内容做适当修改,在家乡地址选项的地址域中存放CNAv6,如图9所示。
当然,更新消息中还包含绑定的有效时间,此有效时间跟HA上的有效时间是一致的。此外,为使得TG能够辨别出HA发送过来的更新消息,HA不直接发送此消息,而采用IP-in-IP封装技术对消息打包后隧道发送至TG。隧道包头的地址与更新消息相同,即目的地址为TGA,源地址为HAA。
TG收到此IP-in-IP封装包后解封装去掉包头,查看消息的目的地址发现为自身的地址,则TG立即判定该包为HA发送过来的更新消息,如果接受该请求,则获取消息中的HAA、CNA及COA来进行绑定更新。否则,向HA发送确认消息表示拒绝。进行绑定更新的过程具体如下:当更新消息为注册请求消息时,TG先查询转交地址选项的地址域,若不全为零则直接从转交地址选项的地址域中提取COA,同时并查询家乡地址选项的地址域,若不全部为零则直接从家乡地址选项的地址域中提取CNA,若全部为零则从消息的最后128位提取CNA;若转交地址选项的地址域全部为零则从消息的最后128位提取COA,同时并查询家乡地址选项的地址域,若不全部为零则直接从家乡地址选项的地址域中提取CNA,若全部为零则从消息尾部的次128位(即最后存放COA的128位之前的128位)提取CNA;TG再从家乡代理地址选项的地址域中提取HAA。当更新消息为绑定更新消息时,TG先查询家乡地址选项的地址域,若前96位全部为零则从地址域的后32位提取CNA,否则直接从家乡地址选项的地址域中提取CNA;TG再查询转交地址选项的地址域,若前96位全部为零则从地址域的后32位提取COA,否则直接从转交地址选项的地址域中提取COA;最后TG从消息的源地址中提取HAA。TG在获取HAA、CNA及MN当前新的转交地址COA后,以HAA及CNA作为索引查找并更新TG所维持的两个绑定 HAA ↔ COA CNA ↔ COA .
在处理完更新消息后,TG向HA回复确认消息,告知其更新结果。确认消息的类型应该与其收到的更新消息类型一致,即更新消息为RFC3344中所描述的注册请求消息时,确认消息为RFC3344中所描述的注册应答消息;更新消息为RFC3775中所描述的绑定更新消息时,确认消息为RFC3775中所描述的绑定确认消息。确认消息的源地址及目的地址与更新消息恰好相反,即目的地址为HAA,源地址TGA。
在HA收到TG的发送的确认消息后,若TG拒绝了绑定更新,则HA做相应记录,并在一定时间后重新发送更新消息。若TG接受了绑定更新,则HA对MN发送的更新消息进行处理,如果接受该请求,则利用已获取的HOA及COA来更新绑定内容,即以HOA作为索引查找并更新HA所维持的绑定 HOA ↔ COA . 否则,向MN发送确认消息表示拒绝。
在处理完更新消息后,HA向MN回复确认消息,告知其更新结果。同理,确认消息的类型应该与其收到的更新消息类型一致,即更新消息为RFC3344中所描述的注册请求消息时,确认消息为RFC3344中所描述的注册应答消息;更新消息为RFC3775中所描述的绑定更新消息时,确认消息为RFC3775中所描述的绑定确认消息。确认消息的源地址及目的地址与更新消息恰好相反,即目的地址为COA,源地址HAA。
在MN收到HA发送的确认消息后,若HA拒绝了绑定更新,则MN做相应记录,并在一定时间后重新发送更新消息。若HA接受了绑定更新,则更新过程完成,MN可以开始正常的通信。
(2)MN与HA所处网络类型不同。
如图5所示,MN与HA所处网络类型不同时,MN向HA发送的更新消息根据HA所在的网络类型来确定其类型,即当HA位于IPv4网络时,更新消息即为RFC3344中所描述的注册请求消息;当HA位于IPv6网络时,更新消息即为RFC3775中所描述的绑定更新消息。但MN根据所在网络类型的不同会对消息内容做适当修改,具体分为以下两种形式:当HA位于IPv4网络,MN位于IPv6网络时,更新消息为RFC3344中所描述的注册请求消息,并对内容做适当修改,将转交地址选项的地址域置零,并在消息的最后增加128位来存放MN的IPv6转交地址(以下简称“COAv6”),如图10所示;当HA位于IPv6网络,MN位于IPv4网络时,更新消息为RFC3775中所描述的绑定更新消息,消息使用转交地址选项并对消息内容做适当修改,将转交地址选项的地址域前96位置零,后32位存放MN当前新的IPv4转交地址COAv4,如图11所示。
MN使用IP-in-IP封装技术对更新消息打包后隧道发送至TG。更新消息的目的地址为HAA,源地址为TGA。隧道包头的目的地址为TGA,源地址为MN新的转交地址COA。
TG收到此IP-in-IP封装包后解封装去掉包头,查看该消息的目的地址发现并非TGA,则TG将此消息直接放在网络中按照标准的IP路由机制路由至HA。
HA收到MN发送的更新消息后,暂不进行绑定更新处理。当更新消息为注册请求消息时,HA先从家乡地址选项的地址域中提取HOA;再根据HOA查询绑定 HOA ↔ CNA 获得当前CN的地址CNA;最后查询转交地址选项的地址域,若全部为零则从消息的最后128位提取COA,否则直接从转交地址选项的地址域中提取COA。当更新消息为绑定更新消息时,HA先从家乡地址选项的地址域中提取HOA;再根据HOA查询绑定 HOA ↔ CNA 获得当前CN的地址CNA;最后查询转交地址选项的地址域,若前96位全部为零则从地址域的后32位提取COA,否则直接从转交地址选项的地址域中提取COA。在获取HOA、CNA及MN当前新的转交地址COA后,HA向TG发送更新消息,目的地址为TGA,源地址为HAA。
HA向TG发送的更新消息根据HA所在的网络类型来确定其类型,即当HA位于IPv4网络时,更新消息即为RFC3344中所描述的注册请求消息;当HA位于IPv6网络时,更新消息即为RFC3775中所描述的绑定更新消息。但根据CN所在网络类型的不同HA会对消息内容做适当修改,具体分为以下四种形式:当HA位于IPv4网络,CN位于IPv4网络时,更新消息为RFC3344中所描述的注册请求消息,并对内容做适当修改,在家乡地址选项的地址域中存放CN的IPv4地址CNAv4;将转交地址选项的地址域置零,并在消息的最后增加128位来存放MN的IPv6转交地址COAv6,如图12所示;当HA位于IPv4网络,CN位于IPv6网络时,更新消息为RFC3344中所描述的注册请求消息,并对内容做适当修改,将家乡地址选项的地址域置零,并在消息的最后增加128位来存放CN的IPv6地址CNAv6;将转交地址选项的地址域置零,并在消息的最后再增加128位(即存放CNAv6的位置后增加128位)来存放MN的IPv6转交地址COAv6,如图13所示;当HA位于IPv6网络,CN位于IPv4网络时,更新消息为RFC3775中所描述的绑定更新消息,消息使用转交地址选项并对消息内容做适当修改,将家乡地址选项的地址域前96位置零,后32位存放CNAv4;将转交地址选项的地址域前96位置零,后32位存放COAv4,如图14所示;当HA位于IPv6网络,CN位于IPv6网络时,更新消息为RFC3775中所描述的绑定更新消息,消息使用转交地址选项并对消息内容做适当修改,在家乡地址选项的地址域中存放CNAv6;将转交地址选项的地址域前96位置零,后32位存放COAv4,如图15所示。
当然,更新消息中还包含绑定的有效时间,此有效时间跟HA上的有效时间是一致的。此外,为使得TG能够辨别出HA发送过来的更新消息,HA不直接发送该消息,而采用IP-in-IP封装技术对消息打包后隧道发送至TG。隧道包头的地址与更新消息相同,即目的地址为TGA,源地址为HAA。
TG收到此IP-in-IP封装包后解封装去掉包头,查看消息的目的地址发现为自身的地址,则TG立即判定该包为HA发送过来的更新消息,如果接受该请求,则获取消息中的HAA、CNA及COA来进行绑定更新。否则,向HA发送确认消息表示拒绝。进行绑定更新的过程具体如下:当更新消息为注册请求消息时,TG先查询转交地址选项的地址域,若不全为零则直接从转交地址选项的地址域中提取COA,同时并查询家乡地址选项的地址域,若不全部为零则直接从家乡地址选项的地址域中提取CNA,若全部为零则从消息的最后128位提取CNA;若转交地址选项的地址域全部为零则从消息的最后128位提取COA,同时并查询家乡地址选项的地址域,若不全部为零则直接从家乡地址选项的地址域中提取CNA,若全部为零则从消息尾部的次128位(即最后存放COA的128位之前的128位)提取CNA;TG再从家乡代理地址选项的地址域中提取HAA。当更新消息为绑定更新消息时,TG先查询家乡地址选项的地址域,若前96位全部为零则从地址域的后32位提取CNA,否则直接从家乡地址选项的地址域中提取CNA;TG再查询转交地址选项的地址域,若前96位全部为零则从地址域的后32位提取COA,否则直接从转交地址选项的地址域中提取COA;最后TG从消息的源地址中提取HAA。TG在获取HAA、CNA及MN当前新的转交地址COA后,以HAA及CNA作为索引查找并更新TG所维持的两个绑定 HAA ↔ COA CNA ↔ COA .
在处理完更新消息后,TG向HA回复确认消息,告知其更新结果。确认消息的类型应该与其收到的更新消息类型一致,即更新消息为RFC3344中所描述的注册请求消息时,确认消息为RFC3344中所描述的注册应答消息;更新消息为RFC3775中所描述的绑定更新消息时,确认消息为RFC3775中所描述的绑定确认消息。确认消息的源地址及目的地址与更新消息恰好相反,即目的地址为HAA,源地址TGA。
在HA收到TG的发送的确认消息后,若TG拒绝了绑定更新,则HA做相应记录,并在一定时间后重新发送更新消息。若TG接受了绑定更新,则HA对MN发送的更新消息进行处理,如果接受该请求,则利用已经获取的HOA及COA来更新绑定内容,即以HOA作为索引查找并更新HA所维持的绑定 HOA ↔ COA . 否则,向MN发送确认消息表示拒绝。
在处理完更新消息后,HA向MN回复确认消息,告知其更新结果。同理,确认消息的类型应该与其收到的更新消息类型一致,即更新消息为RFC3344中所描述的注册请求消息时,确认消息为RFC3344中所描述的注册应答消息;更新消息为RFC3775中所描述的绑定更新消息时,确认消息为RFC3775中所描述的绑定确认消息。确认消息的源地址及目的地址与更新消息恰好相反,即目的地址为TGA,源地址HAA。此消息按照标准的IP路由机制路由至TG。
TG收到该确认消息后,由于其属于非IP-in-IP封装包,则TG通过源地址HAA查询绑定 HAA ↔ COA 获得MN的转交地址COA,再使用IP-in-IP封装技术对该消息打包后隧道发送至MN。隧道包头的目的地址为COA,源地址为TGA。
在MN收到HA发送的确认消息后,若HA拒绝了绑定更新,则MN做相应记录,并在一定时间后重新发送更新消息。若HA接受了绑定更新,则更新过程完成,MN可以开始正常的通信。
上述HA维持的绑定以及TG维持的绑定都是有一定的有效期的。在有效期内,如果HA没有收到MN发送的更新消息或者TG没有收到HA发送的更新消息,则HA或TG在此有效期耗尽的时候把所维持的绑定关系删除。
附图说明
图1为HA位于双栈网络时的通信及更新示意图
图2为HA位于非双栈网络时的通信及更新示意图
图3为HA位于非双栈网络时的通信示意图
图4为HA位于非双栈网络、且与MN所在网络类型相同时时更新示意图
图5为HA位于非双栈网络、且与MN所在网络类型不同时的更新示意图
图6为HA位于IPv4网络,MN位于IPv4网络,CN位于IPv4网络时,HA向TG发送的修改的注册请求消息示意图
图7为HA位于IPv4网络,MN位于IPv4网络,CN位于IPv6网络时,HA向TG发送的修改的注册请求消息示意图
图8为HA位于IPv6网络,MN位于IPv6网络,CN位于IPv4网络时,HA向TG发送的修改的绑定更新消息示意图
图9为HA位于IPv6网络,MN位于IPv6网络,CN位于IPv6网络时,HA向TG发送的修改的绑定更新消息示意图
图10为HA位于IPv4网络,MN位于IPv6网络时,MN向HA发送的修改的注册请求消息示意图
图11为HA位于IPv6网络,MN位于IPv4网络时,MN向HA发送的修改的绑定更新消息示意图
图12为HA位于IPv4网络,MN位于IPv6网络,CN位于IPv4网络时,HA向TG发送的修改的注册请求消息示意图
图13为HA位于IPv4网络,MN位于IPv6网络,CN位于IPv6网络时,HA向TG发送的修改的注册请求消息示意图
图14为HA位于IPv6网络,MN位于IPv4网络,CN位于IPv4网络时,HA向TG发送的修改的绑定更新消息示意图
图15为HA位于IPv6网络,MN位于IPv4网络,CN位于IPv6网络时,HA向TG发送的修改的绑定更新消息示意图
具体实施方式
本发明提供了一种基于代理网关来实现移动节点在IPv4/v6混合网络中通信的方法,其基本思想是:当家乡代理位于双栈网络时,完全参照RFC5555所提供的方法进行通信及更新;当家乡代理位于非双栈网络时,在IPv4网络与IPv6网络之间设置网关,使其具有代理家乡代理的功能,并通过扩展家乡代理及移动节点的功能来实现通信及更新。从而不但实现了移动节点任意移动过程中保持与任意类型的通信节点的通信,而且无需强行限制家乡代理所在网络类型,将更多的处理置于终端上,减少网络层负担,提高了路由的效率。另外,对上层应用来说,移动节点的移动是完全透明的。
下面我们以家乡代理位于IPv6网络,通信节点位于IPv6网络,移动节点从IPv6网络迁移至IPv4网络为实例,并结合附图3及附图5详细说明本发明的具体实施方式。
1、MN判定自己移动并获得新的IPv4转交地址COAv4。
当MN切换至IPv4网络时,会通过移动IPv4的机制判断自己的位置发生移动继而获得新的转交地址COAv4。按照RFC3344的要求,移动代理(包括家乡代理HA和外地代理FA)应周期性地广播代理公告报文,该报文是因特网控制信息协议(ICMP)路由公告报文的扩展。MN通过监听该报文判定自己是否位于外地网络或者从一个外地网络迁移至另一个外地网络,并由此获得外地代理转交地址。MN也可主动发送代理请求报文,请求外地代理发送代理公告报文。
2、MN通过向HA发送更新消息来更新当前新的转交地址COAv4。
HA位于IPv6网络,而MN位于IPv4网络,则MN向HA发送的更新消息为RFC3775中所描述的绑定更新消息,消息使用转交地址选项并对消息内容做适当修改,将转交地址选项的地址域前96位置零,后32位存放MN当前新的IPv4转交地址COAv4。由于MN与HA所在网络类型不同,则MN使用IP-in-IP封装技术对该消息打包后用IPv4格式的隧道发送至TG。绑定更新消息的目的地址为HAAv6,源地址为TGAv6。隧道包头的目的地址为TGAv4,源地址为COAv4。
TG收到此IP-in-IP封装包后解封装去掉包头,查看该消息的目的地址发现并非自身地址,则TG将其直接放在网络中按照标准的IP路由机制路由至HA。
3、HA收到MN发送的绑定更新消息后向TG发送更新消息。
HA收到MN发送的绑定更新消息后,暂不进行绑定更新处理。HA先从绑定更新消息的家乡地址选项中提取出HOAv6;再根据HOAv6查询绑定 HOAv 6 ↔ CNAv 6 获得当前CN的地址CNAv6;最后查询绑定更新消息的转交地址选项的地址域后发现前96位全部为零,则从转交地址选项的地址域后32位提取出MN当前新的转交地址COAv4。在获取HOAv6、CNAv6及MN当前新的转交地址COAv4后,HA向TG发送更新消息,目的地址为TGAv6,源地址为HAAv6。
HA位于IPv6网络,而CN也位于IPv6网络,则HA向TG发送的更新消息为RFC3775中所描述的绑定更新消息,消息使用转交地址选项并对消息内容做适当修改,在家乡地址选项的地址域中存放CNAv6;将转交地址选项的地址域前96位置零,后32位存放COAv4。当然,此绑定更新消息中还包含绑定的有效时间,此有效时间跟HA上的有效时间是一致的。此外,为使得TG能够辨别出HA发送过来的更新消息,HA不直接发送该消息,而采用IP-in-IP封装技术对消息打包后用IPv6格式的隧道发送至TG。隧道包头的地址与绑定更新消息相同,即目的地址为TGAv6,源地址为HAAv6。
4、TG收到HA发送的绑定更新消息后进行绑定更新,并向HA回复确认消息。
TG收到此IP-in-IP封装包后解封装去掉包头,查看该消息的目的地址发现为自身的地址,则TG立即判定该包为HA发送过来的更新消息,如果接受该请求,则进行绑定更新,TG先查询绑定更新消息的家乡地址选项的地址域,发现前96位不全为零,则直接从家乡地址选项的地址域中提取出CNAv6;TG再查询绑定更新消息的转交地址选项的地址域,发现前96位全部为零,则从转交地址选项的地址域后32位提取出COAv4;最后TG从绑定更新消息的源地址中提取出HAAv6。TG在获取HAAv6、CNAv6及MN当前新的转交地址COAv4后,以HAAv6及CNAv6作为索引查找并更新TG当前所维持的两个绑定 HAAv 6 ↔ COAv 6 CNAv 6 ↔ COAv 6 , 将MN移动前的IPv6转交地址COAv6修改为当前新的IPv4转交地址COAv4,即TG所维持的两个绑定更新后为 HAAv 6 ↔ COAv 4 CNAv 6 ↔ COAv 4 . 否则,TG向HA发送确认消息表示拒绝。
在处理完更新消息后,TG向HA回复确认消息,告知其更新结果。确认消息的类型应该与TG收到的更新消息类型一致,即为RFC3775中所描述的绑定确认消息。绑定确认消息的源地址及目的地址与绑定更新消息恰好相反,即目的地址为HAAv6,源地址TGAv6。
上述TG所维持的绑定是有一定的有效期的。在有效期内,如果TG没有收到HA发送的绑定更新消息,则TG在此有效期耗尽的时候把它所维持绑定关系删除。
5、HA收到TG发送的绑定确认消息后进行绑定更新,并向MN回复确认消息。
在HA收到TG的发送的绑定确认消息后,若TG拒绝了绑定更新,则HA做相应记录,并在一定时间后重新发送绑定更新消息。若TG接受了绑定更新,则HA对MN发送的绑定更新消息进行处理,如果接受该请求,则HA更新绑定内容,利用已经获取的HOAv6及MN当前新的转交地址COAv4,以HOAv6作为索引查找并更新HA所维持的绑定 HOAv 6 ↔ COAv 6 , 将MN移动前的IPv6转交地址COAv6修改为当前新的IPv4转交地址COAv4,即HA所维持的绑定更新后为 HOAv 6 ↔ COAv 4 . 否则,HA向MN发送确认消息表示拒绝。
在处理完绑定更新消息后,HA向MN回复确认消息,告知其更新结果。确认消息的类型应该与HA收到的绑定更新消息类型一致,即为RFC3775中所描述的绑定确认消息。绑定确认消息的源地址及目的地址与绑定更新消息恰好相反,即目的地址为TGAv6,源地址HAAv6。此消息按照标准的IP路由机制路由至TG。
TG收到该绑定确认消息后,由于其属于非IP-in-IP封装包,则TG通过源地址HAAv6查询绑定 HAAv 6 ↔ COAv 4 获得MN的转交地址COAv4,再使用IP-in-IP封装技术对该消息打包后用IPv4格式的隧道发送至MN。隧道包头的目的地址为COAv4,源地址为TGAv4。
上述HA所维持的绑定是有一定的有效期的。在有效期内,如果HA没有收到MN发送的绑定更新消息,则HA在此有效期耗尽的时候把它所维持绑定关系删除。
6、更新成功后,MN可以开始正常通信。从MN发往CN的数据报文经过隧道发送至TG后路由到CN。
在MN收到HA发送的绑定确认消息后,若HA拒绝了绑定更新,则MN做相应记录,并在一定时间后重新发送绑定更新消息。若HA接受了绑定更新,则更新过程完成,MN可以开始正常的通信。
MN根据CN所在网络类型产生IPv6的数据报文,目的地址为CNAv6,源地址为TGAv6。再利用IP-in-IP封装技术对此数据报文打包后用IPv4格式的隧道发送至TG,隧道包头的目的地址为TGAv4,源地址为COAv4。
TG收到此IP-in-IP封装包后解封装去掉包头,查看该数据报文的目的地址发现并非自身地址,则TG将该数据报文直接放在网络中按照标准的IP路由机制路由至CN。
7、从CN发往MN的数据报文路由至TG后经过隧道发送至MN。
CN按照本身所在网络类型产生IPv6的数据报文,目的地址为TGAv6,源地址为CNAv6。该数据报文按照标准的IP路由机制路由至TG。
TG收到该数据报文后,由于其属于非IP-in-IP封装包,则TG通过源地址CNAv6查询绑定 CNAv 6 ↔ COAv 4 获得MN的转交地址COAv4,再使用IP-in-IP封装技术对该数据报文打包后用IPv4格式的隧道发送至MN。隧道包头的目的地址为COAv4,源地址为TGAv4。
通过上述具体实施实例可以看出,本发明在充分利用现有技术的基础上,通过在混合网络中设置网关并使其具有代理家乡代理的功能;扩展移动节点家乡代理的功能使其能够维持家乡地址与通信节点地址的绑定,并能够向代理网关发送更新消息来通知移动节点当前新的转交地址;扩展移动节点的功能使其支持移动IPv4协议和移动IPv6协议,既可以根据通信节点所在网络类型产生相应数据报文与其通信,也可以根据家乡代理所在网络类型产生相应的消息与其更新。从而保证了移动节点的移动对上层应用的透明性,不但实现了移动节点任意移动过程中保持与任意类型的通信节点的通信,而且无需强行限制家乡代理所在网络类型,将更多的处理置于终端上,减少网络层负担,提高了路由的效率。

Claims (8)

1.一种基于代理网关实现移动节点在IPv4/v6混合网络中通信的方法,其特征在于:
A、当家乡代理处于非双栈网络时,在IPv4网络与IPv6网络之间设置网关作为家乡代理的代理,代理网关具有IPv4和IPv6两种网络类型的地址,能够处理收到的非IP-in-IP封装包以及IP-in-IP封装包,能够维持家乡代理地址与转交地址的绑定以及通信节点地址与转交地址的绑定,能够根据家乡代理发送过来的更新消息更新绑定内容并向其回复确认消息告知更新结果;
B、当家乡代理处于非双栈网络时,扩展家乡代理的功能,除维持家乡地址与转交地址的绑定外,还需维持家乡地址与通信节点地址的绑定,收到移动节点发送过来的更新消息后能够先向代理网关发送更新消息来告知其移动节点当前新的转交地址,并在收到代理网关回复的确认消息后能够根据移动节点发送过来的更新消息更新绑定内容,最后再向移动节点回复确认消息告知其更新结果;
C、当家乡代理处于非双栈网络时,扩展移动节点的功能,支持移动IPv4协议和移动IPv6协议,既可以根据通信节点所在网络类型产生相应数据报文与其通信,也可以根据家乡代理所在网络类型产生相应的消息与其更新。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于所述步骤A具体包括:
A1、代理网关能够处理其收到的通过隧道发送过来的IP-in-IP封装包,即解封装去掉包头后查看该包的目的地址,若目的地址为自身的地址,则判定该包为家乡代理发送过来的更新消息,并获取该包进行相应处理;若目的地址并非自身的地址,则判定该包为移动节点发送至通信节点的数据报文或者为移动节点发送至家乡代理的更新消息,并将该包直接放在网络中按照标准的IP路由机制路由;
A2、代理网关能够处理其收到的非IP-in-IP封装包,通过该包的源地址查询绑定缓存获得移动节点的转交地址,再使用IP-in-IP封装技术对该包打包后隧道发送至移动节点,隧道包头的目的地址为转交地址,源地址为网关地址;
A3、代理网关维持家乡代理地址与转交地址的绑定以及通信节点地址与转交地址的绑定,绑定的更新依据家乡代理发送过来的更新消息来进行;在收到家乡代理发送过来的更新消息后,代理网关从消息中获取家乡代理地址、通信节点地址以及移动节点当前新的转交地址来更新绑定内容,并在更新完毕后向家乡代理回复确认消息告知其更新结果,确认消息的类型与其收到的更新消息类型一致,地址与更新消息恰好相反,即目的地址为家乡代理地址,源地址网关地址。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于所述步骤A3具体包括:
A31、当更新消息为注册请求消息时,获取家乡代理地址、通信节点地址以及移动节点当前新的转交地址包括如下操作:
A311、代理网关查询转交地址选项的地址域,若不全为零则直接从转交地址选项的地址域中提取转交地址,同时并查询家乡地址选项的地址域,若不全部为零则直接从家乡地址选项的地址域中提取通信节点地址,若全部为零则从消息的最后128位提取通信节点地址;代理网关再从家乡代理地址选项的地址域中提取家乡代理地址;
A312、代理网关查询转交地址选项的地址域,若全部为零则从消息的最后128位提取转交地址,同时并查询家乡地址选项的地址域,若不全部为零则直接从家乡地址选项的地址域中提取通信节点地址,若全部为零则从消息尾部的次128位(即最后存放转交地址的128位之前的128位)提取通信节点地址;代理网关再从家乡代理地址选项的地址域中提取家乡代理地址;
A32、当更新消息为绑定更新消息时,获取家乡代理地址、通信节点地址以及移动节点当前新的转交地址包括如下操作:
A321、代理网关查询家乡地址选项的地址域,若前96位全部为零则从地址域的后32位提取通信节点地址,否则直接从家乡地址选项的地址域中提取通信节点地址;
A322、代理网关查询转交地址选项的地址域,若前96位全部为零则从地址域的后32位提取转交地址,否则直接从转交地址选项的地址域中提取转交地址;
A323、代理网关从消息的源地址中提取家乡代理地址。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于所述步骤B具体包括:
B1、家乡代理收到移动节点发送过来的更新消息后,从更新消息中获取家乡地址、通信节点地址以及移动节点当前新的转交地址;
B2、家乡代理除维持家乡地址与转交地址的绑定外,还维持家乡地址与通信节点地址的绑定,绑定的更新依据移动节点发送过来的更新消息来进行;在收到移动节点发送过来的更新消息后,家乡代理暂不进行绑定更新处理,先向代理网关发送更新消息来告知其移动节点当前新的转交地址;在收到代理网关回复的确认消息后,家乡代理利用已获取的家乡地址以及转交地址来更新绑定内容,并在更新完毕后向移动节点回复确认消息告知其更新结果,确认消息的类型与其收到的更新消息类型一致,地址与更新消息恰好相反,即目的地址为更新消息的源地址,源地址为家乡代理地址。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于所述步骤B1具体包括:
B11、当更新消息为注册请求消息时,获取家乡地址、通信节点地址以及移动节点当前新的转交地址包括如下操作:
B111、家乡代理从家乡地址选项的地址域中提取家乡地址;
B112、家乡代理根据家乡地址查询家乡地址与通信节点地址的绑定,从而获得通信节点地址;
B113、家乡代理查询转交地址选项的地址域,若全部为零则从消息的最后128位提取转交地址,否则直接从转交地址选项的地址域中提取转交地址;
B12、当更新消息为绑定更新消息时,获取家乡地址、通信节点地址以及移动节点当前新的转交地址包括如下操作:
B121、家乡代理从家乡地址选项的地址域中提取家乡地址;
B122、家乡代理根据家乡地址查询家乡地址与通信节点地址的绑定,从而获得通信节点地址;
B123、家乡代理查询转交地址选项的地址域,若前96位全部为零则从地址域的后32位提取转交地址,否则直接从转交地址选项的地址域中提取转交地址。
6.根据权利要求4所述的方法,其特征在于所述步骤B2具体包括:
B21、当家乡代理位于IPv4网络时,向代理网关发送更新消息来告知其移动节点当前新的转交地址包括如下操作:
B211、家乡代理向代理网关发送的更新消息为RFC3344中所描述的注册请求消息,目的地址为网关地址,源地址为家乡代理地址,同时对此注册请求消息的内容做出适当修改;
B212、家乡代理在此注册请求消息的家乡地址选项的地址域中存放通信节点地址,若通信节点地址为IPv4地址时,直接存放即可;若通信节点地址为IPv6地址时,家乡代理先将家乡地址选项的地址域置零,然后在消息的最后增加128位来存放通信节点地址;
B213、完成上述操作B212后,家乡代理在此注册请求消息的转交地址选项的地址域中存放转交地址,若转交地址为IPv4地址时,直接存放即可;若转交地址为IPv6地址时,家乡代理先将转交地址选项的地址域置零,然后在消息的最后增加128位来存放转交地址;
B214、此注册请求消息中当然还包含绑定的有效时间,此有效时间跟家乡代理上的有效时间是一致的;
B215、为使得代理网关能够辨别出家乡代理发送过来的更新消息,家乡代理不直接发送该注册请求消息,而采用IP-in-IP封装技术对消息打包后隧道发送至代理网关,隧道包头的地址与消息相同,即目的地址为网关地址,源地址为家乡代理地址;
B22、当家乡代理位于IPv6网络时,向代理网关发送更新消息来告知其移动节点当前新的转交地址包括如下操作:
B221、家乡代理向代理网关发送的更新消息为RFC3775中所描述的绑定更新消息,并使用转交地址选项,目的地址为网关地址,源地址为家乡代理地址,同时对此绑定更新消息的内容做出适当修改;
B222、家乡代理在此绑定更新消息的家乡地址选项的地址域中存放通信节点地址,若通信节点地址为IPv6地址时,直接存放即可;若通信节点地址为IPv4地址时,家乡代理将家乡地址选项的地址域前96位置零,在后32位中存放通信节点地址;
B223、家乡代理在此绑定更新消息的转交地址选项的地址域中存放转交地址,若转交地址为IPv6地址时,直接存放即可;若转交地址为IPv4地址时,家乡代理将转交地址选项的地址域前96位置零,在后32位中存放转交地址;
B224、此绑定更新消息中当然还包含绑定的有效时间,此有效时间跟家乡代理上的有效时间是一致的;
B225、为使得代理网关能够辨别出家乡代理发送过来的更新消息,家乡代理不直接发送该绑定更新消息,而采用IP-in-IP封装技术对消息打包后隧道发送至代理网关,隧道包头的地址与消息相同,即目的地址为网关地址,源地址为家乡代理地址。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于所述步骤C具体包括:
C1、移动节点支持移动IPv4协议和移动IPv6协议,根据家乡代理所在网络类型产生相应的更新消息来告知其移动节点当前新的转交地址;当家乡代理与移动节点都位于IPv4网络时,移动节点直接向家乡代理发送RFC3344中所描述的注册请求消息;当家乡代理与移动节点都位于IPv6网络时,移动节点直接向家乡代理发送RFC3775中所描述的绑定更新消息,并使用转交地址选项;当家乡代理与移动节点所处网络类型不同时,移动节点利用代理网关向家乡代理发送更新消息;
C2、移动节点支持移动IPv4协议和移动IPv6协议,根据通信节点所在网络类型产生相应数据报文,目的地址为通信节点地址,源地址为网关地址,再利用IP-in-IP封装技术对该数据报文打包后隧道发送至代理网关,隧道包头的目的地址为网关地址,源地址为转交地址。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于所述步骤C1具体包括:
C11、当家乡代理位于IPv4网络、移动节点位于IPv6网络时,移动节点利用代理网关向家乡代理发送更新消息包括如下操作:
C111、移动节点向家乡代理发送的更新消息为RFC3344中所描述的注册请求消息,目的地址为家乡代理地址,源地址为网关地址,同时对此注册请求消息的内容做出适当修改;
C112、移动节点将该注册请求消息的转交地址选项的地址域置零,然后在消息的最后增加128位来存放转交地址;
C113、移动节点采用IP-in-IP封装技术对该注册请求消息打包后,通过IPv6格式的隧道将其发送至代理网关,隧道包头的目的地址为网关地址,源地址为转交地址;
C12、当家乡代理位于IPv6网络、移动节点位于IPv4网络时,移动节点利用代理网关向家乡代理发送更新消息包括如下操作:
C121、移动节点向家乡代理发送的更新消息为RFC3775中所描述的绑定更新消息,并使用转交地址选项,目的地址为家乡代理地址,源地址为网关地址,同时对此绑定更新消息的内容做出适当修改;
C122、移动节点将该绑定更新消息的转交地址选项的地址域前96位置零,在后32位中存放转交地址;
C123、移动节点采用IP-in-IP封装技术对该绑定更新消息打包后,通过IPv4格式的隧道将其发送至代理网关,隧道包头的目的地址为网关地址,源地址为转交地址。
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