CN101822002B - 用于经由一组合作的网络单元转发分组的方法和网络单元 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种经由分组网络中的一组相邻且合作的网络单元转发分组的方法和管理移动节点的绑定信息的网络单元，其中，已从第一位置移至第二位置的移动节点与通信节点经由该组网络单元相互通信，该第一位置和第二位置分别位于该移动节点的归属子网和外地子网中，每个网络单元具有自己的地址和所属组的指定地址并包括存储有在该组网络单元间共享的绑定信息的表，用于转发分组的方法包括：当该组中的网络单元收到来自通信节点的分组时，该网络单元在表中查找当前服务于该移动节点的网络单元地址；该网络单元将该分组转发给当前服务于该移动节点的网络单元；和当当前服务于该移动节点的网络单元收到该分组时查找表并将该分组直接转发给该移动节点。

Description

用于经由一组合作的网络单元转发分组的方法和网络单元
技术领域
本发明涉及通信领域，具体地涉及在分组网络中转发分组。
背景技术
对于边缘网络中的固定和移动融合的期望不断增长。在边缘网络中的移动IP的早期部署中，将归属代理(HA)定位在边缘路由器上对于运营商而言是一个相对容易且成本低的选择。
移动IP是由互联网任务工程组(IETF)的RFC 3344和RFC 3775定义的开放的标准，其允许用户在IP网络之间漫游时保留同一个IP地址、保持连接并且维持正在进行的应用。移动IP是IPv4和IPv6二者的一部分。
移动IPv4是用于处理穿过互联网的IPv4节点的移动性的IETF(互联网任务工程组)标准协议。这个协议允许使用单一固定IP地址，这与IP子网更改无关，并且因而实现了移动节点(MN)的连续的可达到性。固定IP地址称为归属地址，而在每个拜访网络所获得的IP地址称为转交地址(CoA)。MN的归属地址与转交地址之间的映射在称为归属代理的专用设备中被维护。归属代理代表MN拦截分组、封装分组且然后通过隧道将分组传送至MN的CoA。归属代理通常与外地代理(FA)一起工作，外地代理连接到移动网络的外地网络。HA和FA分别是由IETF定义的两个类型的移动代理，RFC 3344中所描述的那样。
另一方面，移动IPv6设计和部署同时享有IPv6协议提供的可扩展性和地址可用性。路由优化信令使得移动IPv6节点能够将它的新转交地址通知给它的通信节点(CN，correspondent node)。这使得MN和CN都能够利用二者之间的最短路径发送和接收分组。这个特征的一个有用的副产品是基于位置的服务。移动IPv6位置更新信令可以由CN用来推断MN的地理位置，并且因而提高定制的服务或内容。如果MN的位置需要保密，则这个可选的协议信令可以免除。
通过移动IPv4和移动IPv6的机制，MN可以在远离归属子网时与通信节点(CN)通信。当HA出故障时，远离其归属子网的MN无法与CN正常通信。这个问题可由图1看出。在图1中，HA位于BRAS或边缘路由器中，最初MN位于其归属子网(图1中的位置1)中并且正与CN通信。当MN移至位置2(图1中的位置2)时，它向其HA(图1中的边缘路由器1)发送提供了归属地址与CoA之间的地址映射的绑定更新。其HA构造绑定信息表(BIT)。在移动IPv4中，MN的HA通过它与MN或FA之间的隧道从CN向MN转发分组。在移动IPv6中，当MN与CN之间的操作模式是“双向隧道传输”模式时，MN的HA在CN与MN之间通过它自己与MN之间的双向隧道转发分组。在上述两个情形中，当MN的HA(即边缘路由器1)出故障时，MN与CN之间的通信被中断。尽管多个HA可以部署于同一归属子网中，然而对于运营商来说成本过高，并且当归属子网中的所有HA出故障时，远离其归属子网但由出故障的HA服务的所有MN的IP分组递送也被中断。
存在一种可部分解决IPv6 HA的问题的现有方法：在同一归属子网(在draft-ietf-mip6-hareliability-02.txt中定义了本地恢复配置和恢复过程)或不同子网(全球局恢复配置，没有给出详细的恢复过程，只声明恢复过程类似于本地恢复配置)中部署多个HA。这样，N:1备份可以被提供而与本地或全局恢复配置无关：这意味着一次只有一个激活的HA工作而备用HA只在检测到激活HA出故障时才接替。
图2示出了针对所述问题及其缺陷的最佳现有解决方案。如所示，这个现有解决方案具有下列缺点：首先，利用N:1备份，成本对于运营商而言较高；其次，在这个方案中，离开其归属子网的MN仍由其激活HA服务。当子网中的所有HA出故障时(例如由于黑客/病毒攻击、插座(outlet)电路/链路差错或一些地区的断电)，由出故障的HA服务的所有漫游MN的IP分组递送也中断。该解决方案的另一个缺点(第三个缺点)是一个子网中的所有HA是：当MN漫游(远离其归属子网)时，从HA至MN/FA的IP隧道的一端。HA中的封装/解封装消耗大量资源并且使得由HA服务的漫游MN的数目受到限制。最后一个缺点是在第3层切换中，漫游的MN发送绑定更新消息给它的HA，并且仅在绑定更新消息到达H且已更新BIT(绑定信息表)之后，从HA到MN的新路径才可以被建立，这导致相对较长的切换时间。
发明内容
为了解决上述现有技术中的问题，根据本发明的一个方面，提出了一种用于经由分组网络中的一组相邻且合作的网络单元来转发分组的方法，其中移动节点已经从第一位置移动到第二位置并且通信节点经由该组网络单元相互通信，所述第一位置和所述第二位置分别在所述移动节点的归属子网和外地子网中，每个所述网络单元都同时具有其自己的地址和其所属的组的指定地址，并且包括用于存储在所述组的网络单元之间共享的绑定信息的表，所述方法包括：当所述组的网络单元收到来自所述通信节点的分组时，该网络单元在所述表中查找当前服务于所述移动节点的网络单元的地址；所述网络单元将所述分组转发给当前服务于所述移动节点的网络单元；当当前服务于所述移动节点的网络单元收到所述分组时，它查找所述表并且将所述分组直接转发给所述移动节点。
根据本发明的另一方面，提出了一种用于管理移动节点的位置信息的网络单元，其中，移动节点和通信节点经由一组相邻且合作的网络单元相互通信，每个所述网络单元都同时具有其自己的地址和其所属的组的指定地址，并且包括用于存储在所述组的网络单元之间共享的绑定信息的表，所述网络单元包括：用于当收到来自所述通信节点的分组时在表中查找当前服务于该移动节点的网络单元自己的地址或如果所述网络单元正是当前服务于所述移动节点则查找所述移动节点的地址的表查找装置；和用于将所述分组转发给当前服务于所述移动节点的网络单元或者如果所述网络单元正是当前服务于所述移动节点则将所述分组直接转发给所述移动节点的分组转发装置。
附图说明
参考附图，通过阅读下面对本发明实施例的描述，本发明的所述和许多其他特征和优点将变得显而易见，其中：
-图1示出了现有技术系统中出现的问题；
-图2示出了对所述问题的现有技术解决方案及其缺点；
-图3是根据本发明一个实施例的用于经由一组合作代理转发分组的方法的流程图；
-图4示出了根据本发明的方法代理组如何合作来转发分组；
-图5示出了根据本发明的方法如何以比现有解决方案更低的成本来实现鲁棒性和负载共享；
-图6示出了根据本发明的方法如何减少切换时间；
-图7是根据本发明一个实施例的网络单元的框图。
具体实施方式
本发明提出了一种用于经由分组网络中的一组相邻且合作的网络单元转发分组的方法。这个方法例如可以应用于图4所示的系统。参考图4，将说明本发明的基本思想。
如图4所示，几个相邻的(链路相邻或子网相邻)HA可以订约以构成称为代理组(AG)的合作组，该组包括例如至少两个相邻代理。在该组的所有成员中配置任播地址，并且该组中的每个成员将其BIT分配给其他成员。同样，每个成员不仅分配去往由它自己服务的子网的网络前缀的路径，还分配去往由NSP(网络服务提供商)网络中的其他成员服务的子网的网络前缀的路径。
因此，来自CN的分组可以到达该组中任一个成员，理想地是离该CN最近的那一个。首先获得来自CN的分组的成员检查其BTI以获知MN现在连至哪个子网并且哪个成员服务于该子网。然后，它通过IP隧道传输或通过插入“IP source routing option(针对IPv4)”/“Type 0 Routing header(对于IPv6)”，将来自CN的分组发送至当前服务于MN的成员。这里，隧道传输是优选的。将当前服务于MN的成员称作当前代理(CA)。然后，CA将分组转发给MN。
每个成员都包括配置于其上的IP任播地址以及用作其代理/路由器广告中的HA地址的IP单播地址。IP单播地址被包含在内以分配彼此的BIT并且实现穿过由AG服务的子网的移动检测。在现有技术中，当MN移至其他成员的子网中时，它将发送绑定更新消息给它的HA。然而，在本发明的方法中，绑定更新消息被发送至该组的IP任播地址，并且一个特定的成员将收到该消息，在本方法中优选地是CA。记住，具有任播地址的分组的目的地应当由路由器判定，即由路由器来可选地判定向该组中的哪个成员发送分组。然后，CA基于绑定更新消息更新其BIT并且通知该更新给所有其他AG成员。
当外地子网中的MN发送分组至CN时，分组被发送至CA并且然后被转发至CN，而不是发送给MN的HA。
应当认识到，每个成员中的BIT是由移动IP协议来创建的。每个成员定期地或由来自指定成员的请求触发或由其BIT中的更改触发，将其BIT分配给所有其他成员。收到广告的每个其他成员更新(包括添加、删除和更改)其OBIT。分配通过利用UDP、TCP或RAW IP的IP单播来递送。在根据本发明的方法中，构造全组绑定信息表(OBIT，Over-groupBinding Information Table)。OBIT中的必需的栏包括：MN地址、CoA地址和CA地址。“CA地址”意味着指出这个绑定信息来自哪个成员。
参考图3，结合图4所示的系统描述用于经由一组合作的网络单元转发分组的方法。
如图3所示，首先，在步骤301中，当MN从第一位置移至第二位置时，当该组的网络单元收到来自CN的分组时，所述网络单元在其OBIT中查找当前服务于该MN的网络单元的地址。在这里，如图4所示，第一位置例如是“位置1”，而第二位置例如是“位置2”；M1是MN的归属代理，而M2是MN的当前代理。如上文所述，当MN移至“位置2”时，它将发送绑定更新消息给其CA，即M2，然后M2更新其OBIT并且将该更新通知给该组中的所有其他成员。例如，当M3收到来自CN的分组时，它将查找其OBIT并且知道M2是MN的CA。
其次，在步骤302中，所述网络单元将所述分组转发至当前服务于所述移动节点的网络单元。在这个实施例中，由于M2是MN的CA，因此M3将收到的分组转发给M2。
最后，在步骤303中，当当前服务于所述移动节点的网络单元收到所述分组时，它查找它的表并且将所述分组直接转发给所述移动节点。在这里，M2当收到所述分组时在其OBIT中查找MN的地址，然后将所述分组直接转发给MN。
上述步骤涉及从CN到MN的分组。应当指出，当CA，例如M2，收到来自MN的分组时，它借助于正常的单播转发将该分组转发给CN，这可以通过移动IPv4、IPv6这两种机制来实现。
应当指出，根据本方法，这些组成员应当通过人工或自动配置而知道下列信息：
a.每个成员应当具有用于与属于同一组的其他成员通信的单播地址。每个成员应当知道所有其他成员的单播地址以用于组内通信。
b.每个成员应当知道其所属组的ID，不同的组ID标识不同的组。组ID实际上是用于标识的标签，例如数字或符号，其对应于该组的任播地址。
c.每成员应当知道其所属组的任播地址，不同的任播地址标识不同的组。
如图5所示，根据本发明的方法，可以以低于现有解决方案的成本来实现鲁棒性和负载共享。在图5中，MN远离其归属子网(例如在位置3)并且其HA(这里是M1)出故障。在其HA不位于从CN到MN的分组递送路径中并且例如M3是CN的最近AG成员的情况下，即使M1出故障，MN与CN间的通信也可以针对M3的服务而继续。在其HA位于从CN到MN的分组递送路径中的情况下，M1的故障导致IP核心网中的路由重新收敛。在重新收敛完成后，从CN到AG的分组递送路径将被重新建立成CN-M2，并且MN与CN间的通信可以针对M2的和M3的服务而恢复。此外，如果MN的归属子网具有连至M2的备用链路，则不仅漫游的MN仍可以在M1出故障的情况下与CN通信，停留在归属地(M1的位置)的MN也可以，因为M2可以作为新的归属代理服务于它们。因此，通过本发明的方法，当MN的HA出故障并且MN位于外地子网中时，至少漫游MN与CN间的IP分组递送不会中断或者可以通过CA而非HA的服务来自动恢复。这等同于为MN的HA提供了N+1备份。当MN的HA运转良好但是MN原理其归属子网时，MN与CN间的IP分组递送可以由CA而非HA服务，这等同于由其他成员向MN的HA提供了负载共享。
如图6所示，当MN经过由代理组服务的子网时，可以减少切换时间。在图6中，当MN从“位置2”移至“位置3”时，绑定更新消息被发送至代理组的任播地址并且在该情况下到达M3，这触发了M3的OBIT更新，并且还触发了M3发送其OBIT更新给M2和M1。当OBIT更新到达M2时，从CN至MN的新的分组递送路径可以如下建立：如果M1是CN的最近的代理组成员，则CN发送的分组首先到达M1，然后M1利用该分组的目的IP地址作为关键字来查找其OBIT，并且发现MN当前由M2服务，因为来自M3的OBIT更新还未到达M1。然后，该分组被M1转发给M2，并且M2查找其OBIT并发现MN当前由M3服务，因为来自M3的OBIT更新已到达M2。然后，该分组被M2转发给M3并且最终到达MN。这个新建立的分组递送路径在图6中用从CN至MN的粗线显示。然而，在现有解决方案中，当MN从“位置2”移至“位置3”时，绑定更新消息被发送至其HA(在这里是图6中的M1)。仅当来自MN的绑定更新消息到达其HA并且更新HA的BIT时，从CN到MN的新的分组递送路径才能被建立。因此，可以看出，第3层切换时间通过本发明的方法而减少。
由此，利用该方法，通过提供一组相邻HA之间的合作，对于任一HA的N+1备份和负载共享均能够以较低成本实现。此外，当MN经过由合作的HA服务的子网时，可以减少切换时间，并且IP隧道分组的封装和解封装可以在HA中被消除。因此，其对于导言中所描述的问题而言是一种经济且高效的解决方案。
基于同一个发明构思，根据本发明的另一方面，提出了一种用于管理MN的位置信息的网络单元。下面将参考图7描述所述网络单元。
图7是根据本发明一个实施例的网络单元的框图，其例如是用作HA、FA或CA的主机或路由器。网络单元700包括表查找装置701和分组转发装置702。当MN从第一位置移至第二位置时，例如第一位置是图4中的“位置1”而第二位置是“位置2”，并且当网络单元700收到来自CN的分组时，表查找装置701在网络单元700的OBIT中查找MN的CA的单播地址或者如果该网络单元正是该MN的CA则查找该MN的地址。然后，分组转发装置702将所述分组转发至当前服务于该MN的另一网络单元，或者如果所述网络单元正是当前服务于该MN则直接转发所述分组至该MN。在实际中，当网络单元700收到来自该MN的分组时，并且如果该网络单元当前服务于该MN，则分组转发装置702通过正常的单播转发将该分组转发给CN。
在实现中，该实施例中的网络单元700以及其包含的表查找装置701和分组转发装置702可以以软件、硬件或其组合来实现。例如，本领域技术人员熟知各种不同的可用来实现这些部件的设备，例如微处理器、微控制器、ASIC、PLD和/或FPGA等。本实施例中的表查找装置701和分组转发装置701既可以被实现成集成到网络单元700中，也可以分离地实现，并且它们也可以物理上分离但操作上互连地被实现。
在操作中，结合图7说明的本实施例中的用于管理移动节点的位置信息的网络单元可以通过一组相邻网络单元之间的合作、以低于现有解决方案的成本来实现N+1备份和负载共享二者。此外，当MN经过由合作的网络单元所服务的子网时，可以减少切换时间，并且IP隧道分组的封装和解封装可以在所述网络单元中被消除。
尽管上面详细描述了本发明的用于经由分组网络中的一组合作的网络单元来转发分组的方法和用于管理移动节点的位置信息的网络单元的示例性实施例，然而上述实施例并非是穷举的，并且本领域技术人员可以在本发明的精神和范围内做出许多更改和修改。因此，本发明不限于上述实施例，其范围仅由所附权利要求来限定。

Claims (25)

1.一种用于经由分组网络中的一组相邻且合作的网络单元来转发分组的方法，其中，已经从第一位置移至第二位置的移动节点和通信节点经由该组网络单元相互通信，所述第一位置和所述第二位置分别是在所述移动节点的归属子网和外地子网中，每个所述网络单元都具有其自己的地址和其所述组的指定地址，并且包括用于存储在该组网络单元之间共享的绑定信息的表，所述方法包括：
-当所述组中的网络单元收到来自所述通信节点的分组时，该网络单元在所述表中查找当前服务于所述移动节点的网络单元的地址；
-收到来自所述通信节点的分组的所述网络单元将所述分组转发给当前服务于所述移动节点的网络单元；
-当当前服务于所述移动节点的网络单元收到所述分组时，它查找所述表并且将所述分组直接转发给所述移动节点。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
-所述移动节点将分组直接发送给当前服务于它的网络单元；
-当前服务于所述移动节点的网络单元通过正常的单播转发将所述分组转发至所述通信节点。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述网络单元通过使用所述分组的IP目的地址作为关键字来查找所述表。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述表包括所述移动节点的地址、转交地址和当前服务于所述移动节点的网络单元的地址。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，收到来自所述通信节点的分组的所述网络单元通过IP隧道传输或通过插入IP选 项或路由报头来将所述分组转发给当前服务于所述移动节点的网络单元。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述网络单元自己的地址是单播地址，而所述组的指定地址是任播地址。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，当所述移动节点从所述第一位置移至所述第二位置时，它发送绑定更新消息至所述组的所述指定地址。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述绑定更新消息由当前服务于所述移动节点的网络单元接收，该当前服务于所述移动节点的网络单元基于所述绑定更新消息来更新所述表并且将该更新通知给所述组中的所有其他网络单元。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，收到关于更新的广告的其他网络单元中的每一个都将更新所述表。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述更新包括添加、删除和更改。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述关于更新的广告是通过利用UDP、TCP或RAW IP的IP单播来递送的。
12.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述组包括至少两个相邻且合作的网络单元。
13.一种用于管理移动节点的位置信息的网络单元，其中，移动节点和通信节点经由一组相邻且合作的网络单元相互通信，每个所述网络单元都具有其自己的地址和其所属组的指定地址，并且包括用于存储在该组网络单元之间共享的绑定信息的表，其特征在于，包括：
-表查找装置，用于当收到来自所述通信节点的分组时，在所述表中查找当前服务于所述移动节点的网络单元自己的地址，或者如果所述网络单元正是当前服务于所述移动节点则查找所述移动节点的地址； 
-分组转发装置，用于将所述分组转发至当前服务于所述移动节点的网络单元，或者如果所述网络单元正是当前服务于所述移动节点则将所述分组直接转发给所述移动节点。
14.根据权利要求13所述的网络单元，其中，如果所述网络单元当前服务于所述移动节点，则所述分组转发装置在收到来自所述移动节点的分组时，通过正常的单播转发将该分组转发至所述通信节点。
15.根据权利要求13或14所述的网络单元，其中，所述表查找装置通过使用所述分组的IP目的地址作为关键字来查找所述表。
16.根据权利要求13或14所述的网络单元，其中，所述表包括所述移动节点的地址、转交地址和当前服务于该移动节点的网络单元的地址。
17.根据权利要求13或14所述的网络单元，其中，所述分组转发装置通过IP隧道传输或通过插入IP选项或路由报头，将所述分组转发给当前服务于所述移动节点的网络单元。
18.根据权利要求13或14所述的网络单元，其中，在所述移动节点已经从第一位置移至第二位置之后，它将发送绑定更新消息至所述组的指定地址。
19.根据权利要求18所述的网络单元，其中，所述绑定更新消息由当前服务于所述移动节点的网络单元接收，该当前服务于所述移动节点的网络单元基于所述绑定更新消息来更新所述表并且将该更新通知给所述组中的所有其他网络单元。
20.根据权利要求19所述的网络单元，其中，收到关于更新的广告的其他网络单元中的每一个都将更新所述表。
21.根据权利要求19所述的网络单元，其中，所述更新包括添加、删除和更改。
22.根据权利要求20所述的网络单元，其中，所述关于更新 的广告是通过利用UDP、TCP或RAW IP的IP单播来递送的。
23.根据权利要求18所述的网络单元，其中，所述第一位置是所述移动节点的归属子网，而所述第二位置是所述移动节点的外地子网。
24.根据权利要求13或14所述的网络单元，其中，所述网络单元自己的地址是单播地址，而所述组的指定地址是任播地址。
25.根据权利要求13或14所述的网铬单元，其中，所述组包括至少两个相邻且合作的网络单元。 
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