CN101925055A - 代理移动ip网络中的私有寻址方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种方法，借助该方法，代理移动IP网络内的本地移动性锚(LMA)可与网络地址转换协作执行移动节点的地址分配，以便可以使用私有HoA配置所述移动节点。在一个实施例中，LMA获得移动节点(MN)的NAI，所述移动节点(MN)：(i)作为IPv4主机运行并且(ii)寻求进入所述网络作为其归属网络。所述LMA标识位于所述网络内并服务于至少一个NAT的DHCP服务器，并且向DHCP服务器发送其中客户端id被设置为等于所述移动节点的NAI的请求消息。LMA接收来自DHCP服务器的私有HoA，所述LMA在PBA消息中将私有HoA转发给与MN相连的移动接入网关(MAG)。

Description

代理移动IP网络中的私有寻址方法
技术领域
本发明涉及网际协议(IP)网络，具体地涉及支持移动IP(MIP)的网络。更具体地，本发明涉及用于配置代理MIP网络中的移动节点(MN)的方法。
背景技术
分组交换网络利用完全基于相应主机地址的寻址结构，使用网际协议(IP)将分组从源主机传送到目的地主机。当前使用中最广泛的寻址结构是IP版本4(IPv4)及其后继IP版本6(IPv6)。IPv4使用32位地址，IPv6使用128位地址，其分成64位的前缀和64位的后缀。由于IP被设计为足够灵活以便跨具有用于链路层实现的不同技术的网络使用，所以提供了协议来将IP地址解析为数据链路地址。在IPv4网络中，该协议是地址解析协议(ARP)，而在IPv6网络中为邻居发现协议(NDP)。
尽管最早的IP网络涉及固定节点，但是存在不断增加的需要来支持希望在移动(实际上，在不同子网或不同无线系统间漫游)期间保持其互联网连接的用户。移动IP是允许移动节点(MN)保持不变的归属IP地址(HoA)而与改变移动节点到互联网的附接点无关的协议。在移动IP中，MN的归属网络上的路由器在MN被附接到外部网络时呈现MN的表示。
当MN连接到外部网络时，将转交地址(CoA)分配给MN。MN在绑定更新消息中向其归属代理通知CoA。这导致在归属代理与MN(在其CoA处)之间建立双向隧道。现在，如果通信节点(即，除所述MN以外的任何节点)希望向MN发送分组，它会将分组寻址到HoA。这些分组将被传送给归属代理，归属代理将封装这些分组并将它们经由双向隧道转发到在其CoA处的MN。相反地，MN可使用双向隧道向通信节点发送分组。备选地，MN可直接向通信节点发送分组，尽管执行该操作的确切过程在移动IPv4与移动IPv6之间是不同的。
代理移动IP(PMIPv6)是一种更加新的标准，其提供了与移动IP类似的功能，但是消除了任何在MN中实现主机以包括任何适于支持移动性的协议修改的需要。作为代替，在网络的固定侧上实现任何移动性支持，包括跟踪MN的位置。具体地说，MN能够保持其HoA，并且不需要配置有附加的CoA。(但是，将在网络中的其他位置使用CoA，如下文所述。)
PMIPv6针对移动性支持引入了两种特殊的功能：它们是移动性接入网关(MAG)和本地移动性锚(Local Mobility Anchor，LMA)。在接入路由器上支持的移动性接入网关(MAG)管理连接到其接入链路的MN的移动性相关的信令。MAG跟踪MN来到接入链路和离开接入链路，并且通过与MN的本地移动性锚(LMA)交换信令消息来支持MN的移动性。LMA在代理移动IPv6域中(即，在实现PMIPv6协议的网络中)是MN的归属代理。
当正在MN中执行的移动主机进入PMIP域并且附接到接入链路时，将启动PMIPv6协议。以下提供了随后事项的简短概述。在S.Gundavalli，Ed.，RFC 5213，“Proxy Mobile IPv6”，IETF Network Working Group(2008年8月)，http://tools.ietf.org/html/rfc5213中，特别是在第3节，“ProxyMobile IPv6 Protocol Overview”，pp 9-15中可以找到更多细节。
在MN附接到接入链路后，该接入链路上的MAG获取MN的身份并判定MN是否被授权进入，即，MN是否针对相关的基于网络的移动性管理服务被授权。如果授权被确认，则MN将能够在已连接的接口上获得地址配置。随后，网络的支持将确保整个PMIP域对MN显示为单个链路。
MN获得的地址配置包括至少一个归属地址(HoA)和所连接链路上的默认路由器地址。归属地址前缀是分配给MN和MAG之间的链路的前缀。HoA是来自MN的归属网络前缀的地址。只要MN附接到在PMIP域范围之内的接入网络，MN就能够使用该地址。
移动IPv6与PMIPv6之间的一个区别是在移动IPv6中，向归属代理通知MN的归属地址。相比之下，在PMIP中，移动性实体需要知道MN的归属网络前缀，但是不必一定知道MN在其接口上配置的来自其归属网络前缀的确切地址。但是，存在PMIP移动性实体可以获取并用于标识MN的称为移动节点标识符(MN标识符)的MN的不变标识符。MN标识符通常是网络地址标识符(NAI)，或是诸如介质访问控制(MAC)地址的某些其他标识符。
在普通IP和移动IP中，用于获得地址配置信息的协议是动态主机配置协议(DHCP)。用作DHCP客户端的网络设备从DHCP服务器获得包括地址在内的网络参数。因此，例如，在MN处的DHCP客户端可从在MAG处实现的DHCP服务器获取地址信息，或者备选地，其可从在LMA处实现的DHCP服务器获取地址信息，LMA通过在MAG处实现的DHCP中继转发所述信息。
连接到PMIP域的移动节点可以是IPv4节点或IPv6节点，或者其可以具有双重能力。根据哪个IP版本适用，将使用IPv4或IPv6地址(或甚至双重地址)来配置MN。在IPv6传输网络中，可以提供IPv6中的IPv4(IPv4 in IPv6)隧道传送以传递IPv4业务。如果在MAG与LMA之间使用IPv4传输网络，则实施IPv4中的IPv6(IPv6 in IPv4)隧道传送。
在移动IP中，PMIP网络还在LMA与MAG之间建立双向隧道。在LMA的接口上配置称为LMA地址(LMAA)的全局地址作为隧道一个传输端点。这是MAG向其发送代理绑定更新(PBU)消息的地址，这将在下文说明。
在MAG的外出接口上配置称为代理转交地址(代理CoA)的另一全局地址。该地址是LMA与MAG之间的隧道的另一传输端点。对于LMA，其是MN的转交地址。LMA在MN的绑定高速缓存表项中注册该地址。
在这方面，“绑定”将MN的归属网络前缀(被分配给MN的给定接口)与MN的当前代理CoA相关联。此类关联通常具有有限的寿命。给定的此类关联的剩余寿命可包括在称为“绑定”的信息中。通过在MAG与LMA之间交换的代理绑定消息来建立绑定。更具体地说，MAG通过将PBU发送给LMA来请求建立绑定。LMA通过将代理绑定确认(PBA)发送给MAG来进行响应。
如上所述，IPv6使用128位地址，而IPv4使用32位地址。由于对IP地址的大量需求，可能的公共IPv4地址的总空间倾向于耗尽。减轻该问题的一种方式是本地地共享IPv4地址。也就是说，例如在私有网络内的多个节点可共享对外部世界可见的单个公共IP地址，但是在该私有网络内使用不可在因特网上全局地路由的私有IP地址。借助这样的布置，可以共享公共IP地址而不产生混淆。在私有与公共网络的接口处，诸如网络地址转换(NAT)盒或网关之类的网络实体在私有和公共地址空间之间进行转换。
出于上述原因，至少有时希望将一个或多个私有归属地址分配给附接到代理移动IPv6网络的IPv4移动节点。PMIPv6规范RFC 5213未指定进行此类地址分配的过程。但是，某些部署情况可能要求该过程。
发明内容
我们已经研究出了一种方法，借助该方法，LMA可与网络地址转换协作执行移动节点的地址分配，以便可以使用私有HoA配置所述移动节点。
在一个实施例中，本发明提供了一种方法，其中属于代理移动IP网络的LMA获得移动节点(MN)的NAI，所述移动节点(MN)：(i)作为IPv4主机运行并且(ii)寻求进入所述网络作为其归属网络。所述LMA向DHCP服务器发送DHCP请求，所述DHCP服务器：(i)位于所述网络内并(ii)服务于至少一个NAT，其中所述DHCP请求包含客户端Id(ClientId)字段，并且所述客户端Id字段被设置为等于所述NAI。所述LMA接收来自所述DHCP服务器的DHCP确认消息中的私有HoA，所述LMA然后在代理绑定确认(PBA)消息中将所述私有HoA发送给与所述MN相连的MAG。
附图说明
图1是其中支持PMIPv6的示例性网络的示意性框图。在图1的网络中，MAG实现DHCP服务器。
图2是其中支持PMIPv6的备选网络的示意性框图。在图2的网络中，MAG实现DHCP中继。使用类似标号来标记与图1共有的元素。
图3是在一个实施例中例示本发明的消息流程图。在其中DHCP服务器位于例如图1所示的MAG内的网络中实现图3中所示的方法。使用类似标号来标记与图1和2的共同单元，尽管它们具有不同的图形表示。
具体实施方式
如RFC 5213中定义的PMIPv6协议允许移动终端在没有主机修改的情况下无缝地改变它们到接入网络的附接点，同时保持它们的IP地址并维持不间断的正在进行的IP会话。如上所述，PMIPv6引入了两个功能块，移动接入网关(MAG)和本地移动性锚(LMA)。MAG是MN所连接的第一路由跳。MAG协助地址配置和来自/去往MN的数据传送。MAG在MN和LMA之间通过隧道传送分组，其扮演的角色类似于在MIPv4/6(RFC 3775)中规定的归属代理的角色。LMA是移动性锚。它将归属IP地址分配给MN并且是从与MN通信的通信节点发送的入站业务的入口点。
PMIPv6使用特定的前缀委托模型，该模型称为“每移动节点前缀(permobile node prefix)”。也就是说，向每个连接到PMIPv6域的MN分配唯一前缀，所述唯一前缀在移动性会话的寿命期间将是相同的。MN实际上连接在(LMA处的)归属链路上。通过在LMA与MAG之间的隧道传送(例如，IPv6中的IPv6(IPv6 in IPv6))来实现向MN的当前位置正确传送数据报。LMA还可向MN传送IPv4 HoA。在IPv6上的IPv4数据报的隧道传送也是可能的。
因此，未修改的IPv4主机可连接到PMIPv6域并获得移动性支持。但是，现有标准中未规定如何将HoA(归属地址)分配给IPv4移动主机，尤其是在运营商将LMA部署在载波级NAT(CGN)之后的情况下。CGN是一种NAT设备，通常由网络运营商布置在用户驻地设备(CPE)与公共互联网之间以将CPE私有IP地址、端口和标识符转换成外部IP地址、端口和标识符。当LMA在CGN之后时，CGN使得运营商能够将私有HoA分配给MN并能够在若干移动订户之间共享公共IP地址。相应地，仍需要一种方法来将正确的私有HoA分配给与部署了CGN的PMIPv6域相连的IPv4MN。
现在转到图1，示例性网络包括移动节点10，移动节点10通过链路R1连接到接入服务网络(ASN)30，接入服务网络(ASN)30通过链路R3连接到归属连通性服务网络(HCSN)40。示为虚线的链路R2是用于配置MN与H_AAA(归属验证授权)之间的验证关系的逻辑链路。它在网络进入时使用。外部NAT盒100、HCSN 40连接到外部互联网。
在移动节点处，实现面向MAG的DHCP客户端20，除了其他方面，DHCP客户端20，允许使用其HoA配置MN。
ASN 30包括通过链路R6连接到MAG 70的基站60。如所示出的，MAG与接入路由器(AR)和DHCP服务器80位于一处，它们面向移动节点处的DHCP客户端。
HCSN 40包括LMA 90、NAT盒100以及AAA服务器130。LMA与DHCP客户端110位于一处，DHCP客户端110面向NAT盒，并且NAT盒与DHCP服务器120位于一处，DHCP服务器120面向DHCP客户端110。
现在转到图2，其中示出的网络类似于图1的网络，只是DHCP中继(而不是DHCP服务器)与MAG位于一处，并且LMA与面向NAT盒的DHCP客户端以及面向ASN中的DHCP中继的DHCP服务器位于一处。
本发明的新方法使得LMA 90根据NAT拓扑执行MN 10的地址分配成为可能。当LMA 90接收到来自MAG 70的PBU时，LMA将选择要分配给MN的HoA(LMA可实际上仅选择归属网络前缀)。如在该方面使用的，术语HoA在此应指完整的HoA或归属网络前缀。经由LMA中的DHCP客户端110检索此HoA，如上所述，DHCP客户端110面向DHCP服务器120。DHCP服务器120可在NAT盒100中实现。
LMA 90将使用MN 10的NAI作为要包括在DHCP请求中的客户端ID的值。在LMA 90连接到若干NAT的情况下，它可以使用在PBU中接收的NAI来选择最适当的NAT以便为地址请求服务。除了其他因素外，可以根据以下因素中的任何因素选择不同的NAT盒：MN简档、服务要求，以及相应可用NAT盒的当前负荷。根据适用的选择因素，LMA可以例如从允许指定种类的应用的NAT盒请求地址。
在图1的网络中，DHCP服务器80(如所示的那样与MAG 70位于一处并面向MN处的DHCP客户端)通过参与与LMA 90的PBU/PBA交换来获得与移动节点的NAI关联的私有归属地址(HoA-priv)。DHCP服务器80在与该NAI所标识的移动节点的后续DHCP交换期间返回所述私有归属地址。
相比之下，在图2的网络中，DHCP中继85(如所示的那样与MAG 70位于一处并面向MN处的DHCP客户端20和LMA处的DHCP服务器115两者)向LMA 90中继与移动节点的DHCP交换。LMA又根据基于移动节点的NAI的PBU/PBA交换来执行私有归属地址分配。
参考图3，现在将描述在诸如图1的网络之类的网络中实现的根据本发明的一个实施例的消息流。本领域技术人员将理解，WiMax和WiFi网络(包括其他网络)是可在此方面中使用的网络类型的实例。
在单元200处，MN 10已接通网络接口的电源并且正在执行网络进入。在单元210处，发生二层附接和MN检测，并且MAG 70向LMA 90发送包含作为移动节点标识符的NAI的PBU消息。同一PBU消息包含MN链路层标识符、切换指示以及接入技术类型。
LMA在接收PBU时检验MN 10被允许获得PMIPv6服务并分配HoA。
更具体地说，LMA 90通过询问位于归属网络中并服务于一个或多个NAT的DHCP服务器(如服务器120)来获得私有HoA(HoA-priv)。用于DHCP握手(图3的单元221-224)的客户端ID是NAI。(NAI可被单独使用，或者例如与诸如链路层标识符和接入技术类型之类的参数结合使用。)
NAI的标准语法是“user@realm”。因此，NAI中包含的特定领域可用于向特定DHCP服务器发送DHCP请求。结果，可以以响应于NAI的特定值的方式执行NAT选择。
如果DHCP服务器地址未知，则调用DHCP发现阶段，该阶段在图中示为单元221(DHCP发现)和单元222(DHCP提供)。否则，DHCP握手包括单元223(DHCP请求，包括将客户端ID设置为等于移动节点的NAI)以及单元224(DHCP确认，包括私有归属地址)。
在单元230处，LMA 90已在来自DHCP服务器120的DHCP确认中接收到私有归属地址，并且LMA又向MAG 70发送PBA消息。该PBA消息包含私有归属地址HoA-priv，该私有归属地址被锚定在LMA处并使用常规ARP代理机制通过正确的CGN被路由。换言之，LMA 90针对地址对(HoA-priv，LMAmac@)执行ARP代理的角色。从CGN的角度，移动IP地址(HoA-priv)被绑定到LMA MAC地址(LMAmac@)。LMA的该代理行为的结果是对于CGN，移动节点似乎在其归属网络上，同时CGN将目的地为移动节点的分组转发到LMA的mac地址。LMA然后通过隧道向MAG传送分组。对于IP外部网络，使用由CGN在给定时间分配的公共IP地址来查看MN。
返回图3，在单元241-244处将看到，在MAG 70接收到包含HoA-priv的PBA之后，移动节点执行标准的DHCP消息交换以配置无线接口上的IPv4地址。该消息交换可能包括DHCP发现(单元241)和提供(单元242)消息以及始终包括请求(单元243)和确认(单元244)消息。如图所示，提供、请求和确认消息包括HoA-priv作为参数。
应指出的是，根据所建立的协议，将在被称为租用时间的规定的时间长度内，分配在图3的单元224处传送给LMA的HoA-priv。该时间长度可能是有限的或无限的(即，不受限制)。在图3的单元230处由LMA 90在PBA中发送给MAG 70的绑定的寿命被设置为等于归属地址的租用时间。然后，当在移动节点处配置归属地址时，将使用同一租用时间配置该归属地址。
如图3的底部所示，上述操作导致在MAG 70与LMA 90之间建立隧道260。取决于基础网络的寻址结构，此隧道中的传输可以例如是IPv4GRE或IPv6中的IPv4。但是，在移动节点与MAG之间的最后链路上的分组不会被隧道传送。(在此处所描述的情况中，它们是本机IPv4分组。)实际上，如单元250处所示，使用由MAG与MN之间的接入网络实现的普通层2机制来传送这些分组。如图3的单元280处所示，NAT盒(例如可以是CGN)执行网络的公共侧290和私有侧270之间的地址转换。
应指出的是，MN并不知道网络中发生的任何PMIPv6/NAT操作。如果必要，MN可以执行用于NAT发现的标准操作(如STUN)。也就是说，MN在某些情况下可能需要在应用级处理其IP地址，因为存在某些在其数据交换中使用IP地址的应用。在IP地址为私有类型的情况下，此类应用将不是自给自足的，而是将依赖因特网上的其他公共服务器来发现当前由CGN映射到私有地址的公共IP地址。例如，STUN服务器和协议通常用于该目的。在此描述的方法对此类协议的使用是透明的并且因而与这类应用兼容。

Claims (6)

1.一种由属于代理移动IP网络的LMA执行的方法，所述方法包括：
获得移动节点(MN)的NAI，所述移动节点(MN)：(i)作为IPv4主机运行并且(ii)寻求进入所述网络作为其归属网络；
向DHCP服务器发送DHCP请求，所述DHCP服务器：(i)位于所述网络内并且(ii)服务于至少一个NAT，其中所述DHCP请求包含客户端Id字段，并且所述客户端Id字段被设置为等于所述NAI；
接收来自所述DHCP服务器的DHCP确认消息中的私有HoA；以及
在代理绑定确认(PBA)消息中将所述私有HoA发送给与所述MN相连的移动接入网关(MAG)。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述LMA在来自所述MAG的代理绑定更新(PBU)消息中获得所述移动节点(MN)的所述NAI。
3.如权利要求1所述的方法，还包括与所述MAG建立IPv4GRE隧道，以便转发去往和来自所述移动节点(MN)的分组。
4.如权利要求1所述的方法，还包括与所述MAG建立IPv6I中的Pv4隧道，以便转发去往和来自所述移动节点(MN)的分组。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述DHCP服务器服务于所述NAI确定的特定NAT。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述私有HoA是私有归属网络前缀。
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