CN104244246B - 一种在家庭网络外使用家庭网络上网的方法和无线盒子 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种在家庭网络外使用该家庭网络接入因特网的方法，该方法在小区中部署二层网络，并且对该二层网络进行恰当的配置，同时还需要结合本发明的目的设计一款新型的无线盒子，使得小区用户能够共享小区资源，在小区无线网络覆盖到的范围内，对已经在家办理过包月服务上网的用户而言，能高速的免费上internet网络，充分利用小区搭建的网络平台。

Description

一种在家庭网络外使用家庭网络上网的方法和无线盒子

技术领域

本发明涉及移动上网技术领域，尤其涉及一种在家庭网络外使用家庭网络接入因特网的方法以及一种无线盒子。

背景技术

随着移动互联网的进一步发展，手持终端设备接入互联网的需求愈来愈强烈。目前很多用户在家里搭建了自己的WI-FI无线网络，该无线网络的出口路由器连接到宽带运营商。一般用户都会采取包月或者包年不限流量的方式接入因特网。用户只要在自己搭建的WI-FI网络无线信号覆盖范围之内，都能够不限流量的通过包月或者包年的帐号连接到因特网。但是一旦用户移动到家庭网络之外，即在自家搭建的WI-FI网络信号无法覆盖的地方要连到因特网，要么通过运营商提供的WI-FI接入，要么通过3G/4G网络接入，但这些接入方式都需要收取额外的费用，另外网络速率可能还无法得到保证。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种在家庭网络外使用该家庭网络接入因特网的方法和一种无线盒子。

该方法包括：在该小区网络部署若干接入交换机、一个以上汇聚或核心交换机、若干无线盒子以及认证服务器；家庭网络出口路由器的LAN口连接到各自的接入交换机，无线盒子连接到各自的接入交换机，接入交换机连接到汇聚或者核心交换机，认证服务器连接到自身对应的接入交换机，或者汇聚或核心交换机；

将接入交换机连接家庭出口路由器的接口设置为ACCESS口，所述ACCESS口所属的VLAN为该家庭归属的VLAN，其中，每个家庭归属的VLAN为预先分配好的VLAN；将接入交换机连接汇聚或者核心交换机的接口设置为Trunk口，所述Trunk口所属的VLAN为小区所有家庭分别归属的VLAN；将接入交换机连接无线盒子的接口设置为Trunk口，所述Trunk口所属的VLAN为小区所有家庭分别归属的VLAN；将汇聚或者核心交换机连接接入交换机的接口设置为Trunk口，所述Trunk口所属的VLAN为小区所有家庭分别归属的VLAN；

在认证服务器上配置各家庭的用户名、密码以及该家庭归属VLAN的对应关系；

当用户携带无线终端移动到在自身家庭网络之外的小区中，使用该家庭网络接入因特网时，用户无线终端接收用户输入的用户名和密码，封装携带该用户名和密码的接入认证报文并将其发送到无线盒子；

无线盒子从自身的WLAN-BSS接口接收到接入认证报文后，学习到该无线终端的MAC地址，并将认证报文发送至认证服务器；

认证服务器接收到用户发送的接入认证报文后，根据本地保存的用户名、密码信息对其进行认证；如果接入认证报文中的用户名和密码与本地保存的一致，则认证通过，并将该用户名和密码对应的VLAN携带在认证结果报文中反馈给无线盒子；

无线盒子接收到解析出认证结果报文中的VLAN信息，建立所述学习到的MAC地址和该VLAN的对应关系，并将该无线终端的认证状态标记为通过；

无线终端接收到认证通过的认证结果报文后，发送接入因特网的上行报文；

无线盒子从自身的WLAN-BSS接口接收无线终端发送的上行报文后，根据该上行报文的源MAC地址对该报文标记上与该MAC地址对应的VLAN信息，进行相应转发；

小区网络中的接入交换机、汇聚或者核心交换机根据报文的MAC地址、VLAN信息以及预先设置的接口属性对上行报文进行二层转发；

用户家庭网络的出口路由器接收与其相连的接入交换机Access口剥离掉VLAN头后的上行报文，进行对应的处理。

该方法进一步包括，用户家庭网络的出口路由器将目的MAC地址为用户无线终端的下行报文发送给接入交换机；

接入交换机的Access口接收到该下行报文后打上其所属的VLAN头后按照该下行报文的目的MAC地址进行转发，小区网络的其他交换机根据MAC地址、VLAN头以及预先设置的接口属性对该下行报文进行二层转发；

无线盒子接收到该下行报文后，根据本地保存的二层信息表将该下行报文发送给无线终端。

本发明还提供一种无线盒子，该无线盒子使得用户在家庭网络外通过其家庭网络接入因特网，所述无线盒子包括：

认证消息处理模块，用于在接收到用户无线终端发送的接入认证报文后，学习到该无线终端的MAC地址，并将接入认证报文发送至认证服务器，使得认证服务器根据本地保存的用户名、密码信息对其进行认证，且返回认证结果；该认证消息处理模块还接收认证服务器返回的认证结果；

控制模块，用户根据该认证结果中携带的VLAN信息建立所述学习到的MAC地址和该VLAN的对应关系，并将该无线终端的认证状态标记为通过；所述认证结果中携带的VLAN信息是认证服务器在接入认证报文中的用户名和密码与本地保存的一致时，才将该用户名和密码对应的VLAN携带在认证结果报文中反馈给无线盒子的；

无线模块，用于在无线终端采用无线信号接入因特网时，根据该无线终端的源MAC来对其发送的上行报文标记上与该MAC地址对应的VLAN信息；

二层转发模块，用于对标记有VLAN信息的上行报文进行二层转发。

该二层转发模块，还用于对下行报文进行二层转发；所述无线模块，还用于对下行报文剥离掉VLAN头发送给无线终端。

相较于现有技术，本发明方案在小区中搭建网络平台，从而使得小区住户能够共享该小区的网络平台资源，利用自己的家庭网络接入到Internet网络。

附图说明

图1是小区网络示例图。

图2是包含交换机接口属性信息的小区网络示例图。

图3是本发明实施例流程图。

图4是本发明实施例的示例网络图。

图5是本发明实施例对应举例图。

具体实施方式

针对背景技术中提到的问题，发明人思考是否能有一种解决方案：即便在用户家庭网络不能覆盖到的区域，比如说用户所居住小区的公共区域等，用户也能通过自身的家庭网络接入到Internet网络，如此就不用再付包年或者包月费用外的费用来上网。

针对这个问题，发明人经过仔细构思，最终设计出了一套方案。该方案以智慧小区为契机，在小区中搭建网络平台，从而使得小区住户能够共享该小区的网络平台资源，利用自己的家庭网络接入到Internet网络。以下通过具体的实施例详细说明。

首先，需要搭建合适的小区网络。本发明实施例按照如下方式构建小区网络：在小区中部署若干接入交换机、一个以上汇聚或核心交换机、若干无线盒子以及认证服务器；家庭网络出口路由器的LAN口连接到各自的接入交换机，无线盒子连接到各自的接入交换机，接入交换机连接到汇聚或者核心交换机，认证服务器连接到自身对应的接入交换机，或者汇聚或核心交换机。该网络中的无线盒子是一种为满足本发明目的设计的新型产品，具体结构以及功能下文详细描述。

请参图1示例的小区网络图。与用户A家庭网络出口路由器相连的接入交换机11连接核心或者汇聚交换机10，该接入交换机11还将用户B的家庭网络接入小区网络；与核心或者汇聚交换机10连接的接入交换机12和接入交换机13分别连接无线盒子21、22、23。认证服务器直接与核心或汇聚交换机10连接。小区网络根据小区规模大小部署不等数量的接入交换机、核心/汇聚交换机。

在小区中部署合适数量的各种交换机只是实现本发明目的的第一步，使该小区网络按照本发明目的运转起来还需要对该网络进行合适的配置。本发明实施例的配置过程如下：将接入交换机连接家庭出口路由器的接口设置为ACCESS口，该ACCESS口所属的VLAN为该家庭归属的VLAN，其中，每个家庭归属的VLAN为预先分配好的VLAN，这个可以由小区的网络管理员统一规划，一般一个家庭分得唯一一个VLAN资源。将接入交换机连接汇聚或者核心交换机的接口设置为Trunk口，该Trunk口所属的VLAN为所有家庭分别归属的VLAN；将接入交换机连接无线盒子的接口设置为Trunk口，所述Trunk口所属的VLAN为所有家庭分别归属的VLAN；将汇聚或者核心交换机连接接入交换机的接口设置为Trunk口，所述Trunk口所属的VLAN为所有家庭分别归属的VLAN。如果管理员给小区100个家庭分别分配了不同的VLAN资源：VLAN1，VLAN2，……VLAN99，VLAN100，则所述Trunk口所属的VLAN为VLAN1至VLAN100这100个VLAN。

以下结合图2，对各个交换机配置的接口属性进行说明。接入交换机11的P1接口为Access口，假设给用户A家庭分配的VLAN为VLAN100，则该Access口所属的VLAN为VLAN100；同样的，接入交换机11的P2接口也是Access口，所述的VLAN为用户B家庭分配的VLAN；接入交换机11的P3接口为Trunk口；核心/汇聚交换机的接口P4、P5、P6、P7均为Trunk口；与无线盒子连接的接入交换机12的接口P8～P10，接入交换机13的接口P11～P12也均为Trunk口。每个Trunk口所属的VLAN包括小区所有家庭分配到的VLAN。

上述小区组网和配置不涉及用户家庭网络的任何改动，用户家庭网络完全是继承现有的网络。

小区网络构建和配置完成后，对于该网络中的认证服务器也需要做一定的配置。具体地，在该认证服务器上保存每个家庭的用户名、密码以及该家庭分得的VLAN资源的信息表，请参表1的一个例子。这里每个家庭分得的VLAN和与家庭网络相连的接入交换机Access口所属的VLAN相同，这将保证不同的用户只能接入自己的家庭网络连接因特网。

用户名	密码	VLAN
			zhangsan	123456	124
lisi	111111	236
			…	…	…

表1

需要说明的是，从安全的角度考虑，这里的用户名和密码不是运营商提供给用户上网的帐号以及密码。用户家里运营商提供的上网帐号以及密码仅保存在用户家庭网络出口路由器上，在本发明方案中不用此用户名与密码，以避免泄漏的可能。

以下详细介绍本发明实施例涉及的新型无线盒子。请参图4，该无线盒子从逻辑上来看，包括以下模块：认证消息处理模块、控制模块、无线模块和二层转发模块。这些模块可以由软件程序实现。

当用户携带无线终端移动到小区时，通常该用户将处于某一无线盒子信号覆盖的范围。该无线盒子的各模块分别执行以下操作。

认证消息处理模块接收到用户无线终端发送的接入认证报文后，学习到该无线终端的MAC地址，并将接入认证报文发送至认证服务器，由认证服务器根据本地保存的用户名、密码信息对其进行认证，然后返回认证结果；该认证消息处理模块还接收认证服务器返回的认证结果。

控制模块根据该认证结果中的信息进行相应的配置下发动作。用户根据该认证结果中携带的VLAN信息建立所述学习到的MAC地址和该VLAN的对应关系，并将该无线终端的认证状态标记为通过；所述认证结果中携带的VLAN信息是认证服务器在接入认证报文中的用户名和密码与本地保存的一致时，才将该用户名和密码对应的VLAN携带在认证结果报文中反馈给无线盒子。

无线模块在无线终端采用无线信号接入因特网时，根据该无线终端的源MAC来对其发送的上行报文标记上与该MAC地址对应的VLAN信息；对下行报文则剥离掉VLAN头发送给无线终端。

二层转发模块对标记有VLAN信息的上行报文进行二层转发；对下行报文进行二层转发。该二层转发模块的功能和现有交换机的二层转发模块相同，不再详细赘述。

在上述无线盒子设计完成、小区网络搭建且配置完成后，下面结合图3的流程图进一步介绍小区用户在小区中如何通过无线盒子并结合构建的二层小区网络实现通过自己家中网络上网的目的。

S301、当用户携带无线终端移动到自身家庭网络之外的小区中，使用该家庭网络接入因特网时，用户无线终端接收用户输入的用户名和密码，封装携带该用户名和密码的接入认证报文并将其发送到无线盒子。

S302、无线盒子从自身的WLAN-BSS接口接收到接入认证报文后，学习到该无线终端的MAC地址，并将认证报文发送至认证服务器。

S303、认证服务器接收到用户发送的接入认证报文后，根据本地保存的用户名、密码信息对其进行认证；如果接入认证报文中的用户名和密码与本地保存的一致，则认证通过，并将该用户名和密码对应的VLAN携带在认证结果报文中反馈给用户。

S304、无线盒子接收到解析出认证结果报文中的VLAN信息，建立所述学习到的MAC地址和该VLAN的对应关系，并将无线终端的认证状态标记为通过。

S305、无线终端接收到认证通过的认证结果报文后，发送接入因特网的上行报文。

S306、无线盒子从自身的WLAN-BSS接口接收无线终端发送的上行报文后，根据该上行报文的源MAC地址对该报文标记上与该MAC地址对应的VLAN信息，进行相应转发。

S307、小区网络中的接入交换机、汇聚或者核心交换机根据报文的MAC地址、VLAN信息以及预先设置的接口属性对上行报文进行二层转发。

S308、用户家庭网络的出口路由器接收与其相连的接入交换机Access口剥离掉VLAN头后的上行报文，进行对应的处理。

S309、用户家庭网络的出口路由器将目的MAC地址为用户无线终端的下行报文发送给接入交换机。

S310、接入交换机的Access口接收到该下行报文后打上其所属的VLAN头后按照该下行报文的目的MAC地址进行转发，小区网络的其他交换机根据MAC地址、VLAN头以及预先设置的接口属性对该下行报文进行二层转发。

S311、无线盒子接收到该下行报文后，根据本地保存的二层信息表将该下行报文发送给无线终端。

请参图5，结合本发明实施例的网络示意图对图3的流程进行进一步的说明。用户张三手持无线终端phone1移动出家庭无线网络的覆盖范围而移动到小区时，该phone1将接收到小区的无线盒子发出的无线信号。用户在无线终端上输入用户名和密码进行802.1x或者是其他类似协议的认证。以下以802.1x协议进行说明。

无线盒子对802.1x认证过程进行终结，将收到的EAP报文中的移动客户端认证信息封装在标准的RADIUS报文中，与认证服务器进行交互。该EAP报文头的源MAC地址为phone1的MAC地址，认证信息包括用户名zhangsan，密码123456。无线盒子在自身收到上述EAP报文的WLAN-BSS接口上学习到phone1的MAC地址。无线盒子将上述认证信息发送到认证服务器。由于认证服务器上预先保存好如表1的信息，所以认证服务器将RADIUS报文中的用户名zhangsan，密码123456信息和本地保存的表1中的信息进行匹配。由于张三输入的用户名和密码正确，所以匹配成功。认证服务器将反馈认证通过的报文，并且还会将表1中对应该用户名的VLAN信息发送给无线盒子。该无线盒子收到服务器反馈的信息后，将该无线终端设置为认证通过状态，允许其所有报文转发，并且下发该无线终端所属VLAN的配置信息，请参表2。

无线终端MAC地址	无线终端所属VLAN	认证状态
			Phone1的MAC地址	124	通过
…	…	…

表2

类似地，如果用户李四携带无线终端phone2在同一个无线盒子信号覆盖的范围内也进行了张三同样的操作；则上述表2进一步增加一条表项，请参表3。

无线终端MAC地址	无线终端所属VLAN	认证状态
			Phone1的MAC地址	124	通过
Phone2的MAC地址	236	通过
			…	…	…

表3

如果张三的妻子携带phone3在同一个无线盒子信号覆盖的范围内也想上网，则其可以输入家庭的用户名zhangsan，密码123456进行认证，认证服务器同样会反馈认证通过，并且下发VALN信息；这样表3进一步增加一条新的表项，请参表4。

无线终端MAC地址	无线终端所属VLAN	认证状态
			Phone1的MAC地址	124	通过
Phone2的MAC地址	236	通过
			Phone3的MAC地址	124	通过
…	…	…

表4

从表2～表3可以看出，本发明实施例无线盒子的同一个WLAN-BSS接口下的多个无线终端可以分别属于不同的VLAN，不同MAC地址的无线终端也可以属于相同的VLAN。需要说明的是，上述用户无线终端对应的VLAN和其用户家庭所归属的VLAN一致。

张三在需要上网时，其发送的上行报文将通过小区的网络发送到其家庭网络中。比如说，张三的phone1手机认证通过后发出相应的DHCP报文获取IP地址；无线盒子从WLAN-BSS接口上收到此DHCP报文后，结合表4的信息根据源MAC地址打上相应的VLAN TAG后，再进行相应的转发。小区所搭建的二层网络根据该DHCP报文的地址和VLAN信息进行二层转发。由于和张三家庭路由器连接的接入交换机的接口为属于张三家VLAN的Access口，所以张三phone1发送的带其家庭VLAN的DHCP报文能被剥离掉VLAN后从该Access口发送给张三家的出口路由器。这就如同张三在自己家中上网一样：张三家的电脑在上网时，上行数据报文也是被发送到该出口路由器，然后由出口路由器按照现有技术执行相应的处理。对于DHCP报文，通常家中的出口路由器会使能DHCP Server功能，给张三的phone1手机分配IP地址。后续返回的下行数据，即DHCP报文先由接入交换机的Access口打上对应的VLAN TAG，而后由小区网络进行二层转发到无线盒子上；无线盒子接收到该报文后剥离掉VLAN TAG发送给phone1。phone1获取到IP地址后，就可以开始上网了。比如说，张三手持phone1在小区凉亭中要上新浪网，其发送给该网站的上行报文被打上张三家的VLAN头后，通过小区的二层网络发送到张三的家庭网络中，然后再由其家庭网络中的出口路由器将该上行报文发送到该网站的服务器；该网站的服务器发送的下行报文先到达张三的家庭网络后，被打上张三家的VLAN头后由小区的二层网络进行转发，最终通过无线盒子发送到张三的phone1手机。

综上，用户上网时候的上行数据通过分配的VLAN穿过小区网络，被剥离掉VLAN信息后到达自身的家庭出口路由器，然后由该出口路由器按照现有技术提供上网服务，如同用户在家中上网一样；下行的数据流量到达用户家庭的出口路由器，然后通过分配的VLAN穿过小区网络到达用户接入的无线盒子，最终到达用户的无线终端phone1。所以当小区开发商建立这样的一个网络后，小区用户便可以低成本，效果优的接入Internet。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (4)

1.一种在家庭网络外使用该家庭网络接入因特网的方法，该方法应用于小区网络，其特征在于，该方法包括：

在该小区网络部署若干接入交换机、一个以上汇聚或核心交换机、若干无线盒子以及认证服务器；家庭网络出口路由器的LAN口连接到各自的接入交换机，无线盒子连接到各自的接入交换机，接入交换机连接到汇聚或者核心交换机，认证服务器连接到自身对应的接入交换机，或者汇聚或核心交换机；

将接入交换机连接家庭出口路由器的接口设置为Access口，所述Access口所属的VLAN为该家庭归属的VLAN，其中，每个家庭归属的VLAN为预先分配好的VLAN；将接入交换机连接汇聚或者核心交换机的接口设置为Trunk口，所述Trunk口所属的VLAN为小区所有家庭分别归属的VLAN；将接入交换机连接无线盒子的接口设置为Trunk口，所述Trunk口所属的VLAN为小区所有家庭分别归属的VLAN；将汇聚或者核心交换机连接接入交换机的接口设置为Trunk口，所述Trunk口所属的VLAN为小区所有家庭分别归属的VLAN；

在认证服务器上配置各家庭的用户名、密码以及该家庭归属VLAN的对应关系；

当用户携带无线终端移动到在自身家庭网络之外的小区中，使用该家庭网络接入因特网时，用户无线终端接收用户输入的用户名和密码，封装携带该用户名和密码的接入认证报文并将其发送到无线盒子；

无线盒子从自身的WLAN-BSS接口接收到接入认证报文后，学习到该无线终端的MAC地址，并将该接入认证报文发送至认证服务器；

认证服务器接收到用户发送的接入认证报文后，根据本地保存的用户名、密码信息对其进行认证；如果接入认证报文中的用户名和密码与本地保存的一致，则认证通过，并将该用户名和密码对应的VLAN携带在认证结果报文中反馈给无线盒子；

无线盒子接收到解析出认证结果报文中的VLAN信息，建立学习到的MAC地址和该VLAN的对应关系，并将该无线终端的认证状态标记为通过；

无线终端接收到认证通过的认证结果报文后，发送接入因特网的上行报文；

无线盒子从自身的WLAN-BSS接口接收无线终端发送的上行报文后，根据该上行报文的源MAC地址对该报文标记上与该MAC地址对应的VLAN信息，进行相应转发；

小区网络中的接入交换机、汇聚或者核心交换机根据报文的MAC地址、VLAN信息以及预先设置的接口属性对上行报文进行二层转发；

用户家庭网络的出口路由器接收与其相连的接入交换机Access口剥离掉VLAN头后的上行报文，进行对应的处理。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括，

用户家庭网络的出口路由器将目的MAC地址为用户无线终端的下行报文发送给接入交换机；

接入交换机的Access口接收到该下行报文后打上其所属的VLAN头后按照该下行报文的目的MAC地址进行转发，小区网络的其他交换机根据MAC地址、VLAN头以及预先设置的接口属性对该下行报文进行二层转发；

无线盒子接收到该下行报文后，根据本地保存的二层信息表将该下行报文发送给无线终端。

3.一种无线盒子，该无线盒子使得用户在家庭网络外通过其家庭网络接入因特网，应用于小区网络，其特征在于，在该小区网络部署若干接入交换机、一个以上汇聚或核心交换机、若干无线盒子以及认证服务器；家庭网络出口路由器的LAN口连接到各自的接入交换机，无线盒子连接到各自的接入交换机，接入交换机连接到汇聚或者核心交换机，认证服务器连接到自身对应的接入交换机，或者汇聚或核心交换机；在所述认证服务器上配置各家庭的用户名、密码以及该家庭归属VLAN的对应关系；所述无线盒子包括：

认证消息处理模块，用于在接收到用户无线终端发送的接入认证报文后，学习到该无线终端的MAC地址，并将接入认证报文发送至认证服务器，使得认证服务器根据本地保存的用户名、密码信息对其进行认证，且返回认证结果；该认证消息处理模块还接收认证服务器返回的认证结果；

控制模块，用于根据该认证结果中携带的VLAN信息建立学习到的MAC地址和该VLAN的对应关系，并将该无线终端的认证状态标记为通过；所述认证结果中携带的VLAN信息是认证服务器在接入认证报文中的用户名和密码与本地保存的一致时，才将该用户名和密码对应的VLAN携带在认证结果报文中反馈给无线盒子的；

无线模块，用于在无线终端采用无线信号接入因特网时，根据该无线终端的源MAC来对其发送的上行报文标记上与该MAC地址对应的VLAN信息；

二层转发模块，用于对标记有VLAN信息的上行报文进行二层转发。

4.如权利要求3所述的无线盒子，其特征在于，所述二层转发模块，还用于对下行报文进行二层转发；所述无线模块，还用于对下行报文剥离掉VLAN头发送给无线终端。