CN104980916A - 一种标识网移动接入方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种标识网移动接入方法，移动节点通过边缘路由器的路由器通告信息判定是否发生移动；若移动，移动节点向该边缘路由器发起注册，边缘路由器同时代理其向映射服务器注册；映射服务器向移动节点前一边缘路由器推送新映射信息。对端通信节点通过其所接入的边缘路由器向移动节点发送的数据被发送至移动节点前一边缘路由器，前一边缘路由器重新封装该数据并转发至移动节点当前边缘路由器；前一边缘路由器通过映射服务器向对端通信节点所在边缘路由器推送移动节点的新映射信息；对端通信节点后续发出的数据在其边缘路由器按新映射信息直接向当前边缘路由器发送。移动节点向对端通信节点发送的数据，通过所接入的边缘路由器正常发送。

Description

一种标识网移动接入方法
技术领域
本发明涉及一种标识网移动接入方法，在网络层面实现身份与位置分离的标识网中，移动终端的移动性管理和接入访问，属于通信网络技术。
背景技术
在传统的IP网络中，通常使用移动IP(MIP)技术在网络层解决终端的移动接入问题。在MIP中，引入家乡代理和外地代理，终端的IP地址不随位置变化而变化，当终端在网络中漫游时，能够在IP地址不发生改变的同时保持通信不中断，网络中终端之间的数据通信采用隧道技术封装并发送。移动IP实现简单，部署也比较容易，但在数据的通信过程中产生了三角路由，增加了数据传输的时延。
传统的IP网络，其IP地址具有身份和位置双重属性，导致其在网络可扩展性、安全性、移动性和可管可控性上的一系列问题。因此将身份与位置分离，重新构建网络路由机制的标识网技术成为业界的热门正在兴起，例如LISP、HIP和Shim6等技术。LISP技术为基于网络边缘的解决方案，由于不需要对终端协议栈进行大量修改，因此基于LISP的各种技术成为主流。LISP协议最初设计思想是仅用于应对全球路由表日益膨胀和路由可扩展问题，并没有提供移动上的支持。直到在2009年由D.Farinacci、V.Fuller、D.Lewis等人提出的草案(即LISP_MN)中提供了对LISP协议的移动性支持。该草案的基本思想是：通过修改网络终端TCP/IP协议栈，使移动节点MN具有边缘路由器XTR的部分功能：一是终端能够实现对网络数据的封装和解封功能，二是终端能存储部分映射条目。LISP_MN及各种衍生技术虽然可以很好的支持终端的移动性，但是其在整个通信过程需要进行两次MS查找和两次数据封装，并且需要对现有终端协议栈进行修改。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种标识网移动接入方法，建立在基于身份与位置分离的网络实现基础上，在新型IP网络中实现高效、安全的移动接入。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种标识网移动接入方法，该移动接入的标识网和核心网包括如下网元：
边缘标识网内包括移动节点MN和对端通信节点CN，MN和CN均使用端点标识地址EID编址；
核心网内包括核心网路由器和映射服务器MS，核心网路由器和和MS使用路由位置符地址RLOC编址，MS维护标识映射表；
边缘路由器XTR跨接在边缘标识网和核心网上，包括移动节点当前漫游位置边缘路由器XTR-B、移动节点上一漫游位置边缘路由器XTR-A和对端通信节点所属边缘路由器XTR-Cor；XTR连接标识网的端口使用EID编址，XTR连接核心网的端口使用RLOC编址；所有XTR各自维护本地终端表和映射缓存表；
该移动接入方法包括如下过程：移动感知和注册过程，对端通信节点向移动节点发送数据过程，移动节点向对端通信节点发送数据过程，各个过程具体包括如下步骤：
(1)移动感知和注册过程具体包括如下步骤：
(11)发现移动：MN接收XTR-B发送的路由器通告，该路由器通告为XTR-B周期性发送的信息或者为XTR-B对MN发出的路由器请求信息的应答；MN将路由器通告中的XTR地址作为自己的默认网关，并根据路由器通告中的XTR的EID前缀是否发生变化确认自己是否发生移动，若XTR的EID前缀发生变化则表明MN发生移动，若XTR的EID前缀没有发生变化则表明MN没有发生移动；如果MN发生移动，则进入步骤(12)；
(12)注册一：MN向XTR-B发起注册，注册信息包括MN的EID；XTR-B接收到注册信息后，将MN注册到本地终端表，进入步骤(13)；
(13)注册二：XTR-B代理MN向MS注册，注册信息包括MN的EID和XTR-B的RLOC；在MS的映射表中：若没有该MN的映射信息，则加入该MN的映射信息；若有该MN的映射信息，且该MN的映射信息中的RLOC(即XTR-A的RLOC)与注册信息中的RLOC(即XTR-B的RLOC)不同，则进入步骤(14)；
(14)注册三：MN的映射信息中的RLOC对应的XTR为XTR-A，注册信息中的RLOC对应的XTR为XTR-B；首先，MS向XTR-A推送映射更新信息，映射更新信息包括MN的EID和XTR-B的RLOC；然后，XTR-A在其映射缓存表中添加映射更新信息，XTR-A同时删除其本地终端表中对应MN的EID；最后MS更新自身关于该MN的映射信息；
(2)对端通信节点向移动节点发送数据过程具体包括如下步骤：
(21)发送：CN通过XTR-Cor向MN发送数据，首先XTR-Cor通过本地查询映射缓存表或远程查询MS获得MN的映射信息，然后XTR-Cor根据MN的映射信息对数据进行隧道封装，隧道终点为映射信息中目的EID对应的RLOC，进入步骤(22)；
(22)接收：隧道终点的XTR-x对数据进行隧道解封，并按照数据包中的目的EID先后查询本地终端表和映射缓存表：如果在本地终端表中查询到目的EID，则将数据转发至本地边缘标识网；如果没有在本地终端表中查询到目的EID，则继续查询映射缓存表：若没有在映射缓存表中查询到目的EID，则丢弃该数据；若在映射缓存表中查询到目的EID，则表明XTR-x为MN的XTR-A，进入步骤(23)；
(23)转发一：XTR-A对数据重新进行隧道解封，隧道终点为映射缓存表中目的EID对应的RLOC，也即XTR-B；XTR-B对数据进行隧道解封，并按照数据包中的目的EID查询本地终端表，如查询到目的EID，则将数据转发至本地边缘标识网，进入步骤(24)，否则丢弃该数据；
(24)转发二：XTR-A向MS发送触发更新推送信息，触发更新推送信息包括MN的EID和XTR-Cor的RLOC，进入步骤(25)；
(25)转发三：MS接收到触发更新推送信息后，按MN的EID在标识映射表中查询对应的RLOC(即XTR-B的RLOC)，MS将MN的EID和查询到的RLOC作为新映射信息(EID，RLOC)向XTR-Cor推送，进入步骤(26)；
(26)后续发送和接收：XTR-Cor接收到MS推送的新映射信息后，在映射缓存表中更新对应条目，并以新映射信息对后续数据进行隧道封装，隧道终点为XTR-B，XTR-B对后续数据进行隧道解封并转发至MS；
(3)移动节点向对端通信节点发送数据过程具体包括如下步骤：
(31)若CN为非移动节点，则MS通过XTR-B按映射查询、隧道封装、隧道解封的过程正常发送；
(32)若CN为移动节点，则发送与接收过程与步骤(2)相同。
所述XTR中的映射缓存表，缓存近期访问过的终端的EID对应的XTR的RLOC，来源于MS查询的结果或MS推送的映射更新，可抑制对MS的频繁访问；映射缓存表的每一个条目均具有生存周期，若在生存周期内未被查询或未得到更新，则删除该条目；删除该条目后，若边缘标识网内终端欲再访问该条目对应EID，则需XTR向MS重新查询，因此生存周期的存在可以维护映射缓存表的新颖性。
所述XTR中的本地终端表，存储本地边缘标识网内终端的EID；XTR收到外来数据后，可通过查询本地终端表判断是否向本地边缘标识网转发数据。
有益效果：本发明提供的标识网移动接入方法，具有如下四方面的优势：1、高效：移动中通信不中断的同时，数据传输仅需一层隧道封装，相比LISP-MN，额外开销小；2、简单：对终端来讲，无需修改协议栈；3、避免三角路由：映射服务器参与移动性管理，使得对端通信节点发出的数据无需使用家乡代理中转，避免了MIP中的三角路由；同时通过MS向对端通信节点所在边缘路由器及时推送映射更新信息，该边缘路由器可及时调整隧道终点，获得最佳路由；4、安全：由于映射服务器在身份与位置分离的标识网中天然存在，边缘路由器与映射服务器之间的通信安全可信，本方法中边缘路由器之间对映射信息的交互通过映射服务器来中转，避免了不安全的交互。
附图说明
图1为本发明中移动接入系统组成示例图；
图2为未移动时的通信流程图；
图3为本发明中移动接入流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1所示为一种标识网移动接入系统，包括如下网元：
边缘标识网内包括移动节点MN和对端通信节点CN，MN和CN均使用端点标识地址EID编址；
核心网内包括映射服务器MS，MS使用路由位置符地址RLOC编址，MS维护标识映射表；
边缘路由器XTR跨接在边缘标识网和核心网上，包括移动节点当前漫游位置边缘路由器XTR-B、移动节点上一漫游位置边缘路由器XTR-A和对端通信节点所属边缘路由器XTR-Cor；XTR连接标识网的端口使用EID编址，XTR连接核心网的端口使用RLOC编址；所有XTR各自维护本地终端表和映射缓存表；
RLOC为路由位置符地址，为传统IP地址；EID则用来标识终端身份，也可使用IP编址，可在网段上与RLOC分离。
所述XTR中的映射缓存表，缓存近期访问过的终端的EID对应的XTR的RLOC，来源于MS查询的结果或MS推送的映射更新，可抑制对MS的频繁访问；映射缓存表的每一个条目均具有生存周期，若在生存周期内未被查询或未得到更新，则删除该条目；删除该条目后，若边缘标识网内终端欲再访问该条目对应EID，则需XTR向MS重新查询，因此生存周期的存在可以维护映射缓存表的新颖性。
所述XTR中的本地终端表，存储本地边缘标识网内终端的EID，来源于本地边缘标识网内MN的注册操作；XTR收到外来数据后，可通过查询本地终端表判断是否向本地边缘标识网转发数据。
未发生移动时，MN和CN之间的通信流程如图2所示，其步骤如下：
1、对端通信节点CN欲向移动节点MN发送IP包，其IP报文如表1(报头仅显示地址域)：
表1 XTR-B边缘标识网内MN发送的IP报文
2、边缘路由器XTR-Cor收到该IP包。如在其本地终端表中查询到EID-MN，则直接转发至本地边缘标识网内；否则查询映射缓存表，如查询到EID-MN对应RLOC-A，则转至步骤4；若均未查询到EID-MN，则向映射服务器发送映射查询请求消息，如表2所示：
表2 映射查询请求消息
3、映射服务器MS在其标识映射表中查询EID-MN对应的RLOC，并向XTR-Cor反馈映射查询应答消息，如表3所示：
表3 映射查询应答消息
4、XTR-Cor查询到EID-MN对应的RLOC-Cor后，将CN发来的IP包进行隧道封装发送，隧道终点为XTR-A，封装后的数据如表4所示：
表4 隧道封装后的数据包
IP外层报头 IP内层报头 负荷
源IP地址 目的IP地址 源IP地址 目的IP地址
RLOC-Cor RLOC-A EID-CN EID-MN IP data
5、XTR-A收到该隧道包后，将其解封，并以EID-MN查询本地终端表，如查询到，则转发至本地边缘标识网，否则丢弃。转发包的IP报文结构同表1。
MN向CN发送数据的流程与上述流程相同。
在通信过程中，MN从XTR-A边缘标识网移动至XTR-B边缘标识网后，MN和CN之间的后续通信流程如图2所示，其步骤如下
1、MN接收到XTR-B在边缘标识网的端口发出的路由器通告信息，此信息可能为XTR-B周期性发送，也可能为对MN发出的路由器请求消息的响应。移动节点将通告中的边缘路由器地址作为自己的默认网关，并根据通告信息中路由器EID前缀是否变化确认是否移动到新的位置。
2、移动节点MN向当前边缘路由器XTR-B发起注册，注册信息内容包括MN的EID；XTR-B接收到注册信息后，将该EID加入到本地终端表。
3、XTR-B将MN的EID和XTR-B的RLOC捆绑在一起向映射服务器MS注册，注册消息如表5所示：
表5 注册消息
4、映射服务器MS更新其映射表，并向该条目中原先对应的RLOC(即前一边缘路由器XTR-A的RLOC)推送映射更新消息，如表6所示：
表6 映射更新消息
5、XTR-A在映射缓存表中添加该映射信息(EID-MN，RLOC-B)，并删除其本地终端表中原有EID-MN项。
6、对端通信节点CN继续通过其所接入的边缘路由器XTR-Cor向移动节点MN发送数据，XTR-Cor的映射缓存表中尚未更新EID-MN对应的RLOC，仍为前一XTR的RLOC地址——RLOC-A，根据映射信息将数据进行隧道封装，隧道终点为查询所得RLOC-A，称为第一隧道，其数据包格式如表7所示。
表7 第一隧道数据包
7、隧道中转：第一隧道终点XTR-A解封第一隧道数据，并按数据包中的目的EID-MN先后查询本地终端表和映射缓存表；由于在第5步骤中的操作，(EID-MN，RLOC-B)项将在映射缓存表中被查询到，XTR-A据此重新使用隧道封装该数据并转发至RLOC-B，称为第二隧道，其数据包格式如表8所示：
表8 第二隧道数据包
8、第二隧道终点XTR-B解封第二隧道数据，按EID-MN查找本地终端表，查到后转发至本地边缘标识网内的MN，否则丢弃。
9、XTR-A向映射服务器MS发送触发更新推送消息，消息内容包括MN的EID和对端通信节点CN所在边缘路由器XTR-Cor的RLOC，如表9所示：
表9 触发更新推送消息
10、MS收到触发更新推送消息后，在标识映射表中查询MN的EID在映射表中对应的RLOC(即RLOC-B)，并向触发更新推送消息中的RLOC-Cor推送新的映射信息，如表10所示：
表10 映射更新消息
11、XTR-Cor收到MS推送的映射更新消息，根据消息内容更新其映射缓存表。
12、XTR-Cor按新的映射关系，使用新的隧道封装后续CN至MN的IP数据，称为第三隧道，其数据包格式如表11所示：
表11 第三隧道数据包
13、第三隧道终点XTR-B解封第三隧道数据，按EID-MN查找本地终端表，查到后转发至本地边缘标识网内的MN，否则丢弃。
在本实施例中，在移动节点移动至当前边缘路由器后的注册过程中，前一边缘路由器从映射服务器推送的消息中，获得了移动节点当前边缘路由器地址。从对端通信节点向移动节点发送的数据包，其对端通信节点的边缘路由器的映射缓存表被更新之前，被发送至前一边缘路由器。前一边缘路由器将数据重新隧道封装并传输至当前边缘路由器，并触发映射服务器将映射更新消息推送至对端节点边缘路由器，使得后续数据直接隧道发送至当前边缘路由器。这种方法，对移动终端的改动极少，使用较小的开销就能将移动节点刚发生移动时的数据丢失减小到最少，少量包通过前一边缘路由器中转，后续数据避免三角路由，并且这种方法通过映射服务器来进行控制，安全性得到有效保障。
上述实施例仅是为清楚说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。比如MN发生连续移动，接连在不同边缘路由器进行注册时，可能会产生多级隧道中转，这里无需也无法对所有实施方式予以穷举。由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种标识网移动接入方法，其特征在于：该移动接入的标识网和核心网包括如下网元：
边缘标识网内包括移动节点MN和对端通信节点CN，MN和CN均使用端点标识地址EID编址；
核心网内包括核心网路由器和映射服务器MS，核心网路由器和和MS均使用路由位置符地址RLOC编址，MS维护标识映射表；
边缘路由器XTR跨接在边缘标识网和核心网上，包括移动节点当前漫游位置边缘路由器XTR-B、移动节点上一漫游位置边缘路由器XTR-A和对端通信节点所属边缘路由器XTR-Cor；XTR连接标识网的端口使用EID编址，XTR连接核心网的端口使用RLOC编址；所有XTR各自维护本地终端表和映射缓存表；
该移动接入方法包括如下过程：移动感知和注册过程，对端通信节点向移动节点发送数据过程，移动节点向对端通信节点发送数据过程，各个过程具体包括如下步骤：
(1)移动感知和注册过程具体包括如下步骤：
(11)发现移动：MN接收XTR-B发送的路由器通告，该路由器通告为XTR-B周期性发送的信息或者为XTR-B对MN发出的路由器请求信息的应答；MN将路由器通告中的XTR地址作为自己的默认网关，并根据路由器通告中的XTR的EID前缀是否发生变化确认自己是否发生移动，若XTR的EID前缀发生变化则表明MN发生移动，若XTR的EID前缀没有发生变化则表明MN没有发生移动；如果MN发生移动，则进入步骤(12)；
(12)注册一：MN向XTR-B发起注册，注册信息包括MN的EID；XTR-B接收到注册信息后，将MN注册到本地终端表，进入步骤(13)；
(13)注册二：XTR-B代理MN向MS注册，注册信息包括MN的EID和XTR-B的RLOC；在MS的映射表中：若没有该MN的映射信息，则加入该MN的映射信息；若有该MN的映射信息，且该MN的映射信息中的RLOC与注册信息中的RLOC不同，则进入步骤(14)；
(14)注册三：MN的映射信息中的RLOC对应的XTR为XTR-A，注册信息中的RLOC对应的XTR为XTR-B；首先，MS向XTR-A推送映射更新信息，映射更新信息包括MN的EID和XTR-B的RLOC；然后，XTR-A在其映射缓存表中添加映射更新信息，XTR-A同时删除其本地终端表中对应MN的EID；最后MS更新自身关于该MN的映射信息；
(2)对端通信节点向移动节点发送数据过程具体包括如下步骤：
(21)发送：CN通过XTR-Cor向MN发送数据，首先XTR-Cor通过本地查询映射缓存表或远程查询MS获得MN的映射信息，然后XTR-Cor根据MN的映射信息对数据进行隧道封装，隧道终点为映射信息中目的EID对应的RLOC，进入步骤(22)；
(22)接收：隧道终点的XTR-x对数据进行隧道解封，并按照数据包中的目的EID先后查询本地终端表和映射缓存表：如果在本地终端表中查询到目的EID，则将数据转发至本地边缘标识网；如果没有在本地终端表中查询到目的EID，则继续查询映射缓存表：若没有在映射缓存表中查询到目的EID，则丢弃该数据；若在映射缓存表中查询到目的EID，则表明XTR-x为MN的XTR-A，进入步骤(23)；
(23)转发一：XTR-A对数据重新进行隧道解封，隧道终点为映射缓存表中目的EID对应的RLOC，也即XTR-B；XTR-B对数据进行隧道解封，并按照数据包中的目的EID查询本地终端表，如查询到目的EID，则将数据转发至本地边缘标识网，进入步骤(24)，否则丢弃该数据；
(24)转发二：XTR-A向MS发送触发更新推送信息，触发更新推送信息包括MN的EID和XTR-Cor的RLOC，进入步骤(25)；
(25)转发三：MS接收到触发更新推送信息后，按MN的EID在标识映射表中查询对应的RLOC，MS将MN的EID和查询到的RLOC作为新映射信息向XTR-Cor推送，进入步骤(26)；
(26)后续发送和接收：XTR-Cor接收到MS推送的新映射信息后，在映射缓存表中更新对应条目，并以新映射信息对后续数据进行隧道封装，隧道终点为XTR-B，XTR-B对后续数据进行隧道解封并转发至MS；
(3)移动节点向对端通信节点发送数据过程具体包括如下步骤：
(31)若CN为非移动节点，则MS通过XTR-B按映射查询、隧道封装、隧道解封的过程正常发送；
(32)若CN为移动节点，则发送与接收过程与步骤(2)相同。
2.根据权利要求1所述的标识网移动接入方法，其特征在于：所述XTR中的映射缓存表，缓存近期访问过的终端的EID对应的XTR的RLOC，来源于MS查询的结果或MS推送的映射更新；映射缓存表的每一个条目均具有生存周期，若在生存周期内未被查询或未得到更新，则删除该条目。
3.根据权利要求1所述的标识网移动接入方法，其特征在于：所述XTR中的本地终端表，存储本地边缘标识网内终端的EID。
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