CN105306615B - 为网络用户分配网络地址的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于为具有多个子网(111)的分段的网络(1)的网络用户分配网络地址的方法，这些子网分别通过子网路由器(112)连接至将其连接的汇集网络(101)。在此，由子网路由器(112)通过交换由汇集网络(101)分发的路由器消息来分散地测定共同的地址范围并且在该地址范围内确定用于网络用户的网络地址。

Description

为网络用户分配网络地址的方法

技术领域

本发明涉及一种用于为具有多个子网的分段的网络的网络用户分配网络地址的方法。此外，本发明还涉及一种用于执行该方法的路由器组件。

本发明尤其涉及为具有不同的子网的分段的网络的网络用户分配网络地址，这些子网分别通过路由与汇集网络连接。具有这样的网络拓扑结构的网络经常用于机器安装，从而使具有与之连接的传感器和执行器的机器内部的子网进一步由汇集网络屏蔽并且由此不仅实现尽可能安全的而且无干扰的运行。利用该汇集网络，机器彼此之间并且与另外的设备，如用于观察和操作机器的工程系统和/用户接口(HMI＝人机界面)。在这种类型的分段网络中也经常要求例如为了诊断目的而能够直接对在分离的子网中的自动化技术设备进行访问。

背景技术

通常，出于运行的期望，整个网络被设计成岛式网络(Inselnetz)。由此，尤其是在最上层中缺乏一个默认路由器。在可替换的情况中，在该种情况中存在默认路由器，要求网络本身在默认路由器故障时能够不间断地继续运行。在这两种情况中，即使在没有预先的计划和/或手动的配置时也期望一个稳定的内部地址层。

因为总网络不是扁平的，而是在分成子网，因此在汇集网络的层面上在此在每个与之连接的网络用户中要求了解在子网中的所有路由。与之相关的尤其是机器的存储器可编程控制装置、工程系统和/或使用者界面以及另外的与之直接组网的设备。

此外，值得期待的是，所述的网络拓扑能够尽可能在没有特别的IT (IT＝信息技术)和网络专业知识的情况下无问题的运行并且在之后能够简单地扩展或者改变，例如当安装另外的机器时。最后，值得期待的是，未来能够在较大的网络的部分的内部进行这种类型的无配置网络运行，例如在作为较大的生产设备的部分的生产单元的内部。

在所有的网络用户的同时的可达到性的情况下来转换网络分离的已知的手段是可适用的路由和IP路由(IP＝互联网协议)。

在可适用的路由中，通过可能在不同类型的技术中实施的子网构件具有自身的网络寻址的共同的(新的)网络层。在此，这样的可适用的网络利用工程工具来预先规划，进而由此计算出可用路由并且能够加载到各个应用中。可适用的路由的概念在此在一些应用中是静态的。在安装机器或者扩展存在的机器装置是的现场匹配是未计划的并且总是需要总映射，在该总映射中变化时预先计划的并且从总映射中必须将变化的路由数据装载到网络用户中。然而，出于实践的考虑，在所有的情况中并不能马上提供总映射，并且人员通常不具有工程工具和对其进行操纵的必要的专业知识。

使用者期待IP路由有更大的灵活性和连贯的并且开放的、标准化的通信。但是，IP的架构在常规的IT的要求的以及互联网提供商(ISP)的拓宽的部分中生成。然而，在该应用情况中，实际上并不存在分段的岛式网络的上述网络拓扑结构。相应地，总是缺少分布广泛的IPv4(＝互联网协议版本4)的自动作用，从而使得该特定的网络拓扑结构能够尽可能无配置地并且无网络专业知识地运行并且在之后扩展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于为具有多个子网的分段的网络的网络用户分配网络地址的方法。此外，本发明的目的在于提出一种用于执行该方法的路由器组件。

在根据本发明的方法中，为具有多个子网的分段的网络的网络用户分配网络地址，其中，子网分别通过子网路由器连接至将其连接的汇集网络。在此，由子网路由器通过交换由汇集网络分发的路由器消息来分散地测定共同的地址范围并且在地址范围内确定用于网络用户的网络地址。

借此，本发明实现了通过在分段的网络中的子网路由器分散地分派网络地址。由此无配置地产生了地址层，其中为此既不需要中央路由器(根路由器或者默认路由器)也不需要进行手动配置。由此，一方面节省了用于中央路由器和对网络进行映射的费用，并且另一方面也避免了由于手动配置导致的故障。此外，有利地避免了中央路由器的故障对整个网络的干扰。此外，使用者不需要关于网络和地址配置的专业知识，因为网络自己进行配置。因为路由的手动配置被放弃，因此就没有了对给予特权的匹配的需求，使用者处于组织上的原因不应执行该匹配。

本发明的一个设计方案在于，由子网路由器彼此之间通过交换路由器消息来分散地确定网络地址的表征汇集网络的汇集网络前缀。

前缀在此通常理解为网络地址的网络部分，其对于网络(或者次网) 的所有网络地址都是相同的。该定义根据IPv6(互联网协议版本6)选择，但是在此不限于IPv6。

分散地确定用于汇集网络的汇集网络前缀有利地允许将子网无配置地对应于汇集网络，而不需要中央的路由器或者网络的映射。汇集网络本身尤其可以是较大的网络的子网并且本身通过其汇集网络前缀表征。

为了确定汇集网络前缀，预定一个选择准则，用于从大量的候选前缀中选择汇集网络前缀，由每个子网路由器首先不取决于另外的子网路路由器地产生候选前缀，并且由子网路由器接下来通过交换借助于汇集网络分发的路由器消息从大量的由子网路由器生成的候选前缀中根据预定的选择准则测定汇集网络前缀。根据选择准则从大量的候选前缀中选出数字最小的候选前缀作为汇集网络前缀。

本发明的该设计方案有利地允许通过子网路由器实现简单可执行地确定汇集网络前缀。

优选的是，由每个子网路由器将由每个子网路由器产生的候选前缀通过路由器消息通知给另外的子网路由器，直至子网路由器由另外的子网路由器通知一个候选前缀，该候选前缀的数字小于由子网路由器生成的候选前缀。此外，由每个子网路由器将由每个子网路由器产生的候选前缀或者替换产生的候选前缀的候选前缀通过由另外的子网路由器通知给子网路由器的候选前缀代替，一旦通知给子网路由器的候选前缀的数字小于由子网路由器产生的候选前缀或者小于替代产生的候选前缀的候选前缀。

该设计方案导致，最后仅仅在所有的子网路由器中产生最小的候选前缀的子网路由器通过汇集网络通知其候选前缀并且所有其他的子网路由器将尤其分别原始生成的获选前缀通过该最小的候选前缀代替。由此，子网路由器选择生成的最小的候选前缀作为汇集网络前缀。通过适当地控制路由器消息的发送，候选前缀在该消息中通知，子网路由器选择汇集网络前缀能够很快地实现。在取得一致之后，仅仅一个子网路由器保持“活跃”，即其将选出的汇集网络前缀进一步通过汇集网络通知。

此外优选的是，每个子网路由器识别出一个将选择出的汇集网络前缀通过路由器消息通知给另外的子网路由器的子网路由器的注销 (Abmelden)或者故障，每个子网路由器将选择出的汇集网络前缀通过路由器消息通知给另外的子网路由器，直至每个子网路由器由另外的子网路由器通知一个选择出的汇集网络前缀，该另外的子网路由器具有比其更小的链接本地网络地址。

本发明的设想的设计方案用于，即将选择出的汇集网络前缀通过汇集网络通知的“活跃的”子网路由器的角色在相应地活跃的子网路由器故障或者注销时通过另外的子网路由器接管。如果活跃的子网路由器的故障或者注销由多个子网路由器几乎同时识别到，那么这些子网路由器就是新的活跃的子网路由器，其具有最小的链接本地网络地址。通过这种方式，地址层优选静态地保持在网络中，只要还有至少一个子网路由器还在运行。只有在所有的子网路由器关闭或者断开并且再次启动时，才必须重新确定汇集网络前缀。只要在子网路由器上不使用恒定存储器就都适用。

另外的设计方案提出，由每个子网路由器测定自身的子网地址范围并且通过路由器消息将在子网地址范围中的路由通知给另外的子网路由器。在此，优选的是，由每个子网路由器从其子网地址范围中为每个通过其连接至汇集网络的子网确定一个子网前缀。

该设计方案允许连接至汇集网络的主机能够无需配置地与子网中的子网用户通信。

本发明的另外的设计方案提出，互联网协议被作为在网络中数据交换的网络协议使用并且网络地址根据所使用的互联网协议来配置。在此，特别有利的是，IPv6(互联网协议版本6)被作为所述互联网协议使用。

互联网协议优选适合作为用于在分段的网络中的数据交换，因为其将网络地址分配到网络部分(前缀)中和设备部分中。IPv6是尤其适合的，因为其通过路由器广播已经用于选择地址范围、尤其是前缀、合适的工具。

相应地，在使用IPv6时，路由器消息尤其是根据IPv6的路由器广播。

用于执行根据本发明的方法的路由器组件设计为，根据接收到的路由器消息来识别连接至汇集网络的子网路由器并且通过评估接收到的路由器消息和产生路由器信息来协助根据本发明对汇集网络前缀的测定。

根据本发明的子网路由器因此具有这样地设计的路由器组件。这样的子网路由器例如设计为有存储器可编程控制装置或者集成在有存储器可编程控制装置中。

附图说明

本发明的上述的特征、特点和优点以及如其所实现的类型和方式联系到接下来对实施例的描述而变得清晰和易于理解，这些实施例将结合附图进一步进行描述。图中示出：

图1是具有多个子网的分段的网络的框图，以及

图2是子网路由器的框图。

具体实施方式

在附图中彼此相应的部分配以相同的参考标号。

图1示出了具有多个子网111的分段的网络1，这些子网分别通过子网路由器112连接至将其连接的汇集网络101。

此外，网络1可以包括连接至汇集网络101的无路由功能的另外的主机102。这种类型的另外的主机102可以例如被视为工程系统或者人机接口。

每个子网111包括多个子网用户113。例如子网111的子网用户113 分别是机器114的输入/输出段元。通过网络111的子网路由器112将数据从汇集网络101传输到子网111中并且从子网111中传输到汇集网络101 中。在此，多个子网111可以具有相同的子网路由器112。

接下来描述本发明的一个实施例，在该实施例中，IPv6(互联网协议版本6)被作为用于在网络1中进行数据传输的网络协议使用。

图2示出了子网路由器112的框图。子网路由器112例如实现为有存储器可编程控制装置。子网路由器112包括用于IPv6的IP路由器120、用于发送根据IPv6路由器广播的路由器广播服务121以及用于在接下来进一步描述的IPv6的汇集网络前缀201的确定的路由器组件122。路由器广播服务121和路由器组件122实现为子网路由器112的软件。

由子网路由器112通过交换通过汇集网络分发的路由器消息在网络1 中分散地确定用于网络地址的共同的地址范围并且在该地址范围内确定用于网络用户的网络地址。

为此，路由器组件122这样地设计，即其

-根据其具有路由信息的路由器广播来识别连接至汇集网络101的子网路由器112，

-分散地无需中央上级地布置的路由器(也就是默认路由器)地根据以下描述的算法确定优选来自ULA区域(ULA＝唯一区域地址)的共同地址带并且该地址带之后也通过关闭唯一的或者多个子网路由器112来保持稳定，

-由此确定合适的前缀和路由信息并且还在变化时进行跟踪，

-其随后通过IPv6路由器广播的标准机构分配到汇集网络101上的所有IPv6主机上的、也就是子网路由器112和另外的主机102上。

-紧接着，该IPv6主机根据IPv6标准动态地并且自动地配置、跟踪或者解除至可实现的子网111的必要的路由。

接下来进一步描述，如何在子网111中分别明确和公布地址层。

使用者在计划阶段或者可替换地在机器114的安装时激活所属的子网路由器112的路由器组件122的运行。对于这种情况，即在相应的子网111 上还存在更下级的次网时，使用者仅仅在最高的层中激活子网路由器112。此外，为子网路由器112确定，其那些IP接口作为指向汇集网络101的所谓的上游界面工作；所有的其他IP接口扮演作为向相应地与子网路由器112连接的子网111指向的所谓的下游界面。

在运行中，每个子网路由器112相应于在RFC 4193(RFC＝注释请求) 的IPv6标准中的定义测定自身的ULA带。其可以静态地由上游界面的MAC地址(MAC＝媒体访问控制地址)确定。该行为与RFC 4193的IPv6 的标准的区别在于，故意不适用随机的带，而是总是使用基于MAC地址的相同的、但是仍然足够明确的ULA带。借此实现，地址层保持尽可能长时间稳定。

子网路由器112由该自身的ULA带提取用于在子网111，也就是在其下游界面上使用的合适的子网前缀。此外，如果在子网111上还存在更下级的次网，那么该ULA带还用于可能的另外的划分。

此外，每个子网路由器112通过路由器广播将路由信息在其自身的 ULA带上发射至汇集网络101。该发射与RFC 4861一致地实现。由此连接至汇集网络的IPv6主机获得能够与子网111中的子网用户113通讯的可能性。

接下来描述如何在汇集网络上确定和获得共同的地址层。

在启动子网路由器112时，其首先从其自己的ULA带中产生一个/64 前缀作为用于汇集网络101的汇集网络前缀201的候选前缀。

此外，每个子网路由器112只要其还不属于另外的子网路由器112就开始在短暂的等待时间之后发送路由器广播，其关联其用于汇集网络101 的候选前缀。

同时，每个子网路由器112评估另外的子网路由器112的路由器广播，是否其包含关于汇集网络101的前缀信息。根据对应所有子网路由器112 来说都相同的选择固定来分别确定，是否其采用了陌生的候选前缀或者存在自身的候选前缀。为此，其分别从自身的候选前缀和获悉的候选前缀中选择数字上较小的候选前缀。

在此，如果代替在开始生成的候选前缀，那么相关的子网路由器112 就受控地撤回至今由其宣布的自身的候选前缀，其中，其与设置回零的寿命RFC一致地解除该候选前缀。但是，新采用的候选前缀首先不通过路由器广播借助于汇集网络101传播，而是涉及的子网路由器转换进入到“沉寂的”运行类型中，在该运行类型中，其通知其子网路由器，然而不将新的候选前缀通知给汇集网络101。

借此，在较短的时间之后仅仅保留一个唯一的“活跃的”子网路由器 112，其将选出的、现在有效的汇集网络前缀201分配给汇集网络101。

如果沉寂的子网路由器112识别出活跃的子网路由器112的注销或者故障，那么其自身转换进入到活跃的运行阶段。在此可能的是，多个子网路由器112差不多同时被激活。这种状态对于子网路由器112是可识别的，即其收到相同的汇集网络前缀201，该前缀是其自身发射的。在该种情况中，活跃的那个子网路由器112转入到沉寂的工作类型中，其收到具有比其更小的链接本地IPv6地址的子网路由器112通知的子网前缀201。

通过这种程序实现，仅仅一个汇集网络前缀201向汇集网络101发射和使用。同时，该汇集网络前缀201是持续的，只要至少一个子网路由器 112还在运行。

一旦所有的子网路由器112被关闭并重新启动，那么就重新开始整个过程。

附加地改善地址稳定性可以通过接下来对上面描绘的措施的扩展来实现。附加地评估在汇集网络101上的汇集网络前缀201的寿命，其中该寿命参与到子网路由器11的决定中，以从汇集网络前缀201的选择中撤回。为此，首先为自身产生的具有例如在分钟范围中的非常短的寿命的候选前缀被占用。此外，沉寂的子网路由器112不仅仅察觉到优先的汇集网络前缀201，而且也察觉到其寿命。借此，其可以，其应该必须是活跃的，正确地获得汇集网络前缀201的寿命。如果子网路由器112是活跃的，那么其提高由其生成的候选前缀或者汇集网络前缀201的寿命，当其收到另外的子网路由器112时，其具有比其所具有的更高的IPv6地址。由此实现，即通过设备交换得到具有比迄今为止更小的IPv6地址的新的子网路由器112时，通过其较长的寿命来获得确认的汇集网络前缀201。

子网路由器112的路由器组件122控制由子网路由器112的路由器广播服务121发射的路由器广播并且相应地利用选择的汇集网络前缀201来配置子网路由器112的上游界面。

尽管本发明在细节上通过优选的实施例进一步阐述和描述，但是本发明并不通过公开的实例限制并且本领域技术人员可由此推导出另外的变体，而不脱离本发明的保护范围。

参考标号列表

1 网络

101 汇集网络

102 无路由功能的主机

111 子网

112 子网路由器

113 子网用户

114 机器

120 IP路由器

121 路由广播服务

122 路由器组件

201 汇集网络前缀

Claims (16)

1.一种用于为具有多个子网(111)的分段的网络(1)的网络用户分配网络地址的方法，这些所述子网分别通过子网路由器(112)连接至连接这些子网的汇集网络(101)，其中，由所述子网路由器(112)通过交换由所述汇集网络(101)分发的路由器消息来分散地测定共同的地址范围并且在所述地址范围内确定用于所述网络用户的网络地址。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，由所述子网路由器(112)彼此之间通过交换路由器消息来分散地确定所述网络地址的表征所述汇集网络(101)的汇集网络前缀(201)。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，预定选择准则，用于从大量的候选前缀中选择汇集网络前缀(201)，由每个子网路由器(112)首先不取决于另外的子网路路由器(112)地产生候选前缀，并且由所述子网路由器(112)接下来通过交换借助于所述汇集网络(101)分发的路由器消息从大量的由所述子网路由器(112)生成的所述候选前缀中根据预定的所述选择准则测定所述汇集网络前缀(201)。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，根据所述选择准则从大量的所述候选前缀中选出数字最小的候选前缀作为所述汇集网络前缀(201)。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，由每个子网路由器(112)将由每个子网路由器产生的候选前缀通过路由器消息通知给另外的子网路由器(112)，直至所述子网路由器(112)由另外的子网路由器(112)通知候选前缀，该候选前缀的数字小于由所述子网路由器生成的候选前缀；以及一旦通知给所述子网路由器(112)的候选前缀的数字小于由子网路由器(112)产生的候选前缀或者小于替代所述产生的候选前缀的候选前缀，由所述子网路由器(112)将由该子网路由器产生的候选前缀、或者一个替代所产生的候选前缀的候选前缀替代为：由另外的子网路由器(112)通知给所述子网路由器(112)的一个候选前缀。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，每个子网路由器(112)识别出一个将选择出的所述汇集网络前缀(201)借助路由器消息通知给另外的子网路由器(112)的子网路由器(112)的注销或者故障，每个子网路由器将选择出的所述汇集网络前缀(201)通过路由器消息通知给另外的子网路由器(112)，直至所述每个子网路由器由另外的子网路由器(112)通知所选出的汇集网络前缀(201)，所述另外的子网路由器具有比该另外的子网路由器更小的链接本地网络地址。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，由每个子网路由器(112)测定自身的子网地址范围并且通过路由器消息将在这个子网地址范围中的路由通知给所述另外的子网路由器(112)。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，由每个子网路由器(112)测定自身的子网地址范围并且通过路由器消息将在这个子网地址范围中的路由通知给所述另外的子网路由器(112)。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，由每个子网路由器(112)从该每个子网路由器的子网地址范围中为每个通过每个子网路由器连接至所述汇集网络(101)的子网(111)确定子网前缀。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，由每个子网路由器(112)从该每个子网路由器的子网地址范围中为每个通过每个子网路由器连接至所述汇集网络(101)的子网(111)确定子网前缀。

11.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，互联网协议作为在网络中数据交换的网络协议使用并且网络地址根据所使用的互联网协议来配置。

12.根据权利要求中10所述的方法，其特征在于，互联网协议作为在网络中数据交换的网络协议使用并且网络地址根据所使用的互联网协议来配置。

13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，互联网协议版本6被作为所述互联网协议使用。

14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，互联网协议版本6被作为所述互联网协议使用。

15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述路由器消息是根据所述互联网协议版本6的路由器广播。

16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述路由器消息是根据所述互联网协议版本6的路由器广播。