CN105745865A - 绑定的路由器 - Google Patents

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CN105745865A CN201480060129.XA CN201480060129A CN105745865A CN 105745865 A CN105745865 A CN 105745865A CN 201480060129 A CN201480060129 A CN 201480060129A CN 105745865 A CN105745865 A CN 105745865A
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Abstract

本发明涉及提供一种用于客户楼宇的绑定宽带路由器。本发明提供了用于接收来自局域网的数据包并通过聚集的链路发送数据包的绑定的设备和方法。所述局域网具有默认路由器，并且所述局域网中的设备事先被配置成使用与所述默认路由器相关的网络地址与所述默认路由器通信。所述绑定的路由器被布置成获得所述默认路由器的网络地址并且被布置成定期发送消息到所述局域网内的设备以使所述设备将所述默认路由器的网络地址与所述绑定的路由器的链路层地址关联上使得所述设备发送的包含所述默认路由器的网络地址的数据反而被定向到所述绑定的路由器。

Description

绑定的路由器
背景技术
a.技术领域
本发明涉及提供一种用于客户楼宇的绑定宽带路由器。宽带绑定指的是聚集例如多个固定信道和/或无线信道的宽带信道以提供具有相应的更高带宽的聚集的信道。
在本说明书中，参考在下标中简要概述的OSI七层协议堆栈。术语数据包和数据报在本说明书中可互换使用。
层 名称 功能
1. 物理 未必可靠的直接点对点数据连接。
2. 数据链路 可靠的直接点对点数据连接。
3. 网络 网络上的点之间的数据报/数据包的地址、路由和未必可靠的输送。
4. 传输 网络上的点之间的数据报/数据包的可靠输送。
5. 会话 中间宿主通信，应用之间的管理会话
6. 表示 数据表示、加密和解密，将与机器有关的数据转换成与机器无关的数据
7. 应用 应用的网络处理
b.现有技术
为了将绑定能力引入到客户楼宇的现有的局域网，有两种方案。第一种方案是用绑定的路由器代替客户的现有路由器，第二种方案是使额外的绑定的路由设备增加到执行绑定的局域网。
从早在20世纪80年代就可用多种形式的绑定。然而，没有绑定服务提供商迄今为止能够提供“即插即用”方案以在不需要明显的重新配置努力的情况下给现有的客户局域网提供绑定的路由器。
当给客户楼宇提供绑定的路由器时，需要配置现有的设备以解决绑定的路由器，即，明确改变客户的局域网上的所有设备的配置以针对绑定的路由器。
商用的绑定的路由器通常是具有侵略性的多个WAN接口的大型设备，即，将设备商业插入到它们的网络中，并且需要重新配置他们所有的LAN设备(PCs、防火墙、iPads)以针对作为默认网关的绑定的设备。由于商业需要，加上许多公司具有IT部门或外部顾问，这是可接受的开销并且许多企业接受的开销。
对于住宅用户，这可能是实际问题并且需要显著努力。
许多公司都指望将绑定移动到住宅空间，由此住宅客户可以用移动(3G/4G)的容量补充他们的家庭宽带的容量。这尤其看成是无法获得光纤互联网或有线宽带的这些客户的解决方案。因为以上提及的重新配置的努力，许多供应商已经取消了“插入”盒，并且选择用新的路由器代替客户的原始路由器，新的路由器整合新的DSL调制解调器、Wi-Fi接入点和LTE调制解调器。这件新设备的成本可能花费超过$200。
然而，如果局域网的额外的绑定的路由器可以增加到客户网络中进行绑定，就能够重新使用客户现有的DSL调制解调器、Wi-Fi接入点和他们的智能手机中的3G/4G调制解调器，意味着成本可以降至$12或更少。
通过具有插入到现有的DSL网关后面的额外的即插即用的绑定盒，这就不需要重新配置客户LAN上的大部分设备，住宅DSL/蜂窝绑定的商用潜能显著更大。
美国专利号7,567,573公开了用于使新的网络设备(NNDs)连接至现有的通信网络的技术。
NND缓存原始(或“旧的”)网络设备的MAC地址，然后在收到来自网络设备但是针对其本身的MAC地址的“谁有”ARP请求之后，发送代表OND的地址解析协议(ARP)响应。
这允许NND将其本身插入到最初去往OND的数据包路径中。在执行指定的操作，例如，过滤、压缩、缓存、文件服务、病毒扫描等之后，任何剩余的数据包转发到OND用于进一步处理。
在US7,567,573中，NND响应于前往OND的ARP消息以及源自OND的ARP消息发送ARP消息。这种方法的问题在于，在它们的缓存中已经具有OND的链路层地址的设备仅仅继续路由数据包到旧的网络设备，因为不需要广播和ARP请求。直到某处的设备发送ARP请求,从而导致来自NND的“欺骗”ARP请求，现有设备上的本地缓存将不会更新。
此外，关键区别之一是NND在有人发出请求时应答。这引起竞争条件，因为OND实际上会在NND有机会之前作出响应。这有时候有用，但是并不是一直有用。
美国专利申请号2012/0213094公开了通过在电器连接至网络时改变网络通信量的流量将电器配置成即插即用网络过滤器的方法。该电器在路由器与最终使用者终端之间建立本身并且被配置成响应于对网关IP地址的任何ARP请求。在此特定应用中，该电器有效地拦截并监测互联网流量，并且过滤某些预定类型的互联网通信量。
在这两份现有技术的公开内容中，“欺骗”设备插入到网络中以通过要求现有的网络设备的链路层地址的ARP“欺骗”消息来拦截前往现有的设备的通信量。在执行某些功能，例如，过滤、压缩、缓存、文件服务、病毒扫描等之后，欺骗的设备然后将通信量转发到现有的设备用于通过互联网路由到外部世界。欺骗的设备不将通信量直接转发到互联网本身，并且没有任何绑定拨弄功能。
需要这样一种绑定方案，安装快速且简单，并且不需要由于引入绑定的路由设备而重新编程/重新配置众多设备，并且不发生与现有技术中描述的方法相关的以上提及的问题。
发明内容
根据本发明，提供了一种用于接收来自局域网的数据包并通过聚集的链路发送数据包的绑定的路由器，所述绑定的路由器包括一个或多个通信链路，其中所述局域网具有默认路由器，并且所述局域网中的设备事先被配置成使用与所述默认路由器相关的网络地址与所述默认路由器通信；所述绑定的路由器被布置成获得所述默认路由器的网络地址并且被布置成定期发送消息到所述局域网内的设备以使所述设备将所述默认路由器的网络地址与所述绑定的路由器的链路层地址关联上使得所述设备发送的包含所述默认路由器的网络地址的数据反而被定向到所述绑定的路由器。
根据本发明的一方面，提供了一种在局域网中安装绑定的路由器的方法，其中所述局域网具有默认路由器，并且所述局域网中的设备事先被配置成使用与所述默认路由器相关的网络地址与所述默认路由器通信，所述方法包括以下步骤：
使所述绑定的路由器连接至所述局域网；获得所述默认路由器的网络地址；并且定期发送消息到所述局域网内的设备以使所述设备将所述默认路由器的网络地址与所述绑定的路由器的链路层地址关联上。
有效地，在所述绑定的路由器的地址转换表中建立将所述默认路由器的网络地址与所述绑定的路由器的链路层地址关联上的静态条目。
所述网络地址可以是IP地址。所述链路层地址可以是MAC地址。通过使用DHCP可以获得所述默认路由器的网络地址。所述消息可以有利地包括ARP消息。
附图说明
现在参照附图仅示例性地描述本发明，其中：
图1图示了使用宽带绑定的装置；
图2图示了典型客户局域网；
图3图示了在正常操作中的家庭网络的简化实例；
图4图示了具有额外的绑定路由器的图2的网络；
图5是图示了安装并配置绑定的路由器的步骤的流程图；并且
图6图示了根据本发明的连接至互联网的绑定的路由器和家庭网关路由器。
具体实施方式
宽带绑定用于使多连接的上游和下游容量结合成单个虚拟连接。例如，可以结合两个2Mbps下载、250kbps上传数字用户环线(DSLs)以提供4Mbps下载、500kbps上传的连接。
术语“设备”和“站”在整个以下描述中可互换使用。
术语DSL可以指的是任何类型的数字用户线，例如，非对称DSL、对称DSL、高比特率DSL等。
图1图示了使用宽带绑定的网络。宽带绑定使多个宽带无缝结合成单个虚拟管道，并且可以使用几乎任何物理层连接类型，例如，数字用户线路(DSLs)、电缆、卫星、贝尔实验室传输系统1(T1)、移动宽带(3G/4G)，略举数例。客户局域网设备10经由绑定的使能路由器40连接至通信网络(例如，互联网)15，绑定的使能路由器实际上通过固件升级提供给来自标准提供商(例如，Linksys、D-Link或Netgear)的低成本商品路由器。例如，设备10可以经由绑定的使能路由器40和数字用户线路(DSL)调制解调器13或经由3G接口连接至互联网。上传和下载具有经由聚集服务器16发送，聚集服务器提供公开IP地址并且补偿不同的线路速度和延时。还图示了互联网服务器18。
宽带绑定可以以许多不同的模式工作：在简单绑定模式中，多线路的容量结合到单个虚拟连接中；在失效转移模式中，线路绑定在单个虚拟连接上，但是如果它们失败，通信量就无缝地路由到备份线；在溢流/增速模式中，仅当主线路满时并且/或者有应用需求时才使用第二线路。
在简单绑定模式中，数据包基于连接的相对速度分布在多个连接上。例如，等速连接均将通过每个连接发送相等数量的数据包；然而，一个3Mbps连接与1Mbps连接相比将会被发送三倍的数据包。
图2图示了包括多个客户局域网设备的典型的家庭网络。经由路由器20从通信网络接收数据。可以是有线路由器或无线路由器或两者的路由器20服务一个或多个设备群，例如，娱乐群21可以包括电视显示器21a、相连的家庭影院PC21b和游戏控制台21c。家庭办公群24可以包括一个或多个台式电脑24a或笔记本电脑24b，连同打印机24c和存储设备24d一起。无线设备29可以包括音乐播放设备，例如，iPodTM29a、智能手机29b、表格29c或无线电脑29d，仅举几个例子。
地址解析协议(ARP)用于将网络层地址，例如，互联网协议(IP)地址，映射到链路层地址，例如，媒体访问控制(MAC)地址。
当通过从发送站到接收站的网络设置数据时，用合适的网络层目的地地址(例如，IP目的地地址)建立网络层数据包。
此数据包被传递到链路层，例如，需要将网络层数据包在能够发送之前封装成链路层数据包的以太网。因此，在网络地址与链路层地址之间需要映射，并且这通常通过在网络的每个站的本地缓存中维持查找表来实施。
如果用于所需的接收站的网络地址在发送站的本地缓存中不可用，发送站就必须找到什么链路层地址用于接收站。
发送站将ARP请求消息广播到本地子网上的所有站，这告诉我谁负责请求的目的地地址(有时候称为“谁有”消息)。ARP请求还包含发送站的网络层和链路层地址。
子网络上接收ARP请求的所有站将做两件事情：
a)将发送站的网络和链路层地址映射增加到它们自己的本地缓存中；
b)如果它们负责请求的目的地地址，它们将用表示与目的地地址有关的相关的链路层地址的ARP应答作出响应。
可以由任何站发送(或广播)ARP通知消息以声明特定的链路层地址的所有权。当包含发送站的网络层和链路层地址的任何站发送无故(或未经请求)的ARP通知时，接收ARP通知的子网络上的所有站仅仅将发送站的网络和链路层地址映射增加到它们自己的本地缓存。
图3图示了与图2所示的家庭网络类似的家庭网络的简化实例，包括具有DSL接口的路由器30、TV设备21和iPadTM32以及笔记本电脑33。路由器30具有通过以太网桥无缝连接的有线以太网和无线以太网的以太网开关段。
每个站具有IP地址和MAC地址两者，如图所示。家庭网络上的每个设备在其本地缓存中维持ARP查找表。如实例所示。路由器30具有IP地址192.168.1.254和MAC地址00:AA:BB:CC:DD:EE。每个站在其ARP表中具有将IP地址192.168.1.254映射到MAC地址00:AA:BB:CC:DD:EE的条目。
因为发送站总是在询问负责特定的网络层地址的其他站之前查阅它自己的缓存，所以能够通过确保与该网络层地址相关的特定的链路层地址总是存在于所有站的本地缓存中来控制特定的网络层地址。这可以通过发出包含它希望控制的网络层地址以及希望控制网络目的地地址的设备的链路层地址的“欺骗”ARP通知来实现。这可以通过发出包含它希望控制的网络层地址以及希望控制网络目的地地址的设备的链路层地址的ARP请求来等同地实现。
因此，能够在客户楼宇中安装绑定的路由器，其中绑定的路由器布置成发出“欺骗”ARP通知或声明它自己的链路层地址(MAC地址)负责所有的其他设备已经实现被配置成路由经过的路由器的网络层地址的请求。
所有的站定期更新它们的本地缓存，并且因此前往原始的默认路由器的任何数据包反而重定向到新安装的绑定的路由器，而不需要重新配置或重新编程。
图4示出了图2的具有额外的绑定的路由器40的网络。绑定的路由器具有IP地址192.168.1.103和MAC地址00:11:22:33:44:55。绑定的路由器40在其将IP地址192.168.1.254映射到MAC地址00:AA:BB:CC:DD:EE的ARP表中具有使用动态主机配置协议(DHCP)获得的静态条目。绑定的路由器发送声明其自己的MAC地址00:11:22:33:44:55负责原始家庭网关路由器30的IP地址192.168.1.254的ARP通知。因此，每个站更新它们的ARP表，如图所示，使得每个站现在在其将IP地址192.168.1.254映射到MAC地址00:11:22:33:44:55的ARP表中具有条目。
在几分之一秒内，网络上的所有设备将自动发送数据到绑定的路由器40，而非发送到数据此前定向到的路由器30。每0.2s发送“欺骗”ARP通知，使得即使原始路由器30广播重新声明网络层地址的所有权的消息，它也快速变回到绑定的路由器的网络层地址。
通过积极指导所有设备更新它们的ARP缓存，该方法消除了该设备首先递交“谁有”请求的需要。这确保了“干预”更为一致，并且避免在现有技术中内在地接近的竞争条件。
图5是图示了安装并配置绑定的路由器40的步骤的流程图。在步骤51，开启绑定的路由器40并且将其连接至互联网。在步骤52，通过DHCP获得用于默认的以太网开关的IP地址。在步骤53，在绑定的路由器的ARP表格内建立用于默认的路由器IP地址的静态(即，永久)ARP表格条目。然后，在步骤54，当绑定的路由器40连接至网络时，在步骤55发送声明其自己的链路层地址(在图4所示的实例中的MAC地址00:11:22:33:44:55)负责网络上的所有设备目前被定向到的路由器30的网络层地址(在图4所示的实例中的IP地址192.168.1.254)的无故的ARP消息。
因为无故ARP消息，在设备上使MAC地址更新为IP地址，这通常防止设备在默认的路由器的网络层地址上执行正常的ARP操作，即，这防止它们永远需要询问哪个链路层地址负责默认的路由器网络地址。
绑定的路由器不干扰DHCP机制，因为当设备广播询问IP地址的消息时，原始的DHCP服务器将检测消息并且适当地响应。因此，不会影响此前定义的DHCPIP地址范围，IP地址池等。
图6图示了连接至绑定的路由器40以及连接至互联网15并且与聚集服务器16通信的家庭网关路由器30的客户LAN设备10。家庭网关路由器可以看成包括：核心路由部件30a，连接至互联网15；以及开关部件30b，包括经由以太网桥连接上的有线和无线以太网开关部分。当绑定的路由器40经由原始网关路由器30将数据发送到互联网15时，利用原始网关30的核心路由部件30a。当设备10产生前往互联网服务(例如，互联网内容服务器18)的数据包时，从设备的ARP表格(现在是绑定的路由器40的MAC地址)中的ARP条目确定所需的MAC地址。因此数据包由开关部件30b进行检测并且定向到绑定的路由器40。绑定的路由器40决定利用哪些可用的绑定的线路以发送数据包到互联网15。在图示的实例中，数据包可以经由3G网络发送或者可以利用核心路由部件30a通过原始路由器30发回。经由任一路由器发送的数据包将由聚集服务器16以通常方式累计。
应当理解，为了清楚起见而在单独实施例的上下文中描述的本发明的某些特征也可以共同设置在单个实施例中。反之，也可以单独设置或者以任何合适的组合设置为了简洁起见而在单个实施例的上下文中描述的本发明的多个特征。
应当理解，在不脱离由以下权利要求书所定义的本发明的情况下，各种替代、修改和/或增设可以引入到上述零件的构造和布置中。

Claims (14)

1.一种用于接收来自局域网的数据包并通过聚集的链路发送数据包的绑定的路由器，包括一个或多个通信链路，
其中所述局域网具有默认路由器，并且所述局域网中的设备事先被配置成使用与所述默认路由器相关的网络地址与所述默认路由器通信；
所述绑定的路由器被布置成获得所述默认路由器的网络地址并且被布置成定期发送消息到所述局域网内的设备以使所述设备将所述默认路由器的网络地址与所述绑定的路由器的链路层地址关联上使得所述设备发送的包含所述默认路由器的网络地址的数据反而被定向到所述绑定的路由器。
2.根据权利要求1所述的路由器，其特征在于，所述绑定的路由器被布置成在所述绑定的路由器的地址转换表中建立将所述默认路由器的网络地址与所述绑定的路由器的链路层地址关联上的静态条目。
3.根据权利要求1或2所述的路由器，其特征在于，所述网络地址是一IP地址。
4.根据前述任一权利要求所述的路由器，其特征在于，所述链路层地址是一MAC地址。
5.根据前述任一权利要求所述的路由器，其特征在于，通过使用DHCP来获得所述默认路由器的网络地址。
6.根据前述任一权利要求所述的路由器，其特征在于，所述消息包括一ARP消息。
7.一种在局域网中安装绑定的路由器的方法，其特征在于，所述局域网具有默认路由器，并且所述局域网中的设备事先被配置成使用与所述默认路由器相关的网络地址与所述默认路由器通信，所述方法包括以下步骤：
使所述绑定的路由器连接至所述局域网；
获得所述默认路由器的网络地址；并且
定期发送消息到所述局域网内的设备以使所述设备将所述默认路由器的网络地址与所述绑定的路由器的链路层地址关联上。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括以下步骤：
在所述绑定的路由器的地址转换表中建立将所述默认路由器的网络地址与所述绑定的路由器的链路层地址关联上的静态条目。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述网络地址是一IP地址。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的方法，其特征在于，所述链路层地址是一MAC地址。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的方法，其特征在于，通过使用DHCP来获得所述默认路由器的网络地址。
12.根据权利要求7至11中任一项所述的方法，其特征在于，所述消息包括一ARP消息。
13.一种用于接收来自局域网的数据包并通过聚集的链路发送数据包的绑定的路由器，包括在本文中基本上参照附图描述的一个或多个通信链路。
14.一种在本文中基本参照附图描述的局域网中安装绑定的路由器的方法。
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